利用生物质原料制备合成气联产糠醛的连续式生产系统技术方案

本发明专利技术属于生物质新能源技术领域，具体涉及一种利用生物质原料制备合成气联产糠醛的连续式生产系统。该系统包括：依次连接的原料混合单元、主反应单元，以及分别与主反应单元连接的出料单元和分离单元；主反应单元为一垂直于地面方向竖向的反应装置，从上至下，主反应单元的反应装置内部分为：第一反应室、第二反应室和第三反应室。本申请所提供的合成气联产糠醛生产系统，可以实现时间和空间上的原料的正压连续式进料、水解和气化一体式反应的连续进行、合成气和糠醛两种产品的连续获取，由于相关生产作业流程的一体化，有利于降低劳动强度、降低生产成本和提高生产效率，可较好解决现有糠醛生产工艺中糠醛渣废料的高价值开发利用的技术问题。发利用的技术问题。发利用的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
利用生物质原料制备合成气联产糠醛的连续式生产系统


[0001]本专利技术属于生物质新能源
，具体涉及一种利用生物质原料制备合成气联产糠醛的连续式生产系统。

技术介绍

[0002]糠醛(又称呋喃甲醛)作为一种基础性的化工原料，广泛应用于合成塑料、医药、农药等工业领域，每年的需求量极大。现有工业生产应用中，糠醛主要是以玉米芯为原料，通过水解的方法制备获得。其中，一步法是是糠醛生产的主要工艺方法，其过程为：将含半纤维素的生物质原料装入水解锅中，在酸催化和一定温度下，半纤维素水解成戊糖，同时戊糖又被脱水形成糠醛。一步法因其设备投资少，操作简单，因此是目前糠醛规模化制备的主流方法。
[0003]从规模化、经济化角度而言，一步法糠醛制备工艺也存在一定亟待改进之处，主要是：由于一步法制备糠醛过程主要在正压下进行，且以固体生物质为反应原料，因此在工业规模上实现连续化生产包括连续化进料和出料都面临着很大的现实问题。另一方面，一步法制备糠醛仅仅实现了生物质中半纤维素组分的高值转化，而剩下的占生物质质量达60~70%的以纤维素和木质素为主要成分的糠醛渣则往往被作为锅炉燃料直接简单地烧掉，由此，糠醛渣的高值化利用技术开发势在必行。
[0004]能源开发利用中，气化式能源因其便捷性、环保性等优点，具有十分广泛的用途，因此，在煤、生物质和垃圾等固体燃料的气化转化中，能源的气化转化具有十分重要的技术意义。一般而言，能源气化主要是产生以氢气和一氧化碳为主的合成气过程，合成气再直接作为能源进行燃烧用来发电和供热，或者直接作为化学合成原料用于各种化工品制备。也因此，理论而言，将糠醛渣作为原料用于气化制备合成气不失为其高值化利用的途径之一。
[0005]但实际工艺设计时，由于糠醛生产和合成气生产两者反应条件差异巨大，若以两者为目标产品同时进行工艺设计、生产系统设计，需同时分别建立糠醛制备和合成气制备两套独立的系统，由此容易带来投资成本较高、操作繁琐等弊端，进而降低糠醛渣高效开发利用的技术意义。

技术实现思路

[0006]本申请目的在于提供一种利用生物质原料制备合成气联产糠醛的连续式生产系统，从而为相关生物质能源最大化利用奠定一定技术基础。
[0007]本申请所采取的技术方案介绍如下。
[0008]一种利用生物质原料制备合成气联产糠醛的连续式生产系统，该生产系统以生物质（例如玉米芯）为原料，用于糠醛和合成气的联产，具体包括：
[0009]依次连接的原料混合单元、主反应单元，以及分别与主反应单元连接的出料单元和分离单元；
[0010]所述原料混合单元，包括原料输入部分和酸液（酸指硫酸、盐酸、硝酸等，酸液温度
通常为20~90℃；酸液中酸浓度通常为0.05
‑
15wt%）混合部分；设计中，可采用双级耦合进料装置，利用料塞现象，连续正压输送所述混合物；具体设计而言：原料在第一动力装置（例如一级螺旋进料器）带动下经由管道与输入的酸液在第二动力装置（例如二级螺旋进料器）作用下混合均匀后，进入主反应单元；
[0011]所述主反应单元（水解气化一体式反应器），为一竖向（垂直于地面方向）反应装置，其上部分别与原料混合单元和分离单元连接，下部与出料单元连接；从上至下，主反应单元的反应装置内部分为：第一反应室、第二反应室和第三反应室；
[0012]所述第一反应室（主要是水解反应产生糠醛和生物质水解渣，反应温度通常为100
‑
200℃，反应压力通常为0.1
‑
1.5MPa），位于反应装置内部的上部，其顶部通过（糠醛）蒸汽出口与分离单元连接，内部设有螺旋反应器（所述螺旋反应器为竖向推流式并且无压缩功能，以便于重力作用下反应物料螺旋向下推送）以进行初步水解反应；为使反应顺利进行，在第一反应室内部设有与外部水管路连接的第一水喷淋装置，用于调节反应物料的固液比例；
[0013]所述第二反应室（主要是重整反应，在水蒸气作用下把第三反应室生成的粗合成气进行净化重整，此过程的反应温度通常为400
‑
700℃，反应压力通常为0.1
‑
1.7MPa），位于反应装置内部的中部，是指位于第一反应室的螺旋反应器下部的挡风板和设于第三反应室上部的支撑板所形成的腔室；为确保反应顺利进行，第二反应室内部设有与外部水管路连接的第二水喷淋装置，用于调节反应物料的气液比例；
[0014]所述第三反应室（主要是气化反应，反应过程中，位于第三反应室底部密相区的糠醛渣焦炭层与氧气发生燃烧反应，释放出大量热量，而上部稀相区的糠醛渣层通过与过热蒸汽进气装置送入的高温过热蒸汽发生气化反应，生成粗合成气；此过程反应温度通常为700
‑
1000℃，反应压力通常为0.1
‑
1.8MPa），是指位于布风板（为一具有支撑和通入空气（氧气）作用的平面板体，其上孔道均匀分布）与支撑板之间的流化床式反应腔室；
[0015]设计中，为确保连续化生产作业进行，第三反应室通过管路与外部的床料装置连接，由第三动力装置（例如旋转进料器）将床料仓内床料（床料例如采用粒径为1
‑
6mm的钙基氧化剂）输入布风板上部的第三反应室内；
[0016]为确保第三反应室内气化反应的顺利进行，第三反应室内部通过管路与外部的过热水蒸气进气装置连接；
[0017]所述主反应单元，其底部设有（氧气）进气口，以用于向从下至上的向反应装置内部输入氧气，从而便于氧气与反应物料的充分接触；
[0018]所述出料单元，是指与主体反应器内第三反应室下部排渣口所连接的作业单元，主要用于将反应后料渣物料排出主体反应器；包括：与第三反应室下部排渣口所连接的第四动力装置（旋转排渣器）和冷却装置（冷渣室）；
[0019]由于相关反应温度较高，为进一步最大化节约能源和物料，冷渣室主要用于暂存物料，以进行能源（主要是热能）的回收和循环利用；
[0020]所述冷渣室，分别通过换热介质（例如以水为换热介质）进口和换热介质出口与低温换热器和高温换热器连接，以回收料渣物料中热量；热量回收后料渣物料最终通过冷渣室底部的排渣口排出；具体设计中，
[0021]冷渣室一侧侧壁通过两个换热介质出口分别与高温换热器的热流进口、和低温换
热器的热流进口连通；为进一步减少能源消耗，应用中，高温换热器的热流出口则可与第三反应室上所设过热蒸汽进气口连接；
[0022]低温换热器的热流进口一方面与高温换热器的冷流出口连通，另一方面与冷渣室的换热介质进口连通；为进一步减少能源消耗，应用中，低温换热器的热流出口可与（氧气）进气口连通；
[0023]所述分离单元，与主反应单元上部的（糠醛）蒸汽出口连接，用于糠醛和合成气的分离及纯化，包括：余热回收装置和分别与余热回收装置连接的储气罐和（糠醛）纯化装置；
[0024]其中的余热回收装置，通过管路分别与冷流介质（以空气为冷流介质）进口，下部设置有冷流介质出口，其中冷流介质出口（初步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用生物质原料制备合成气联产糠醛的连续式生产系统，其特征在于，该系统包括：依次连接的原料混合单元、主反应单元，以及分别与主反应单元连接的出料单元和分离单元；所述原料混合单元，包括原料输入部分和酸液混合部分；所述主反应单元，为一垂直于地面方向竖向的反应装置，其上部分别与原料混合单元和分离单元连接，下部与出料单元连接；从上至下，主反应单元的反应装置内部分为：第一反应室、第二反应室和第三反应室；所述第一反应室，位于反应装置内部的上部，其顶部通过蒸汽出口与分离单元连接，内部设有螺旋反应器以进行初步水解反应；所述第二反应室，位于反应装置内部的中部，是指位于第一反应室的螺旋反应器下部的挡风板和设于第三反应室上部的支撑板所形成的腔室；所述第三反应室，是指位于布风板与支撑板之间的流化床式反应腔室；所述主反应单元，其底部设有进气口，以用于向从下至上的向反应装置内部输入氧气；所述出料单元，是指与主体反应器内第三反应室下部排渣口所连接的作业单元，用于将反应后料渣物料排出主体反应器；包括：与第三反应室下部排渣口所连接的第四动力装置和冷却装置；所述分离单元，与主反应单元上部的蒸汽出口连接，用于糠醛和合成气的分离及纯化，包括：余热...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈玮，宋建德，陈志勇，陈玥，常春，闫勇，刘丽娜，王长安，
申请(专利权)人：宏业生物科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：