一种生物质快速热解气相催化反应器

1.本发明提供一种生物质快速热解气相催化反应器，涉及实验装置领域。

背景技术：

0、2.背景技术

1、可再生能源是指在自然界中能够循环再生的一次能源，包括生物质能、太阳能、风能、潮汐能、地热能等。可再生能源因其取之不尽且环境友好的特点，已经受到了全世界的广泛关注，世界各国纷纷制定了利用可再生能源的战略目标和详细规划。作为可再生能源重要组成的生物质能有望在2035年占全球一次能源消费总量的10％，到2050年，生物质燃料可代替27％的全球运输用燃料。开发生物质能源不仅能最大限度地处理农林废弃物，还能提炼高附加值产品。热解是一种热化学过程，根据操作条件可分为两种不同的过程:快速热解和慢速热解。一般而言，生物质快速热解过程，在非催化与催化的情况下，可生成约58～77％的生物油、13～28％的生物燃气和6～13％的生物焦炭，热解产物可直接或精炼以用作车辆燃料、燃气轮机燃料和化学原料等。生物质因其可以同时转换成气、液、固三相含碳产品，且常规的石化加工技术无需做较大改动即可对其加工的特点而备受瞩目。充分研究并大力发展生物质能，对于我国的社会经济的可持续发展、能源安全的建设和生态环境的保护意义重大。

2、生物质因其可以同时转换成气、液、固三相含碳产品，且常规的石化加工技术无需做较大改动即可对其加工的特点而备受瞩目。充分研究并大力发展生物质能，对于我国的社会经济的可持续发展、能源安全的建设和生态环境的保护意义重大。

3、用于快速热解的一些实验室和中试规模反应器技术包括流化床反应器、烧蚀热解反应器和气流床热解反应器。然而，由于普通流化床需要气体来促进生物质原料的流化，冷却负荷大，并且产生的生物油中的一些细粉难以去除，这影响了提高生物油产率的目标。烧蚀热解反应器需要机械驱动，比其他类型的反应器更复杂。对于气流床热解反应器，生物炭的堆积可能是一个麻烦的问题，液体产率通常低于流化床反应器。因此，需要针对上述的缺陷进行改进，设计一种生物质快速热解气相催化反应器，提高热解油产率，降低冷却负荷和能耗。

4、本发明人发明了一种生物质快速热解气相催化反应器，降低油气在反应器中的停留时间，在保持了流化床反应器高液体产率的同时，降低了冷却负荷和能耗，且相对容易除去热解油中的灰尘。

5、3.
技术实现要素：

6、本发明的目的是为了克服现有反应器的不足而提出的一种生物质快速热解气相催化反应器，热解反应与催化反应串联耦合，一次进料，热解反应与气相催化反应同时进行，既降低了油气在反应器中的停留时间，又相对容易去除热解油中的灰尘，可用于实验室阶段探究生物质快速热解气相催化规律。

7、本发明的技术方案：

8、本发明的目的是将热解反应与催化反应串联耦合，在油气短停留时间的基础上，实现一次进料，热解与催化同时进行。其特征是管式反应器整体位于加热炉中，上段为热解段，下段为催化段，分别位于两个电加热炉中，上下串联构成一个整体。原料生物质从反应器上端在重力的作用下进入反应器，在热解反应器高温区发生热解，生成的油气产物在载气的推动下向下快速移动，从热解段进入催化段，在催化段中与催化剂发生气固相催化反应，再从催化段出口流出进入冷凝器，可凝气冷凝得热解油产物，不凝气进入气体收集袋收集。

9、本发明采用管式反应器，反应速率快，物料流动方向与重力场平行，径向分布均匀，最大程度降低了返混，减小了停留时间，可有效防止油气发生二次裂解，提高产油率。热解反应器与催化反应器分别位于另两个热解炉中，可分别探究热解反应与催化反应的最适温度。管式反应器可从中间拆卸，方便单独探究热解反应和催化反应的实验特性，本发明可探索氮气惰性气氛下的热解情况，也可通入氢探究临氢状态下的热解催化情况。

10、本发明将以实施例来详细叙述本发明的特点。

技术实现思路

技术特征：

1.一种新型的生物质快速热解气相催化反应器，其特征在于：它包括原料罐(1)、放料阀(2)、热电偶(3)、管式反应器(4)、保温棉(5)、管式加热炉(6)、半焦(催化剂)托盘(7)、冷凝器(8)、气体收集袋(9)、三通阀(10)、尾气出口(11)、转子流量计(12)、氮气阀门(13)、氮气瓶(14)、氢气阀门(15)、氢气瓶(16)、气体吹扫系统(a)、热解反应器系统(b)、催化反应器系统(c)与油气收集系统(d)。热解反应器系统(b)位于催化反应器系统(c)上端，将热解与催化串联耦合，一次进料，热解反应与气相催化反应依次进行。

2.根据权利要求1所述的一种生物质快速热解气相催化反应器，其特征在于：热解反应器系统(b)与催化反应器系统(c)使用下落管反应器，串联耦合，原料热解后生成的油气立即进入催化反应系统(c)进行气相催化反应。

3.根据权利要求1所述的一种生物质快速热解气相催化反应器，其特征在于：热解反应器系统(b)与催化反应器系统(c)可分别控温。

4.根据权利要求1所述的一种生物质快速热解气相催化反应器，其特征在于：热解反应器系统(b)与催化反应器系统(c)可独立作为反应系统，进行单独的热解反应或气相催化反应。

5.根据权利要求1所述的一种新型的生物质快速热解气相催化反应器，其特征在于：使用半焦托盘(7)于管式反应器(4)内部。

技术总结
一种生物质快速热解气相催化反应器，它包含气体吹扫系统、热解段反应器与催化段反应器。催化段反应器位于热解段反应器下端，构成装置基础，催化段反应器底部安装冷凝器与气体收集袋。生物质原料于热解段上端在重力的作用下进入反应器热解段，发生高温快速热解，生成的油气在载气的携带下进入下端催化段反应器，发生气‑固相催化反应；催化反应后的油气从催化段下端出口流出，进入冷凝器，可凝气在冷凝器中冷却成热解油，不凝气收集于下端气体收集袋。生物质热解与催化串联耦合，结构简单，油气停留时间短，有利于生产生物热解油或高热值燃气。

技术研发人员：邵一禾,谢宏毅,乔英云,田原宇
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13