[发明专利]高、低有效氢碳比原料共混催化热解制取燃料的装置和方法

说明书

本发明公开了一种高、低有效氢碳比原料共混催化热解制取燃料的装置和方法，该装置包括预混器、两级螺旋进料器、马达、料仓、流化床热解器、旋风分离器、两级冷凝装置、焦炭仓、储油罐、储气罐、预热器。该方法能够利用该装置将高、低有效氢碳比的不同原料进行共混催化热解。本发明能够将有效氢碳比低的含碳固体废弃物廉价高效地转化为高品质的液体燃料，同时处理有效氢碳比高的塑料等固体废弃物，解决了目前有效氢碳比低的生物质等含碳固体废弃物转化困难，热解产物品质不高，选择性差，催化剂易结焦、失活快的问题。

技术领域

本发明属于固体废弃物转化制取液体燃料和化工产品技术领域，具体涉及一种高、低有效氢碳比原料共混催化热解制取燃料的装置和方法。

背景技术

烯烃和芳香烃作为最基本的有机化工原料，在现代石油和化工行业起着举足轻重的作用。尤其是单环苯类与低碳烯烃，是石油化工的龙头产品。但随着石油资源的日益短缺与危机，我国在能源与化工方面正面临着严峻的挑战。因此寻求一种可再生能源来实现对石油基原料的替代已迫在眉睫。

在可再生能源中，生物质是惟一的有机碳来源，可通过催化热解的方式生成较多的烯烃和芳香烃，实现对石油基原料的部分替代，近年来备受社会各界的重视。与化石能源相比，生物质能具有可再生性、分布广、低污染等特点，我国作为一个农业大国，生物质资源丰富，目前每年可开发利用的生物质能约为9.3亿吨标准煤。但生物质能源的利用率却很低，不到我国能源利用总量的1％，因此开发利用生物质能具有巨大的潜力。

生物质直接催化热解是一种比较有前景的生物质能转化技术，但生物质自身较低的氢含量是制约其催化转化效率的本质因素。并且在反应过程中，催化剂极易失活，造成目标产物产率的降低。生物质及其衍生物在热解过程中发生脱水、脱羰基和脱羧基等反应生成中间含氧产物，在催化剂孔道中活性位点的作用下形成多甲基苯活性中间物。反应物在多甲基苯支链上催化转化为烯烃和芳香烃。主要依靠氢的转移实现原料向目标产物的转化。同时，反应物或者芳香烃化合物的脱氢使得它们聚合结焦。因此，原料中氢的含量越高，向目标产物的转化率越高，原料中碳的相对含量越低，催化剂结焦的情况越轻。

有效氢碳比的定义为式(1)，其中C、H、O、N和S分别为其摩尔量。

有效氢碳比越高，意味着生物质原料的相对氢含量越高，碳含量越低。生物质催化转化的转化率越高，催化剂结焦越少。而当生物质进料的有效氢碳比小于1时，在反应过程中就很难通过沸石类催化剂ZSM-5将原料转化为高品质的石化类产品，这主要是由于催化剂的快速失活。然而生物质的有效氢碳比仅为0-0.3。因此，提高原料的有效氢碳比，从反应的源头解决“氢源”问题。这样不仅有助于缓解催化剂结焦失活的现象，而且还可以提高产物中碳氢化合物的产率，以及烯烃、芳香烃等化学品的选择性。

塑料作为一种日常生活垃圾，且与生物质热解温度相对接近，是一种比较理想的共催化热解原料。塑料与生物质的共热解具有很好的协同作用，塑料作为烯烃的高聚合体，在热解过程中会发生解聚反应，生成低聚合的烯烃。低聚合的烯烃不仅可以与本身发生环化反应生成芳香族类化合物，而且还可以与生物质衍生物进行反应生成芳香烃。因此，以生物质为代表的低有效氢碳比原料和以聚乙烯塑料为代表的高有效氢碳比原料的混合催化热解，能充分利用生物质和废塑料资源，获得高产率的烯烃和芳香烃，为生物质和废塑料的利用提供一条有效途径，这对解决我国石油资源短缺的现状具有重要意义。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高、低有效氢碳比原料共混催化热解制取燃料的装置，同时还提供了利用该装置进行高、低有效氢碳比原料共混催化热解制取燃料的方法，解决了目前低有效氢碳比原料转化困难，热解产物品质不高、选择性差，催化剂易结焦、失活快的问题。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：