[发明专利]一种裂解反应装置及基于甘蔗渣快速裂解制备生物油的方法

说明书

（一）技术领域

本发明涉及一种裂解反应装置以及利用该裂解反应装置以甘蔗渣作为原料快速裂解制备生物油的方法。

(二）背景技术

随着石油资源的日益消耗，一方面使得原油及燃油价格大大提升，另一方面，着重于重油等较劣质油的开采与利用。但是重油中硫含量高，难以满足新的车用排放标准（如欧Ⅴ标准）。中国是多煤少油的国家，通过煤制油等手段可以小部分代替燃料油，但亦非长久之计。木质纤维素，如秸秆、木屑等，是世界上仅次于煤、石油、天然气的第四大能源，且为可再生资源。如能将木质纤维素作为生物油的原料，将是一条可持续发展道路，具有重大意义。

木质纤维素制备生物油的方法主要是快速裂解、高压液化和溶剂萃取法，而快速裂解法条件相对温和、操作简单，更加适宜于工业化的应用。木质纤维素是由纤维素、半纤维素和木质素组成，不同原料的木质纤维素三种组成比例不同，因而生成产率和物理性质不同的油。目前，研究者针对众多原料相继开发了多种快速裂解工艺，著名工艺有流化床裂解工艺、真空热解器和旋转锥式裂解器等。

颜涌捷[杨秀峰,颜涌捷,任铮伟,李庭琛,生物质流化床快速裂解模型,化工学报,57(2006)2074-2079.]等采用流化床裂解工艺对木屑进行快速裂解，结果表明，在475℃下，处理量为4kg/h，取得了60%左右的油产率。

杨素文[杨素文,生物质真空热解液化制生物油及真空化学活化制活性炭研究,中南大学[D],20090601.]采用真空热解器对杉木屑进行快速裂解，结果表明，在500℃时，能够获得63%的油产率。

王琦[王琦,生物质快速热裂解制取生物油及其后续应用研究,浙江大学机械与能源工程学院[D],20081201.]在流化床反应器中对7种不同的原料体系进行快速裂解实验，结果表明，在480-520℃范围内、常压下，油产率见图1所示。

由此可见，由于不同原料具有不同的组成，其油产率有较大的差别；同时在不同的反应器中裂解，同一类原料的油产率也会有略有差别。因此，原料的选取一般以廉价易得为标准，但是如何设计一种能够高效转化且设备投资低的反应器是至关重要的。本发明采用廉价易得的甘蔗渣为原料，设计了一种连续化裂解反应器，满足了当前需求。

（三）发明内容

本发明的目的是提供一种裂解反应装置以及一种利用该裂解反应装置以甘蔗渣为原料快速裂解制备生物油的方法，所述裂解反应装置设备投资减少、操作简单、转化率高，所述制备生物油的方法原料廉价易得、油产率高。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

本发明提供了一种裂解反应装置，所述的裂解反应装置包括固体收集器、反应器、冷凝器，所述的反应器顶部设置有固相进口和气体进口，反应器底部与固体收集器的顶部连接，所述反应器底部通过管道与冷凝器连接；所述反应器外部设置有加热设备，所述的冷凝器设置有气体出口。

进一步，所述的反应器由弯曲的反应管组成，反应管直径在10～30mm，长度为300～500mm。

进一步，所述的冷凝器由一级冷凝器和二级冷凝器组成，所述反应器底部通过管道依次与一级冷凝器、二级冷凝器连接；所述的一级冷凝器以冰水作为冷却介质，冰水浴温度一般控制在4-5℃，所述的二级冷凝器以冰盐水浴作为冷却介质，冰盐水浴的温度一般控制在-5℃以下。

进一步，所述的裂解反应装置还包括换热器，所述的换热器设置在反应器和固体收集器之间并与两者分别连接，还分别通过管道与冷凝器的气体出口和反应器的气体进口连接。

本发明还提供了一种利用所述的裂解反应装置基于甘蔗渣快速裂解制备生物油的方法，所述方法包括如下步骤：

（1）将甘蔗渣作为原料，充分干燥后在粉碎机上破碎成粉末；

（2）检查裂解反应装置气密性，气密性良好后，将反应器温度升至500～550℃；

（3）甘蔗渣粉末由旋转进料器或者传输带从反应器的固相进口连续进料；由反应器气体进口通入氮气作为载气，使得甘蔗渣粉末在反应器中停留1～3s；

（4）反应器中出来的气相组分通过管道进入冷凝器冷凝后，收集液相产物即为生物油，不凝气通过气体出口排空；反应器中出来的固相产物进入固体收集器进行收集。

本发明使用的甘蔗渣来源广泛，例如可以采用制糖工艺剩余的甘蔗渣。

进一步，所述的反应器由弯曲的反应管组成，反应管直径在10～30mm，长度为300～500mm，甘蔗粉末的进料速率为1～3kg/h，载气的流量控制为40～80ml/min。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：