本發(fā)明涉及生物質(zhì)資源化處理，具體涉及一種等離子體耦合熱催化生物質(zhì)氣相在線加氫系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、生物質(zhì)主要由纖維素、半纖維素以及木質(zhì)素組成，是唯一的含碳可再生資源，具備良好的高值能源化潛力。熱解可以將生物質(zhì)提質(zhì)制備油、氣、炭等三相產(chǎn)物，具有原料適應(yīng)性強(qiáng)、反應(yīng)速率快、二次污染少、能量自供給等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，是目前較為成熟的工業(yè)化處置手段。生物質(zhì)熱解的氣相揮發(fā)分中富含含氧不飽和組分，通過加氫脫氧以及縮合等反應(yīng)可以制備芳烴、鏈烷烴等高品質(zhì)液體燃料。

2、目前，傳統(tǒng)生物質(zhì)熱化學(xué)制備高品質(zhì)液體燃料工藝通常通過對(duì)生物質(zhì)熱解產(chǎn)物進(jìn)行冷凝，再將冷凝后的生物油轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)體系合成產(chǎn)物，水熱過程是生物油、催化劑和水或者有機(jī)溶劑的混合反應(yīng)過程，往往還需要進(jìn)一步的冷凝、過濾、分餾、萃取等操作，而冷凝再加熱過程能耗高，且水熱反應(yīng)加氫過程通常需要幾兆帕到十幾兆帕的壓力，因此傳統(tǒng)工藝流程長(zhǎng)、損失大、危險(xiǎn)程度較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種等離子體耦合熱催化生物質(zhì)氣相在線加氫系統(tǒng)及方法，主要是氣相在線常壓加氫，用活性氫等離子體和氣相熱解產(chǎn)物發(fā)生催化加氫反應(yīng)，整體的損失和耗能都更低，而且常壓操作也更加安全。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種等離子體耦合熱催化生物質(zhì)氣相在線加氫系統(tǒng)，包括：

4、熱解反應(yīng)系統(tǒng)，包括熱解反應(yīng)器及設(shè)置在所述熱解反應(yīng)器上的熱解氣出口，所述熱解反應(yīng)器用于對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行熱解反應(yīng)以產(chǎn)生熱解氣，熱解氣通過熱解氣出口排出；

5、在線加氫系統(tǒng)，包括加氫反應(yīng)器，所述加氫反應(yīng)器上設(shè)置有加氫反應(yīng)物入口、催化劑進(jìn)口、氫等離子體生成器和加氫產(chǎn)物出口，所述加氫反應(yīng)物入口與所述熱解氣出口通過熱解氣排出管道相連，所述催化劑進(jìn)口用于加入催化劑，所述氫等離子體生成器用于生成氫等離子體，所述加氫反應(yīng)器通過氫等離子體和催化劑對(duì)熱解氣進(jìn)行在線催化加氫脫氧生成加氫產(chǎn)物并產(chǎn)生廢舊催化劑，所述加氫產(chǎn)物出口用于排出加氫產(chǎn)物；

6、冷凝系統(tǒng)，包括冷凝槽，所述冷凝槽上設(shè)置有加氫產(chǎn)物進(jìn)口、冷凝液體產(chǎn)物出口和不冷凝氣出口，所述加氫產(chǎn)物進(jìn)口與所述加氫產(chǎn)物出口連通，所述冷凝槽用于對(duì)加氫產(chǎn)物進(jìn)行冷凝得到冷凝液體產(chǎn)物和不冷凝氣，所述冷凝液體產(chǎn)物出口用于排出冷凝液體產(chǎn)物，所述不冷凝氣出口用于排出不冷凝氣。

7、進(jìn)一步地，所述氫等離子體生成器為等離子體炬，所述等離子體炬上設(shè)置有氫氣入口和等離子體噴口，所述氫氣入口用于通入氫氣，所述等離子體噴口設(shè)置在所述加氫反應(yīng)器頂部，所述等離子體炬用于將氫氣進(jìn)行電離產(chǎn)生氫等離子體，所述氫等離子體通過所述等離子體噴口進(jìn)入到所述加氫反應(yīng)器中。

8、進(jìn)一步地，所述加氫反應(yīng)器下部設(shè)置有錐形腔。

9、進(jìn)一步地，還包括第一排出管道，所述第一排出管道的頂端與所述加氫反應(yīng)器的底部連通，所述第一排出管道的側(cè)面設(shè)置有加氫產(chǎn)物出口，所述第一排出管道的底端設(shè)置有廢舊催化劑出口。

10、進(jìn)一步地，還包括第二排出管道和第三排出管道，加氫產(chǎn)物分為第一部分和第二部分，所述第二排出管道的一端與所述加氫產(chǎn)物出口相連，所述第二排出管道的另一端與所述加氫產(chǎn)物進(jìn)口相連，以使第一部分的加氫產(chǎn)物排入到所述冷凝槽中，所述第二排出管道上設(shè)置有循環(huán)氣出口，所述熱解氣排出管道上設(shè)置有循環(huán)氣入口，所述第三排出管道的一端與循環(huán)氣出口相連，且第三排出管道的另一端與循環(huán)氣入口相連，以使第二部分的加氫產(chǎn)物進(jìn)入到加氫反應(yīng)器中進(jìn)行循環(huán)加氫。

11、進(jìn)一步地，所述第三排出管道上設(shè)置有壓縮泵，所述壓縮泵用于抽出第二部分的所述加氫產(chǎn)物。

12、進(jìn)一步地，所述熱解氣出口和所述加氫反應(yīng)物入口通過熱解氣排出管道相連，所述第三排出管道的另一端與所述熱解氣排出管道的中部相連以與所述加氫反應(yīng)物入口相連。

13、進(jìn)一步地，還包括催化劑再生系統(tǒng)，所述催化劑再生系統(tǒng)包括第四排出管道和催化劑再生反應(yīng)器，所述第四排出管道的一端與所述第一排出管道的底端相連，且所述第四排出管道的另一端與所述催化劑再生反應(yīng)器相連，以使廢舊催化劑排入到所述催化劑再生反應(yīng)器中，所述催化劑再生反應(yīng)器用于除去廢舊催化劑上的積碳以生成再生催化劑，所述催化劑再生反應(yīng)器與所述加氫反應(yīng)器相連以使再生催化劑排入到所述加氫反應(yīng)器中。

14、進(jìn)一步地，還包括旋風(fēng)分離系統(tǒng)，所述旋風(fēng)分離系統(tǒng)包括旋風(fēng)分離器、熱空氣出口、氣固混合流進(jìn)口、第一再生催化劑出口和第二再生催化劑出口，所述旋風(fēng)分離器用于分離出再生催化劑中混合的熱空氣以風(fēng)干再生催化劑，旋風(fēng)分離器生成第一部分的再生催化劑和第二部分的再生催化劑，所述催化劑再生反應(yīng)器上設(shè)置有氣固混合流出口，所述氣固混合流進(jìn)口與所述氣固混合流出口通過第五管道相連以使再生催化劑進(jìn)入到所述旋風(fēng)分離器中，所述熱空氣出口用于排出熱空氣，所述第一再生催化劑出口與所述加氫反應(yīng)器通過第六排出管道相連以使第一部分的再生催化劑進(jìn)入所述加氫反應(yīng)器中，所述第二再生催化劑出口用于第一部分的再生催化劑排出。

15、一種等離子體耦合熱催化生物質(zhì)氣相在線加氫方法，包括以下步驟：

16、生物質(zhì)熱解：將干燥生物質(zhì)原料和干燥載氣輸入熱解反應(yīng)器，通過底部點(diǎn)火和控制風(fēng)量的方式實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)熱解和熱量自供給，使生物質(zhì)熱解產(chǎn)生熱解氣和熱解炭，熱解氣從熱解氣出口排出；

17、熱解氣在線加氫：熱解氣通過熱解氣排出管道從加氫反應(yīng)物入口進(jìn)入到加氫反應(yīng)物，將催化劑從催化劑進(jìn)口加入加氫反應(yīng)器中，通過氫等離子體生成器生成氫等離子體，在加氫反應(yīng)器內(nèi)通過氫等離子體和催化劑對(duì)熱解氣進(jìn)行在線催化加氫脫氧生成加氫產(chǎn)物并產(chǎn)生廢舊催化劑，加氫產(chǎn)物出口用于排出加氫產(chǎn)物；

18、產(chǎn)物冷凝分離：加氫產(chǎn)物從加氫產(chǎn)物進(jìn)口進(jìn)入到冷凝槽，冷凝槽用于對(duì)加氫產(chǎn)物進(jìn)行冷凝得到冷凝液體產(chǎn)物和不冷凝氣，冷凝液體產(chǎn)物通過冷凝液體產(chǎn)物出口排出，不冷凝氣通過不冷凝氣出口排出。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

20、本發(fā)明提供的一種等離子體耦合熱催化生物質(zhì)氣相在線加氫系統(tǒng)及方法，通過利用氫等離子體作為反應(yīng)氫源，在常壓氣相中實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)熱解氣的加氫脫氧，解決了傳統(tǒng)工藝將生物質(zhì)熱解產(chǎn)物冷凝為生物油后，再進(jìn)一步通過高壓加氫體系實(shí)現(xiàn)加氫脫氧制備液體燃料過程中存在的工藝流程長(zhǎng)、損失大、能耗高的問題。同時(shí)在線反應(yīng)易調(diào)控，便于實(shí)現(xiàn)多反應(yīng)集成，易于設(shè)計(jì)緊湊式反應(yīng)器。

技術(shù)特征：

1.一種等離子體耦合熱催化生物質(zhì)氣相在線加氫系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體耦合熱催化生物質(zhì)氣相在線加氫系統(tǒng)，其特征在于：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體耦合熱催化生物質(zhì)氣相在線加氫系統(tǒng)，其特征在于：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體耦合熱催化生物質(zhì)氣相在線加氫系統(tǒng)，其特征在于：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子體耦合熱催化生物質(zhì)氣相在線加氫系統(tǒng)，其特征在于：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的等離子體耦合熱催化生物質(zhì)氣相在線加氫系統(tǒng)，其特征在于：

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子體耦合熱催化生物質(zhì)氣相在線加氫系統(tǒng)，其特征在于：

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子體耦合熱催化生物質(zhì)氣相在線加氫系統(tǒng)，其特征在于：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子體耦合熱催化生物質(zhì)氣相在線加氫系統(tǒng)，其特征在于：

10.一種等離子體耦合熱催化生物質(zhì)氣相在線加氫方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種等離子體耦合熱催化生物質(zhì)氣相在線加氫系統(tǒng)及方法，主要包括熱解反應(yīng)系統(tǒng)、在線加氫系統(tǒng)和冷凝系統(tǒng)，熱解反應(yīng)系統(tǒng)包括熱解反應(yīng)器及設(shè)置在熱解反應(yīng)器上的熱解氣出口，熱解反應(yīng)器用于對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行熱解反應(yīng)以產(chǎn)生熱解炭和熱解氣，熱解氣通過熱解氣出口排出，在線加氫系統(tǒng)包括加氫反應(yīng)器，加氫反應(yīng)器通過氫等離子體及催化劑對(duì)熱解氣進(jìn)行在線催化加氫生成加氫產(chǎn)物，冷凝系統(tǒng)包括冷凝槽，冷凝槽用于對(duì)加氫產(chǎn)物進(jìn)行冷凝得到冷凝液體產(chǎn)物和不冷凝氣。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)氣相在線加氫提質(zhì)，通過活性氫等離子體和氣相熱解產(chǎn)物在常壓下發(fā)生催化加氫反應(yīng)，相較于傳統(tǒng)工藝，本發(fā)明工藝整體損失少、能耗低，在常壓下運(yùn)行更加安全和穩(wěn)定。

技術(shù)研發(fā)人員：張會(huì)巖,曾名迅,吳凱,葛澤峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17