生物质微波转化乙炔三聚制轻质芳烃联产甲醇的设备 |
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| 申请号 | CN202322218014.8 | 申请日 | 2023-08-17 | 公开(公告)号 | CN220715795U | 公开(公告)日 | 2024-04-05 |
| 申请人 | 中节能工程技术研究院有限公司; | 发明人 | 李庆远; 许世佩; 卢建文; 王超; | ||||
| 摘要 | 本实用新型属于 生物 质 处理技术领域，具体涉及一种生物质 微波 转化乙炔三聚制轻质芳 烃 联产甲醇的设备，包括预处理装置，用以对生物质颗粒进行 碱 液浸泡，去除木质素；厌 氧 发酵 装置，用以使生物质颗粒厌氧发酵，产生甲烷和二氧化 碳 ；甲烷微波转化装置，用以将甲烷转化为乙炔；乙炔三聚反应装置，用以将乙炔转化为轻质芳烃；甲醇合成反应装置，用以将氢气与二氧化碳经甲醇合成反应制成甲醇。上述设备可以耦合厌氧发酵、微波转化、乙炔三聚和甲醇合成过程，直接将生物质转 化成 轻质芳烃类化合物，并联产大宗化学品甲醇，起到了固碳的作用，有效的解决了固废资源化和提质的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种生物质微波转化乙炔三聚制轻质芳烃联产甲醇的设备，其特征在于：包括有顺次设置的预处理装置、厌氧发酵装置、甲烷微波转化装置、乙炔三聚反应装置和甲醇合成反应装置；其中， |
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| 说明书全文 | 生物质微波转化乙炔三聚制轻质芳烃联产甲醇的设备技术领域[0001] 本实用新型属于生物质处理技术领域，具体涉及一种生物质微波转化乙炔三聚制轻质芳烃联产甲醇的设备。 背景技术[0002] 轻质芳烃类化合物(苯、甲苯和二甲苯等)作为重要的基础化工原料一直被应用于各类化工产品。通常来说，该类化合物主要来源于不可再生的石油资源，少部分来源于煤化工过程，而我国又具有贫油少气的特点，因此，开发可替代的轻质芳烃类工艺路线具有很强的现实意义。 [0005] 为解决上述问题，本实用新型提供了一种生物质微波转化乙炔三聚制轻质芳烃联产甲醇的设备，包括有顺次设置的预处理装置、厌氧发酵装置、甲烷微波转化装置、乙炔三聚反应装置和甲醇合成反应装置；其中， [0006] 预处理装置，用以对生物质颗粒进行碱液浸泡，去除木质素； [0007] 厌氧发酵装置，用以使生物质颗粒厌氧发酵，产生甲烷和二氧化碳； [0008] 甲烷微波转化装置，用以将甲烷转化为乙炔； [0009] 乙炔三聚反应装置，用以将乙炔转化为轻质芳烃； [0010] 甲醇合成反应装置，用以将氢气与二氧化碳经甲醇合成反应制成甲醇 [0011] 作为优选方案，所述厌氧发酵装置后还顺次设置有干燥塔、二氧化碳分离塔和甲烷分离塔、二氧化碳分离塔和甲烷分离塔分别连接有二氧化碳储罐和甲烷储罐。 [0012] 作为优选方案，所述甲烷微波转化装置的气体出口连接有变压吸附装置以及氢气储罐。 [0014] 本实用新型的设备耦合了厌氧发酵、微波转化、乙炔三聚和甲醇合成过程，直接将生物质转化成轻质芳烃类化合物，并联产大宗化学品甲醇。不但可以有效的解决轻质芳烃来源于可再生资源的问题，还可以联产生产大宗化学品甲醇，起到了固碳的作用，有效的解决了固废资源化和提质的问题。其主要优势如下： [0015] (1)本实用新型将多个过程耦合一起，并且为连续操作，最终得到轻质芳烃类化工原料和大宗化学品甲醇，不但拓展了轻质芳烃的来源，从不可再生资源转变到可再生资源，而且还将二氧化碳充分利用，起到了固碳的作用。 [0016] (2)本实用新型中甲烷在微波反应的条件下产生了大量的乙炔，该产物不但可以三聚合成轻质芳烃类化合物，还可以根据不同的需要合成其他高附加值化学品，如有针对性的开发高附加值的醚类、酮类、醇类等精细化学品，可调变形强。 [0017] (3)本实用新型充分利用了反应过程副产的二氧化碳气体和甲烷分解产生的大量氢气，结合了反应过程的特点，在催化剂的作用下合成了大宗化学品甲醇，使副产物得到了充分的利用，并且使从生物质到轻质芳烃和甲醇过程形成了闭环。附图说明 [0019] 图1为本实施例生物质微波转化乙炔三聚制轻质芳烃联产甲醇的设备。 [0020] 图中包括：L‑1：螺旋给料机；J‑1：碱液罐1；J‑2：碱液回收罐1；P‑1：预处理罐；R‑1：厌氧发酵罐；D‑1：干燥塔；S‑1：二氧化碳分离塔；S‑2：甲烷分离塔；S‑3：氢气分离塔；C‑1：二氧化碳储罐；C‑2：甲烷储罐；C‑3：氢气储罐；R‑2：微波反应器；R‑3：乙炔三聚反应器；R‑4：甲醇合成反应器。 具体实施方式[0022] 在本实用新型的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。 [0023] 以下实施例中，所用仪器设备等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。 [0024] 如图1所示，本实施例提供了一种生物质微波转化乙炔三聚制轻质芳烃联产甲醇的设备，设备包括有顺次设置的预处理装置、厌氧发酵装置、甲烷微波转化装置、乙炔三聚反应装置和甲醇合成反应装置；其中， [0025] 预处理装置，用以对生物质颗粒进行碱液浸泡，去除木质素； [0026] 厌氧发酵装置，用以使生物质颗粒厌氧发酵，产生甲烷和二氧化碳； [0027] 甲烷微波转化装置，用以将甲烷转化为乙炔； [0028] 乙炔三聚反应装置，用以将乙炔转化为轻质芳烃； [0029] 甲醇合成反应装置，用以将氢气与二氧化碳经甲醇合成反应制成甲醇。 [0030] 具体来说，预处理装置采用预处理罐P‑1，粉碎后的生物质通过螺旋给料机L‑1供给预处理罐P‑1；通过碱液罐J‑1供应5％左右的氢氧化钠溶液，通过碱液回收罐J‑2回收使用后的碱液，预处理罐P‑1出料口连接厌氧发酵装置，本实施例的厌氧发酵装置采用厌氧发酵罐R‑1，去除木质素后的生物质进行厌氧发酵产生甲烷和二氧化碳，厌氧发酵罐R‑1的出气口设置有干燥塔D‑1以对所产生的气体进行干燥，干燥塔的气体出口连接二氧化碳分离塔S‑1，并将分离提纯后的二氧化碳送入二氧化碳储罐C‑1，二氧化碳分离塔S‑1尾气出口连接到甲烷分离塔S‑2，将分离出的甲烷存入甲烷储罐C‑2，甲烷储罐C‑2的出口连接微波反应器R‑2，微波反应器R‑2将甲烷反应生成乙炔同时产生大量氢气，微波反应器R‑2出口连接氢气分离塔S‑3以分离出氢气，并将氢气送入氢气储罐C‑3，去除氢气后的气体进入乙炔三聚反应器R‑3，并在催化剂的作用下生成轻质芳烃，而二氧化碳储罐C‑1和氢气储罐C‑3的出口连接到甲醇合成反应器R‑4，以催化加氢反应生成甲醇。 [0031] 本实用新型设备进行以下的工艺对生物质进行资源化利用： [0032] (1)将生物质进行粉碎并进行预处理；将0.5厘米左右的生物质颗粒经螺旋给料机输送至预处理罐P‑1中浸泡24小时，其内盛有4mol/L氢氧化钠溶液，以去除木质素。 [0033] (2)将预处理后的生物质颗粒进行厌氧发酵，产生甲烷和二氧化碳；将预处理后的生物质颗粒进行过滤以固液分离，碱液回用，将固体移至35℃厌氧发酵罐R‑1中发酵3天，其中发酵罐搅拌桨搅拌速度设置为40rpm，体系pH值控制在6.8～7.2。 [0035] (4)对甲烷进行微波反应得到乙炔，并将得到的乙炔进行三聚反应得到轻质芳烃；发酵所得的甲烷以30mL/min的流量通入甲烷微波转化反应器进行转化，其转化率可达 92％，C2的产率可达90％，乙炔的产率高达88％左右，同时产生大量的氢气，先通过变压吸附将氢气提纯后暂存在氢气储罐C‑3中，剩余乙炔通过乙炔三聚反应器，其中催化剂为分子‑1 筛负载贵金属基催化剂，反应空速约为500h 、反应温度为500℃，即可以得到轻质芳烃。 [0036] CH4→C+2H2 [0037] C02+3H2→CH3OH+H2O [0038] 3C2H2→C6H6 [0039] 将厌氧发酵所产生的二氧化碳和甲烷分解产生的氢气，以H2∶CO2＝3∶1，反应空速‑1为5500h ，在Zn‑Zr催化剂存在的条件下，210℃、8Mpa的作用下即可生成甲醇。若反应过程出现异常状况，也可以通过将CO2吸收掉，如将泄露的二氧化碳通入碱液槽，将二氧化碳吸收，或者将可燃气体排入到焚烧系统进行发电，尽可能低的降低风险，为此甲烷储罐和甲烷分离塔还设置有通往焚烧装置的应急管道。 |
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