CN112410052B - 一种生物质直接液化反应器、反应器系统及生物质直接液化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油化工技术领域，具体涉及一种生物质直接液化反应器、反应器系统及生物质直接液化方法，生物质浆液和催化剂经过泵升压，和升压后的合成气混合加热后进入液化反应器下部入口，在一次反应区内完成液化反应后，气相进入一次反应油气分离区，液相进入二次反应区进行进一步加氢脱氧反应。本发明的一次反应区和二次反应区串联连接，一次反应区采用气液并流的上流式反应器结构，返混强度大，更有利于液化反应过程中的热量传递；二次反应区采用气液逆流式的桨态床反应器结构，同时降低气液比，降低气含氯，适当降低生成油的返混度，提高液体的停留时间，更有利于液化生成油的深度脱氧。

Description

一种生物质直接液化反应器、反应器系统及生物质直接液化 方法

技术领域

本发明涉及石油化工技术领域，具体涉及一种生物质直接液化反应器、反应器系统及生物质直接液化方法。

背景技术

生物质含氧量高达40％以上，生物质直接液化反应主要是脱氧反应，CO气氛下获取的液体产物氧含量低于H₂气氛下的液体产物氧含量。CO气氛下获得的液体产物热值高于H₂气氛下的液体产物热值。采用CO气体的反应气氛，例如合成气，可省去粉料干燥及制氢过程，在大幅降低加工成本的同时还可以提高油品品质。

液化生成油中氧含量大概为10％左右，需要经过加氢脱氧反应进一步降低氧含量。因此，生物质直接液化过程需要经历加氢或加CO液化反应和液化生成油的进一步脱氧反应后，才能得到氧含量比较低的生物燃料油。

液化生成油由于氧含量较高，组分复杂，含有大量的醇类、脂类、醛类、羧酸类等含氧化合物，在后续产品分离过程中，这些含氧化合物极易和水形成共沸物或乳化物，难以分离。液化生成油需要将氧含量降低到一定程度后，才能很好的实现油水分离。

因此，亟须一种针对与高含氧生物质原料的直接液化装置及方法。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种生物质直接液化反应器、反应器系统及生物质直接液化方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种生物质直接液化反应器，所述液化反应器包括反应器壳体以及设置于反应器壳体内的反应区和分离区，反应区位于反应器壳体内的下部，分离区位于反应器壳体内的上部，反应器壳体的底部设置有原料入口和第一产品出口，反应器壳体的顶部设置有第二产品出口；

反应区被第一内置套筒分隔为一次反应区和二次反应区，位于第一内置套筒内的为合成气气氛下的一次反应区，发生生物质的液化反应；二次反应区位于第一内置套筒和反应器壳体之间，对一次反应区生成的高含氧液化生成油进行加氢脱氧反应，低含氧的液化生成油从第一产品出口导出；

分离区被第二内置套筒分隔为一次反应油气分离区和二次反应油气分离区，位于第二内置套筒内的为一次反应油气分离区，一次反应油气分离区上部设置有回炼油入口和喷淋装置，一次反应油气和低温回炼油逆流接触，将反应油气中的高沸点的含氧化合物冷凝下来；二次反应油气分离区位于第二内置套筒和反应器壳体之间，是对二次反应油气进行气液分离；

一次反应区和二次反应区均在侧面设置有一至六层冷氢注入口，二次反应区下部设置有循环氢注入口；一次反应区顶部内伸至一次反应油气分离区下部；

一次反应区的气相进入一次反应油气分离区，液相进入二次反应区；一次反应油气分离区的回炼油和一次反应油气的冷凝油进入二次反应区；二次反应区的气相进入二次反应油气分离区；一次反应油气分离区的气相和二次反应油气分离区的气相在反应器壳体内的上部混合后，从第二产品出口导出。

本发明的另一个目的通过下述技术方案实现：一种生物质直接液化反应器系统，所述反应器系统包括上述所述的液化反应器。

优选的，所述反应器系统还包括原料输送单元，所述原料输送单元包括升压泵、新氢压缩机和加热炉，升压泵的入口分别连接生物质浆液输送管、催化剂输送管，新氢压缩机的入口连接合成气输送管，加热炉的入口分别与升压泵的出口、新氢压缩机的出口连通，加热炉的出口与液化反应器的原料入口连通。

优选的，所述反应器系统还包括产品分离单元，所述产品分离单元包括温高压分离器、CO变换反应器、冷高压分离器和循环氢脱碳塔，所述温高压分离器的入口与液化反应器的第二产品出口连通，温高压分离器的气相出口与CO变换反应器的入口连通，CO变换反应器的出口与冷高压分离器的入口连通，冷高压分离器的气相出口与循环氢脱碳塔的入口连通，循环氢脱碳塔的出口连接有循环氢压缩机，循环氢压缩机的出口分别与所述液化反应器的冷氢注入口、循环氢注入口连通，所述温高压分离器的上部设置水洗饱和塔。

优选的，所述产品分离单元还包括第一热低压分离器和分馏塔，第一热低压分离器的入口分别与温高压分离器的液相出口、冷高压分离器的液相出口连通，第一热低压分离器的液相出口与分馏塔的入口连通，第一热低压分离器产生的脱盐水泵入温高压分离器的上部入口。

优选的，所述产品分离单元还包括第二热低压分离器和减压塔，第二热低压分离器的入口与所述液化反应器的第一产品出口连通，第二热低压分离器的液相出口与减压塔的入口连通，减压塔分离出的回炼油泵入液化反应器的回炼油入口，减压塔分离出的液化残渣泵出回收。

本发明的还一个目的通过下述技术方案实现：一种基于上述所述反应器系统的生物质直接液化方法，生物质浆液和催化剂经过泵升压，和升压后的合成气混合加热后进入液化反应器下部入口，在一次反应区内完成液化反应后，气相进入一次反应油气分离区，液相进入二次反应区进行进一步加氢脱氧反应；

一次反应油气在一次反应油气分离区内和低温回炼油逆流接触后，将其中的高沸点的含氧化合物冷凝，未冷凝的油气和二次反应油气分离区的油气混合后，从液化反应器的第二产品出口导出。

优选的，从液化反应器的第二产品出口导出的反应油气在温高压分离器上部内实现蒸汽饱和，再经过CO变换反应器，将循环气中的CO变换成H₂，然后经过循环氢脱碳塔脱除CO₂，富氢循环气送至液化反应器的二次反应区。

优选的，从液化反应器的第二产品出口导出的反应油气在温高压分离器上部内实现蒸汽饱和，分离得到温高分气和温高分油，温高分气再经过CO变换反应器，将循环气中的CO变换成H₂，然后经冷高压分离器分离得到冷高分气和冷高分油，然后冷高分气经过循环氢脱碳塔脱除CO₂，富氢循环气经循环氢压缩机送至液化反应器的冷氢注入口和循环氢注入口。

优选的，从温高压分离器分离出的温高分油以及冷高压分离器分离出的冷高分油经第一热低压分离器分离得到热低分油和脱盐水，热低分油经分馏塔分馏得到生物轻油、生物航煤和生物柴油，脱盐水泵入温高压分离器的上部入口。

优选的，从液化反应器的第一产品出口导出的低含氧的液化生成油经第二热低压分离器分离后得到热低分油，再经减压塔分馏得到回炼油和液化残渣，回炼油泵入液化反应器的回炼油入口。

本发明的有益效果在于：1、采用粗合成气作为一次反应区的原料气，CO含量更高，反应液化生成油比H₂气氛下液体产物含氧量更低、热值更高，合成气的成本比纯氢气更低，反应产生的水含量更低，降低了后续污水的分离过程。

2、一次反应油气分离区上方设置回炼油洗涤段，一方面可以将一次反应区产生的低沸点含氧化合物冷凝，降低后续油水分离难度；另一方面，可以充分利用一次反应区气体热量对回炼油进行直接加热。

3、二次反应区采用氢纯度更高的循环氢对一次液化生成油进行加氢脱氧反应，可获得低氧的液化生成油，产品氧含量更低，质量更好。

4、一次反应区和二次反应区串联连接，一次反应区采用气液并流的上流式反应器结构，返混强度大，更有利于液化反应过程中的热量传递；二次反应区采用气液逆流式的桨态床反应器结构，同时降低气液比，降低气含氯，适当降低生成油的返混度，提高液体的停留时间，更有利于液化生成油的深度脱氧。

5、液化反应器采用一体式结构，将两个反应区和两个分离区在一个反应器内完成，降低了设备数量和重量。

6、由于二次反应区的反应温度决定了反应器的设计温度，将一次反应区置于二次反应区内部，一次反应区可采用更高的反应温度，降低了反应器的设计温度。

7、在循环氢反应系统中直接设置CO变换反应器，一方面可以利用加氢脱氧反应产生的H₂O作为CO变换反应所需的水蒸气，另一方面可以有效利用热高分气的热量。

8、在温高分上部设置水洗饱和塔，一方面可以洗涤掉高分气中的氯离子，避免氯离子对后续管线和设备的露点腐蚀；另一方面，可以对高分气进行水蒸气饱和，为后续CO变换反应创造条件。

9、对变换后的循环氢进行脱CO₂处理，提高氢气纯度，提高反应系统的氢分压。

附图说明

图1是本发明所述液化反应器的结构示意图。

图2是本发明所述反应器系统的结构示意图。

附图标记为：反应器壳体1、原料入口101、第一产品出口102、第二产品出口103、第一内置套筒10、一次反应区11、二次反应区12、冷氢注入口13、循环氢注入口14、第二内置套筒20、一次反应油气分离区21、二次反应油气分离区22、回炼油入口23、喷淋装置24、温高压分离器31、水洗饱和塔311、CO变换反应器32、冷高压分离器33、循环氢脱碳塔34、循环氢压缩机35、第一热低压分离器36、分馏塔37、第二热低压分离器38、减压塔39、升压泵41、新氢压缩机42、加热炉43。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图1-2对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

实施例1

见图1，一种生物质直接液化反应器，所述液化反应器包括反应器壳体1以及设置于反应器壳体1内的反应区和分离区，反应区位于反应器壳体1内的下部，分离区位于反应器壳体1内的上部，反应器壳体1的底部设置有原料入口101和第一产品出口102，反应器壳体的顶部设置有第二产品出口103；

反应区被第一内置套筒10分隔为一次反应区11和二次反应区12，位于第一内置套筒10内的为合成气气氛下的一次反应区11，发生生物质的液化反应；二次反应区12位于第一内置套筒10和反应器壳体1之间，对一次反应区11生成的高含氧液化生成油进行加氢脱氧反应，低含氧的液化生成油从第一产品出口102导出；

分离区被第二内置套筒20分隔为一次反应油气分离区21和二次反应油气分离区22，位于第二内置套筒20内的为一次反应油气分离区21，一次反应油气分离区21上部设置有回炼油入口23和喷淋装置24，一次反应油气和低温回炼油逆流接触，将反应油气中的高沸点的含氧化合物冷凝下来；二次反应油气分离区22位于第二内置套筒20和反应器壳体1之间，是对二次反应油气进行气液分离；

一次反应区11和二次反应区12均在侧面设置有一至六层冷氢注入口13，二次反应区12下部设置有循环氢注入口14；一次反应区11顶部内伸至一次反应油气分离区21下部；

一次反应区11的气相进入一次反应油气分离区21，液相进入二次反应区12；一次反应油气分离区21的回炼油和一次反应油气的冷凝油进入二次反应区12；二次反应区12的气相进入二次反应油气分离区22；一次反应油气分离区21的气相和二次反应油气分离区22的气相在反应器壳体1内的上部混合后，从第二产品出口103导出。

实施例2

见图2，一种生物质直接液化反应器系统，所述反应器系统包括上述所述的液化反应器。

本实施例中，所述反应器系统还包括原料输送单元，所述原料输送单元包括升压泵41、新氢压缩机42和加热炉43，升压泵41的入口分别连接生物质浆液输送管、催化剂输送管，新氢压缩机42的入口连接合成气输送管，加热炉43的入口分别与升压泵41的出口、新氢压缩机42的出口连通，加热炉43的出口与液化反应器的原料入口101连通。

本实施例中，所述反应器系统还包括产品分离单元，所述产品分离单元包括温高压分离器31、CO变换反应器32、冷高压分离器33和循环氢脱碳塔34，所述温高压分离器31的入口与液化反应器的第二产品出口103连通，温高压分离器31的气相出口与CO变换反应器32的入口连通，CO变换反应器32的出口与冷高压分离器33的入口连通，冷高压分离器33的气相出口与循环氢脱碳塔34的入口连通，循环氢脱碳塔34的出口连接有循环氢压缩机35，循环氢压缩机35的出口分别与所述液化反应器的冷氢注入口13、循环氢注入口14连通，所述温高压分离器31的上部设置水洗饱和塔311。

本实施例中，所述产品分离单元还包括第一热低压分离器36和分馏塔37，第一热低压分离器36的入口分别与温高压分离器31的液相出口、冷高压分离器33的液相出口连通，第一热低压分离器36的液相出口与分馏塔37的入口连通，第一热低压分离器36产生的脱盐水泵入温高压分离器31的上部入口。

本实施例中，所述产品分离单元还包括第二热低压分离器38和减压塔39，第二热低压分离器38的入口与所述液化反应器的第一产品出口102连通，第二热低压分离器38的液相出口与减压塔39的入口连通，减压塔39分离出的回炼油泵入液化反应器的回炼油入口23，减压塔39分离出的液化残渣泵出回收。

实施例3

一种基于上述所述反应器系统的生物质直接液化方法，生物质浆液和催化剂经过泵升压，和升压后的合成气混合加热后进入液化反应器的原料入口，在一次反应区11内完成液化反应后，气相进入一次反应油气分离区21，液相进入二次反应区12进行进一步加氢脱氧反应；

一次反应油气在一次反应油气分离区21内和低温回炼油逆流接触后，将其中的高沸点的含氧化合物冷凝，未冷凝的油气和二次反应油气分离区22的油气混合后，从液化反应器的第二产品出口103导出。

从液化反应器的第二产品出口103导出的反应油气在温高压分离器31上部内实现蒸汽饱和，再经过CO变换反应器32，将循环气中的CO变换成H₂，然后经过循环氢脱碳塔34脱除CO₂，富氢循环气送至液化反应器的二次反应区12。

具体的，从液化反应器的第二产品出口103导出的反应油气在温高压分离器31上部内实现蒸汽饱和，分离得到温高分气和温高分油，温高分气再经过CO变换反应器32，将循环气中的CO变换成H₂，然后经冷高压分离器33分离得到冷高分气和冷高分油，然后冷高分气经过循环氢脱碳塔34脱除CO₂，富氢循环气经循环氢压缩机35送至液化反应器的冷氢注入口13和循环氢注入口14。

具体的，从温高压分离器31分离出的温高分油以及冷高压分离器33分离出的冷高分油经第一热低压分离器36分离得到热低分油和脱盐水，热低分油经分馏塔37分馏得到生物轻油、生物航煤和生物柴油，脱盐水泵入温高压分离器31的上部入口。

具体的，从液化反应器的第一产品出口102导出的低含氧的液化生成油经第二热低压分离器38分离后得到热低分油，再经减压塔39分馏得到回炼油和液化残渣，回炼油泵入液化反应器的回炼油入口23。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生物质直接液化反应器，其特征在于：所述液化反应器包括反应器壳体以及设置于反应器壳体内的反应区和分离区，反应区位于反应器壳体内的下部，分离区位于反应器壳体内的上部，反应器壳体的底部设置有原料入口和第一产品出口，反应器壳体的顶部设置有第二产品出口；

反应区被第一内置套筒分隔为一次反应区和二次反应区，位于第一内置套筒内的为合成气气氛下的一次反应区，发生生物质的液化反应；二次反应区位于第一内置套筒和反应器壳体之间，对一次反应区生成的高含氧液化生成油进行加氢脱氧反应，低含氧的液化生成油从第一产品出口导出；

分离区被第二内置套筒分隔为一次反应油气分离区和二次反应油气分离区，位于第二内置套筒内的为一次反应油气分离区，一次反应油气分离区上部设置有回炼油入口和喷淋装置，一次反应油气和低温回炼油逆流接触，将反应油气中的高沸点的含氧化合物冷凝下来；二次反应油气分离区位于第二内置套筒和反应器壳体之间，对二次反应油气进行气液分离；

一次反应区和二次反应区均在侧面设置有一至六层冷氢注入口，二次反应区下部设置有循环氢注入口；一次反应区顶部内伸至一次反应油气分离区下部；

一次反应区的气相进入一次反应油气分离区，液相进入二次反应区；一次反应油气分离区的回炼油和一次反应油气的冷凝油进入二次反应区；二次反应区的气相进入二次反应油气分离区；一次反应油气分离区的气相和二次反应油气分离区的气相在反应器壳体内的上部混合后，从第二产品出口导出。

2.一种生物质直接液化反应器系统，其特征在于：所述反应器系统包括权利要求1所述的液化反应器；所述反应器系统还包括原料输送单元，所述原料输送单元包括升压泵、新氢压缩机和加热炉，升压泵的入口分别连接生物质浆液输送管、催化剂输送管，新氢压缩机的入口连接合成气输送管，加热炉的入口分别与升压泵的出口、新氢压缩机的出口连通，加热炉的出口与液化反应器的原料入口连通。

3.根据权利要求2所述的一种生物质直接液化反应器系统，其特征在于：所述反应器系统还包括产品分离单元，所述产品分离单元包括温高压分离器、CO变换反应器、冷高压分离器和循环氢脱碳塔，所述温高压分离器的入口与液化反应器的第二产品出口连通，温高压分离器的气相出口与CO变换反应器的入口连通，CO变换反应器的出口与冷高压分离器的入口连通，冷高压分离器的气相出口与循环氢脱碳塔的入口连通，循环氢脱碳塔的出口连接有循环氢压缩机，循环氢压缩机的出口分别与所述液化反应器的冷氢注入口、循环氢注入口连通，所述温高压分离器的上部设置水洗饱和塔。

4.根据权利要求3所述的一种生物质直接液化反应器系统，其特征在于：所述产品分离单元还包括第一热低压分离器和分馏塔，第一热低压分离器的入口分别与温高压分离器的液相出口、冷高压分离器的液相出口连通，第一热低压分离器的液相出口与分馏塔的入口连通，第一热低压分离器产生的脱盐水泵入温高压分离器的上部入口。

5.根据权利要求3所述的一种生物质直接液化反应器系统，其特征在于：所述产品分离单元还包括第二热低压分离器和减压塔，第二热低压分离器的入口与所述液化反应器的第一产品出口连通，第二热低压分离器的液相出口与减压塔的入口连通，减压塔分离出的回炼油泵入液化反应器的回炼油入口，减压塔分离出的液化残渣泵出回收。

6.一种基于权利要求2-5任一项所述反应器系统的生物质直接液化方法，其特征在于：生物质浆液和催化剂经过泵升压，和升压后的合成气混合加热后进入液化反应器下部入口，在一次反应区内完成液化反应后，气相进入一次反应油气分离区，液相进入二次反应区进行进一步加氢脱氧反应；

一次反应油气在一次反应油气分离区内和低温回炼油逆流接触后，将其中的高沸点的含氧化合物冷凝，未冷凝的油气和二次反应油气分离区的油气混合后，从液化反应器的第二产品出口导出。

7.根据权利要求6所述的一种生物质直接液化方法，其特征在于：从液化反应器的第二产品出口导出的反应油气在温高压分离器上部内实现蒸汽饱和，再经过CO变换反应器，将循环气中的CO变换成H₂，然后经过循环氢脱碳塔脱除CO₂，富氢循环气送至液化反应器的二次反应区。

8.根据权利要求6所述的一种生物质直接液化方法，其特征在于：从液化反应器的第二产品出口导出的反应油气在温高压分离器上部内实现蒸汽饱和，分离得到温高分气和温高分油，温高分气再经过CO变换反应器，将循环气中的CO变换成H₂，然后经冷高压分离器分离得到冷高分气和冷高分油，然后冷高分气经过循环氢脱碳塔脱除CO₂，富氢循环气经循环氢压缩机送至液化反应器的冷氢注入口和循环氢注入口。

9.根据权利要求7所述的一种生物质直接液化方法，其特征在于：从温高压分离器分离出的温高分油以及冷高压分离器分离出的冷高分油经第一热低压分离器分离得到热低分油和脱盐水，热低分油经分馏塔分馏得到生物轻油、生物航煤和生物柴油，脱盐水泵入温高压分离器的上部入口。

10.根据权利要求6所述的一种生物质直接液化方法，其特征在于：从液化反应器底部导出的低含氧的液化生成油经第二热低压分离器分离后得到热低分油，再经减压塔分馏得到回炼油和液化残渣，回炼油泵入液化反应器的回炼油入口。