CN114042355B

CN114042355B - 烟叶原料流化床干馏产物过滤系统及其旋风分离工艺

Info

Publication number: CN114042355B
Application number: CN202111137605.1A
Authority: CN
Inventors: 胡安福; 周国俊; 储国海; 肖卫强; 吴键; 蔡兴华; 汪建伟; 蒋健; 范霞萍; 陈震
Original assignee: China Tobacco Zhejiang Industrial Co Ltd
Current assignee: China Tobacco Zhejiang Industrial Co Ltd
Priority date: 2021-09-27
Filing date: 2021-09-27
Publication date: 2023-03-21
Anticipated expiration: 2041-09-27
Also published as: CN114042355A

Abstract

本发明提供一种烟叶原料流化床干馏产物过滤系统，所述过滤系统包括至少一个旋风分离单元，所述旋风分离单元包括：旋风分离器，其具有旋风分离筒体，所述旋风分离筒体具有供烟气进入的烟气进风口、烟气供烟气排出的出风口、供焦炭从其底部排出的排渣口；缓存罐，其与旋风分离筒体底部的排渣口连通连接，所述缓存罐用于储存分离出的焦炭，缓存罐的温度被控制在350℃以上；收集罐，其连通设置在缓存罐的底部。

Description

烟叶原料流化床干馏产物过滤系统及其旋风分离工艺

技术领域

本发明属于新型烟草制品领域，尤其涉及一种烟草流化床干馏产物的多级旋风分离装置及工艺。

背景技术

烟草干馏是指将烟草加热分解，生成各种气体、蒸汽、固体残渣等，经冷却后得到气体和液体。干馏是一个复杂的化学反应过程，包含脱水、热解、脱氢、热缩合、加氢、焦化等反应。加热温度可以从100℃到1000℃左右，压力可以是常压，也可以是减压。干馏所得气、液、固产物的相对数量随加热温度和时间变化而有差别，如低温干馏一般可获得较多的液体产物。干馏所得产物需要通过多级旋风分离后，分离出固体炭，并进行收集。其余的气、液混合物通过多级旋风分离后进行冷凝收集，进一步用于新型烟草制品香原料的开发。

干馏过程中将固体炭和可挥发性热解产物进行分离是得到高品质香原料的关键一步，固体炭分离效果差会造成香原料中固体杂质多，对抽吸品质及长期储存都存在着不利的影响。旋风分离器是常用的固气分离手段。烟草干馏后产生的炭颗粒粒径小，密度低。对于这种超细超轻粉末的分离，市售的旋风分离器多无法处理。为了提升香原料的品质，有必要针对性开发适用于烟草干馏炭的旋风分离器。

发明内容

针对以上技术问题，本发明的目的在于提供一种烟草流化床干馏产物的多级旋风分离装置及工艺，流化床干馏所得产物通过多级旋风分离后，分离出固体碳，并进行收集；其余的气、液混合物通过多级旋风分离后进行冷凝收集，进一步用于新型烟草制品香原料的开发。

具体地，第一方面，本发明提供一种烟叶原料流化床干馏产物过滤系统，所述过滤系统包括至少一个旋风分离单元，所述旋风分离单元包括：

旋风分离器，其具有旋风分离筒体，所述旋风分离筒体具有供烟气进入的烟气进风口、烟气供烟气排出的出风口、供焦炭从其底部排出的排渣口；

缓存罐，其与旋风分离筒体底部的排渣口连通连接，所述缓存罐用于储存分离出的焦炭，缓存罐的温度被控制在350℃以上；

收集罐，其连通设置在缓存罐的底部。

作为较佳的实施方式，所述过滤系统包括两个旋风分离单元，所述两个旋风分离单元包括第一级旋风单元和第二级旋风分离单元，所述第二级旋风分离单元的烟气进风口与第一级旋风分离单元的出风口连通设置。

作为较佳的实施方式，所述过滤系统用于分离粒径在10微米～1毫米级别颗粒。

作为较佳的实施方式，所述第一级旋风分离单元的的进口气流速度为16～35m/s，所述第二级旋风分离单元的进口气流速度在24～51m/s。

作为较佳的实施方式，所述第一缓存罐和第二缓存罐外部设有加热模块以使其温度控制在350℃以上。

作为较佳的实施方式，所述收集罐配备有用于冷却焦炭的冷却模块以及用于排净收集罐内部空气的排气模块。

作为较佳的实施方式，所述缓存罐的顶部通过设置进口阀与旋风分离筒体连通，缓存罐的底部通过设置出口阀与收集罐连通；所述缓存罐的上侧与下侧分别设有上料位计与下料位计，所述上料位计与进口阀控制连接，所述下料位计与出口阀控制连接。

作为较佳的实施方式，所述烟气进风口设置在旋风分离筒体的侧面顶端，且其旋风分离筒体与进风口连通的入口段形成渐变管路。

作为较佳的实施方式，所述收集罐上设有视窗。

第二方面，本发明提供一种烟草致香成分干馏产物的多级旋风分离工艺，其采用前述所述的过滤系统，该多级旋风分离工艺包括如下步骤：烟草经流化床干馏后，混有焦炭的热解产物先后进入两级旋风分离单元，当料位计均未检测到固体物料，缓存罐进口阀门打开，出口阀门关闭；当焦炭累积到上料位计位置时，进口阀自动关闭，出口阀打开，实现缓存罐中的固体顺利排入到固体焦炭收集罐中；当卸料到下料位计以下时，出口阀关闭，进口阀打开；如此循环自动操作。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)通过多级旋风分离后可有效分离出干馏产物的固体碳，经多级旋风分离后冷凝的气体更干净，可用性更强。

(2)旋风分离器和收集罐之间设有缓存罐，可有效保证分离的顺畅性。

(3)分离器主体、缓存罐、收集罐三者之间连接处设有自动阀门，通过料位计实现自动泄放料，同时保证分离器以及主体系统的密封性和压力稳定性，保证干馏系统长时间顺畅运行

(4)可根据烟草原料的粒径、工况等条件，减少或者添加分离器级数和改变分离器的尺寸，实现最佳分离效果

附图说明

图1是本发明烟草干馏提取致香成分总流程示意图；

图2是本发明烟草干馏提取致香成分系统示意图；

图3是本发明旋风分离器与缓存罐的具体结构示意图；

图4是本发明收集罐的具体结构示意图；

其中，附图标记说明如下：

A、一级料仓；B、二级料仓；C、破拱机；D、给料机；E、送料机；F、流化床；G、一级旋风分离器；H、一级旋风缓冲罐；I、一级旋风储罐；J、二级旋风分离器；K、二级旋风缓冲罐；L、二级旋风储罐；M、高温微尘分离器；N、高温微尘收集罐；O、一级冷凝器；P、一级冷凝器收集罐；Q、二级冷凝器；R、二级冷凝器收集罐；S、一级电捕；T、一级电捕收集罐；U、二级电捕；V、二级电捕收集罐；W、尾气处理系统；X、预热器；

1、烟气出口；2、烟气进口；3、排气芯管；4、焦炭缓存罐；5、上料位计；6、热电偶；7、下料位计；8、连接法兰；

31、进气口；32、排气口33、视镜；34、吊装环；35、循环水入口；36、福马轮；37、压力表；38、进气口；39、对面视镜；51、循环水放空口；100、冷却水夹套110、循环水出口；120、蝶阀排渣口；130、叉车插脚。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行进一步说明：

如图1和图2所示，本发明提供一种烟草致香成分干馏提取系统，该系统包括依次串联连接的烟叶原料处理系统、裂解反应系统、气固分离系统、冷凝系统、精馏系统(未示出)、电捕系统以及尾气处理系统。其中：

所述烟叶原料处理系统包括一级料仓A、二级料仓B、破拱机C、给料机D和送料机E，可将烟叶原料稳定、持续、定量地送入裂解反应系统。

所述裂解反应系统包括流化床F和预热器X，所述预热器X布置在流化床F的底部，底部与N2钢瓶连通，以将流化气体进行加热后引入流化床F进行裂解并产生裂解气，所述的流化床F的热解温度为100℃～400℃，裂解气送入气固分离系统以去除焦炭。

所述气固分离系统包括一级旋风分离器G、一级旋风缓冲罐H、一级旋风储罐I、二级旋风分离器J、二级旋风缓冲罐K、二级旋风储罐L、高温微尘分离器M和高温微尘收集罐N。一级旋风分离器G和二级旋风分离器J用于逐级分离裂解气中的气相致香成分和焦炭；高温微尘分离器M进一步去除气相致香成分中微量固体杂质后，气相致香成分继续送入。高温微尘分离器M具体可以采用高温电捕器、高温陶瓷过滤器、高温布袋过滤器等。热解所得的气固相产物经一级旋风分离器G、二级旋风分离器J和高温微尘分离器M分离后，分别回收在一级旋风缓冲罐H和一级旋风储罐I、二级旋风缓冲罐K和二级旋风储罐L以及高温微尘收集罐N中。

所述冷凝系统包括一级冷凝器O、一级冷凝器收集罐P、二级冷凝器Q和二级冷凝器收集罐R。气相致香成分经一级冷凝器O后产生的液相物为第一致香冷凝液，收集在一级冷凝器收集罐P中。剩余气相物继续送入二级冷凝器Q，产生的液相物为第二致香冷凝液，收集在二级冷凝器收集罐R中。第一致香冷凝液和第二致香冷凝液可继续送入精馏系统进行处理。剩余气相致香成分可继续送入电捕系统。

所述电捕系统包括一级电捕S、一级电捕收集罐T、二级电捕U、二级电捕收集罐V。气相致香成分经一级电捕S收集的物质为第一致香电捕液，收集在一级电捕收集罐T中。剩余气相致香成分继续送入二级电捕U，收集的物质为第二致香电捕液，收集在二级电捕收集罐V中。最后剩余气体送入位于系统尾部的尾气处理系统W。

本发明提供的气固分离系统包括旋风分离系统，旋风分离系统包括至少一个旋风分离单元，请参阅图3与图4，该旋风分离单元包括旋风分离器、缓存罐以及收集罐；以下对其结构进行详细阐述：

图3与图4是本实施例旋风分离器与缓存罐与收集罐的结构示意图，二者均包括旋风分离筒体，所述旋风分离筒体设置有烟气进风口2、烟气出风口1、排气芯管3、排渣口，烟气经烟气进风口进入排气芯管3并经烟气出风口排出，分离出的焦炭经排渣口排出筒体外；

缓存罐4与旋风分离筒体底部的排渣口连通连接，所述缓存罐用于储存分离出的焦炭，缓存罐的温度被控制在350℃以上，以防止热解气的冷凝；在一些优选实施方式中，缓存罐外面布置加热炉，以使得缓存罐内温度保持在350℃以上；在一些具体实施例中，所述缓存罐内部安装有热电偶6以加热缓存罐。

请参阅图3与图4，收集罐连通设置在缓存罐的底部，以收集从缓存罐内排出的焦炭。

进一步优选地，如图4所示，所述收集罐配备有用于冷却焦炭的冷却模块以及用于排净收集罐内部空气的排气模块；具体地，所述收集罐外部套设有水冷套100，通过冷凝循环水带走热解焦炭的热量；所述收集管上部配置有惰性气体进气口38和排气口32，反应开始前，外部氮气冲入收集罐V，置换掉收集罐内部的空气并经排气口排出。

此外，所述烟气进风口2设置在旋风分离筒体的侧面顶端，为保证入口速度和分离效果，旋风分离筒体的入口为方形，且其旋风分离筒体与进风口连通的入口段形成渐变管路，减少气流扰动的影响。

各分离单元的连接采用统一尺寸的标准连接件，便于后期的尺寸调整和更换；在一些具体实施例中，如图4所示，所述冷却装置包括套设在罐体外壁的水冷套100，所述冷却套具有与循环水流通的循环水入口35和循环水出口110，该冷却套还具有循环水放空口51

可选地，所述的罐体设置有压力表37；所述的罐体设有视镜窗口33,38，可时刻观察碳收集状态；所述排渣口120设置有蝶阀，储碳通过拧动蝶阀排出碳渣。

所述罐体底部设有福马轮36和叉车插脚130，便收集罐的转移；所述罐体进一步设有吊装环34。

优选地，所述缓存罐4的顶部通过设置进口阀与旋风分离筒体连通，缓存罐的底部通过设置出口阀与收集罐的进气口31连通，所述缓存罐的上侧与下侧分别设有上料位计5与下料位计7，所述上料位计5与进口阀控制连接，所述下料位计与出口阀控制连接。作为较佳的实施方式本发明实施方式提供二级旋风分离单元，具体地，二级旋风分离单元包括第一级旋风单元和第二级旋风分离单元，所述第二级旋风分离单元的烟气进风口与第一级旋风分离单元的出风口连通设置；各级旋风分离器之间通过管路连接，管路设有主动保温能够保持流体温度最高到600度。

示例性地，携带有焦炭的热解气首先经一级旋风分离器的进风口进入旋风分离系统，改进风口切向安装在分离筒体的侧面顶端，在离心作用下实现气固分离，气体经插入分离筒体内部的排气芯管以及与之相连的出风口进入下一级旋风分离或者下游的系统单元，固体经旋风分离筒体的排渣口进入焦炭缓存罐，焦炭经缓存罐出口阀进入焦炭收集罐，缓存罐进口以下20公分处以及缓存罐出口以上20公分处分别布置有电子感应料位计，和进出口阀门通过控制系统实现联动。

在一个具体实施例中，本发明提供一种旋风分离工艺，系统开始运行时，上下料位计均未检测到固体物料，缓存罐进口阀打开，出口阀关闭；当焦炭累积到上料位计位置时，进口处阀自动关闭，出口阀打开，实现缓存罐中的固体顺利排入到固体焦炭收集罐中；当卸料到下料位计以下时，出口阀关闭，进口阀打开；如此循环自动操作，可以在实现顺利排渣的同时保证反应系统的气密性。

本实施例能分离粒径在毫米到10微米级别颗粒，一级旋风分离器的进口气流速度为16-35m/s，二级旋风分离器的入口速度在24-51m/s，对应压降在1550Pa-2630Pa。在不同的干馏温度下，两级旋风分离器的入口风速如下表1所示。

表1

干馏温/℃	一级旋风分离入口风速(m/s)	二级旋风分离器入口风速(m/s)
			400	35.5	51.1
500	24.4	35.2
			600	16.8	24.2

烟草原料粒径一般在0.1mm-0.5mm之间，经干馏产生的焦炭粒径分布随着反应工况的不同而有所改变，但一般都在0.01mm-0.1mm之间.如表2可以看出，一级分离器分离出来的焦炭粒径明显大于二级分离器分离出来的。

表2

Claims

1.一种烟叶原料流化床干馏产物过滤系统，其特征在于，所述过滤系统包括两个旋风分离单元，所述两个旋风分离单元包括第一级旋风分离单元和第二级旋风分离单元，

所述第一级旋风分离单元包括：第一级旋风分离器，其具有第一级旋风分离筒体，所述第一级旋风分离筒体具有供烟气进入的烟气进风口、供烟气排出的出风口、供焦炭从其底部排出的排渣口；第一级缓存罐，其与所述第一级旋风分离筒体底部的所述排渣口连通连接，所述第一级缓存罐用于储存分离出的焦炭，所述第一级缓存罐的温度被控制在350℃以上；

第一级收集罐，其连通设置在所述缓存罐的底部，以收集从所述第一级缓存罐内排出的焦炭，所述第一级收集罐配备有用于冷却焦炭的冷却模块以及用于排净所述第一级收集罐内部空气的排气模块；

所述第二级旋风分离单元的烟气进风口与所述第一级旋风分离单元的所述出风口之间通过管路连接，所述管路可以主动保温并能够保持流体温度到600度。

2.根据权利要求1所述的烟叶原料流化床干馏产物过滤系统，其特征在于，所述过滤系统用于分离粒径在10微米~1毫米级别颗粒。

3.根据权利要求1所述的烟叶原料流化床干馏产物过滤系统，其特征在于，所述第一级旋风分离单元的进口气流速度为16~35m/s，所述第二级旋风分离单元的进口气流速度在24~51m/s。

4.根据权利要求1所述的烟叶原料流化床干馏产物过滤系统，其特征在于，所述第二级旋风分离单元包括第二缓存罐外部，所述第二缓存罐外部设有加热模块以使其温度控制在350℃以上。

5.根据权利要求1所述的烟叶原料流化床干馏产物过滤系统，其特征在于，所述第一级缓存罐的顶部通过设置进口阀与所述第一级旋风分离筒体连通，所述第一级缓存罐的底部通过设置出口阀与所述第一级收集罐连通；所述第一级缓存罐的上侧与下侧分别设有上料位计与下料位计，所述上料位计与所述进口阀控制连接，所述下料位计与所述出口阀控制连接。

6.根据权利要求1所述的烟叶原料流化床干馏产物过滤系统，其特征在于，第一级旋风分离器的所述烟气进风口设置在所述第一级旋风分离筒体的侧面顶端，且所述第一级旋风分离筒体与所述烟气进风口连通的入口段形成渐变管路。

7.根据权利要求1所述的烟叶原料流化床干馏产物过滤系统，其特征在于，所述第一级收集罐上设有视窗。

8.一种烟草致香成分干馏产物的多级旋风分离工艺，其特征在于，其采用权利要求2~7任意一项所述的过滤系统，所述多级旋风分离工艺包括如下步骤：烟草经流化床干馏后，混有焦炭的热解产物先后进入所述两个旋风分离单元，当料位计均未检测到固体物料，所述第一级缓存罐进口阀门打开，出口阀门关闭；当焦炭累积到上料位计位置时，进口阀自动关闭，出口阀打开，实现所述第一级缓存罐中的固体焦炭顺利排入到所述第一级收集罐中；当卸料到下料位计以下时，出口阀关闭，进口阀打开；如此循环自动操作。