[实用新型]一种生物重油常压裂解装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及化工领域的化学反应及分离设备，特别涉及一种生物重油常压裂解装置。

背景技术

国家标准《柴油机燃料调和用生物柴油(BD100)》GB/T 20828-2015描述：生物柴油是由动植物油脂与醇(例如甲醇或乙醇)经酯交换制得的脂肪酸单烷基酯，最典型的为脂肪酸甲酯(FAME)，以BD100表示。

生物柴油生产过程中为确保产品品质，一般都会有蒸馏工序，通过沸点差异分离轻组分和重组分。轻组分主要为混合的脂肪酸甲酯和少量脂肪酸，为色浅清澈透明油状液体，用于生产国标生物柴油。重组分即塔底重油主要为分子量大、沸点高的甘三酯、甘二酯、甘一酯及少量油脂的聚合物、生物沥青等，黑色不透明，黏度较大，为常温可流动的粘稠油状液体，可定义为生物重油。生物重油主要组成为分子量大、沸点高的甘三酯(50％～80％w)、甘二酯(10％～30％w)、甘一酯(5％～15％w)及少量油脂的聚合物(2％～4％w)、生物沥青(1％～3％w)等(组成酯的脂肪酸碳数14～24，沸点≥230℃)，黑色不透明，黏度较大，常温可流动的粘稠油状液体。硫含量低于0.05％，热值超过普通0#柴油，具有良好的燃料性能。伴随生物柴油生产，大量生物重油可不断同时生产。生物重油闪点高于180℃，便于安全储运。生物重油来源于动植物油脂，无生物毒性和环境危害。

生物重油的主体化学结构为脂肪酸碳链，包括羧基、羟基，碳氢键、碳氧键、氢氧键、碳碳单键、碳碳双键、共轭双键，直链或支链。生物重油以碳、氢、氧、少量的硫、氮、磷和金属元素为主要元素组成的大分子(平均相对分子质量300-1200)烷基酯类和非烷基酯的混合物。除去其酯键部分，可以粗略视作饱和和不饱和烷烃混合物。生物重油的热反应除氢氧元素易脱除形成水外，其余主要遵循自由基链反应历程，即链的引发，链的增长和链 的终止。其特点是液相反应，在液相中分子密集，生成的自由基会被临近的自由基和其他分子围住，易于相互碰撞，使链反应终止，降低链反应速率，产生部分缩合产物和分解产物。脱除的水在热环境中为高活性物质，可加速相应的缩合和分解反应。生物重油在热转化时主要沿着裂解和缩合两个方向进行，热裂解吸热，缩合放热，但在宏观整体上表现为吸热反应。产物有比生物重油更轻的气体和馏分油，也有更重的产物，甚至焦炭。

烷烃的热反应主要有碳碳键断裂生成较小分子的烷烃和烯烃，以及碳氢键断裂生成碳原子数保持不变的烯烃和氢气，都是强吸热过程。烷烃的键能规律：碳碳键的键能小于碳氢键，因此碳碳键更易于断裂；长链烷烃中，越靠近中间处，其碳碳键能越小，也就越容易断裂；随着相对分子质量的增大，烷烃中碳碳键和碳氢键的键能都呈减小的趋势，也就是热稳定性逐渐下降；异构烷烃中的碳碳键及碳氢键的键能都小于正构烷烃，异构烷烃更易于断链和脱氢；烷烃分子中叔碳上的氢最容易脱除，其次是仲碳上的，而伯碳上的氢最难脱除。

从热力学判断，在500℃左右，烷烃脱氢反应进行的可能性不大。当温度高达700℃左右时，脱氢反应的可能性明显增大。从动力学考虑，烃类的热解反应性是以其反应速度来判断的，通常随着温度的升高，烃类的反应速度迅速增大；随着烷烃相对分子质量的增大，其反应速度明显加快；在分子中碳数相同的情况下，异构烷烃的热解反应速率比正构烷烃稍快。生物重油的热反应在350℃—400℃之间已很剧烈。当氢气存在时，同样为自由基反应，但与前者不同，氢的存在可明显抑制各种类型的缩合反应，从而抑制焦炭的生成。在碳碳键断裂时，暴露的端口需要氢或其他活泼的自由基弥补，否则只能是靠其余的碳氢键断裂脱除的氢来弥补，多余的碳则相互积聚，形成焦炭，特别是碳碳双键键能高，若无氢补全，更易碳碳聚合。氢碳比高低差异在石油和煤炭中有明显体现。煤的热解也自然分离出焦炭和焦油。

重油的加氢一般需要12—18MPa压力和催化剂。生物重油含有一定比例的氧元素，加氢时会产生水，对常规加氢的催化剂有阻碍作用，生物重油容易碳化，也不适应常规的加氢工艺。为实现生物重油常压热反应并避免过度聚合，使反应向馏分油方向进行，关键在于碳碳双键的补全和碳碳键断裂时 端口的弥补。参考油脂环氧化过程碳碳双键与氧的结合由双氧水的过氧自由基补入，并非纯氧高压高温接触。事实上油脂纯氧接触极易爆炸，即使用双氧水与油脂环氧化反应，仍需要及时移除反应热和控制反应速度，以免发生爆炸。生物重油碳碳双键的常压补全使用了另一种化学反应途径：用甲醇(CH₃OH)带入活性基团进行醚化反应。