[发明专利]一种木质素分离及蒸汽裂解系统及其方法

说明书

本发明涉及农林生物资料利用技术领域，公开了一种木质素分离及蒸汽裂解系统及其方法，包括顺次连接的蒸煮反应釜、预热装置、辐射裂解装置、急冷装置以及回收处理机构，利用碱液从木质纤维原料分离出木质素，并以蒸汽作为氧化剂裂解木质素后，通过加氢反应生成生物油和生物燃气，富含纤维素和半纤维素的残渣酶解糖化效率高，且设备简单，整个系统工作温度较低，裂解过程稳定，工艺简单易行，环保低毒，木质素提取回收率高，综纤维素糖化效率高，易于实现工业化。

技术领域

本发明涉及农林生物资料利用技术领域，特别是涉及一种木质素分离及蒸汽裂解系统及其方法。

背景技术

能源和环境危机是21世纪人类社会可持续发展所面临的主要障碍之一。利用地球上最丰富、最廉价的可再生木质纤维原料制取生物质燃料和生物基产品是解决上述障碍的有效途径之一。

木质纤维原料中纤维素占35％～45％，半纤维素占20％～40％，木质素占20％～30％。纤维素和半纤维素可经水解糖化制备出一系列糖平台化合物，包括生物乙醇、生物丁醇等液体燃料以及糠醛、木糖醇等化学品等，纤维素还可制备功能化纤维素材料。作为天然高分子材料的木质素虽然也有较高的利用价值，木质素产品也可达几百种，但是木质素利用状况还远远没有充分利用。

对木质纤维原料等生物质进行气化技术是21世纪出现的一种综合利用能源的新技术。已有的生物质气化技术主要包括固定床气化、流化床气化、两段式制气等工艺和设备等。还可以将生物质进行热裂解后进一步实施热重整或蒸汽重整来制造高热量气体的方式来气化发电。目前已有的气化、裂解技术大多是针对木质纤维原料整体而言的，并没有分离出纤维素、半纤维素和木质素而分别进行研究。纤维素和半纤维素具有非气化裂解之外的更为广阔的应用前景，而许多应用技术已经成熟或接近成熟工业化。而木质素因成分复杂，其产品和利用大多还处于起步研究阶段。因此，利用含有综纤维素的木质纤维原料直接气化、裂解研究的局限性十分有限，且没有充分发挥生物质原料优势而加以利用。

目前生物质直接气化工艺还存在以下不足：由于原料成分复杂而热值极不稳定，气化炉的运行温度难以控制；以空气作为氧化剂时，氮气含量过高而导致有效气体和热值偏低；生物质中含有大量的K、Na等碱金属氧化物在温度高于800℃时会气化而混杂于气化产物中，不仅会影响气体质量，还会与焦油一起粘附在设备和管道中而造成腐蚀严重。裂解过程中会产生大量的裂解碎片自由基而导致产物活性很高，极其不稳定，必须避光，避免与空气接触保存。

针对现有技术的缺陷，本申请提供了一种具有普适性的从木质纤维原料中分离出木质素并加以蒸汽裂解的方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种木质素分离及蒸汽裂解系统及其方法，解决现有技术中气化炉难以控制，热值低，产物质量低，设备容易损坏，裂解过程不稳定的缺陷。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种木质素分离及蒸汽裂解系统，其特征在于，包括：

蒸煮反应釜，设有木质纤维原料入料口、综纤维素出料口、木质素混合物蒸煮出口和碱液入料口，所述综纤维素出料口与综纤维素收集器连接；

预热装置，其设有木质素混合物预热入口、氢气入口、第二水蒸气入口、氢气水蒸气混合出口和木质素混合物预热出口，所述木质素混合物预热入口与所述木质素混合物蒸煮出口连接，用于给送入的木质素混合物加热汽化，氢气与水蒸气分别通过所述氢气入口和第二水蒸气入口通入所述预热装置预热，形成含氢气的水蒸气流，并由氢气水蒸气混合出口排出；

辐射裂解装置，其包括木质素混合物辐射裂解入口和木质素混合物辐射裂解出口，所述辐射裂解入口与所述木质素混合物蒸煮出口连接，所述氢气水蒸气混合出口在所述辐射裂解装置内部与邻近所述木质素混合物辐射裂解出口处连接；