申请日2015.03.23
公开(公告)日2015.06.17
IPC分类号C10C5/00
摘要
本发明公开了一种木醋液蒸气冷凝脱水处理方法及设备，所述方法将木醋液蒸气与挟带剂液滴充分接触换热后冷凝成液体，挟带剂与木醋液中的水蒸气混合形成共沸物蒸气，其中该共沸物蒸气同时包含了挟带剂蒸气和木醋液中的水蒸气，所述共沸物蒸气经由虹吸作用被吸出，而木醋液中的其他成分以液态形式通过重力作用被收集，所述设备包括冷凝脱水同步处理装置、挟带剂供应源、共沸物分层装置和水箱，所述冷凝脱水同步处理装置设有排气口、喷淋单元和布气管，所述冷凝脱水同步处理装置与挟带剂供应源相连，通过共沸物分层装置将共沸物进行分离，通过上述方法和设备实现了木醋液蒸气的冷凝与脱水过程的一体化。
摘要附图
权利要求书
1.一种木醋液蒸气冷凝脱水处理方法，其特征在于，该方法包括下列 步骤：
(a)在封闭空间内将木醋液以高温蒸气的形式与雾状的挟带剂液滴充 分接触，在此过程中，木醋液中所含的水蒸气与所述挟带剂液滴发生反应 生成共沸物，并借助于木醋液高温蒸气自身携带的热能形成共沸物蒸气; 其中，共沸物蒸气以气态形式向上运动排出，而执行脱水后的木醋液其他 成分则以液态形式向下沉积，并直接通过重力作用予以收集，从而达到对 木醋液同时执行冷凝和脱水处理的双重效果。
2.如权利要求1所述的木醋液蒸气冷凝脱水处理方法，其特征在于， 在步骤(a)之后，优选还包括对所述共沸物蒸气的后续处理步骤：
(b)将该气态形式的共沸物蒸气排放至封闭空间之外，并继续执行冷 凝处理，其在冷凝后发生分层以实现挟带剂与水之间的分离，而且分离后 的挟带剂被重新以液滴形式输送至与木醋液的高温蒸气发生充分接触。
3.如权利要求1或2所述的木醋液蒸气冷凝脱水处理方法，其特征在 于，所述挟带剂优选被设定为具备以下特性：它的密度小于水的密度，而 且它与水蒸气混合生成的共沸物的沸点低于90℃。
4.如权利要求3所述的木醋液蒸气冷凝脱水处理方法，其特征在于， 所述挟带剂优选选自于下列组分中的任意一种或其组合：乙酸乙酯、乙酸 丙酯、乙酸丁酯、乙酸异丁酯、三氯三氟甲烷和环己烷。
5.如权利要求1-4任意一项所述的木醋液蒸气冷凝脱水处理方法，其 特征在于，选用乙酸异丁酯作为挟带剂，对于步骤(a)而言，其操作工艺 参数优选被设计如下：木醋液高温蒸气的温度范围为130-170℃;雾状挟带 剂液滴的喷射速度被设定为10.5m/s，并且木醋液高温蒸气与挟带剂液滴两 者之间进行混合的质量比被设定为1:2.5。
6.一种用于对生物质木醋液同时执行冷凝和脱水处理的设备，其特征 在于，该设备包括冷凝脱水同步处理装置(1)、挟带剂供应源(2)和共沸 物分层装置(3)，其中：
所述冷凝脱水同步处理装置(1)整体呈罐状结构，并包括布气管(11)、 喷淋单元(12)和排气口(13)，其中布气管(11)横向设置在罐状结构的 上部，并用于将呈高温蒸气形式的木醋液经由多个气孔排出;喷淋单元(12) 设置在所述布气管(11)的附近，用于将来自所述挟带剂供应源(2)的挟 带剂经由多个喷嘴喷出，由此使得挟带剂以雾状液滴的形式与木醋液高温 蒸气充分混合，并且与木醋液中所含的水蒸气发生反应生成共沸物，同时 借助于木醋液高温蒸气自身携带的热能形成共沸物蒸气;排气口(13)安 装在罐状结构的最上部，并通过虹吸作用将以气态形式向上运动的共沸物 蒸气从罐状结构排出;此外，执行脱水后的木醋液其他成分则以液态形式 向下沉积，并直接通过重力作用收集在罐状结构的底部;
所述挟带剂供应源(2)储存有液态形式的挟带剂，并通过配备有控制 阀和流量计的管路与所述喷淋单元(12)相连通，由此用于向所述冷凝脱 水同步处理装置(1)提供各种设定流量的挟带剂;
所述共沸物分层装置(3)同时与所述冷凝脱水同步处理装置的排气口 (13)和所述挟带剂供应源(2)相连接，并配置有盘管蒸气器(31)和制 冷压缩机(32)，其中来自所述排气口(13)的共沸物蒸气在此被执行冷凝 处理，并实现挟带剂与水之间的分层处理，分层后的挟带剂则被回收至所 述挟带剂供应源(2)中。
7.如权利要求6所述的的设备，其特征在于，所述挟带剂供应源(2) 中设置有盘管蒸发器(21)和制冷压缩机(22)，以实现将冷凝收集后的挟 带剂进一步冷却。
8.如权利要求6或7所述的的设备，其特征在于，在所述共沸物分层 装置上还分别设置有水回收管路和挟带剂回收管路，并且这两个管路分别 对应处于分层后的水层和挟带剂层。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，用于连接所述冷凝脱水同 步处理装置(1)与所述共沸物分层装置(3)的管路沿着竖直方向直接插 入此共沸物分层装置(3)的内部。
说明书
一种木醋液蒸气冷凝脱水处理方法及设备
技术领域
本发明属于生物质热解处理相关技术领域，更具体地，涉及一种木醋 液蒸气冷凝脱水处理方法及设备。
背景技术
生物质作为唯一能够直接转化为液体燃料的可再生能源，以其产量巨 大、可储存和碳循环等优点引起全球的广泛关注,将生物质资源转化为洁净 的高品位液体燃料并逐渐替代石油，其不仅可使我们摆脱对有限石油资源 的过分依赖，而且能够大幅度减少污染物和温室气体的排放，具有显著的 经济和社会效益。
生物质热解制油技术于20世纪70年代末提出，其将经破碎后的生物 质原料快速加热至约500℃，促使其大分子热解裂变为小分子气体产物，再 快速冷凝生成生物油。在生物油冷凝过程中，通常会采用分级冷凝方法将 其分作重质生物油与轻质生物油，其中轻质生物油的主要成分是木醋液， 木醋液是一种以乙酸为主，含有醇、酚、酮、醛及其衍生物等多种物质的 混合物，其具有杀菌、抗菌、防虫、防腐等功能，因而在多个领域得到广 泛应用。
然而，进一步的研究表明，一般情况下木醋液含水量较高，往往高达 80%-90%，不能直接利用，需经过脱水浓缩后才能用于实际生产，而且往往 还存在冷凝效率低、木醋液质量及纯度低等问题，但现有的脱水方法操作 过程复杂，无形之中提高了生产成本。之前虽有不少关于生物油冷凝的发 明专利做出了创造性的工作，例如CN201110308657.0中公开了一种生物质 热解蒸气冷凝系统，其中采用了不与生物油互混的物质作为冷却剂以方便 之后的分离，但针对生物油冷凝收集之后含水量较高的问题并没有得到重 视和解决;此外，CN201010195988.3公开了一种生物质裂解气的分离冷凝 方法，其中采用水流实现裂解气的快速冷凝，冷凝后的裂解气分离成为气 相产物和液相产物，其有效地解决了生物质裂解气产物分离过程中冷凝过 程难以控制、能耗高、经济性差的问题，但由于裂解气由水流进行冷凝， 其冷凝后的木醋液同样存在含水量过高的问题。
发明内容
针对现有技术的上述缺点和/或改进需求，本发明提供了一种木醋液蒸 气冷凝脱水处理方法，其中通过其冷凝脱水处理的工艺条件进行设计，相 应能够在冷凝的同时有效去除木醋液中所包含的大部分水分;此外，本发 明还通过对实现蒸气冷凝脱水的具体设备及其关键组件如喷淋装置、蒸气 布气管的结构及其设置方式进行改进，相应的能够提高冷凝脱水效果及木 醋液的质量与纯度，因而尤其适用于生物质热解制油分级冷凝系统中的轻 质生物油冷凝之类的应用场合。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种木醋液蒸气冷 凝脱水处理方法，该方法包括下列步骤：(a)在封闭空间内将木醋液以高 温蒸气的形式与雾状的挟带剂液滴充分接触，在此过程中，木醋液中所含 的水蒸气与所述挟带剂液滴发生反应生成共沸物，并借助于木醋液高温蒸 气自身携带的热能形成共沸物蒸气;其中，共沸物蒸气以气态形式向上运 动排出，而执行脱水后的木醋液其他成分则以液态形式向下沉积，并直接 通过重力作用予以收集，从而达到对木醋液同时执行冷凝和脱水处理的双 重效果。
优选的，在步骤(a)之后，优选还包括对所述共沸物蒸气的后续处理 步骤：(b)将该气态形式的共沸物蒸气排放至封闭空间之外，并继续执行 冷凝处理，其在冷凝后发生分层以实现挟带剂与水之间的分离，而且分离 后的挟带剂被重新以液滴形式输送至与木醋液的高温蒸气发生充分接触。
优选的，所述挟带剂被设定为具备以下特性：它的密度小于水的密度， 而且它与水蒸气反应生成的共沸物的沸点低于90℃。
优选的，所述挟带剂优选选自于下列组分中的任意一种或其组合：乙 酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、乙酸异丁酯、三氯三氟甲烷和环己烷。
优选的，选用乙酸异丁酯作为挟带剂，对于步骤(a)而言，其操作工 艺参数优选被设计如下：木醋液高温蒸气的温度范围为130-170℃;雾状挟 带剂液滴的喷射速度被设定为10.5m/s，并且木醋液高温蒸气与挟带剂液滴 两者之间进行混合的质量比被设定为1:2.5。
按照本发明的另一方面，提供了一种用于对生物质木醋液同时执行冷 凝和脱水处理的设备，其特征在于，该设备包括冷凝脱水同步处理装置、 挟带剂供应源和共沸物分层装置，其中：
所述冷凝脱水同步处理装置整体呈罐状结构，并包括布气管、喷淋单 元和排气口，其中布气管横向设置在罐状结构的上部，并用于将呈高温蒸 气形式的木醋液经由多个气孔排出;喷淋单元设置在所述布气管的附近， 用于将来自所述挟带剂供应源的挟带剂经由多个喷嘴喷出，由此使得挟带 剂以雾状液滴的形式与木醋液高温蒸气充分混合，并且与木醋液中所含的 水蒸气发生反应生成共沸物，同时借助于木醋液高温蒸气自身携带的热能 形成共沸物蒸气;排气口安装在罐状结构的最上部，并通过虹吸作用将以 气态形式向上运动的共沸物蒸气从罐状结构排出;此外，执行脱水后的木 醋液其他成分则以液态形式向下沉积，并直接通过重力作用收集在罐状结 构的底部;
所述挟带剂供应源储存有液态形式的挟带剂，并通过配备有控制阀和 流量计的管路与所述喷淋单元相连通，由此用于向所述冷凝脱水同步处理 装置提供各种设定流量的挟带剂;
所述共沸物分层装置同时与所述冷凝脱水同步处理装置的排气口和所 述挟带剂供应源相连接，并配置有盘管蒸气器和制冷压缩机，其中来自所 述排气口的共沸物蒸气在此被执行冷凝处理，并实现挟带剂与水之间的分 层处理，分层后的挟带剂则被回收至所述挟带剂供应源中。
优选的，所述挟带剂供应源中设置有制冷压缩机和盘管蒸发器，以实 现将冷凝收集后的挟带剂进一步冷却。
优选的，在所述共沸物分层装置上还分别设置有水回收管路和挟带剂 回收管路，并且这两个管路分别对应处于分层后的水层和挟带剂层。
优选的，用于连接所述冷凝脱水同步处理装置与所述共沸物分层装置 的管路沿着竖直方向直接插入此共沸物分层装置的内部。
优选的，所述排气口与共沸物分层装置相连的管路上设有热电偶以监 测管路中的气体温度。
优选的，所述布气管上设有均匀分布的气孔，所述冷凝脱水同步处理 装置与水箱的下端设置有出口，在木醋液量或者废水量达到一定容量后可 以经由出口排出。
总体而言，由于所述冷凝装置中喷淋的挟带剂液滴与木醋液中的水蒸 气发生反应形成共沸物，并借助于木醋液高温蒸气自身携带的热能形成共 沸物蒸气，即木醋液中的水分与挟带剂一同以气态形式存在，而木醋液中 的其他成分则以液态形式通过重力作用被收集，本冷凝脱水处理方法及设 备与现有技术相比，具有以下优点：
1.本发明不仅实现了木醋液蒸气的冷凝液化，而且还可以有效地降低 所收集的木醋液中的含水量，方便后续的深加工，通过对冷凝脱水工艺的 改进，提高了冷凝脱水效果及木醋液的质量与纯度，并且所述挟带剂可以 循环使用，分离的水分亦可作为他用，降低了生产成本。
2.一般的生物油喷淋式冷凝器只能利用冷却剂的显热进行降温，而本 发明中的挟带剂最终以气态形式蒸发，所以挟带剂的蒸发潜热也得到了利 用。
3.本发明使用的挟带剂在液态和较低温度下与水几乎不相溶，而在冷 凝过程中以共沸物的形式与木醋液中除水以外的其他物质相分离，因此本 发明的设备相对其他生物油冷凝设备更容易实现冷却剂的分离。
4.本发明能够同时实现木醋液蒸气的冷凝与脱水，具有操作简单，可 控性强，结构紧凑等优点，可用于木醋液蒸气的冷凝，也可用于生物质热 解油分级冷凝系统中的轻质生物油冷凝