一種木醋液蒸氣冷凝脫水處理方法及設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于生物質熱解處理相關技術領域，更具體地，涉及一種木醋液蒸氣冷凝脫水處理方法及設備。
【背景技術】
[0002]生物質作為唯一能夠直接轉化為液體燃料的可再生能源，以其產量巨大、可儲存和碳循環等優點引起全球的廣泛關注，將生物質資源轉化為潔凈的高品位液體燃料并逐漸替代石油，其不僅可使我們擺脫對有限石油資源的過分依賴，而且能夠大幅度減少污染物和溫室氣體的排放，具有顯著的經濟和社會效益。
[0003]生物質熱解制油技術于20世紀70年代末提出，其將經破碎后的生物質原料快速加熱至約500°C，促使其大分子熱解裂變為小分子氣體產物，再快速冷凝生成生物油。在生物油冷凝過程中，通常會采用分級冷凝方法將其分作重質生物油與輕質生物油，其中輕質生物油的主要成分是木醋液，木醋液是一種以乙酸為主，含有醇、酚、酮、醛及其衍生物等多種物質的混合物，其具有殺菌、抗菌、防蟲、防腐等功能，因而在多個領域得到廣泛應用。
[0004]然而，進一步的研宄表明，一般情況下木醋液含水量較高，往往高達80% -90%,不能直接利用，需經過脫水濃縮后才能用于實際生產，而且往往還存在冷凝效率低、木醋液質量及純度低等問題，但現有的脫水方法操作過程復雜，無形之中提高了生產成本。之前雖有不少關于生物油冷凝的發明專利做出了創造性的工作，例如CN201110308657.0中公開了一種生物質熱解蒸氣冷凝系統，其中采用了不與生物油互混的物質作為冷卻劑以方便之后的分離，但針對生物油冷凝收集之后含水量較高的問題并沒有得到重視和解決；此外，CN201010195988.3公開了一種生物質裂解氣的分離冷凝方法，其中采用水流實現裂解氣的快速冷凝，冷凝后的裂解氣分離成為氣相產物和液相產物，其有效地解決了生物質裂解氣產物分離過程中冷凝過程難以控制、能耗高、經濟性差的問題，但由于裂解氣由水流進行冷凝，其冷凝后的木醋液同樣存在含水量過高的問題。
【發明內容】
[0005]針對現有技術的上述缺點和/或改進需求，本發明提供了一種木醋液蒸氣冷凝脫水處理方法，其中通過其冷凝脫水處理的工藝條件進行設計，相應能夠在冷凝的同時有效去除木醋液中所包含的大部分水分；此外，本發明還通過對實現蒸氣冷凝脫水的具體設備及其關鍵組件如噴淋裝置、蒸氣布氣管的結構及其設置方式進行改進，相應的能夠提高冷凝脫水效果及木醋液的質量與純度，因而尤其適用于生物質熱解制油分級冷凝系統中的輕質生物油冷凝之類的應用場合。
[0006]為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種木醋液蒸氣冷凝脫水處理方法，該方法包括下列步驟:(a)在封閉空間內將木醋液以高溫蒸氣的形式與霧狀的挾帶劑液滴充分接觸，在此過程中，木醋液中所含的水蒸氣與所述挾帶劑液滴發生反應生成共沸物，并借助于木醋液高溫蒸氣自身攜帶的熱能形成共沸物蒸氣；其中，共沸物蒸氣以氣態形式向上運動排出，而執行脫水后的木醋液其他成分則以液態形式向下沉積，并直接通過重力作用予以收集，從而達到對木醋液同時執行冷凝和脫水處理的雙重效果。
[0007]優選的，在步驟(a)之后，優選還包括對所述共沸物蒸氣的后續處理步驟:(b)將該氣態形式的共沸物蒸氣排放至封閉空間之外，并繼續執行冷凝處理，其在冷凝后發生分層以實現挾帶劑與水之間的分離，而且分離后的挾帶劑被重新以液滴形式輸送至與木醋液的高溫蒸氣發生充分接觸。
[0008]優選的，所述挾帶劑被設定為具備以下特性:它的密度小于水的密度，而且它與水蒸氣反應生成的共沸物的沸點低于90°C。
[0009]優選的，所述挾帶劑優選選自于下列組分中的任意一種或其組合:乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、乙酸異丁酯、三氯三氟甲烷和環己烷。
[0010]優選的，選用乙酸異丁酯作為挾帶劑，對于步驟(a)而言，其操作工藝參數優選被設計如下:木醋液高溫蒸氣的溫度范圍為130-170°C;霧狀挾帶劑液滴的噴射速度被設定為10.5m/s，并且木醋液高溫蒸氣與挾帶劑液滴兩者之間進行混合的質量比被設定為1:2.5。
[0011]按照本發明的另一方面，提供了一種用于對生物質木醋液同時執行冷凝和脫水處理的設備，其特征在于，該設備包括冷凝脫水同步處理裝置、挾帶劑供應源和共沸物分層裝置，其中:
[0012]所述冷凝脫水同步處理裝置整體呈罐狀結構，并包括布氣管、噴淋單元和排氣口，其中布氣管橫向設置在罐狀結構的上部，并用于將呈高溫蒸氣形式的木醋液經由多個氣孔排出；噴淋單元設置在所述布氣管的附近，用于將來自所述挾帶劑供應源的挾帶劑經由多個噴嘴噴出，由此使得挾帶劑以霧狀液滴的形式與木醋液高溫蒸氣充分混合，并且與木醋液中所含的水蒸氣發生反應生成共沸物，同時借助于木醋液高溫蒸氣自身攜帶的熱能形成共沸物蒸氣；排氣口安裝在罐狀結構的最上部，并通過虹吸作用將以氣態形式向上運動的共沸物蒸氣從罐狀結構排出；此外，執行脫水后的木醋液其他成分則以液態形式向下沉積，并直接通過重力作用收集在罐狀結構的底部；
[0013]所述挾帶劑供應源儲存有液態形式的挾帶劑，并通過配備有控制閥和流量計的管路與所述噴淋單元相連通，由此用于向所述冷凝脫水同步處理裝置提供各種設定流量的挾帶劑；
[0014]所述共沸物分層裝置同時與所述冷凝脫水同步處理裝置的排氣口和所述挾帶劑供應源相連接，并配置有盤管蒸氣器和制冷壓縮機，其中來自所述排氣口的共沸物蒸氣在此被執行冷凝處理，并實現挾帶劑與水之間的分層處理，分層后的挾帶劑則被回收至所述挾帶劑供應源中。
[0015]優選的，所述挾帶劑供應源中設置有制冷壓縮機和盤管蒸發器，以實現將冷凝收集后的挾帶劑進一步冷卻。
[0016]優選的，在所述共沸物分層裝置上還分別設置有水回收管路和挾帶劑回收管路，并且這兩個管路分別對應處于分層后的水層和挾帶劑層。
[0017]優選的，用于連接所述冷凝脫水同步處理裝置與所述共沸物分層裝置的管路沿著豎直方向直接插入此共沸物分層裝置的內部。
[0018]優選的，所述排氣口與共沸物分層裝置相連的管路上設有熱電偶以監測管路中的氣體溫度。
[0019]優選的，所述布氣管上設有均勻分布的氣孔，所述冷凝脫水同步處理裝置與水箱的下端設置有出口，在木醋液量或者廢水量達到一定容量后可以經由出口排出。
[0020]總體而言，由于所述冷凝裝置中噴淋的挾帶劑液滴與木醋液中的水蒸氣發生反應形成共沸物，并借助于木醋液高溫蒸氣自身攜帶的熱能形成共沸物蒸氣，即木醋液中的水分與挾帶劑一同以氣態形式存在，而木醋液中的其他成分則以液態形式通過重力作用被收集，本冷凝脫水處理方法及設備與現有技術相比，具有以下優點:
[0021]1.本發明不僅實現了木醋液蒸氣的冷凝液化，而且還可以有效地降低所收集的木醋液中的含水量，方便后續的深加工，通過對冷凝脫水工藝的改進，提高了冷凝脫水效果及木醋液的質量與純度，并且所述挾帶劑可以循環使用，分離的水分亦可作為他用，降低了生產成本。
[0022]2.一般的生物油噴淋式冷凝器只能利用冷卻劑的顯熱進行降溫，而本發明中的挾帶劑最終以氣態形式蒸發，所以挾帶劑的蒸發潛熱也得到了利用。
[0023]3.本發明使用的挾帶劑在液態和較低溫度下與水幾乎不相溶，而在冷凝過程中以共沸物的形式與木醋液中除水以外的其他物質相分離，因此本發明的設備相對其他生物油冷凝設備更容易實現冷卻劑的分離。
[0024]4.本發明能夠同時實現木醋液蒸氣的冷凝與脫水，具有操作簡單，可控性強，結構緊湊等優點，可用于木醋液蒸氣的冷凝，也可用于生物質熱解油分級冷凝系統中的輕質生物油冷凝。
【附圖說明】
[0025]圖1是木醋液蒸氣冷凝脫水設備示意圖。
[0026]在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中:1.冷凝脫水同步處理裝置、2.挾帶劑供應源、3.共沸物分層裝置、4.水箱、11.布氣管、12.噴淋單元、13.排氣口、14.木醋液蒸氣入口、15.收集的木醋液、21.盤管蒸氣器、22.制冷壓縮機、