CN100529630C - 用于煤或生物质热解液化的喷雾与降膜复合式冷凝装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于煤或生物质热解液化的喷雾与降膜复合式冷凝装置。圆柱筒状冷凝器内分为上、中、下三部分，上部为喷雾冷凝段，顶部均布着雾化喷嘴；中部为降膜冷凝段，设有列管式间接换热器；下部为储液段；还包括液体输送泵、冷却塔及相应的管道等。实验表明，这种喷雾降膜复合冷凝器及其配套组件能够很好地满足产油能力为50～800kg/h的生物质热解液化设备的冷凝所需，且以秸秆为热解原料时液体产物的产率≥50%、以木屑为热解原料时液体产物的产率≥60%，生物油的热值均为16～18MJ/kg、粘度40～120mm2/s、比重1.1～1.2。

Description

用于煤或生物质热解液化的喷雾与降膜复合式冷凝装置
技术领域
本发明涉及用于煤、生物质和其他有机废弃物热解后的冷凝工艺装置。
背景技术
对于煤、生物质和其他有机废弃物的热解液化，一般都要求其冷凝系统能够对高温热解蒸气进行迅速冷凝，以提高液体产物的收率和品质。现有的热解液化设备的冷凝装置它主要由多个冷却器皿串联构成，高温热解蒸气通过壁面冷却而获得冷凝。但实践证明，这种冷凝装置存在冷却速度慢和冷凝不彻底的缺点，而高温热解蒸气若不能迅速获得冷凝，则很容易发生二次裂解，并进而影响液体产物的收率和品质。如F.Ates等人在《芝麻秆快速热解：生物油产率与结构分析》文献中报导了一套自行研发的生物质热解液化装置，在其冷凝系统中，以冰为冷凝介质对热解气进行冷凝，由于冷凝速度较慢，所得到的是水相(轻质油)和油相(重质油)分离的两相产物，其中水相部分由于水分含量很高而很难作为燃料使用，而重质油由于粘度太大而基本无法使用。华东理工大学的颜涌捷等人在《流化床生物质快速裂解制液体燃料》文献中也报导了一套自行开发的生物质热解液化装置，采用两级蛇管冷凝器对热解气进行冷凝，所获得的也是两相分离的生物油。
[1]F.Ates.E.Putun，A.E.Putun.Fast pyrolysis of sesame stalk：yields and structural analysisof bio-oil(芝麻秆快速热解：生物油产率与结构分析).Journal of Analytical andApplied Pyrolysis(热解分析与应用杂志).2004，71：779-790.
[2]任铮伟，徐清，陈明强，张素萍，颜涌捷，李庭琛.流化床生物质快速裂解制液体燃料.太阳能学报，2002，23(4)：462-466.
发明内容
本发明旨在提供一种能实现迅速彻底冷凝煤、生物质和其他有机废弃物高温热解蒸气的用于煤或生物质热解液化的喷雾与降膜复合式冷凝装置。
具体的结构设计方案如下：
用于煤或生物质热解液化的喷雾与降膜复合式冷凝装置，包括圆柱筒状冷凝器，冷凝器内分为上、中、下三部分，上部为喷雾冷凝段，顶部均布着雾化喷嘴；中部为降膜冷凝段，设有列管式间接换热器；下部为储液段；
冷凝器的喷雾冷凝段上部一侧设有热解蒸气管口，下部另一侧设有不可冷凝气管口，顶部设有与雾化喷嘴相连的进液口，
冷凝器的降膜冷凝段上部一侧为冷却水出口，冷却水出口通过水管连通着冷却塔顶部，下部另一侧设有冷却水入口，冷却水入口通过水管连通着水泵的出水口，水泵的进水口连通冷却塔的出水口；
冷凝器的储液段下部一侧设有冷凝口，冷凝口连通着液体输送泵的进口，液体输送泵的出口通过油管连通着冷凝器顶部的进液口，其底部设有液体产物出口。
所述冷凝器直径0.8-2.0米、高度2.5-5.0米；冷凝器内喷雾冷凝段高度为0.8-1.5米，中部降膜冷凝段高度为0.8-2.0米，下部储液段高度为0.8-1.5米。
所述雾化喷嘴共7个，1个雾化喷嘴设于冷凝器顶部中心，另6个雾化喷嘴均布在四周，雾化喷嘴的喷嘴口径为0.6mm。
所述列管式间接换热器中的列管数为400-800根，管径为25mm。
所述液体输送泵为自吸式离心油泵，型号为CYZ-A型。
所述冷却塔为圆形逆流式，型号为DBNL3-200。
本发明采用喷雾与降膜复合式冷凝方式对高温热解蒸气进行迅速冷凝：首先以热解油作为冷凝液，使之雾化后直接喷洒到高温热解气中，细微的冷凝液滴直接与热解气接触，热解气迅速降温从而抑制了聚合和缩聚反应的发生；然后再采用降膜冷却将冷凝产生的热量透过液膜被冷凝管另一侧的冷却水带出冷凝器，同时让热解气中低沸点的组分在液膜气液界面进一步发生冷凝。因此，喷雾与降膜复合冷凝可以显著提高热解液体的收率和品质。以生物质为原料时，热解液体的产率≥50％、热值16～18MJ/kg、粘度40～120mm2/s、比重1.1～1.2。
本发明具有装置结构简单、操作安全可靠、冷凝成本低廉等特点。
附图说明
图1为本发明结构示意图，
图2为图1的A-A剖视图，
图3为图1的B-B剖视图。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。
实施例1：
以产油能力为500kg/h的生物质热解液化设备中的喷雾与降膜复合式冷凝装置为例，其冷凝器1直径为1.5m、高为4.5m，其内部分为上、中、下三部分，见图1：
上部为喷雾冷凝段，高1.5米，距顶端150mm处的中部位置装有7只雾化喷嘴2，1个雾化喷嘴设于冷凝器顶部中心，另6个雾化喷嘴均布在四周，见图2，喷嘴口径0.6mm，用于将热解液体雾化成细微的液滴，与从冷凝器侧壁入口处(距顶端300mm)进入的高温热解气直接接触，使之迅速冷却并得到冷凝；
中部为降膜冷凝段，高1.8米，内装的列管式间接换热器3由600根直径为25mm的换热管组成，见图3，用于将降膜冷凝产生的热量带出冷凝器，同时让热解气中低沸点的组分在液膜气液界面进一步发生冷凝；
下部为储液段，高1.2米，液位高度控制为1.0-1.1米。
冷凝器的喷雾冷凝段上部一侧设有热解蒸气管口4，下部另一侧设有不可冷凝气管口5，顶部设有与雾化喷嘴相连的进液口6，
冷凝器的降膜冷凝段上部一侧为冷却水出口7，冷却水出口7通过水管连通着冷却塔8顶部，下部另一侧设有冷却水入口9，冷却水入口9通过水管连通着水泵10的出水口，水泵10的进水口连通冷却塔8的出水口；
冷凝器的储液段下部一侧设有冷凝口11，冷凝口11连通着液体输送泵12的进口，液体输送泵12的出口通过油管连通着冷凝器顶部的进液口6，其底部设有液体产物出口13。
液体输送泵为自吸式离心油泵，型号为CYZ-A型。冷却塔为圆形逆流式，型号为DBNL3-200。
喷雾与降膜复合式冷凝装置的工作过程为：①高温热解蒸气由上部热解蒸气管口4进入冷凝器上部；②在冷凝器上部，采用喷雾冷却方式使高温热解蒸气迅速获得冷凝；③在冷凝器中部，采用降膜冷却方式将冷凝产生的热量透过液膜被冷凝管另一侧的冷却水带出冷凝器，同时让热解气中的低沸点组分在液膜气液界面进一步发生冷凝；④在冷凝器底部，冷凝获得的热解液体被泵送到冷凝器上部的雾化喷嘴，多余的热解液体被引出冷凝器。
实验表明，这种喷雾降膜复合冷凝器及其配套组件能够很好地满足产油能力为500kg/h的生物质热解液化设备的冷凝所需，且以秸秆为热解原料时液体产物的产率≥50％、以木屑为热解原料时液体产物的产率≥60％，生物油的热值均为16～18MJ/kg、粘度40～120mm2/s、比重1.1～1.2。
实施例2：
以产油能力为50kg/h的生物质热解液化设备中的喷雾与降膜复合式冷凝装置为例，其冷凝器直径为0.8米、高度为2.5米；冷凝器内喷雾冷凝段高度为0.8米，中部降膜冷凝段高度为0.8米，下部储液段高度范围为0.8米。
内装的列管式间接换热器由400根直径为25mm的换热管组成，
其它结构同实施例1。
实施例3：
以产油能力为800kg/h的生物质热解液化设备中的喷雾与降膜复合式冷凝装置为例，其冷凝器直径2.0米、高度5.0米；冷凝器内喷雾冷凝段高度为1.5米，中部降膜冷凝段高度为2.0米，下部储液段高度为1.5米。
内装的列管式间接换热器由800根直径为25mm的换热管组成，
其它结构同实施例1。

Claims (6)

1、用于煤或生物质热解液化的喷雾与降膜复合式冷凝装置，其特征在于：包括圆柱筒状冷凝器，冷凝器内分为上、中、下三部分，上部为喷雾冷凝段，顶部均布着雾化喷嘴；中部为降膜冷凝段，设有列管式间接换热器；下部为储液段；
冷凝器的喷雾冷凝段上部一侧设有热解蒸气管口，下部另一侧设有不可冷凝气管口，顶部设有与雾化喷嘴相连的进液口，
冷凝器的降膜冷凝段上部一侧为冷却水出口，冷却水出口通过水管连通着冷却塔顶部，下部另一侧设有冷却水入口，冷却水入口通过水管连通着水泵的出水口，水泵的进水口连通冷却塔的出水口；
冷凝器的储液段下部一侧设有冷凝口，冷凝口连通着液体输送泵的进口，液体输送泵的出口通过油管连通着冷凝器顶部的进液口，其底部设有液体产物出口。
2、根据权利要求1所述的用于煤或生物质热解液化的喷雾与降膜复合式冷凝装置，其特征在于：所述冷凝器直径0.8-2.0米、高度2.5-5.0米；冷凝器内喷雾冷凝段高度为0.8-1.5米，中部降膜冷凝段高度为0.8-2.0米，下部储液段高度为0.8-1.5米。
3、根据权利要求1所述的用于煤或生物质热解液化的喷雾与降膜复合式冷凝装置，其特征在于：所述雾化喷嘴共7个，1个雾化喷嘴设于冷凝器顶部中心，另6个雾化喷嘴均布在四周，雾化喷嘴的喷嘴口径为0.6mm。
4、根据权利要求1所述的用于煤或生物质热解液化的喷雾与降膜复合式冷凝装置，其特征在于：所述列管式间接换热器中的列管数为400-800根，管径为25mm。
5、根据权利要求1所述的用于煤或生物质热解液化的喷雾与降膜复合式冷凝装置，其特征在于：所述液体输送泵为自吸式离心油泵，型号为CYZ-A型。
6、根据权利要求1所述的用于煤或生物质热解液化的喷雾与降膜复合式冷凝装置，其特征在于：所述冷却塔为圆形逆流式，型号为DBNL3-200。
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