CN102277204A - 生物质导电炭强制放电脱除气化焦油方法及其装置 - Google Patents

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本发明公开了一种生物质导电炭强制放电脱除气化焦油方法和装置，它采用具有良好孔隙特性和导电特性的生物质导电炭，吸附脱除气化气中的焦油，获得高品质的气化气；吸附了气化焦油的生物质导电炭两端加上直流电压，利用振动机械使得生物质导电炭颗粒间产生周期性的分离，从而产生强制放电电弧，电弧激发产生高能离子，促使焦油分子裂解或氧化，生成小分子的可燃气体，同时使得生物质导电炭得到活化，循环使用。本发明可用于深度净化气化气，将气化焦油聚集起来利用放电电弧高效降解，生物质导电炭活化可以循环使用。本发明焦油脱除效率高、运行能耗低、无污染物排放、净化气化气的资源化品味高，特别适合于高热值生物质气化气的深度净化。

Description

生物质导电炭强制放电脱除气化焦油方法及其装置
技术领域
本发明涉及生物质气化焦油脱除技术领域，尤其涉及一种生物质导电炭强制放电脱除气化焦油方法及其装置。
背景技术
生物质是典型的可再生资源，其来源广泛，储量丰富，我国每年可用作能源的生物质约可折合6.5亿吨标准煤，相当于2008年全国能源消费总量的23%。生物质的能源化途径主要分为热化学转化和生化转化两大类，其中，热化学转化主要分为直接燃烧、热解制油和气化制气三个方向。生物质气化是以空气、氧气、水蒸气及其混合物等为气化介质，在高温下将生物质转化为气化气（主要含H2、CO、CH4等）的热化学反应过程，其主要目的是获得能量密度较高、便于储存和输送的可燃气体，以便高效利用。
生物质气化气的品质决定了其利用方式和潜在价值，气化气品质包含两个关键参数：热值和焦油含量。就气化气热值而言，空气气化的一般为4000-6000 kJ/ Nm3，空气与水蒸气混合气化的一般在12000 kJ/ Nm3左右，水蒸气、氧气或者其混合物气化的通常大于18000 kJ/Nm3。就气化气焦油含量来说，上吸式气化炉一般在100g/Nm3数量级，流化床气化炉在10g/Nm3数量级，下吸式气化炉在1g/Nm3数量级。一般而言，气化气焦油含量至少要低于500mg/Nm3才能有效地大规模利用，否则，很容易出现管道堵塞、设备腐蚀等问题。如果进行更高品位的资源化利用，如用作内燃机或燃气轮机的燃料，焦油含量则需小于100mg/Nm3；如用作化工原料，焦油含量则需小于50 mg/Nm3；如用作碳酸盐燃料电池的燃料，焦油含量必须小于10 mg/Nm3。由此可见，高效彻底地脱除气化焦油是生物质气化技术大规模高品位利用的关键问题之一。
生物质气化焦油的脱除方法，目前主要有以下几种：（1）湿法（水洗法），该方法简单易行，但脱除效果有限（25-70%），显热损失严重，水污染问题突出。（2）干法（过滤法），利用吸附性较强的活性炭、玉米芯等过滤脱除焦油，常用作净化系统的最后一级，该方法在使用初期效果很好，但随着焦油沉积，净化效果急剧恶化，必须及时更换过滤材料；另外，当重质焦油含量较高时，吸附材料再生较为困难，常常直接烧掉，甚至有时必须作为危险废物处理。（3）电捕集法，利用高压电场将气体电离并使焦油微粒带上负电荷，定向运动至阳极板后凝聚脱除，由于电离状态下焦油微粒形成量有限，该方法一般仅用于焦油含量较高的场合（>30g/Nm3），焦油脱除率40%-80%。（4）热裂化法，在1100-1300℃的高温下，将焦油裂化成小分子的气体，该方法虽可将焦油含量降低到10 mg/Nm3以下（其中PAHs含量 < 1 mg/Nm3），但能耗过大，热值损失严重。（5）催化裂化法，一般运行在700-900℃，可直接在气化炉内加入催化剂，也可在下游专设催化裂化反应器，能够在不影响气化气热值的前提下催化裂解焦油，应用前景很好，但普遍还存在气化气中重质焦油含量增高的问题。
发明内容
本发明目的在于针对现有生物质气化气焦油含量高，影响气化气资源化品位的问题，提供一种生物质导电炭强制放电脱除气化焦油方法及其装置。
生物质导电炭强制放电脱除气化焦油方法是：采用具有良好孔隙特性和导电特性的生物质导电炭，吸附脱除气化气中的焦油，获得低焦油含量的气化气；吸附了气化焦油的生物质导电炭两端加上直流电压，使得生物质导电炭颗粒的接触点位置存在着大电流的集中和发散，利用振动发生装置促使生物质导电炭间歇性振动，生物质导电炭颗粒突然分离时，接触点处的电压急剧增加，产生强电场，放出脉冲式的高压电弧，产生大量活性粒子，促使生物质导电炭中吸附的焦油瞬间裂解，裂解产生的气体作为气化气被抽入气化气入口，在此过程中生物质导电炭得到活化并可循环使用。
所述的生物质导电炭的电阻率为0.01～1Ω·cm，比表面积为400～900 m2/g，密度为1.5～2.0。
生物质导电炭强制放电脱除气化焦油装置包括气化气出口、出口切换阀门、气化焦油裂解气出口、第一气化焦油净化器、入口切换阀门、气化气入口、直流电源、抽气泵、切换阀门、第二气化焦油净化器；气化气入口与入口切换阀门的入口相连，入口切换阀门的第一出口与第一气化焦油净化器的入口相连，入口切换阀门的第二出口与第二气化焦油净化器的入口相连，第一气化焦油净化器的第一出口与出口切换阀门的第一入口相连，第一气化焦油净化器的第二出口与切换阀门的第一入口相连，第二气化焦油净化器的第一出口与出口切换阀门的第二入口相连，第二气化焦油净化器的第二出口与切换阀门的第二入口相连，出口切换阀门的出口与气化气出口相连，切换阀门的出口与抽气泵的入口相连，抽气泵的出口与气化气入口相连；第一气化焦油净化器和第二气化焦油净化器包括振动发生器、绝缘多孔板、生物质导电炭、石墨电极；气化焦油净化器本体内从下到上设有振动发生器、绝缘多孔板、生物质导电炭，生物质导电炭四周设有石墨电极。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、利用吸附方法将气化气中的焦油吸附浓缩后，采用放电电弧高效降解，效率高、能耗低。
2、焦油降解产生的小分子气体可作为气化气，提高系统的能量转换效率，无污染物排放，环境友好。
3、净化后的气化气的焦油含量少，资源化品位显著提高。
附图说明
图1是生物质导电炭强制放电脱除气化焦油装置的结构示意图；图中气化气出口1、出口切换阀门2、气化焦油裂解气出口3、振动发生器4、绝缘多孔板5、生物质导电炭6、第一气化焦油净化器7、入口切换阀门8、气化气入口9、直流电源10、石墨电极11、抽气泵12、切换阀门13、第二气化焦油净化器14。
具体实施方式
生物质导电炭强制放电脱除气化焦油方法是：本发明采用专利《一种生物质导电炭的制取方法（ZL 200810023948.3）》中所述的生物质导电炭，吸附脱除气化气中的焦油，获得低焦油含量的气化气；吸附了气化焦油的生物质导电炭两端加上直流电压，使得生物质导电炭颗粒的接触点位置存在着大电流的集中和发散，利用振动发生装置促使生物质导电炭间歇性振动，生物质导电炭颗粒突然分离时，接触点处的电压急剧增加，产生强电场，放出脉冲式的高压电弧，产生大量活性粒子，促使生物质导电炭中吸附的焦油瞬间裂解，裂解产生的气体作为气化气被抽入气化气入口，在此过程中生物质导电炭得到活化并可循环使用。
所述的生物质导电炭的电阻率为0.01～1Ω·cm，比表面积为400～900 m2/g，密度为1.5～2.0。
如图1所示，生物质导电炭强制放电脱除气化焦油装置包括气化气出口1、出口切换阀门2、气化焦油裂解气出口3、第一气化焦油净化器7、入口切换阀门8、气化气入口9、直流电源10、抽气泵12、切换阀门13、第二气化焦油净化器14；气化气入口9与入口切换阀门8的入口相连，入口切换阀门8的第一出口与第一气化焦油净化器7的入口相连，入口切换阀门8的第二出口与第二气化焦油净化器14的入口相连，第一气化焦油净化器7的第一出口与出口切换阀门2的第一入口相连，第一气化焦油净化器7的第二出口与切换阀门13的第一入口相连，第二气化焦油净化器14的第一出口与出口切换阀门2的第二入口相连，第二气化焦油净化器14的第二出口与切换阀门13的第二入口相连，出口切换阀门2的出口与气化气出口1相连，切换阀门13的出口与抽气泵12的入口相连，抽气泵12的出口与气化气入口9相连；第一气化焦油净化器7和第二气化焦油净化器14包括振动发生器4、绝缘多孔板5、生物质导电炭6、石墨电极11；气化焦油净化器本体内从下到上设有振动发生器4、绝缘多孔板5、生物质导电炭6，生物质导电炭6四周设有石墨电极11。
本发明的工作过程：
首先，含有焦油的气化气（400-1000℃）经过入口切换阀门，进入填充新鲜生物质导电炭的气化焦油净化器，利用生物质导电炭良好的孔隙特性，吸附脱除气化气中的焦油，净化后的气化气从气化焦油净化器底部流出，经出口切换阀门进入储气罐或者直接进行利用。当生物质导电炭中吸附的焦油达到生物质导电炭质量的1-2%时，调整入口切换阀门，将含有焦油的气化气通入另一个进入填充新鲜生物质导电炭的气化焦油净化器，净化后的气化气从气化焦油净化器底部流出，经出口切换阀门进入储气罐或者直接进行利用。
吸附了焦油的气化焦油净化器两侧的石墨电极上加上直流电压（20-1000V），在电压的作用下，生物质导电炭颗粒的接触点位置存在着很大的电流的集中和发散，电流密度达到103-108A/cm2。此时，振动发生器带动绝缘多孔板和生物质导电炭开始间歇性振动，振动频率1-50次/分钟、振幅0.5-10cm。生物质导电炭颗粒受到外部作用而突然分离时，接触点处的电压急剧增加，产生很强的电场，颗粒间放出脉冲式的高压电弧，产生大量带电粒子，这些带电粒子反应活性很高，促使生物质导电炭中吸附的焦油瞬间析出并电离裂解，裂解产生的气体经抽气泵送回到气化气入口；同时生物质导电炭获得再生，生物质导电炭获得再生的气化焦油净化器可以再次用于吸附脱除气化气中的焦油，依此循环。
实施例1：
气化焦油净化器截面为0.4×0.4m、高1m，生物质导电炭填充高度为0.3m，生物质导电炭的电阻率为0.15Ω·cm、比表面积为400 m2/g，直流电压40V，振动发生器的振动频率5次/分钟、振幅2cm。气化气的流量为20 Nm3/h，气化气的焦油含量为焦油含量300 mg/ Nm3。气化焦油净化器的吸附运行与强制放电再生的循环切换时间的5分钟，经过净化后的气化气焦油含量为10-15 mg/ Nm3，电力消耗为3度/小时。
实施例2：
气化焦油净化器截面为1.0×1.0m、高1.2m，生物质导电炭填充高度为0.5m，生物质导电炭的电阻率为0.2Ω·cm、比表面积为500 m2/g，直流电压50V，振动发生器的振动频率8次/分钟、振幅3cm。气化气的流量为100 Nm3/h，气化气的焦油含量为焦油含量500 mg/ Nm3。气化焦油净化器的吸附运行与强制放电再生的循环切换时间的5分钟，经过净化后的气化气焦油含量为5-10 mg/ Nm3，电力消耗为9度/小时。

Claims (3)

1.一种生物质导电炭强制放电脱除气化焦油方法，其特征在于：采用具有良好孔隙特性和导电特性的生物质导电炭，吸附脱除气化气中的焦油，获得低焦油含量的气化气；吸附了气化焦油的生物质导电炭两端加上直流电压，使得生物质导电炭颗粒的接触点位置存在着大电流的集中和发散，利用振动发生装置促使生物质导电炭间歇性振动，生物质导电炭颗粒突然分离时，接触点处的电压急剧增加，产生强电场，放出脉冲式的高压电弧，产生大量活性粒子，促使生物质导电炭中吸附的焦油瞬间裂解，裂解产生的气体作为气化气被抽入气化气入口，在此过程中生物质导电炭得到活化并可循环使用。
2.如权利要求1所述的一种生物质导电炭强制放电脱除气化焦油方法，其特征在于所述的生物质导电炭的电阻率为0.01～1Ω·cm，比表面积为400～900 m2/g，密度为1.5～2.0。
3.一种如权利要求1所述方法设计的一种生物质导电炭强制放电脱除气化焦油装置，其特征在于包括气化气出口（1）、出口切换阀门（2）、气化焦油裂解气出口（3）、第一气化焦油净化器（7）、入口切换阀门（8）、气化气入口（9）、直流电源（10）、抽气泵（12）、切换阀门（13）、第二气化焦油净化器（14）；气化气入口（9）与入口切换阀门（8）的入口相连，入口切换阀门（8）的第一出口与第一气化焦油净化器（7）的入口相连，入口切换阀门（8）的第二出口与第二气化焦油净化器（14）的入口相连，第一气化焦油净化器（7）的第一出口与出口切换阀门（2）的第一入口相连，第一气化焦油净化器（7）的第二出口与切换阀门（13）的第一入口相连，第二气化焦油净化器（14）的第一出口与出口切换阀门（2）的第二入口相连，第二气化焦油净化器（14）的第二出口与切换阀门（13）的第二入口相连，出口切换阀门（2）的出口与气化气出口（1）相连，切换阀门（13）的出口与抽气泵（12）的入口相连，抽气泵（12）的出口与气化气入口（9）相连；第一气化焦油净化器（7）和第二气化焦油净化器（14）包括振动发生器（4）、绝缘多孔板（5）、生物质导电炭（6）、石墨电极（11）；气化焦油净化器本体内从下到上设有振动发生器（4）、绝缘多孔板（5）、生物质导电炭（6），生物质导电炭（6）四周设有石墨电极（11）。
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