CN106390671A - 一种生物质可燃气焦油分离脱除装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质可燃气焦油分离脱除装置，包括有结构相同的一次冷却焦油分离器、二次冷却焦油分离器，包括有设备腔冷凝器、焦油收集上侧板、焦油收集下侧板；所述的设备腔顶部设有输送管接口进气口，输送管接口进气口与输送管相连，进行一次冷却除尘和二次冷却除尘，然后进入冷凝器，对气体进行冷凝分离去除木醋液，同时再次降温；之后气体进入一次冷却焦油分离器，脱除大部分焦油，同时对气体冷却降温，之后气体再进入二次冷却焦油净化器，净化除焦油，进一步除去气体中残余的焦油，并对气体进行冷却，通过风机的动能，净化完全并充分冷却的可燃气储存在储气罐中待用即可。

Description

一种生物质可燃气焦油分离脱除装置

技术领域

本发明涉及燃气焦油领域，确切地说是一种生物质可燃气焦油分离脱除装置。

背景技术

目前，生物质可燃气体中焦油分离去除，主要应用物理方法和物理化学方法两大类。大致分为：湿式、干湿、干湿混合式、高温裂解、催化裂解、静电场吸附等方法，但都存在这样那样的不足。

目前应用的生物质可燃气体焦油分离去除技术方法简介及其不足：

1、湿式水洗法。该方法是在设置的容器内，配置多个水喷淋头，类似浴室的莲蓬头，不间断的喷出水滴，可燃气经过时对气体进行洗涤，焦油随水流走，达到脱除焦油的目的。存在的问题是：水洗过程中对大量水体的污染和焦油难以收集造成能量损失等。

2、干式滤料过滤脱除法。该方法是在设置的容器内放置过滤材料，可燃气体经过时滤料吸附过滤掉焦油。但在脱除过程中存在焦油严重地粘附沉积于滤料上、粘附焦油的滤料难以处理、收集利用焦油困难造成能量损失和环境污染、以及经济成本高等问题。

3、干湿混合式除焦油方法。干湿混合式就是先对可燃气体水洗降温去除部分焦油，再应用干式过滤法，利用滤料过滤去除可燃气中残余的焦油。同样存在产生大量水体污染、治理成本高、滤料难以处理、焦油损失等问题。

4、高温热裂解焦油方法，焦油在1100℃以上高温才能裂解转化，目前生物质热裂解炉温度大都在600-700℃，如果将炉温提高到1100℃以上，需要消耗大量能量，同时对技术、材料、工艺提出更高要求，成本大幅上升，得不偿失，实际使用困难，行业中很少使用该项技术脱除焦油。

5、催化裂解方法。该方法是在生物质热裂解过程中，将催化剂均匀地混合到生物质原料中，在热的作用下催化剂与焦油分子发生反应，催化焦油裂解，脱除可燃气体中的焦油。但是这种方法中所使用的催化剂一般资源有限、价格较贵，同时工艺程序复杂，增加了成本，不适合大面积的工业生产应用。

6、静电除焦油方法。该方法是在相应的设备腔体内设置高压静电场，携带焦油的可燃气经过高压静电场时，产生大量的离子和电子，气体中的焦油、灰尘等粒子与离子或电子结合而带电，在电场力作用下向两极运动，最后依靠静电引力和分子间凝聚力吸附沉淀下来。但该方法要求可燃气体中氧气含量不能超过2%，否则高压静电作用易引起燃气爆炸；生物质在热裂解气化过程中需要氧气助燃产生高温，气化炉内氧气进入量随时波动，很难将可燃气体中氧气含量控制在2%以内，因此该方法存在潜在的危险，在生物质热裂解实际工业生产中很少应用。

与本发明最接近的现有的装置结构或方法：水洗法。有采用冷却洗涤塔装置来脱除焦油。冷却塔内有多排雾化喷嘴，燃气从下而上，经过一排排向下喷淋的液滴后带走气体中的焦油和灰尘，经过此过程，气体中重质焦油被完全冷凝下来，而一般意义的焦油液滴和烟雾还留在气体中，需要在冷却塔后面加洗涤塔来去除这一部分焦油，应用文丘里效应，洗涤塔内压力突变原理来除去气态中较重的物质。水洗冷却塔和文丘里洗涤塔联合使用能提高气体中焦油的脱除效果。存在的缺点是：需要大量的水，造成二次污染或治理，治理成本高，设备投资大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物质可燃气焦油分离脱除装置，简单、方便、成本低、使用可靠、操作简便的分离去除生物质可燃气体中焦油的技术工艺，使可燃气中携带的焦油达到分离脱除收集的效果。

本发明的技术方案如下：

一种生物质可燃气焦油分离脱除装置，包括有结构相同的一次冷却焦油分离器、二次冷却焦油分离器，一次冷却焦油分离器、二次冷却焦油分离器分别包括有设备腔冷凝器、焦油收集上侧板、焦油收集下侧板；所述的设备腔顶部设有输送管接口进气口，输送管接口进气口与输送管相连，设备腔上部设有设备腔冷凝器，设备腔冷凝器两端分别为循环冷却水进口、循环冷却水出口，设备腔中部设有交叉叠置的焦油收集上侧板、焦油收集下侧板，焦油收集下侧板顶端与焦油收集上侧板之间间隙为可燃气过流断面，焦油收集下侧板上表面与设备腔内壁之间形成冷凝液收集腔，冷凝液沿着焦油收集下侧板上表面逐渐向下汇集，并通过冷凝液出口排出，设备腔下端连接有焦油收集腔，焦油收集腔底端设有焦油排出口，设备腔底部侧壁设有可燃气出口。

所述一次冷却焦油分离器脱除气体中90%以上的焦油。

所述二次冷却焦油净化器冷却后，气体温度降至40℃，可燃气体中的焦油基本分离脱出干净。

所述输送管输送生物质可燃气体风速的为6-11m∕s，设备腔内风速为0.4-0.6m∕s。

所述可燃气过流断面风速10-80m∕s之间。

本发明的有益效果为：

（1）本发明技术在脱除可燃气体中焦油时未使用大量水，避免了二次水污染问题；并且脱除、收集的焦油比较纯净，方便下一步利用焦油中所含有的化学能，有效减少能量的损失。本发明技术在脱除焦油过程中未使用滤料，不存在焦油沉积及粘附在滤料上的处理问题，而且收集脱除的焦油纯净，可有效利用，减少能量的损失浪费。

（2）本发明方法无需大量利用其它的外来物质， 在整个工艺过程中，未使用大量的水，也不需要大量过滤吸附材料，更不需要超高炉温及催化剂等，同时无需严格控制燃气中氧气含量以免发生爆炸，既避免了后续水洗废液的处理过程，又降低了能耗，节约了成本，而且能够将从气体中脱除出来的焦油收集起来，便于焦油的进一步开发利用。

（3）本发明方法是一种既简便实用又经济安全的焦油脱除技术，具有重大的经济效益、社会效益和环保效益。

（4）本发明利用多项物理原理，在这个过程中没有像传统水洗法那样使用大量的水，也没有像传统过滤法那样用到大量过滤吸附材料，同时无需严格控制燃气中氧气含量以免发生爆炸，更不需要高温及催化剂，这样既避免了后续水洗废液的处理过程，又提高了脱除效果，降低了能耗，节约了成本，而且能够将从气体中脱除出来的焦油收集起来，便于焦油的进一步开发利用。

附图说明

图1为本发明的冷却焦油分离器结构示意图。

具体实施方式

参见附图，一种生物质可燃气焦油分离脱除装置，包括有结构相同的一次冷却焦油分离器、二次冷却焦油分离器，一次冷却焦油分离器、二次冷却焦油分离器分别包括有设备腔冷凝器2、焦油收集上侧板5、焦油收集下侧板6；设备腔顶部设有输送管接口进气口1，输送管接口进气口1与输送管相连，设备腔上部设有设备腔冷凝器2，设备腔冷凝器2两端分别为循环冷却水进口3、循环冷却水出口4，设备腔中部设有交叉叠置的焦油收集上侧板5、焦油收集下侧板6，焦油收集下侧板6顶端与焦油收集上侧板5之间间隙为可燃气过流断面7，焦油收集下侧板6上表面与设备腔内壁之间形成冷凝液收集腔8，冷凝液沿着焦油收集下侧板6上表面逐渐向下汇集，并通过冷凝液出口9排出，设备腔下端连接有焦油收集腔11，焦油收集腔11底端设有焦油排出口12，设备腔底部侧壁设有可燃气出口10。

一次冷却焦油分离器脱除气体中90%以上的焦油。二次冷却焦油净化器冷却后，气体温度降至40℃，可燃气体中的焦油基本分离脱出干净。输送管输送生物质可燃气体风速的为6-11m∕s，设备腔内风速为0.4-0.6m∕s。可燃气过流断面风速10-80m∕s之间。

本发明的工作原理为：

本发明主要是应用物理方法脱除生物质可燃气体中的焦油。根据生物质可燃气体分子和焦油分子之间的性质差异，确定解决问题的理论依据和具体方法。

可燃气主要成分是CO、H₂、CH₄和低分子烃类等可燃小分子，在常温下呈气态。而焦油主要是可冷凝的多核芳香族、酚类和烯烃类物质，在低于200℃时开始凝结，这些分子结构虽不完全相同且种类繁多，但都具有相同的有机基团，这就决定了这些分子具有相似的性质，受外力作用，易于碰撞粘合聚集在一起。根据可燃气分子和焦油分子的物理化学性质的差异，通过温度、速度、动能等物理因素的改变,促进焦油分子碰撞聚集，从而与气体分子分离。

根据流体力学中伯努利原理，利用文丘里效应，设置相应的容器腔体，根据温度的变化，配置对应的流体速度，形成流体动能，流体速度不断高低剧烈变化，造成流体中的分子剧烈碰撞，利用可燃气分子与焦油分子的性质差异，加剧焦油分子的碰撞聚集，形成焦油聚集体。在流体运动速度急剧变化碰撞中，焦油小聚集体不断凝聚成更大的焦油团簇聚集体，此时高速运动的流体通过容器腔体过流断面时，流体流速增大，流速的增大伴随流体压力的降低，也就是伯努利原理，高速流动的流体附近会产生低压，进而产生压强差，从而产生吸附效应。这样气体中携带的焦油团簇聚集体就被吸附在焦油收集板上，实现可燃气与焦油分离的目的。

生物质可燃气体中焦油的脱除，主要是通过冷却器和一次冷却焦油分离器实现的。携带焦油分子的气体进入冷却器后，得到逐步冷凝降温，气体温度降至40℃左右，其中焦油类分子大部分变为液态。温度降低时可燃气体分子的粘滞力变小，而液态焦油分子的粘滞力变大。这就使得可燃气体分子彼此不易粘连在一起，而焦油液态分子更易粘结。因此，通过冷却器之后焦油类分子易粘结聚集在一起形成分子聚集体。通过降温使分子热运动减弱，经过焦油分离容器腔时，施加外力对气体做功，给予含有焦油的可燃气更多的能量，使焦油分子获得更大的动能，加剧这些分子的无规则运动，进而加大了这些有机分子间的接触、碰撞、粘结几率。而且这种碰撞粘结几率随分子无规则运动剧烈程度的增强而增加，从而加大焦油分子聚集体形成的几率。这样携带着焦油分子聚集体的可燃气体，在到达焦油收集板前，就有效地通过高速运动使小的焦油分子聚集体粘合成更大的团簇聚集体，快速地通过两侧焦油收集板中的过流断面，利用文丘里效应产生负压使焦油分子聚集在两侧收集板向下的侧面。同时焦油收集板表面尽可能的光滑，以便于焦油分子团簇聚集体液滴的收集滴落，这样就实现了可燃气与焦油的分离。整个流程中，流体的速度根据不同时段参数，从0.5m/s至80m/s之间高低波动，形成流体震荡波，在伯努利原理和文丘里效应作用下，加剧分子之间的碰撞粘合，促进焦油同类分子的集聚，最终形成液态焦油体并与可燃气体分离。

Claims (5)

1.一种生物质可燃气焦油分离脱除装置，其特征在于：包括有结构相同的一次冷却焦油分离器、二次冷却焦油分离器，一次冷却焦油分离器、二次冷却焦油分离器分别包括有设备腔冷凝器、焦油收集上侧板、焦油收集下侧板；所述的设备腔顶部设有输送管接口进气口，输送管接口进气口与输送管相连，设备腔上部设有设备腔冷凝器，设备腔冷凝器两端分别为循环冷却水进口、循环冷却水出口，设备腔中部设有交叉叠置的焦油收集上侧板、焦油收集下侧板，焦油收集下侧板顶端与焦油收集上侧板之间间隙为可燃气过流断面，焦油收集下侧板上表面与设备腔内壁之间形成冷凝液收集腔，冷凝液沿着焦油收集下侧板上表面逐渐向下汇集，并通过冷凝液出口排出，设备腔下端连接有焦油收集腔，焦油收集腔底端设有焦油排出口，设备腔底部侧壁设有可燃气出口。

2.根据权利要求1所述的一种生物质可燃气焦油分离脱除装置，其特征在于：所述一次冷却焦油分离器脱除气体中90%以上的焦油。

3.根据权利要求1所述的一种生物质可燃气焦油分离脱除装置，其特征在于：所述二次冷却焦油净化器冷却后，气体温度降至40℃，可燃气体中的焦油基本分离脱出干净。

4.根据权利要求1所述的一种生物质可燃气焦油分离脱除装置，其特征在于：所述输送管输送生物质可燃气体风速的为6-11m∕s，设备腔内风速为0.4-0.6m∕s。

5.根据权利要求1所述的一种生物质可燃气焦油分离脱除装置，其特征在于：所述可燃气过流断面风速10-80m∕s之间。