CN107789907B - 一种生物质燃气用气液分离塔及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物质燃气用气液分离塔及其工作方法，包括塔体，该塔体的原料气进口与液体收集器之间设置至少一个旋流装置；旋流装置包括由旋流叶片、顶部圆环、底部圆环、挡板构成的旋流盘，由顶板、导气管构成的旋流器和多棱锥形的引流体，利用挡板和旋流叶片使得气体产生旋流，进入倾斜设置的导气管对气体进行导流，并利用多棱锥型的引流体对气体进行引流变速和收集水分，实现气液分离；多棱锥形引流体侧壁表面的粗糙度为不超过1.6um，可以减少气体沿多棱锥型侧壁传播的阻力，同时减小液体沿侧壁流动的阻力；引导管的设置，便于对液体进行收集。

Description

一种生物质燃气用气液分离塔及其工作方法

技术领域

本发明涉及生物质垃圾热转化能源化利用技术领域，特别是一种生物质燃气用气液分离塔及其工作方法。

背景技术

生物质资源属于可再生资源，理想条件下可实现碳资源的循环利用。生物质资源经过适当的热化学或生物化学过程，转化为生物质燃气，或进一步深加工获得化学品，为社会提供基础化工原料或能源。

目前用于生物质燃气中净化系统中，大多关注的是可燃气和焦油或者蜡状物的分离，例如专利200810230162.9利用水洗的方式进行净化燃气，会导致可燃气中水汽的含量增加，影响了燃气的燃烧效率。专利201120125520利用列管冷凝等方式进行灰尘、燃气、焦油、水汽的混合分离，会导致焦油和灰尘的混合物粘在管的内壁，长时间使用会导致管道堵塞。生物质燃气的气液分离在实际工程化应用中遇到了三个问题：一是主要关注生物质燃气和焦油的分离，忽略了燃气中的水汽的存在影响燃气的利用效率；二是燃气净化过程中运用了水洗的方法进行分离，势必增加了燃气中的水含量；三是利用列管换热等方式进行气液分离，其一增加了动力消耗，其二增加了循环水的消耗量，其三分离效率会随时间和冷凝水温度的增加而降低。以上三点问题是目前生物质垃圾气化燃气净化技术中的最大瓶颈问题和技术难题之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可结构简单、降低能源和动力消耗的生物质燃气用气液分离塔及其工作方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的生物质燃气用气液分离塔，包括：塔体，该塔体的顶端设置原料气进口，该塔体的底部设置液体收集器和干燥气出口，所述原料气进口与所述液体收集器之间设置至少一个旋流装置；所述旋流装置包括旋流盘、倒圆锥形的旋流器和多棱锥形的引流体，所述旋流盘包括多个螺旋设置的旋流叶片、顶部圆环、底部圆环、挡板，挡板的边缘与所述塔体内壁密封配合，挡板的中心设置通孔，顶部圆环设置在所述挡板的下方；各旋流叶片的上端与顶部圆环固定相连，各旋流叶片的下端与底部圆环固定相连，以使气体由旋流盘挡板的通孔进入顶部圆环后经旋流叶片导流形成旋流；所述旋流器包括与所述塔体内腔相适配的顶板，所述旋流盘的底部圆环与所述顶板固定相连；该顶板的边缘与所述塔体内壁密封配合，所述顶板的下方设置多个导气管，各导气管的开口设置在所述顶板的上端面，以使气体经旋流盘旋流后进入导气管，各导气管由所述顶板的相对外侧向所述顶板中心线倾斜设置；所述多棱锥形引流体的底壁边缘与所述塔体内壁之间留有间隙，该多棱锥形引流体的顶端设置在各导气管的出口处，以使所述顶板上方的气体经导气管的开口进入导气管，经导气管引导后到达多棱锥形引流体的顶端，并沿引流体的侧壁由其顶端向下输送，以使气体经多棱锥引流体底壁边缘与塔体内壁之间的间隙迅速流入下一级旋流装置，而液体则沿着多棱锥引流体侧壁慢慢流淌，实现气液分离。

进一步，所述旋流盘的顶部圆环和底部圆环同轴设置，所述挡板的通孔设于顶部圆环的轴心上，以使气体经通孔进入顶部圆环的中心。

进一步，所述导气管的开口均布在以所述顶板中心为圆心的多个同心圆上，以使所述气体经导气管进气口进入到达出气口时形成旋流。

进一步，所述多棱锥形引流体由不锈钢材质钢板焊接而成，所述多棱锥形引流体的侧壁表面的粗糙度不超过1.6um，以减少气体沿多棱锥型侧壁传播的阻力，同时减小液体沿侧壁流动的阻力，便于对液体进行收集。

进一步，所述多棱锥形引流体的底部设置引流管，该引流管的顶端开口设于所述引流体的底部，用于收集引流体侧壁流下的液体；该引流管的底端开口与所述塔体底部的液体收集器相通，用于将所述引流体侧壁的液体引入液体收集器。

进一步，所述液体收集器呈倒锥形设置，便于对液体进行导向，利于收集。

进一步，所述原料气进口与所述液体收集器之间设置多级旋流装置，各级旋流装置中导气管的数量自上而下依次递增，各级旋流装置中导气管的直径自上而下依次减小，以保证生物质可燃气通过各级旋流装置时的旋流效果。

一种如上述生物质燃气用气液分离塔的工作方法，包括如下步骤：

A、将生物可燃气经塔体顶端的原料气进口引入塔体内。

B、生物质可燃气到达一级旋流装置顶端的挡板后，由挡板中心的通孔进入一级旋流装置的旋流盘形成旋流，即由旋流盘的顶部圆环中心进入并经旋流叶片的引导螺旋到达底部圆环下方的顶板；

C、生物质燃气经顶板上端面的导气管开口进入导气管，并输送至位于导气管出口处的引流体的顶端；生物质燃气沿引流体的不锈钢光滑侧壁向下输送，生物质可燃气中的水分沿引流体的不锈钢光滑侧壁向下慢慢流淌至引流体底壁的引流管，经引流管到达塔体底部的液体收集器；生物质燃气经引流体底壁与塔体内壁之间的间隙向下输送，完成气液分离。

D、继续向下输送的生物质可燃气到达二级旋流装置顶端的挡板，重复步骤B和C，即可完成生物质燃气的多级旋流分离。

发明的技术效果：（1）本发明的生物质燃气用气液分离塔，相对于现有技术，利用挡板和旋流叶片使得气体产生旋流，进入倾斜设置的导气管对气体进行导流，并利用多棱锥型的引流体对气体进行引流变速和收集水分，实现气液分离；（2）多棱锥形引流体侧壁表面的粗糙度为不超过1.6um，可以减少气体沿多棱锥型侧壁传播的阻力，同时减小液体沿侧壁流动的阻力；（3）引导管的设置，便于对液体进行收集；（4）采用多次叠加分离，可以有效提高分离效果。

附图说明

下面结合说明书附图对本发明作进一步详细说明：

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例1的旋流盘的结构示意图；

图3是本发明实施例1的旋流器的结构示意图；

图4是本发明的导气管开口的分布示意图；

图5是本发明实施例2的二级旋流装置的导气管开口的分布示意图；

图6是本发明实施例2的三级旋流装置的导气管开口的分布示意图。

图中：原料气进口1，壳体2，顶板3，导气管4，引流体5，旋流盘6，螺栓7，干燥气出口8，液体收集器9，缓冲室10，挡板11，导气管开口41，导气管出口42，旋流叶片61，底部圆环62，顶部圆环63。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实施例的生物质燃气用气液分离塔，包括：长方体状的立式塔体2，该塔体2的顶端设置原料气进口1，该塔体2的底部设置液体收集器9和干燥气出口8，原料气进口1与液体收集器9之间设置三级结构相同的旋流装置；各级旋流装置包括旋流盘6、倒圆锥形的旋流器和四棱锥形的引流体5(其他实施例可以是其他多棱锥)；如图2所示，旋流盘6包括同轴设置的顶部圆环63、底部圆环62、挡板11，挡板11的边缘与塔体2内壁密封配合，挡板2的中心设置通孔，通孔设于顶部圆环63轴心的上方，顶部圆环63设置在挡板11的下方，底部圆环62的直径为顶部圆环63直径的三分之一，顶部圆环63和底部圆环62之间设置24个按照相同角度螺旋的旋流叶片61，各旋流叶片61的上端与顶部圆环63固定相连，各旋流叶片61的下端与底部圆环62固定相连，相邻的旋流叶片61边缘相互重叠且留有间隙形成旋流通道，以使气体由旋流盘挡板11的通孔进入顶部圆环63后经旋流叶片61导流形成旋流；如图3所示，旋流器包括与塔体2内腔相适配的矩形顶板3，旋流盘6的底部圆环62与矩形顶板3顶端固定相连；该顶板3的边缘与塔体2内壁密封配合，如图4所示，顶板3的下方设置9个导气管4，各导气管4的开口41设置在顶板3的上端面，且各导气管4的开口的均布在以顶板3中心为圆心的3个同心圆上，以使气体经旋流盘6旋流后进入导气管4，各导气管4由顶板3的相对外侧向顶板3中心线倾斜设置形成倒锥形；四棱锥形引流体5由不锈钢材质钢板焊接而成，表面光滑耐腐蚀，四棱锥形引流体5的侧壁表面粗糙度不超过1.6um，四棱锥形引流体5与塔体2使用螺栓固定，以使引流体5的底壁边缘与塔体2内壁之间留有间隙，四棱锥形引流体5底壁下方设置缓冲室10，缓冲室10的底部为下一级旋流装置的挡板11；该四棱锥形引流体5的顶端设置在各导气管4的出口42处，以使顶板3上方的气体经导气管4的开口41进入导气管4，经导气管4引导后到达四棱锥形引流体5的顶端，并沿引流体5的光滑侧壁由上而下输送，以使气体经四棱锥引流体5底壁边缘与塔体2内壁之间的间隙迅速流入缓冲室10，并由缓冲室10底部挡板11上的通孔进入下一级旋流装置的顶部圆环63，经多次循环后到达塔体2底部的干燥气出口8，而液体则沿着四棱锥引流体5侧壁慢慢流淌，实现气液分离；四棱锥引流体5的底部设置引流管（图中未示出），引流管紧贴塔体2内壁设置，且引流管的顶端开口设于引流体5的底部，用于收集引流体5侧壁流下的液体；该引流管的底端开口与塔体2底部的液体收集器9相通，用于将引流体5侧壁的液体引入倒锥形的液体收集器9。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例的生物质燃气用气液分离塔存在如下变形：

本实施例的生物质燃气用气液分离塔包括三级旋流装置，各级旋流装置中导气管4的数量自上而下依次递增，各级旋流装置中的导气管4的直径自上而下依次减小，使得经上一级旋流装置传递到其底端再次进入下一级旋流装置时，由于导气管4直径变小，进入下一级导气管4的风速得到了保障；具体一级旋流装置中的导气管4与实施例1中的导气管数量相同，如图4所示，一级旋流装置中的导气管4的数量为9个，其管口直径为16mm，其中4个导气管的开口均布在最外层的同心圆周上，4个导气管的开口均布在中间层的同心圆周上，且最外层的导气管的开口与中间层的导气管的开口错开设置，即最外层的导气管开口分布在0°、90°、180°、270°方向上，中间层的导气管开口分布在45°、135°、225°、315°方向上，1个导气管的开口设置在顶板的中心；如图6所示，二级旋流装置中的导气管4的数量为17个，其管口直径为8mm，其中8个导气管的开口均布在最外层的同心圆周上，8个导气管的开口均布在中间层的同心圆周上，且最外层的导气管的开口与中间层的导气管的开口错开设置，即最外层的导气管开口分布在0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°方向上，中间层的导气管开口分布在22.5°、67.5°、112.5°、157.5°、202.5°、247.5°、292.5°、337.5°方向上，1个导气管的开口设置在顶板的中心；如图6所示，三级旋流装置中的导气管4的数量为33个，其管口直径为4mm，其中16个导气管的开口均布在最外层的同心圆周上，16个导气管的开口均布在中间层的同心圆周上，且最外层的导气管的开口与中间层的导气管的开口同样错开设置，即最外层的导气管开口分布在0°、22.5°、45°、67.5°、90°、112.5°、135°、157.5°、180°、202.5°、225°、247.5°、270°、292.5°、315°、337.5°方向上，中间层的导气管开口分布在11.25°、33.75°、56.25°、78.75°、101.25°、123.75°、146.25°、168.75°、191.25°、213.75°、236.25°、258.75°、281.25°、303.75°、326.25°、348.75°方向上，1个导气管的开口设置在顶板的中心；通过导气管管径的变小，增大生物质燃气进入二级旋流装置、三级旋流装置时的速度，以增强气液分离的效果，避免因生物质燃气在塔内中下部时因流通速度较低，影响气液分离效果。

实施例3

如上述生物质燃气用气液分离塔的工作方法，包括如下步骤：

A、将生物可燃气经塔体2顶端的原料气进口1引入塔体2内。

B、生物质可燃气到达一级旋流装置顶端的挡板11后，由挡板11中心的通孔进入一级旋流装置的旋流盘6形成旋流，即由旋流盘6的顶部圆环63进入并经旋流叶片61的引导螺旋到达底部圆环62下方的顶板3；

C、生物质燃气经顶板3上端面的导气管开口41进入导气管4，并输送至位于导气管出口42处的引流体5的顶端；生物质燃气沿引流体5的不锈钢光滑侧壁向下输送，生物质可燃气中的水分沿引流体5的不锈钢光滑侧壁向下慢慢流淌至引流体5底壁的引流管4，经引流管4到达塔体2底部的液体收集器9；生物质燃气经引流体5底壁与塔体2内壁之间的间隙向下输送，初次完成气液分离。

D、继续向下输送的生物质可燃气到达二级旋流装置顶端的挡板11，由挡板11中心的通孔进入二级旋流装置的旋流盘6形成旋流，即由旋流盘6的顶部圆环63进入并经旋流叶片61的引导螺旋到达底部圆环下方62的顶板3；生物质燃气经顶板3上端面的导气管开口41进入导气管4，并输送至位于导气管出口42处的引流体5的顶端；生物质燃气沿引流体5的不锈钢光滑侧壁向下输送，生物质可燃气中的水分沿引流体5的不锈钢光滑侧壁向下慢慢流淌至引流体5底壁的引流管，经引流管到达塔体2底部的液体收集器9；生物质燃气经引流体5底壁与塔体2内壁之间的间隙向下输送，再次完成气液分离。

E、继续向下输送的生物质可燃气到达三级旋流装置顶端的挡板11，由挡板11中心的通孔进入三级旋流装置的旋流盘6形成旋流，即由旋流盘6的顶部圆环63进入并经旋流叶片61的引导螺旋到达底部圆环下方的顶板；生物质燃气经顶板上端面的导气管开口进入导气管，并输送至位于导气管出口处的引流体的顶端；生物质燃气沿引流体的不锈钢光滑侧壁向下输送，生物质可燃气中的水分沿引流体的不锈钢光滑侧壁向下慢慢流淌至引流体5底壁的引流管，经引流管到达塔体2底部的液体收集器9；生物质燃气经引流体5底壁与塔体内壁之间的间隙向下输送到达干燥气出口并排出，再次完成气液分离，多次反复，即可完成生物质燃气的气液分离。

以稻壳基生物质可燃气为例，稻壳基生物质燃气经过气体和焦油分离后，进入气液分离塔前可燃气中的水汽含量为2036mg/m³，经过3级旋流装置的气液分离塔，干燥气出口8的生物质燃气中水汽的含量为268mg/m³，分离效率达到了86.84%。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种生物质燃气用气液分离塔，包括：塔体（2），该塔体（2）的顶端设置原料气进口（1），该塔体（2）的底部设置液体收集器（9）和干燥气出口（8），其特征在于，所述原料气进口（1）与所述液体收集器（9）之间设置至少一个旋流装置；所述旋流装置包括旋流盘（6）、倒圆锥形的旋流器和多棱锥形的引流体（5），所述旋流盘（6）包括多个螺旋设置的旋流叶片（61）、顶部圆环（63）、底部圆环（62）、挡板（11），挡板（11）的边缘与所述塔体（2）内壁密封配合，挡板（11）的中心设置通孔，顶部圆环（63）设置在所述挡板（11）的下方；各旋流叶片（61）的上端与顶部圆环（63）固定相连，各旋流叶片（61）的下端与底部圆环（62）固定相连；所述旋流器包括顶板（3），所述旋流盘（6）的底部圆环（62）与所述顶板（3）固定相连；该顶板（3）的边缘与所述塔体（2）内壁密封配合，所述顶板（3）的下方设置多个导气管（4），各导气管（4）的开口（41）设置在所述顶板（3）的上端面，各导气管（4）由所述顶板（3）的相对外侧向所述顶板（3）的中心线倾斜设置；所述多棱锥形引流体（5）的底壁边缘与所述塔体（2）内壁之间留有间隙，该多棱锥形引流体（5）的顶端设置在各导气管（4）的出口（42）处，以使所述顶板（3）上方的气体经导气管（4）的开口（41）进入导气管（4），经导气管（4）引导后到达多棱锥形引流体（5）的顶端，并沿引流体（5）的侧壁由上而下输送。

2.根据权利要求1所述的生物质燃气用气液分离塔，其特征在于，所述顶部圆环（63）、底部圆环（62）同轴设置，所述挡板（11）的通孔设于顶部圆环（63）的轴心上。

3.根据权利要求2所述的生物质燃气用气液分离塔，其特征在于，所述导气管的开口（41）均布在以所述顶板（3）中心为圆心的多个同心圆上。

4.根据权利要求3所述的生物质燃气用气液分离塔，其特征在于，所述多棱锥形引流体（5）由不锈钢材质钢板焊接而成，所述多棱锥形引流体（5）的侧壁表面的粗糙度不超过1.6um。

5.根据权利要求4所述的生物质燃气用气液分离塔，其特征在于，所述多棱锥形引流体（5）的底部设置引流管，该引流管的顶端开口设于所述引流体（5）的底部；该引流管的底端开口与所述塔体（2）底部的液体收集器（9）相通。

6.根据权利要求4所述的生物质燃气用气液分离塔，其特征在于，所述原料气进口（1）与所述液体收集器（9）之间设置多级旋流装置，各级旋流装置中导气管（4）的数量自上而下依次递增，各级旋流装置中导气管（4）的直径自上而下依次减小。

7.根据权利要求1-6之一所述的生物质燃气用气液分离塔，其特征在于，包括如下步骤：

A、将生物可燃气经塔体（2）顶端的原料气进口（1）引入塔体内；

B、生物质可燃气到达一级旋流装置顶端的挡板（11）后，由挡板（11）中心的通孔进入一级旋流装置的旋流盘（6）形成旋流，即由旋流盘的顶部圆环（63）中心进入并经旋流叶片（61）的引导螺旋到达底部圆环（62）下方的顶板；

C、生物质燃气经顶板（3）上端面的导气管开口（41）进入导气管（4），并输送至位于导气管出口（42）处的引流体（5）的顶端；生物质燃气沿引流体（5）的不锈钢光滑侧壁向下输送，生物质可燃气中的水分沿引流体（5）的不锈钢光滑侧壁向下慢慢流淌至引流体（5）底壁的引流管，经引流管到达塔体（2）底部的液体收集器（9）；生物质燃气经引流体（5）底壁与塔体（2）内壁之间的间隙向下输送，完成气液分离，

D、继续向下输送的生物质可燃气到达二级旋流装置顶端的挡板（11），重复步骤B和C，即可完成生物质燃气的多级旋流分离，生物质可燃气经过最后一级旋流装置完成气液分离后干燥的生物质可燃气经干燥气出口（8）排出，液体由引流管集中至液体收集器（9）。