CN107892954A - 一种生物质热解气净化装置及净化方法 - Google Patents

一种生物质热解气净化装置及净化方法 Download PDF

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王鑫
王惠惠
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Abstract

本发明公开一种生物质热解气净化装置及净化方法。生物质热解气净化装置包括初过滤单元和精过滤单元；初过滤单元为封闭的腔体，由上到下依次包括上段、中段和下段；上段内设有喷头，进水管连通喷头，初过滤气出口设置在喷头的上方；下段内设有环形管，侧壁上设有进气口和油水出口，底部设有排渣口，环形管与进气口连通，环形管上设有多个微孔；精过滤单元为封闭的腔体，包括初过滤气进口和燃气出口，其腔体内设有位于初过滤气进口和燃气出口之间的过滤层；初过滤单元的初过滤气出口连接精过滤单元的初过滤气进口。本发明的生物质热解气净化装置，结构简单，耦合了鼓泡水浴和喷淋工艺，易操作，去除焦油效果好。

Description

一种生物质热解气净化装置及净化方法
技术领域
本发明属于热解设备技术领域，尤其涉及一种新型的生物质热解气净化装置及净化方法。
背景技术
生物质是包括秸秆、林木废弃物、食用菌渣、牛羊畜粪等可燃有机物的总称。生物质能利用是借助热化学、生物化学等手段，通过一系列的转换技术，生产出固、液、气等高品位能源来替代化石燃料，为人类生产、生活提供电力、交通燃料、热能、燃气等终端能源产品。
生物质热解燃气的成分类似煤气，主要由一氧化碳、氢气、二氧化碳、氮气等组成，目前在国内外生物质燃气仍有较多瓶颈技术未攻克，如焦油含量大、灰分和水分去除不彻底等。现阶段建立的生物质气化装置在运行过程中都存在一些问题，主要是所产生的合成气中含有1％至10％的焦油，它们凝结在锅炉、管道和内燃机的入口装置上，影响了设备的正常运行。目前已有部分地区建立了一些秸秆气化装置，但因焦油的脱除技术不成熟，焦油引起的环境污染越来越引起社会和政府部门的关注，生物质气化过程中产生的焦油已成为生物质气化技术推广的严重制约。
现有的生物质燃气净化的方法有热解法、催化裂解法和静电除焦法等。用热解法净化生物质燃气，所需的温度超过1000℃，消耗大量的能源，且产生油烟污染。焦油催化裂解法可将焦油转化为一氧化碳、氢气和甲烷等可燃气体而增加燃气热值，无环境污染，但该法只适合超大型连续运行的气化装置，常规的生物质燃气设备不宜配置。静电除焦法则需综合考虑防爆和清焦等问题。
对于现有的生物质燃气设备，需对燃气的冷凝除杂工艺进行改进，提高工艺焦油的去除率及燃气的回收利用率。
发明内容
为了解决上述问题，本发明意在提供一种生物质热解气净化装置及净化方法，该装置的结构简单，易操作，设备运行稳定可靠，通过初过滤和精过滤的结合，大大提高了焦油的去除效果。
本发明的目的之一是提供一种生物质热解气净化装置，其包括初过滤单元和精过滤单元；
所述初过滤单元为封闭的腔体，由上到下依次包括上段、中段和下段；所述上段内设有喷头，进水管连通所述喷头，初过滤气出口设置在所述喷头的上方；所述下段内设有环形管，侧壁上设有进气口和油水出口，底部设有排渣口，所述环形管与进气口连通，所述环形管上设有多个微孔；
所述精过滤单元为封闭的腔体，包括初过滤气进口和燃气出口，其腔体内设有位于所述初过滤气进口和燃气出口之间的过滤层；
所述初过滤单元的初过滤气出口连接所述精过滤单元的初过滤气进口。
作为本发明优选的方案，所述初过滤单元的中段的中部向轴线收缩。
在本发明的一些实施例中，所述初过滤单元的中段为螺旋形。
进一步的，所述初过滤单元还包括油水分离器；所述油水分离器设有油水进口、出水口和出油口，所述下段的油水出口连接所述油水分离器的油水进口。
更进一步的，所述油水分离器的出水口连接所述进水管。
在本发明的一些实施例中，所述环形管上微孔的孔径为1～10mm。
本发明的另一目的是提供一种利用上述生物质热解气净化装置进行热解气净化的方法，包括如下步骤：
A、由进水管向喷头供水，所述喷头喷出的水下落至下段，当水没过环形管时，通过进气口将热解气通入所述环形管；
B、所述热解气由所述环形管的微孔排出，在所述下段中进行鼓泡水浴，形成鼓泡气、油水混合物和焦油，所述油水混合物由所述油水出口排出，所述焦油由排渣口排出；
C、所述鼓泡气上升，与所述喷头喷出的下落中的水接触，形成初过滤气；
D、将所述初过滤气通入精过滤单元，通过过滤层的过滤，形成燃气。
作为优选的方案，本发明的方法还包括步骤：将所述油水混合物送入油水分离器进行分离，获得净水和分离油。
进一步的，将部分所述净水通入所述进水管。
在本发明的一些实施例中，所述精过滤单元中的过滤为双层过滤。
本发明提供的生物质热解气净化装置和净化方法，将喷淋法和鼓泡水浴相结合，大大提高了生物质热解气净化装置除焦油、除尘的能力；初过滤单元的中段比上段的截面积小，提高了水和气体的传质效率，便于更好的去除焦油；利用油水分离器将油水分离，回收净水，节约水资源；将经过初过滤的气体再进行精过滤，极大的提高了焦油的去除率。
附图说明
图1是本发明实施例的初过滤单元结构图。
图2是本发明实施例的精过滤单元结构图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
本发明中所述的“连接”，除非另有明确的规定或限定，应作广义理解，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连。在本发明的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶端”、“底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例提供一种生物质热解气净化装置，其包括初过滤单元和精过滤单元。通过初过滤单元和精过滤单元的配合，使得热解气可进行多次过滤，极大地提高了生物质热解气净化装置去除焦油和灰尘的效率，显著降低燃气中的焦油含量。热解气先经过初过滤单元，经过鼓泡水浴和喷淋冷凝的作用，里面的大部分有机物被冷凝入水中，未冷凝的气体最后经过精过滤单元内特殊过滤层的作用，排放的燃气完全达到处理要求。
如图1所示，初过滤单元为封闭的腔体，由上到下依次包括上段1、中段2和下段3，上段1的底部和下段3的顶部是开放的，通过贯通的中段2将上段1和下段3连通。
上段1的腔体内设有喷头11，进水管12一端位于上段1的外侧，另一端伸入上段1的腔体内与喷头11连通。进水管12的水由喷头11喷出，多个喷头交错设置，使得喷头11喷出的水可布满上段1的横截面。上段1上设有初过滤气出口13，初过滤气出口13设置在喷头11的上方，经过滤的气体通过初过滤气出口13排出。
下段3起到蓄水的作用，类似一个水箱，下段3内设有环形管32，环形管32盘绕在下段3的腔内，在竖直高度上，环形管32位于下段3的下部。环形管32上设有多个微孔(图中未示出)，优选的，微孔的孔径为1～10mm。下段3的侧壁上设有进气口31和油水出口33，底部设有排渣口34，环形管32与进气口31连通。
中段2对上段1和下段3起到连通的作用，喷头1喷出的水经过中段2落入下段3。优选的，中段2的中部向轴线收缩，即中段2向中间收缩形成缩口，在图1中，中段2的竖向截面为双曲线。另一种实施方案为，将中段2设计成螺旋形。这样可提高液体和气体的接触效率和传质效率，有利于更好的去除焦油。中段2和上段1的连接可以是可拆卸的，便于部件的安装维修。
含有大量焦油的高温气体，经进气口31进入环形管32，由环形管32的微孔排出。下段3内的水没过环形管32，使得气体排出环形管32后，进行鼓泡沐浴，大部分焦油冷凝下沉，部分有机物和灰尘与水混合形成油水混合物，过滤的气体则上升，进入中段2。底部的焦油由排渣口34排出，油水混合物由油水出口32排出。上升的气体与喷头喷出的净水接触，进一步地进行喷淋过滤，以去除焦油和灰尘。气体继续上升，通过初过滤气出口13排出，下落的水则落入下段3内，对下段3内的水进行补充。
在一些实施例中，初过滤单元还包括油水分离器4，油水分离器4设有油水进口41、出水口42和出油口43，下段的油水出口33连接油水分离器的油水进口41。下段3排出的油水混合物进入油水分离器4，进行油水分离，获得净水和分离油，分离油进行回收利用。本实施例的油水分离器4选择简单的斜板沉淀分离器即可，本发明对此不作限制。优选的，油水分离器的出水口42连接进水管12，分离出的净水可循环利用，减少水的使用量。如果还有剩余的净水，可通过第二出水口44排出，进行其他的利用。
利用油水分离器4处理油水混合物，可将油水分别进行回收，避免了目前的净化系统将喷淋剩下的水直接作为污水处理，含有焦油的污水会带来严重的二次污染问题，同时大量焦油的流失也会造成能量的浪费。
如图2所示，精过滤单元为封闭的腔体，在腔体的底部设有初过滤气进口51，顶部设有燃气出口52，初过滤单元的初过滤气出口13连接精过滤单元的初过滤气进口51。精过滤单元的上部可设置为可拆卸的封头53，便于内部部件的清理及安装。在腔体中设有过滤层54，过滤层54需设置在初过滤气进口51和燃气出口52之间，使得气体必须通过过滤层54，以便对气体进行进一步的过滤。初过滤单元排出的初过滤气进入精过滤单元，进行精密过滤，使得燃气符合使用要求。
本实施例中，精过滤单元设有上下两层过滤层54，下层的过滤层由于距离初过滤气进口51较近，容易吸附饱和，在饱和后可以更换过滤层。过滤层的材料优选具有强吸附力的可降解材料，其材质为醋酸纤维素、塑化的醋酸纤维素、聚乙烯醇、再生纤维素或聚酰胺酯的一种或几种。强吸附力的过滤层54使得过滤后的燃气中含焦油量小于50mg/Nm3，大大提高去除焦油的效率。更换的过滤层可作为原料进入生物质热解装置，回收利用。
另一方面，本发明实施例提供一种利用上述生物质热解气净化装置进行热解气净化的方法，包括如下步骤：
1、由进水管向喷头供水，喷头喷出的水下落至下段，当水没过环形管时，通过进气口将热解气通入环形管。本实施例的生物质热解气净化装置对于生物质气化气、生物质燃烧气等也可进行处理。
2、热解气由环形管的微孔排出，在下段中进行鼓泡水浴，形成鼓泡气、油水混合物和焦油，油水混合物由油水出口排出，焦油由排渣口排出。
3、鼓泡气上升，与喷头喷出的下落中的水接触，进一步过滤，形成初过滤气。
4、将初过滤气通入精过滤单元，通过过滤层的过滤，形成燃气。在一些实施例中，精过滤单元中的过滤为双层过滤。
5、将油水混合物送入油水分离器进行分离，获得净水和分离油。
6、将部分净水通入进水管，作为循环水使用。
在净化热解气的过程中，下段中的水位不超过下段高度的1/2。
本实施例是生物质热解气净化装置，采用两级净化，并将鼓泡水浴和喷淋冷凝耦合，结构简单，易拆换，净化效果好。过滤层的材质取材广泛，成本低，利于大规模使用。
实施例1
本实施例中，上段中安装的喷头为工业用喷淋装置，中段与上段的连接处直径为φ200mm，中段的中部向轴线收缩，最窄处的直径为φ100mm，中段与下段连接处的直径为φ200mm，下段的直径为φ200mm，下段中的水位为下段高度的1/2。环形管上微孔的孔径为5mm，油水分离器采用斜板沉淀分离器。精过滤单元中的过滤层材质为改性的醋酸纤维素，装填密度为500kg/m3。
2kg楠竹在600℃下热解3h，产出的高温热解气的温度为400～600℃。净化热解气的工艺如下：
1、由进水管向喷头供水，喷头喷出的水下落至下段，当水没过环形管时，通过进气口将热解气通入环形管。
2、热解气由环形管的微孔排出，在下段中进行鼓泡水浴，形成鼓泡气、油水混合物和焦油，油水混合物由油水出口排出，焦油由排渣口排出。
3、鼓泡气上升，与喷头喷出的下落中的水接触，进一步过滤，形成初过滤气，初过滤气的温度为75℃，焦油的含量为300mg/Nm3。
4、将初过滤气通入精过滤单元，以5L/min的速率通过过滤层，形成燃气。燃气的温度50℃，焦油含量为40mg/Nm3。
5、将油水混合物送入油水分离器进行分离，获得净水和分离油。
6、将部分净水通入进水管，作为循环水使用。
需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (10)

1.一种生物质热解气净化装置，其特征在于，包括初过滤单元和精过滤单元；
所述初过滤单元为封闭的腔体，由上到下依次包括上段、中段和下段；所述上段内设有喷头，进水管连通所述喷头，初过滤气出口设置在所述喷头的上方；所述下段内设有环形管，侧壁上设有进气口和油水出口，底部设有排渣口，所述环形管与进气口连通，所述环形管上设有多个微孔；
所述精过滤单元为封闭的腔体，包括初过滤气进口和燃气出口，其腔体内设有位于所述初过滤气进口和燃气出口之间的过滤层；
所述初过滤单元的初过滤气出口连接所述精过滤单元的初过滤气进口。
2.根据权利要求1所述的生物质热解气净化装置，其特征在于，所述初过滤单元的中段的中部向轴线收缩。
3.根据权利要求1所述的生物质热解气净化装置，其特征在于，所述初过滤单元的中段为螺旋形。
4.根据权利要求1所述的生物质热解气净化装置，其特征在于，所述初过滤单元进一步包括油水分离器；
所述油水分离器设有油水进口、出水口和出油口，所述下段的油水出口连接所述油水分离器的油水进口。
5.根据权利要求4所述的生物质热解气净化装置，其特征在于，所述油水分离器的出水口连接所述进水管。
6.根据权利要求1所述的生物质热解气净化装置，其特征在于，所述环形管上微孔的孔径为1～10mm。
7.一种利用权利要求1～6任一所述的生物质热解气净化装置进行热解气净化的方法，其特征在于，包括步骤：
A、由进水管向喷头供水，所述喷头喷出的水下落至下段，当水没过环形管时，通过进气口将热解气通入所述环形管；
B、所述热解气由所述环形管的微孔排出，在所述下段中进行鼓泡水浴，形成鼓泡气、油水混合物和焦油，所述油水混合物由所述油水出口排出，所述焦油由排渣口排出；
C、所述鼓泡气上升，与所述喷头喷出的下落中的水接触，形成初过滤气；
D、将所述初过滤气通入精过滤单元，通过过滤层的过滤，形成燃气。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括步骤：将所述油水混合物送入油水分离器进行分离，获得净水和分离油。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，将部分所述净水通入所述进水管。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述精过滤单元中的过滤为双层过滤。
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