CN108546571A - 一种分离生物质热解气中固体颗粒及焦油的方法及装置 - Google Patents

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张少明
梁建如
田然
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Abstract

本发明属于生物质热解气处理技术领域，公开了一种分离生物质热解气中固体颗粒及焦油的方法及装置，所述方法为向沉降过程中的生物质热解气中喷淋木醋液，所述木醋液在高温条件下迅速气化形成蒸汽，蒸汽与热解气中的焦油结合，形成大分子油水混溶微粒，其与热解气中的固体颗粒充分接触并粘附固体颗粒，重力作用下沉降在沉降室底部并被生物质炭吸附，进而得到富含有机质的高品质生物质炭。本发明的分离方法大大降低了热解气中固体颗粒及焦油的含量，有效避免了后续净化装置中因固体颗粒及焦油的存在而导致的管道堵塞问题，降低了生产成本，为生物质热解反应的连续进行提供了有力地保障。

Description

一种分离生物质热解气中固体颗粒及焦油的方法及装置
技术领域
本发明属于生物质热解气处理技术领域，具体涉及一种分离生物质热解气中固体颗粒及焦油的方法及装置。
背景技术
生物质是指一切直接或间接利用绿色植物光合作用形成的有机物质，包括除化石燃料外的植物、动物和微生物及其排泄与代谢物等。生物质快速热解是指生物质在无氧或低氧的环境下，被快速加热到较高反应温度，从而引发大分子分解最终得到生物燃油、可燃气和焦炭的过程。生物质快速热解不仅避免了废弃生物质直接燃烧时造成的大气污染及安全隐患等问题，另一方面，还可以将这些废弃物进一步资源化再利用，变废为宝，生产高品质的化工行业的原材料，具有非常高的经济效益。
生物质热解通常在生物质炭化炉中进行，从炉中出来的热解气不可避免会挟带灰分、细小炭等固体颗粒以及焦油、水分等各种各样的杂质，这些固体颗粒若直接进入后续净化装置中会与热解气中的焦油相互粘附形成油垢。不断累积的油垢会引起管道的阻塞，从而影响装置的正常工作，并且清理这些油垢也异常困难。因此，热解气在离开炭化炉后进入后续净化装置前需要进行气固分离。但鉴于湿法除尘的方式只适用于低温气体，对于高温热解气并不适用，因此，一般对生物质热解气利用重力进行沉降除尘，其通常采用的装置为沉降室，然而重力除尘的方式并不适用于大规模的工业化生产，其处理大批量气体的效果并不明显，加之热解气含有的焦油等易粘结成分，容易附着于沉降室的内壁上，又增加了维护和清理的成本。
发明内容
因此，本发明旨在提供一种能有效分离生物质热解气中固体颗粒及焦油的方法；同时，本发明还提供了分离生物质热解气中固体颗粒及焦油的装置。
为此，本发明提供了一种分离生物质热解气中固体颗粒及焦油的方法，所述方法为向沉降过程中的生物质热解气中喷淋木醋液。
进一步地，所述木醋液的喷淋量为50～80kg/h。。
进一步地，所述木醋液的喷淋方向与所述热解气流动方向的夹角为135°～180°。
进一步地，所述生物质的原料包括植物及其利用或加工后的剩余物。
进一步地，所述植物为树枝、竹子、棉花秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、豆类秸秆、玉米秸秆中的一种或几种。
本发明还提供了一种分离生物质热解气中固体颗粒及焦油的装置，包括沉降室，还包括至少一个喷嘴，所述喷嘴设置于所述沉降室内，用于喷出喷淋剂。
进一步地，沿所述沉降室内热解气的流动方向，设置有三个喷嘴。
进一步地，相邻喷嘴之间的距离L1与所述沉降室的气体进出口端之间的距离L2比为1：(2.5～5)。
进一步地，所述喷嘴为空心锥形喷嘴，喷淋剂喷出时产生空心锥形喷雾形状，喷射区域成环形，喷雾角度为30°～90°。
进一步地，所述空心锥形喷嘴的孔径为3～5mm。
本发明的技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的分离生物质热解气中固体颗粒及焦油的方法，由于从生物质热解炉排出的热解气均在100℃以上，对所述热解气喷淋富含有机质的木醋液，所述木醋液在高温条件下会迅速气化形成蒸汽，蒸汽与热解气中的焦油结合，形成大分子油水混溶微粒，大分子油水混溶颗粒与热解气中的固体颗粒充分接触并粘附固体颗粒，重力作用下沉降在沉降室底部并被生物质炭吸附，进而得到富含有机质的高品质生物质炭。本发明的分离方法大大降低了热解气中固体颗粒及焦油的含量，有效避免了后续净化装置中因固体颗粒及焦油的存在而导致的管道堵塞问题，降低了生产成本，为生物质热解反应的连续进行提供了有力地保障。
2.本发明提供的分离生物质热解气中固体颗粒及焦油的方法，所述方法以生物质为原料，包括树枝、竹子、棉花秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、豆类秸秆或玉米秸秆以及它们利用或加工后的剩余物，廉价易得，绿色环保，不仅避免了生物质废弃物直接燃烧带来的污染及安全隐患等问题，而且还可以将这些废弃物进一步资源化再利用，变废为宝，生产高品质的化工行业的原材料，具有非常高的经济效益。
3.本发明提供的分离生物质热解气中固体颗粒及焦油的装置，所述沉降室内设有若干喷嘴用于喷出喷淋剂以带走热解气中的焦油及固体颗粒，使进入后续净化装置中的热解气更加纯净。
4.本发明提供的分离生物质热解气中固体颗粒及焦油的装置，对喷嘴的形状、孔径及相邻喷嘴的间距等进一步地限定，使得本发明的喷嘴能产生优异的喷雾效果，如雾化均匀度好、雾化粒度细等，有利于喷淋剂与焦油充分接触，进一步降低了热解气中的固体颗粒及焦油的含量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1的分离生物质热解气中固体颗粒及焦油的装置结构示意图；
图2是本发明实施例1的另一种分离生物质热解气中固体颗粒及焦油的装置结构示意图。
附图标记说明：
1-沉降室；2-喷嘴；3-气体入口；4-气体出口；5-喷淋剂储罐。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例1提供了一种分离生物质热解气中固体颗粒及焦油的装置，如图1所示，包括：沉降室1，沉降室1上设有气体入口3及气体出口4；三个喷嘴2，分别设置在沉降室1的上部、中部及下部，用于喷出喷淋剂，喷淋剂由与喷嘴2相连的喷淋剂储罐5供给。作为另一种可替换方式，如图2所示，沉降室1的左右两侧分别设置气体入口3及气体出口4；三个喷嘴2沿气体流动方向依次设置。当然，喷嘴2的数目及其在沉降室1内的安装位置可以根据实际生产情况的需要来设定，如设置一个，其靠近气体入口侧设置。
本实施例中，相邻两个喷嘴2之间的距离相等，均为L1，沉降室的气体进出口端的距离为L2，L1与L2的比值为1：3。当然，L1与L2的具体比值根据实际情况的需要来确定。
本实施例1中喷嘴为空心锥形喷嘴，其喷射区域为环形，产生的喷雾角度为30～90°。为了实现更好的喷雾效果，本实施例1中喷嘴的孔径为4mm。当然，也可以设置为3～5mm之间的其它任一数值。
本实施例1的装置工作过程为：生物质热解气由沉降室1的气体入口3进入沉降室1内的同时由喷嘴2喷出喷淋剂，喷淋剂在高温环境中直接气化为蒸汽并与热解气中的焦油结合，形成大分子油水混溶颗粒，大分子油水混溶颗粒与热解气中的固体颗粒充分接触并粘附固体颗粒，重力作用下沉降在沉降室底部并被生物质炭吸附。经过分离处理后的气体从气体出口3离开沉降室1进入后续净化装置。
实施例2
本实施例提供了一种分离以水稻秸秆作为生物质原料的热解气中固体颗粒及焦油的方法，所述方法具体为：
将生物质热解气通入沉降室，通过分别设置在沉降室上、中及下部的喷嘴喷淋木醋液，木醋液在高温环境中直接气化为蒸汽并与热解气中的焦油结合，形成大分子油水混溶颗粒，大分子油水混溶颗粒与热解气中的固体颗粒充分接触并粘附固体颗粒，重力作用下沉降在沉降室底部并被生物质炭吸附得到富含有机质的高品质生物质炭。
本实施例2中，木醋液的喷量量为60kg/h，其喷出方向与热解气流动方向的夹角为180°。
实施例3
本实施例提供了一种分离玉米秸秆作为生物质原料的热解气中固体颗粒及焦油的方法，所述方法具体为：
将生物质热解气通入沉降室，通过分别设置在沉降室上、中及下部的喷嘴喷淋木醋液，木醋液在高温环境中直接气化为蒸汽并与热解气中的焦油结合，形成大分子油水混溶颗粒，大分子油水混溶颗粒与热解气中的固体颗粒充分接触并粘附固体颗粒，重力作用下沉降在沉降室底部并被生物质炭吸附得到富含有机质的高品质生物质炭。
本实施例3中，木醋液的喷量量为50kg/h，其喷出方向与热解气流动方向的夹角为150°。
实施例4
本实施例提供了一种分离树枝作为作为生物质原料的热解气中固体颗粒及焦油的方法，所述方法具体为：
将生物质热解气通入沉降室，通过分别设置在沉降室上、中及下部的喷嘴喷淋木醋液，木醋液在高温环境中直接气化为蒸汽并与热解气中的焦油结合，形成大分子油水混溶颗粒，大分子油水混溶颗粒与热解气中的固体颗粒充分接触并粘附固体颗粒，重力作用下沉降在沉降室底部并被生物质炭吸附得到富含有机质的高品质生物质炭。
本实施例4中，木醋液的喷量量为80kg/h，其喷出方向与热解气流动方向的夹角为135°。
实施例5
本实施例提供了一种分离豆类秸秆作为生物质原料的热解气中固体颗粒及焦油的方法，所述方法具体为：
将生物质热解气通入沉降室，通过设置在沉降室上部的喷嘴喷淋木醋液，木醋液中在高温环境中直接气化为蒸汽并与热解气中的焦油结合，形成大分子油水混溶颗粒，大分子油水混溶颗粒与热解气中的固体颗粒充分接触并粘附固体颗粒，重力作用下沉降在沉降室底部并被生物质炭吸附得到富含有机质的高品质生物质炭。
本实施例5中，木醋液的喷量量为70kg/h，其喷出方向与热解气流动方向的夹角为180°。
对比例1
本对比例提供了一种分离以水稻秸秆作为生物质原料的热解气中固体颗粒及焦油的方法，所述方法具体为：
将生物质热解气通入沉降室，利用重力进行沉降除尘，并将得到的固体颗粒并入生物炭中。
对比例2
本对比例提供了一种分离以水稻秸秆作为生物质原料的热解气中固体颗粒及焦油的方法，所述方法具体为：
将生物质热解气通入沉降室，将通过重力沉降处理得到的气体再通过三级旋风分离器进行除尘处理，并将除尘处理所得固体颗粒并入生物炭中。
实验例1
测量实施例2-5及对比例1和2得到的生物质炭的有机质含量，其结果如下表1所示：
表1各实施例及对比例所得生物质炭的有机质含量
由上表1数据可知，采用本发明的分离方法得到的生物质炭中有机质含量明显得到提升。
实验例2
将某炭化炉中产生的生物质热解气通入沉降室，蒸气量为3000Nm3/h、温度为400℃、焦油含量为1000mg/Nm3、固体颗粒含量1930mg/Nm3，分别采用本发明实施例2及对比例1和2的方法对热解气中的焦油及固体颗粒进行分离，通过实施例2的方法得到的气体中焦油含量为8mg/Nm3、固体颗粒含量为11mg/Nm3；通过对比例1的方法得到的气体中焦油含量为983mg/Nm3、固体颗粒含量为629mg/Nm3；通过对比例2的方法得到的气体中焦油含量为961mg/Nm3、固体颗粒含量为117mg/Nm3。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。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，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种分离生物质热解气中固体颗粒及焦油的方法，其特征在于，向沉降过程中的生物质热解气中喷淋木醋液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述木醋液的喷淋量为50～80kg/h。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述木醋液的喷淋方向与所述热解气流动方向的夹角为135°～180°。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述生物质的原料包括植物及其利用或加工后的剩余物。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述植物为树枝、竹子、棉花秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、豆类秸秆、玉米秸秆中的一种或几种。
6.一种分离生物质热解气中固体颗粒及焦油的装置，包括沉降室(1)，其特征在于，还包括至少一个喷嘴(2)，所述喷嘴(2)设置于所述沉降室(1)内，用于喷出喷淋剂。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，沿所述沉降室(1)内热解气的流动方向，设置有三个喷嘴(2)。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，相邻喷嘴(2)之间的距离L1与所述沉降室(1)的气体进出口端之间的距离L2比为1：(2.5～5)。
9.根据权利要求6-8任一项所述的装置，其特征在于，所述喷嘴(2)为空心锥形喷嘴，喷出喷淋剂时产生空心锥形喷雾形状，喷射区域成环形，喷雾角度为30°～90°。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述空心锥形喷嘴的孔径为3～5mm。
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