CN109233887A - 一种焦油分离单元及焦油分离系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种焦油分离单元及焦油分离系统，该焦油分离单元，包括斗、位于斗上方的第一分配器和第二分配器，所述第一分配器与斗之间通过至少两根第一管连通，所述斗与第二分配器之间通过至少两根第二管连通，所述第一管、第二管周围设有冷却系统；所述斗的底部连通有桶。本发明的冷凝分离效果好，且单个焦油分离单元中收集到的焦油成分较为均一；同一个焦油分离单元中，第一管或第二管呈周向分布，只需一根供水管即可完成多根第一管的供水，有利于精简结构。

Description

一种焦油分离单元及焦油分离系统

技术领域

本发明涉及到生物质、垃圾、工业有机废料、煤焦化工业技术分离领域，具体到一种环形多级焦油分离单元及多级焦油分离系统。

本发明属于生物质热解气化、垃圾热解气化领域，燃煤气化、焦化工燃气净化焦油分离领域，具体涉及一种焦油分离单元及焦油分离系统，尤其涉及一种环形焦油分离单元及多级焦油分离系统。

背景技术

垃圾对环境的污染已提高到国家的议事日程，根据国家2016年227号文件，四部门联合下达“关于进一步加强城市生活垃圾焚烧处理的工作意见”，充分体现国家对垃圾处理的重视。垃圾实现无害化热解气化处理是治理垃圾的重要手段之一，垃圾经过热解气化处理转换为可燃气体，可燃气体经过提纯可供内燃机组发电，披称为21世纪不可缺的生物能源。

垃圾在热解气化过程中生产出多种气体，这些气体需经多种工艺提纯才能够进入内燃发电机组。去除焦油粉尘长期以来制约行业的发展。目前市场主要采用塔式内冷喷淋去焦方法、离心分离等工艺除焦。但是该方法主要是冷却效果欠佳，大量水和焦油混合成二次水污染，为解决上述问题已公示了一种“多级焦油分离器”，该工艺采用外冷却，气体和冷却水隔离，从而解决了水污染问题，且冷却效果更好的优点，但由于市场垃圾热解气化工艺项目渐渐由小项目向大型化发展趋势，该种单管排列多级除焦方法难以适应大型化项目，因为利用冷凝方法除焦、冷却管的选型管径越小冷却效果越好的特性，在冷却工艺过程中往往将输气管总过气量细化为多支管道冷却，效果更优，因此输气管道直径越大、冷却管道细化多管排列布局造成设备过于庞大，且造价高，占地面积大的不足之处。

随着我国城市化、工业化进程的加快，城市工业垃圾和生活垃圾数量快速增长，已经对我国环境安全构成严重威胁。泛滥成灾的垃圾迫使人们积极采取有效措施，科学合理地加以处理和利用，使之减量化、资源化、无害化。

目前采用热解气化技术处理生活垃圾具有显著的环境效益和综合效益。生活垃圾热解气化处理是指将生活垃圾在无氧或缺氧条件下受热力分解产生可燃气体（氢气、一氧化碳、烷烃类等）、有机液体（有机酸、焦油等）和炭黑等物质的过程。

热解气化产生的燃气体（氢气、一氧化碳、烷烃类等）要加以进一步很好利用（辟如作为生活燃气或用来发电），必须将其中的焦油分离出来，同时分离出来的焦油是一种很好的工业原料。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种焦油分离单元及焦油分离系统，在现有技术基础上，进一步提升焦油分离效果。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种焦油分离单元，包括斗、位于斗上方的第一分配器和第二分配器，所述第一分配器与斗之间通过至少两根第一管连通，所述斗与第二分配器之间通过至少两根第二管连通，所述第一管、第二管周围设有冷却系统；所述斗的底部连通有桶。

如此，待冷凝气体通入第一分配器后，通过各根第一管向斗流动，同时受到冷却系统的冷却作用，部分焦油及水蒸气冷凝成液体，下滴到斗内；没有冷凝的气体从斗内通过第二管上行至第二分配器，上行过程中，再次受到冷却作用，部分焦油及水蒸气冷凝成液体，下滴到斗内，随后可通过桶暂存。

进一步地，所述第一管的数量为5根以上，且呈周向分布；所述第二管的数量为5根以上，且呈周向分布。

进一步地，所述冷却系统包括供水管和与供水管连通的若干套管，所述套管套设于第一管或第二管外，且与相应管间隙配合。如此，套管可起到导向作用，使得供水管输入套管的冷却水沿第一管或第二管外壁流动，最大程度发挥冷却水的冷却作用，提升冷却效果。

第一管、第二管采用环形布局，并对管采用套管导流冷却的新方法，冷却效果好，冷却水利用率提高，设备体积减小70%，因而大幅降低设备的造价并大量减小配套设备，如管道阀门、焦油罐等多种物资。

优选地，第一管外的套管的底端密封，该套管的顶端开口，供水管与该套管的底部连通，如此，冷却水沿第一管外壁由下向上流动，与气流方向形成对流，提升冷却效果；优选地，供水管与第二管外的套管的顶端连通，如此冷却水沿第二管外壁由上向下流动，形成对流，提升冷却效果。

进一步地，所述套管的内壁上设有螺旋导向槽，以增大冷却水在套管内的流过路径，延长停留时间，进一步提升冷却效果。

进一步地，所述至少两根第一管相互平行设置，所述至少两根第二管相互平行设置。

进一步地，第一管、第二管的内径为50-250mm，进一步为80-180mm，优选为90-150mm，进一步优选为100-130mm，以均衡考虑冷却效果、防堵能力等方面。

进一步地，所述斗的底部设有加热器，以对斗及斗与桶之间管道内的焦油进行加热，以便顺利流下。

进一步地，所述斗内设有测温件，优选为热电偶，如此，可实时监测斗内温度，以便及时采取措施或调整冷却参数。

进一步地，所述斗上设有进气连接法兰，如此，可通过进气连接法兰通入热蒸汽，使得附着在第一管或第二管内壁上的焦油顺利落下，防止堵塞。该进气连接法兰可根据需要选择性设置。

进一步地，所述桶内设有油标尺，以监控桶内储油量，方便工作人员及时处理。

基于同一发明构思，本发明还提供一种焦油分离系统，包括依次连通的进气管、若干如上所述的焦油分离单元和出气管。

进一步地，所述焦油分离单元的数量为多个，相邻焦油分离单元通过180度弯头连通。通过180度弯头连通相邻焦油分离单元，可增大气体在分离系统中的行走距离，并减缓气体在管道中的流速，以提高气体在系统中的停留时间，从而使得焦油分离更加充分。

进一步地，还包括机架，所述进气管、焦油分离单元和出气管均架设于机架上。进一步地，所述支架主要由中空管道构成，以节省材料，降低成本。

优选地，进气管和出气管直径相同，这样便于管路安装及维护。

进一步地，所述焦油分离单元的数量为2-12个，优选为4-10个，进一步优选为6-8个，如此通过多级冷却，最后将高温气体冷却至室温，每一级降至不同的温度，都有焦油冷凝成液体，直至将气体中的焦油基本分离，以获得较好的焦油分离效果。

生活和工业垃圾通过气化炉热解气化产生的高温可燃气体（氢气、一氧化碳、烷烃类等）中含有机液体（有机酸、焦油等）和炭黑等物质，本发明的焦油分离单元及焦油分离系统可用于该种气体的冷凝分离。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

（1）每个焦油分离单元中，待冷凝气体实际经过两道冷却工序，冷凝分离效果好；

（2）高温可燃气体通过多级焦油分离单元，将气体中的焦油、水蒸气等冷凝成液体，从而达到气体降温及将焦油、水蒸气分离的目的，根据来源气体的不同，可以增减级数，灵活应用，达到冷却分离的最佳效果。

（3）通过套管的导向作用，可最大程度发挥冷却水的冷却作用，进一步提升冷却效果；另外，套管的设置可保证同一焦油分离单元中，各第一管或第二管的冷却效果较为接近，保证该焦油分离单元中收集到的焦油成分较为均一；

（4）同一个焦油分离单元中，第一管或第二管呈周向分布，只需一根供水管即可完成多根第一管的供水，有利于精简结构；

（5）通过多级焦油分离单元，本发明的焦油分离系统分离效果好。

附图说明

图1是本发明第一种实施方式的焦油分离系统的主视图。

图2是本发明第一种实施方式的焦油分离系统的俯视图。

图3是本发明第一种实施方式的焦油分离系统的左视图。

图中：1-桶，2-开关闸门，3-加热器，4-斗，5-测温件，6-第一管，7-进气管，8-机架，9-90度弯头，10-第一分配器，1-180度弯头，12-出气管，13-冷却系统，1301-套管，1302-供水管，14-进气连接法兰，15-油标尺，16-第二分配器，17-第二管。

具体实施方式

以下将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

如图1至图3所示，一种焦油分离系统，包括依次连通的进气管7、6个焦油分离单元和出气管12；所示焦油分离单元包括斗4、位于斗4上方的第一分配器10和第二分配器16，所述第一分配器10与斗4之间通过至少两根第一管6连通，所述斗4与第二分配器10之间通过至少两根第二管17连通，所述第一管6、第二管17周围设有冷却系统13；所述斗4的底部连通有桶1；还包括机架8，所述进气管7、焦油分离单元和出气管12均架设于机架上。斗4与桶1之间的管道上设置开关闸门2。

具体地，所述第一管6的数量为16根，分为两组，每组8根，每8根第一管呈周向分布，每组第一管配备一个第一分配器；所述第二管17的数量为16根，分为两组，每组8根，每8根第二管呈周向分布，每组第二管配备一个第二分配器。分两组设置，可以进一步降低各管道内的气体压力，降低气体在分离系统内的流动速度，延迟气体在分离装置中的停留时间，使其冷却更充分，提高换热面积，从而提高焦油分离率。

所述冷却系统13包括供水管1302和与供水管连通的若干套管1301，所述套管1301套设于第一管6或第二管17外，且与相应管间隙配合。每组第一管或第二管的中心位置设置1根供水管，该供水管与相应套管的顶端。

作为本发明的另一种实施方式，第一管外的套管的底端密封，该套管的顶端开口，供水管与该套管的底部连通，如此，冷却水沿第一管外壁由下向上流动，与气流方向形成对流，提升冷却效果；优选地，供水管与第二管外的套管的顶端连通，如此冷却水沿第二管外壁由上向下流动，形成对流，提升冷却效果。

所述斗4的底部设有加热器3，采用智能控制确定是否需要对斗4进行加热。所述斗4内设有测温件5。所述桶1内设有油标尺15。

最后一级焦油分离单元的斗4上设有进气连接法兰14，当焦油由于温度低，流动性差而附着在第一管6或第二管管壁或斗4管壁上时，通过进气连接法兰14喷入热蒸汽，从而使焦油顺利进入储油桶1中。

进气管7通过90度弯头9与第一个焦油分离单元的第一分配器连通；相邻两个焦油分离单元中，前一个焦油分离单元的第二分配器与后一个焦油分离单元的第一分配器通过180度弯头11连通；出气管12通过90度弯头与最后一个焦油分离单元的第二分配器连通。

本发明中，第一管、第二管分别呈周向分布，实际为环形分布，并在管外套设套管导流，冷却水供水系统采用环形供水、水套导流、水冷却方法解决中大型输气管道难题。众所周知冷却管道越小，冷却效果越佳。根据市场效应，生物质、垃圾、煤、焦气化工程向中大型发展，因而输气管道直径一般达到0.3米-1.0米以上，为了达到冷却效果，冷却管道（即第一管或第二管）往往达到几只、十几只组成一级环形焦油分离器。根据数据表明，冷却水管供气面积之和应大于主输气管道面积10-20%。如果冷却水管采用排列式单管布局方法，则冷却系统布局十分庞大，所设计的焦油斗、阀门等配套工艺设施成倍增加。按照输气管道直径500mm计算，采用环形冷却管道布局，设备体积缩减至三分之一，焦油斗、阀门等工艺配套设施同样减小至三分之一，因为环形冷却管道设计展开长度正好是环形设计直径的3倍，所以不难得出设备体积二种方法截然不同的效果。

冷却系统实际为环形供水系统，第一管、第二管均设有单个套管，使冷却水沿第一管或第二管管壁流动而达到冷却效果。该方法与直接喷淋相比具有节约冷却用水，且冷却效果更佳的特点。由于冷却管采用立管设计，可以延长燃气在冷却管中的停留时间，采用喷淋方法受流速、风向、喷淋水空落等条件影响，冷却效果欠佳，而环形供水系统，采用导流水套式冷却方法较好的解决了环形焦油多级分离器的冷却难题。

综上所述，本发明大幅减小设备的制造成本，且冷却效果更佳，并大幅降低工程建设占地面积，从而大幅减小项目建设投资。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种焦油分离单元，其特征在于，包括斗（4）、位于斗（4）上方的第一分配器（10）和第二分配器（16），所述第一分配器（10）与斗（4）之间通过至少两根第一管（6）连通，所述斗（4）与第二分配器（10）之间通过至少两根第二管（17）连通，所述第一管（6）、第二管（17）周围设有冷却系统（13）；所述斗（4）的底部连通有桶（1）。

2.根据权利要求1所述的焦油分离单元，其特征在于，所述第一管（6）的数量为5根以上，且呈周向分布；所述第二管（17）的数量为5根以上，且呈周向分布。

3.根据权利要求1所述的焦油分离单元，其特征在于，所述冷却系统（13）包括供水管（1302）和与供水管连通的若干套管（1301），所述套管（1301）套设于第一管（6）或第二管（17）外，且与相应管间隙配合。

4.根据权利要求3所述的焦油分离单元，其特征在于，所述套管（1301）的内壁上设有螺旋导向槽。

5.根据权利要求1所述的焦油分离单元，其特征在于，所述斗（4）内设有测温件（5）。

6.根据权利要求1所述的焦油分离单元，其特征在于，所述斗（4）上设有进气连接法兰（14）。

7.根据权利要求1所述的焦油分离单元，其特征在于，所述桶（1）内设有油标尺（15）。

8.一种焦油分离系统，其特征在于，包括依次连通的进气管（7）、若干如权利要求1-7任一项所述的焦油分离单元和出气管（12）。

9.根据权利要求8所述的焦油分离系统，其特征在于，所述焦油分离单元的数量为多个，相邻焦油分离单元通过180度弯头（11）连通。

10.根据权利要求8所述的焦油分离系统，其特征在于，还包括机架（8），所述进气管（7）、焦油分离单元和出气管（12）均架设于机架上。