CN109628159A - 一种焦油净化处理的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种焦油净化处理的方法及系统。该方法，包括如下步骤：(1)从气化炉出口的含焦油粗燃气进入冷却洗涤塔中，获得焦油废液和洁净燃气；(2)经过冷却洗涤塔处理后得到的焦油废液流入循环水槽，经循环水冷却器冷却之后，重新进入冷却洗涤塔对含焦油粗燃气进行冷却洗涤净化，形成粗燃气的净化循环；(3)一部分气化剂进入气化炉与生物质进行反应生成粗燃气，另一部分气化剂从循环水槽通过，携带着挥发的焦油废液的气化剂进入气化炉与生物质反应产生粗燃气。本发明利用焦油的良好挥发性，将气化炉所需的气化剂通入焦油废液槽，携带挥发的焦油废液进入气化炉一起参与气化反应，避免了焦油废液的处理难题，回收了焦油能量。

Description

一种焦油净化处理的方法及系统
技术领域：
本发明属于生物质热化学转化技术领域，具体涉及一种焦油净化处理的方法及系统。
背景技术：
生物质气化是将固态的生物质燃料转变为气态的燃气。生物质在高温条件下与氧气和/或水蒸气反应，转化为氢气和一氧化碳等可燃气体。生物质气化产生的可燃气，可以用来集中供气、替代工业锅炉/窑炉化石燃料、发电或合成液体燃料，用途广泛，应用前景广阔。
燃气中含有的焦油可导致管道和下游设备结垢、堵塞和腐蚀，影响系统运行和安全，是限制气化技术推广应用的瓶颈。常用的焦油脱除方法包括水洗、过滤、热裂解和催化裂解。常规的水洗结构简单操作方便，但浪费了焦油本身的能量，又会产生焦油废水处理难题；过滤法设备复杂、成本较高；热裂解通常在1000℃以上的高温下进行，需要消耗大量能量维持高温；催化裂解利用催化剂的作用，降低焦油裂解温度并提高焦油裂解效率，但催化剂积炭失活或成本太高的问题难以解决。
发明内容：
本发明的目的在于针对现有焦油处理系统的缺陷，提供一种焦油净化处理的方法及系统，能简单有效地脱除燃气中焦油。
本发明的第一个目的是提供一种焦油净化处理的方法，包括如下步骤：
(1)从气化炉出口的含焦油粗燃气进入对粗燃气进行冷却净化的冷却洗涤塔中，获得焦油废液和洁净燃气；
(2)经过冷却洗涤塔处理后得到的焦油废液流入循环水槽，经循环水冷却器冷却之后，重新进入冷却洗涤塔对含焦油粗燃气进行冷却洗涤净化，形成粗燃气的净化循环；
(3)一部分气化剂直接进入气化炉与生物质反应，另一部分气化剂从循环水槽通过、携带着挥发的焦油废液进入气化炉与生物质反应，产生粗燃气。
可根据实际情况设计两级或多级冷却洗涤，以保证净化效果。第一循环水槽与第二循环水槽的连通部位在两个水槽的液面之下。对气化剂进行流量调节、预热和流动方式改变，以保证焦油废液的挥发量，使第一循环水槽和第二循环水槽内焦油废液的总量保持不变。
本发明提出的焦油净化处理方法充分利用焦油的良好挥发性，将气化炉所需的气化剂通入焦油废液槽，携带挥发的焦油废液进入气化炉一起参与气化反应，在脱除焦油的同时，避免了焦油废液的处理难题，回收了焦油能量，简单有效，节能环保。
优选，步骤(2)具体步骤为：经过冷却洗涤塔处理后得到的焦油废液流入第一循环水槽，第一循环水槽与第二循环水槽连通，焦油废液从第一循环水槽进入第二循环水槽，经循环水冷却器冷却之后，重新进入冷却洗涤塔对含焦油粗燃气进行冷却洗涤净化，形成粗燃气的净化循环。
气化剂分成两路，一路直接进气化炉，另一路经第二循环水槽进入气化炉，根据焦油废液量调节进入第二循环水槽的气化剂流量。
优选，所述的气化剂为空气和/或水蒸气。在第二循环水槽设置溢流口，使两个循环水槽内焦油废液的总量保持不变，新增的焦油废液从溢流口流出之后和气化剂一起进入气化炉反应。
优选，步骤(1)中通过将所述的气化炉炉体加长，增加炉内生物质原料层厚度，使气化炉出口粗燃气的温度降至70℃-130℃，降低粗燃气的焦油含量。
本发明通过将气化炉炉体适度加长，增加生物质原料层厚度，延长燃气在生物质原料层的停留时间，利用生物质原料层对燃气中的焦油进行冷却和吸附，将气化炉出口粗燃气的温度降至100℃左右，降低粗燃气的焦油含量，尤其是焦油重质组分的含量。
本发明的第二个目的是提供一种焦油净化处理的系统，该系统用于实现焦油净化处理的方法，包括气化炉、冷却洗涤塔、循环水槽和循环水冷却器，所述的气化炉上设置有粗燃气出口，气化炉内的含焦油粗燃气从粗燃气出口通过粗燃气管路进入冷却洗涤塔，所述的冷却洗涤塔底部与循环水槽连通，冷却洗涤塔内焦油废液流入循环水槽内，所述的循环水槽与循环水冷却器通过第一焦油废液管路连通，所述的循环水冷却器和冷却洗涤塔通过第二焦油废液管路连通，焦油废液依次经循环水槽和循环水冷却器之后，重新进入冷却洗涤塔对含焦油粗燃气进行冷却洗涤净化。
在本发明中，气化炉的作用是用于生物质与携带焦油废液的气化剂进行反应，获得粗燃气，适度加长的气化炉炉体能增加炉内生物质原料层厚度，利用生物质原料层对燃气中的焦油进行冷却和吸附，降低气化炉出口粗燃气中的焦油含量，尤其是焦油重质组分的含量，提升焦油的挥发性；冷却洗涤塔的作用是对粗燃气进行冷却净化，冷凝并脱除焦油；第一循环水槽的作用是用于储存冷却洗涤塔的焦油废液；第二循环水槽的作用是用于焦油废液的储存和循环，以及流通气化剂携带焦油废液挥发分；循环水冷却器的作用是用于循环焦油废液的冷却，循环水冷却器用于焦油废液的冷却，使焦油废液在冷却之前保持70℃左右的温度，以同时保证对燃气的冷却效果和焦油废液的流动性及挥发性。
优选，气化剂管路分为第一气化剂管路和第二气化剂管路，所述的第一气化剂管路与气化炉的底部连通，所述的循环水槽一端设置有气化剂入口，另一端设置有气化剂出口，所述的第二气化剂管路通过气化剂入口与循环水槽连通，经循环水槽后的气化剂经气化剂出口通过管路进入气化炉。气化剂为空气、水蒸气或空气与水蒸气混合物，以空气为例，气化炉的进口空气分成两路，一路直接进气化炉，另一路经第二循环水槽进入气化炉，根据焦油废液量调节进入第二循环水槽的空气量。
优选，所述的循环水槽包括第一循环水槽和第二循环水槽，所述的第一循环水槽和第二循环水槽的连通部位在第一循环水槽和第二循环水槽的液面之下。第二循环水槽的进口气化剂配置预热装置，根据焦油废液量调节进入第二循环水槽的气化剂温度。循环水冷却器可换成空冷器，根据焦油废液温度决定。
优选，所述的第二循环水槽上方空间调节为负压，增强焦油废液的挥发性。
优选，所述的第二循环水槽上设置有刮板除渣装置，定期排渣以防止可能出现的固体沉积。
本发明的有益效果是：本发明充分利用焦油的良好挥发性，将气化炉所需的气化剂通入焦油废液槽，携带挥发的焦油废液进入气化炉一起参与气化反应，在脱除焦油的同时，避免了焦油废液的处理难题，回收了焦油能量，简单有效，节能环保。除了用于生物质气化，还可用于煤炭和石油焦等固体燃料或固体废弃物的气化利用。
附图说明：
图1是本发明焦油净化处理的系统工艺示意图；
附图标记说明：1、气化炉；2、生物质；3、粗燃气；4、冷却洗涤塔；5、第一循环水槽；6、洁净燃气；7、焦油废液；8、第二循环水槽；9、循环水冷却器；10、携带挥发焦油废液的气化剂；11、气化剂。
具体实施方式：
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
除特别说明，本发明中提到的设备和材料均为市售。
实施例1：
一种焦油净化处理的方法，包括以下步骤：
(1)从气化炉1出口的粗燃气3进入冷却洗涤塔4，冷却并脱除焦油，获得洁净燃气6；
(2)焦油废液流入第一循环水槽5，第一循环水槽5与第二循环水槽8连通，焦油废液7从第一循环水槽5进入第二循环水槽8，经循环水冷却器9冷却之后，重新进入冷却洗涤塔4对粗燃气3进行冷却洗涤净化，形成循环；
(3)气化剂11从第二循环水槽8内的焦油废液7通过，携带挥发焦油废液的气化剂10进入气化炉1与生物质2反应产生粗燃气3。
(4)气化炉1的炉体加长2-6米，炉内生物质原料层厚度相应增加2-6米，延长燃气在生物质原料层的停留时间，利用生物质原料层对燃气中的焦油进行冷却和吸附，将粗燃气3的温度控制在100℃左右，降低粗燃气3中的焦油含量，尤其是焦油重质组分的含量，提升焦油废液7的挥发性。
气化剂可以为空气和/或水蒸气，在本实施例中优选气化剂为空气。
如图1所示，一种焦油净化处理的系统，包括气化炉1，冷却洗涤塔4，第一循环水槽5，第二循环水槽8和循环水冷却器9。气化炉1为优化结构设计、适度加长了炉体的上吸式固定床气化炉，生物质2从其顶部进入，气化剂11和携带挥发焦油废液的气化剂10从底部进入，粗燃气3出口温度约100℃，焦油含量可低至1g/m3左右；冷却洗涤塔4下部与第一循环水槽5密闭相连，粗燃气3从下部进入冷却洗涤塔4，经冷却洗涤之后的洁净燃气6从冷却洗涤塔4的上部引出；第一循环水槽5处于冷却洗涤塔4下部，用于储存来自冷却洗涤塔4的焦油废液7；第二循环水槽8与第一循环水槽5连通，连通部位低于焦油废液7液面，以保证冷却洗涤塔4的密闭，气化剂11部分从第二循环水槽8的焦油废液7液面上方通过，获得携带挥发焦油废液的气化剂10；循环水冷却器9用于焦油废液7的冷却，使焦油废液7在冷却之前保持70℃左右的温度，以同时保证对燃气的冷却效果和焦油废液7的流动性及挥发性，冷却之后的焦油废液7从中上部进入冷却洗涤塔4，完成循环。
本实施例中焦油净化处理的工艺流程是：一部分气化剂11和携带挥发焦油废液的气化剂10从底部进入气化炉1与生物质反应生成含焦油的粗燃气，含焦油粗燃气3出口温度约100℃；冷却洗涤塔4下部与第一循环水槽5密闭相连，粗燃气3从下部进入冷却洗涤塔4，经冷却洗涤之后的洁净燃气6从冷却洗涤塔4的上部引出；经过冷却洗涤塔处理的后焦油废液依次流经第一循环水槽、第二循环水槽和循环水冷却器，冷却之后的焦油废液7从冷却洗涤塔的中上部进入冷却洗涤塔4，完成循环，另一部分气化剂11从第二循环水槽8的焦油废液7液面上方通过，获得携带挥发焦油废液的气化剂10。
对比例1：
常规上吸式气化炉与实施例1相同，不同之处在于：气化炉1的炉体未经加长，粗燃气3的温度约300℃，焦油含量约10g/m3，焦油所含能量占生物质原料的5％左右，且重质组分比例较高；气化剂(空气)直接进入气化炉，焦油废液通过下游的氧化消解、生化处理等常规手段进行处理，初始投资大、运行成本高，且损失了燃气显热和全部的焦油能量。
实施例1与对比例1比较，实施例1回收了焦油能量，气化效率能提升5％左右，且工艺和系统简单，避免了焦油废液处理难题，大幅降低了成本。
以上对本发明提供的焦油净化处理的方法及系统进行了详细的介绍，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种焦油净化处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)从气化炉出口的含焦油粗燃气进入对粗燃气进行净化的冷却洗涤塔中，获得焦油废液和洁净燃气；
(2)冷却洗涤塔排出的焦油废液流入循环水槽，经循环水冷却器冷却之后，重新进入冷却洗涤塔对含焦油粗燃气进行冷却洗涤净化，形成粗燃气的净化循环；
(3)一部分气化剂进入气化炉与生物质进行反应生成燃气，另一部分气化剂从循环水槽通过，携带着挥发的焦油废液的气化剂进入气化炉与生物质反应产生燃气。
2.根据权利要求1所述的焦油净化处理的方法，其特征在于，步骤(2)具体步骤为：冷却洗涤塔排出的焦油废液流入第一循环水槽，第一循环水槽与第二循环水槽连通，焦油废液从第一循环水槽进入第二循环水槽，经循环水冷却器冷却之后，重新进入冷却洗涤塔对含焦油粗燃气进行冷却洗涤净化，形成粗燃气的净化循环。
3.根据权利要求1所述的焦油净化处理的方法，其特征在于，所述的气化剂为空气和/或水蒸气。
4.根据权利要求1所述的焦油净化处理的方法，其特征在于，步骤(1)中通过将所述的气化炉炉体加长，增加炉内生物质原料层厚度，使气化炉出口粗燃气的温度降至70℃-130℃，降低粗燃气的焦油含量。
5.一种焦油净化处理的系统，其特征在于，该系统用于实现权利要求1所述的焦油净化处理的方法，包括气化炉、冷却洗涤塔、循环水槽和循环水冷却器，所述的气化炉上设置有粗燃气出口，气化炉内的含焦油粗燃气从粗燃气出口通过粗燃气管路进入冷却洗涤塔，所述的冷却洗涤塔底部与循环水槽连通，冷却洗涤塔内焦油废液流入循环水槽内，所述的循环水槽与循环水冷却器通过第一焦油废液管路连通，所述的循环水冷却器和冷却洗涤塔通过第二焦油废液管路连通，焦油废液依次经循环水槽和循环水冷却器之后，重新进入冷却洗涤塔对含焦油粗燃气进行冷却洗涤净化。
6.根据权利要求5所述的焦油净化处理的系统，其特征在于：气化剂管路分为第一气化剂管路和第二气化剂管路，所述的第一气化剂管路与气化炉的底部连通，所述的循环水槽一端设置有气化剂入口，另一端设置有气化剂出口，所述的第二气化剂管路通过气化剂入口与循环水槽连通，经循环水槽后的气化剂经气化剂出口通过管路进入气化炉。
7.根据权利要求5所述的焦油净化处理的系统，其特征在于：所述的循环水槽包括第一循环水槽和第二循环水槽，所述的第一循环水槽和第二循环水槽的连通部位在第一循环水槽和第二循环水槽的液面之下。
8.根据权利要求7所述的焦油净化处理的系统，其特征在于：所述的第二循环水槽上设置有刮板除渣装置。
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