CN111073712A - 一种生物质热解气净化及冷凝液回收工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明专利所涉及的一种生物质热解气净化及冷凝液回收工艺，涉及以除尘、冷凝、萃取净化为特征的处理生物质热解气工艺，采用旋风分离器1清除热解气中的炭颗粒和灰分，循环水槽2中的循环水将炭颗粒和灰分带出净化系统，清除炭颗粒和灰分后的热解气依次通入一级冷凝塔3、二级冷凝塔4、三级冷凝塔5将热解气中可冷凝物质冷凝，各冷凝塔所冷凝物质分别存储于第一储罐9、第二储罐10和第三储罐11。冷凝后的热解气于萃取净化塔7中进行萃取，萃取后的热解气储存于燃气储罐8。相比于现有处理工艺，该工艺克服了热解气中焦油含量高、水分大和热值低的问题，同时也解决了冷凝液后续处理难度大的问题。
Description
技术领域
本发明属于生物质热解气处理技术领域，具体的说，它涉及一种生物质热解气净化及冷凝液回收工艺。
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。目前生物质气化是生物质利用的最有效途径之一，生物质气化后可产生热解气和生物质炭，生物质炭为单质碳，可用于制作炭基肥或活性炭。热解气中含有可冷凝物质和不可冷凝物质，可冷凝物质也称为木醋液，含有80％的水分和20％的有机物，有机物种类众多如酚类、酮类、醛类、酸类以及一些小分子有机物，木醋液可用于分离高附加值有机物。不可冷凝产物有甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳和氮气等气体，可用于发电和供热。生物质气化产生的热解气并不能直接应用，需要对热解气进行净化才能应用于实际工业。因此生物质热解气的净化工艺是生物质热利用过程的关键技术。
现有工艺在净化生物质热解气的过程中，采用旋风分离器加喷淋冷凝的净化方法。旋风分离器对热解气进行除尘，采用木醋液对除尘后的热解气进行喷淋冷凝，冷凝后的焦油和木醋液汇聚于储存池。该工艺存在以下几个问题，1.生物质热解气初始温度为500℃，在连续生产过程中，高温状态下旋风分离器卸料时难以密封，会造成外部空气进入净化系统。2.冷凝下的焦油和木醋液汇聚于同一个储存池中，导致木醋液中有机物难以提纯和分离，造成资源的浪费。3.喷淋后的热解气含有喷淋介质中的焦油和水分，水分会降低热解气的热值，焦油会影响发电过程中燃气轮机的运行。
发明内容
本发明要解决的技术问题：1.高温下旋风分离器除炭颗粒和灰分过程中难以密封卸料；2.冷凝后焦油与木醋液混合于同一存储池，导致有机物难以分离；3.喷淋冷凝后热解气中水分和焦油含量大，影响热值和应用。
为解决上述问题，本发明提供一种生物质热解气净化及冷凝液回收工艺，包括除尘、分级冷凝、萃取净化和萃取剂汽提再生等装置。具体方案如下：
一种生物质热解气净化及冷凝液回收工艺，包括以下步骤：
a.500℃的生物质热解气进入旋风除尘器1,除去炭颗粒和灰分，循环水槽2中的循环水将分离后的炭颗粒和灰分带出净化系统；
b.对步骤a除去炭颗粒和灰分后的热解气进行三次冷凝，先经过一级冷凝塔3进行第一次冷凝，冷凝液储存于第一储罐9；再经过二级冷凝塔4进行第二次冷凝，冷凝液储存于第二储罐10；最后经过三级冷凝塔5进行第三次冷凝，冷凝液储存于第三储罐11；
c.经步骤b冷凝后的热解气通入萃取净化塔7，萃取净化塔7中萃取剂与热解气逆流接触将热解气净化，净化后的热解气储存于燃气储罐8；
d.步骤c中萃取后的萃取液通入汽提塔12，在塔中以加热的方式脱除萃取剂中所含的有机物质，净化后的萃取剂与换热器13换热后通入萃取净化塔7中循环使用。
所述步骤a中，旋风分离器1底部与循环水箱2相连，循环水箱2中通入流量为1.1m3/h的循环水，循环水将旋风分离器1分离的颗粒和灰分捕集带出净化系统。
所述步骤b中，热解气经一级冷凝塔3冷凝后的温度为140～160℃，经二级冷凝塔4冷凝后的温度为60～80℃，经三级冷凝塔5冷凝后的温度为30～40℃。
所述步骤b中，一级冷凝塔3、二级冷凝塔4、三级冷凝塔5底部均采用锥形封头。
所述步骤c中，萃取净化塔7的中部设有陶瓷拉西环填料，塔的上部设有多级喷淋装置，喷淋装置上设有环状排列的螺旋喷嘴。
所述步骤c中，所选萃取剂为己二醇有机溶剂，萃取净化塔7中的螺旋喷嘴将其雾化，雾化的粒径为1μm，雾化扩散角度80°，萃取剂喷雾量为1.8m3/h。
所述步骤d中，汽提塔12为常压操作的填料精馏塔，填料为金属鲍尔环填料。
所述步骤d中，汽提塔12的操作条件为：塔底再沸器温度为150℃，塔顶冷凝器温度为32℃，回流比为1.6。
本发明的有益技术效果体现在以下方面：
(1)采用了旋风分离器和循环水箱相结合的除尘方式，使除尘和卸料过程一直处于密封状态，避免了因温度升高而引发旋风分离器卸料时漏气的状况。
(2)采用分级冷凝的方法将焦油和木醋液分别冷凝进入储罐，从源头实现木醋液初步分离，大幅度减少后续处理难度和成本。
(3)采用萃取方式净化生物质热解气中多余的水分和焦油等有机物质，除水后的热解气热值显著提高，除焦油后的热解气无需再次处理即可应用于燃气轮机进行发电。
(4)萃取剂在汽提塔中再生，实现萃取剂的循环利用，大幅度降低运行成本。
附图说明
图1为本发明提供的生物质热解气净化及冷凝液回收工艺示意图。
图1中序号：旋风分离器1、循环水箱2、一级冷凝塔3、二级冷凝塔4、三级冷凝塔5、变频风机6、萃取净化塔7、燃气储罐8、第一储罐9、第二储罐10、第三储罐11、汽提塔12、换热器13、第四储罐14、冷凝水进口15、热解气进气口16、冷凝水出口17、第一调节阀18、第二调节阀19、第三调节阀20、第四调节阀21。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例一
参见图1，是本发明的工艺装置图。
生物质热解气进入旋风分离器1除去炭颗粒和灰分，利用循环水槽2将颗粒和灰分排出净化系统，除炭颗粒和灰分后的热解气依次进入一级冷凝塔3、二级冷凝塔4、三级冷凝塔5、萃取净化塔7，最后进入燃气储罐8。一级冷凝塔3、二级冷凝塔4、三级冷凝塔5分别与第一储罐9，第二储罐10、第三储罐11相连，三级冷凝塔5和萃取净化塔7之间设有变频电机6，萃取净化塔7底部的萃取液进入汽提塔12，汽提塔12中再生的萃取剂经换热器13降温后进入萃取净化塔7中循环使用，汽提塔12萃取的有机物进入第四储罐14。
本发明的工艺流程：
待处理生物质热解气的情况
待处理的生物质热解气是由固定床气化炉在1000℃的温度下热解棉杆所产生的热解气，热解气初始温度为500℃，热解气的主要成分如表1所示。
表1待处理生物质热解气主要成分
运行前准备工作
设备运行前将循环水箱2通入循环水，启动循环水泵使循环水箱中的循环水以1.1m3/h的流量循环流动。变频风机6开启，调节功率使出口压力为0.2MPa。打开冷凝水进口15和冷凝水出口17。
第一步，密封除尘
将待处理的热解气从热解气进气口16通入旋风分离器1，热解气以18.5m/s的速度切向进入旋风分离器1中，除尘后的热解气由旋风分离器1的排气口排出，炭颗粒和灰分落入循环水箱2中被循环水捕集带出系统外。
第二步，分级冷凝
将第一步除尘后的热解气通入一级冷凝塔3，此时热解气的温度为500℃，调节第一调节阀18来改变冷凝水的流量，使热解气的温度迅速降到140℃，将热解气中的酚类、酮类和醛类等高沸点有机物质冷凝进入第一储罐9。热解气进入二级冷凝塔4，调节第二调节阀19来改变冷凝水的流量，将热解气的温度迅速降到60℃，将热解气中的水和乙酸等中沸点组分冷凝进入第二储罐10。热解气进入三级冷凝塔5，调节第三调节阀20来改变冷凝水的流量，将热解气的温度迅速降到32℃，将热解气中的水和小分子醇类等低沸点组分冷凝进入第三储罐11。
第三步，萃取净化
第二步分级冷凝后的热解气从萃取净化塔7底部进入，打开第四调节阀21，调节萃取剂的流量为1.8m3/h。萃取剂己二醇进入汽提塔7中的多级喷淋装置，喷淋装置上环状排列的螺旋喷嘴将萃取剂雾化，雾化的粒径为1μm，雾化扩散角度80°。雾化的己二醇与上升的热解气在比表面积为147㎡/m3，空隙率为78％的陶瓷拉西环表面进行传质，己二醇将热解气中焦油等有机物和水分吸收，净化后的热解气储存于燃气储罐8。
第四步，萃取剂再生
将第三步中萃取净化塔7底部的萃取液通入汽提塔12中，汽提塔采用填料精馏塔，汽提塔直径为1m，塔高3m，塔内装有比表面积为213㎡/m3，孔隙率为90％的金属鲍尔环填料，填料高度为1.5m。汽提塔的操作条件为：塔底再沸器温度为150℃，塔顶冷凝器温度为32℃，回流比为1.6。再生的萃取剂由塔底部出料口排出，经换热器13将温度降到32℃，进入萃取净化塔中7循环使用，汽提塔塔顶采出的产品储存于第四储罐14。经本工艺处理后热解气中可冷凝和不可冷凝物质的成分及含量与某生物质能源有限公司净化后热解气中可冷凝和不可冷凝物质的成分及含量对比数据见表2和表3。
表2本工艺处理后的热解气的成分及含量与某生物质能源有限公司处理后的热解气主要成分及含量对比数据。
| 不可冷凝气成分 | 某公司处理后的热解气 | 本工艺处理后的热解气 |
| 一氧化碳/％ | 9.54 | 11.58 |
| 二氧化碳/％ | 13.21 | 14.05 |
| 甲烷/％ | 6.64 | 8.51 |
| 氢气/％ | 11.09 | 17.67 |
| 氮气/％ | 43.84 | 45.08 |
| 水分/％ | 8.91 | <sup>2</sup>.03 |
| 焦油率mg/m<sup>3</sup> | 6.77 | 1.08 |
| 热值MJ/m<sup>3</sup> | 5.19 | 6.15 |
本工艺净化的热解气与某生物质能源有限公司净化后的热解气对比可知，本工艺净化后的各种气体含量都有一定的提升，焦油含量有6.77mg/m3降低到1.08mg/m3，焦油去除率比该公司提高了28.82％，热值由5.19MJ/m3提高到6.15MJ/m3，比于该公司提高了16.61％，说明本工艺可显著的提高了热解气的品质。
表3一级冷凝塔3、二级冷凝塔4、三级冷凝塔5所冷凝的成分及含量与某生物质能源有限公司所冷凝的成分及含量对比数据。
该公司将热解气中可冷凝物质全部冷凝，各种沸点和分子量的物质全部混在一起，造成资源上的浪费。经过该工艺处理后，一级冷凝塔中所冷凝的为150℃以上的高沸点有机物质，二级冷凝塔冷凝的主要为31.04％的乙酸和57.30％的水分。三级冷凝塔冷凝的主要物质为25.64％的甲醇和63.37％的水分。经过分级冷凝后热解气中可冷凝组分实现源头上的初步分离，应用也更加方便，一级冷凝塔冷凝的物质分子量大、含水量少可应用于制生物柴油或燃料油的添加剂，二级冷凝塔冷凝的物质含有大量的乙酸，可以用于提取乙酸，或者直接喷洒进盐碱地改善土壤。三级冷凝塔冷凝的物质可提取甲醇或应用于精细化学品的回收。
以上内容并非对本发明的结构、工艺作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种生物质热解气净化及冷凝液回收工艺，其特征在于包括以下步骤：
a.500℃的生物质热解气进入旋风除尘器(1),除去炭颗粒和灰分，循环水槽(2)中的循环水将分离后的炭颗粒和灰分带出净化系统；
b.对步骤a除去炭颗粒和灰分后的热解气进行三次冷凝，先经过一级冷凝塔(3)进行第一次冷凝，冷凝液储存于第一储罐(9)；再经过二级冷凝塔(4)进行第二次冷凝，冷凝液储存于第二储罐(10)；最后经过三级冷凝塔(5)进行第三次冷凝，冷凝液储存于第三储罐(11)；
c.经步骤b冷凝后的热解气通入萃取净化塔(7)，萃取净化塔(7)中萃取剂与热解气逆流接触将热解气净化，净化后的热解气储存于燃气储罐(8)；
d.步骤c中萃取后的萃取液通入汽提塔(12)，在塔中以加热的方式脱除萃取剂中所含的有机物质，净化后的萃取剂与换热器(13)换热后通入萃取净化塔(7)中循环使用。
2.根据权利要求1所述的生物质热解气净化及冷凝液回收工艺，其特征在于：所述步骤a中，旋风分离器(1)底部与循环水箱(2)相连，循环水箱(2)中通入流量为1.1m3/h的循环水，循环水将旋风分离器(1)分离的颗粒和灰分捕集带出净化系统。
3.根据权利要求1所述生物质热解气净化及冷凝液回收工艺，其特征在于：所述步骤b中，热解气经一级冷凝塔(3)冷凝后的温度为140～160℃，经二级冷凝塔(4)冷凝后的温度为60～80℃，经三级冷凝塔(5)冷凝后的温度为30～40℃。
4.根据权利要求3所述生物质热解气净化及冷凝液回收工艺，其特征在于：所述步骤b中，一级冷凝塔(3)、二级冷凝塔(4)、三级冷凝塔(5)底部均采用锥形封头。
5.根据权利要求1所述生物质热解气净化及冷凝液回收工艺，其特征在于：所述步骤c中，萃取净化塔(7)的中部设有陶瓷拉西环填料，塔的上部设有多级喷淋装置，喷淋装置上设有环状排列的螺旋喷嘴。
6.根据权利要求5所述生物质热解气净化及冷凝液回收工艺，其特征在于：所述步骤c中，所选萃取剂为己二醇有机溶剂，萃取净化塔(7)中的螺旋喷嘴将其雾化，雾化的粒径为1μm，雾化扩散角度80°，萃取剂喷雾量为1.8m3/h。
7.根据权利要求1所述生物质热解气净化及冷凝液回收工艺，其特征在于：所述步骤d中，汽提塔(12)为常压操作的填料精馏塔，填料为金属鲍尔环填料。
8.根据权利要求7所述生物质热解气净化及冷凝液回收工艺，其特征在于：所述步骤d中，汽提塔(12)的操作条件为：塔底再沸器温度为150℃，塔顶冷凝器温度为32℃，回流比为1.6。
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