CN112480975A - 一种秸秆热解气的净化工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种秸秆热解气的净化工艺，包括空喷塔、洗涤塔、一级湿式电除尘器、二级湿式电除尘器、水封槽、氧含量分析仪、热循环水系统和冷循环水系统。其有益效果是：通过采用该发明工艺，可解决以秸秆为原料经热解或气化产生的热解气的净化问题，工艺流程短，工艺方法简单、高效、易于操作，运行稳定可靠，动力消耗小，节能环保，适合于秸秆热解工艺的大型化、规模化、工业化推广。

Description

一种秸秆热解气的净化工艺

技术领域

本发明涉及生物质热解气处理技术领域，特别是涉及一种秸秆热解气的净化工艺。

背景技术

目前，我国农作物秸秆产量每年超过7亿吨，大量的秸秆没有得到有效利用。开发利用以农作物秸秆为代表的生物质资源，对于保护环境、优化能源结构、缓解化石能源供应压力等具有重要意义。以秸秆为原料，采用热解或气化的方式生产可燃气体，为合理利用秸秆提供了良好的途径。但是，现有的各种热解炉、气化炉生产的热解气中除了含有氢气、一氧化碳、甲烷、二氧化碳、氮气等气体组分以外，还含有焦油、尘等杂质，需要采用有效合理的净化工艺对其净化后才能满足后续用户的使用要求。

公开号为CN111073712A的中国发明专利，公开了“一种生物质热解气净化及冷凝液回收工艺”，先采用旋风分离器去除热解气中的炭颗粒和灰分，然后经三级冷凝冷却，即间接冷却的方式对热解气降温和冷凝，最后用萃取剂对热解气洗涤萃取脱除焦油。该工艺虽然从理论上可以对热解气进行净化，并回收热解气中的冷凝物，但要用于工业化生产还存在以下问题：

1)采用旋风分离器脱除气体中的固体杂质，要保持一定的脱除效率，需要入口气体流速较快，并且气体中的颗粒粒度足够大，才能产生足够的离心力，而生物质热解气炉出口的气体压力通常较低、流速较慢，而且以秸秆为原料生产的气体中的颗粒粒度微小，因此，旋风分离器效率难保证；

2)高温热解气采用间接冷却方式，因传热系数小，用于生产规模大型化的工业化生产装置，需要的换热设备的体积庞大，造价高，另外热解气中的焦油等杂质容易在换热管上凝结、结焦，影响传热效果，难于长期连续稳定生产；

3)用萃取的方式脱除热解气中的焦油类有机物质，其工艺流程复杂，操作难度大，能耗高，净化效率也难于保证。

为大力推广秸秆制气工艺，使秸秆热解工艺大型化、规模化、工业化，必须寻求一种简单、经济、高效、环保的热解气净化工艺。

发明内容

为克服现有技术缺陷，本发明解决的技术问题是提供一种秸秆热解气的净化工艺，可解决以秸秆为原料经热解或气化产生的热解气的净化问题，工艺流程短，工艺方法简单、高效、易于操作，运行稳定可靠，动力消耗小，节能环保，适合于秸秆热解工艺的大型化、规模化、工业化推广。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种秸秆热解气的净化工艺，包括空喷塔、洗涤塔、一级湿式电除尘器、二级湿式电除尘器、水封槽、氧含量分析仪、热循环水系统和冷循环水系统，其特征在于，所述空喷塔为空腔结构，下部设有热解气入口、上部设有热解气出口与洗涤塔下部连接，空喷塔内上部设有喷头与热循环水系统连接、底部设有水封，水封与热循环水系统连接；

所述洗涤塔内装有若干层填料，每层填料的上方设有喷头与冷循环水系统连接、下方设有蒸汽吹扫口，洗涤塔上部设有热解气出口与一级湿式电除尘器下部连接、下部与水封槽连接，水封槽与冷循环水系统连接；

所述一级湿式电除尘器的顶部设有热解气出口与二级湿式电除尘器的下部连接，连接管路上设有氧含量分析仪；一级湿式电除尘器的底部与水封槽连接，水封槽与冷循环水系统连接；一级湿式电除尘器的上部设有冷循环水入口与冷循环水系统连接；

所述二级湿式电除尘器的顶部设有热解气出口、底部通过水封槽与冷循环水系统连接，二级湿式电除尘器的上部设有冷循环水入口与冷循环水系统连接。

所述氧含量分析仪与一级湿式电除尘器和二级湿式电除尘器同时电气联锁控制。

所述一级湿式电除尘器及二级湿式电除尘器内部结构为蜂窝式或管式结构。

所述空喷塔出口热解气的温度被热循环水喷洒冷却至65～70℃，所述洗涤塔出口热解气的温度被冷循环水冷却至约35℃。

所述热循环水系统包括循环水池、过滤设备、循环水泵及加碱设施，热循环水系统不需要设置晾水塔。

所述冷循环水系统包括循环水池、过滤设备、循环水泵、晾水塔及加碱设施。

一种秸秆热解气的净化工艺，包括以下工艺步骤：

1)由热解炉来的高温热解气自空喷塔下部进入向上运动，被从上向下喷洒的热循环冷却水冷却，热循环冷却水与高温热解气逆流接触，部分热循环冷却水被蒸发汽化并吸收热解气的热量，热解气被降温的同时被除去部分焦油和尘，热解气温度被降至65～70℃后从空喷塔上部热解气出口流出；

2)从空喷塔出来的热解气自洗涤塔下部进入向上运动，与从上向下喷洒的冷循环冷却水在填料表面进行传质传热，热解气被降温，并进一步除去焦油和尘，热解气温度被降至约35℃后从洗涤塔上部热解气出口流出；

洗涤塔内填料分多段填装，每段填料的上方配备相应的循环水喷头，有利于防止喷淋冷却水在下降过程中出现偏流；每段填料下方设置相应的蒸汽吹扫口，用于设备停工检修时对塔内填料进行吹扫；

3)从洗涤塔出来的热解气自一级湿式电除尘器下部进入向上运动，在高压电场的作用下进一步脱除其中的焦油和尘后，从一级湿式电除尘器上部流出自二级湿式电除尘器下部进入向上运动，再次在高压电场的作用下进一步脱除其中的焦油和尘，冷却净化后合格的热解气从二级湿式电除尘器顶部排出，被送往用户或气柜储存；

同时，为防止热解气中的焦油、尘在电除尘器内的沉淀极上沉积，影响设备净化效率，采用循环冷却水对一级湿式电除尘器和二级湿式电除尘器内的沉淀极进行连续冲洗；

4)当氧含量分析仪在线监测热解气中的氧含量达到设定的报警限时自动报警，达到设定的切断限时，自动切断一级湿式电除尘器和二级湿式电除尘器的供电电源；

5)空喷塔采用的循环水自成一个独立的热循环水系统，该系统不需要设置晾水塔对冷却回水降温，空喷塔下部排出的循环水经水封自流至热循环水系统的循环水池，经过滤、除油、除渣后，用循环水泵送回至空喷塔循环使用；热循环水系统设有加碱设施，定期向循环水系统加入一定量的碱，以中和由热解气带进冷却水中的酸性物质；

6)洗涤塔、一级湿式电除尘器和二级湿式电除尘器共用一个冷循环水系统，冷循环水系统需设置晾水塔，其下部排水均经水封槽自流至冷循环水系统的循环水池，经过滤、除油、除渣后，用循环水泵送至晾水塔降温冷却，最后送回至洗涤塔、一级湿式电除尘器和二级湿式电除尘器循环使用；冷循环水系统设有加碱设施，定期向循环水系统加入一定量的碱，以中和由热解气带进冷却水中的酸性物质；洗涤塔热解气出口温度约35℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)热解气降温采用直接冷却，冷却效率高，运行稳定可靠，在给高温热解气降温的同时，还能去除热解气中的部分杂质；

2)冷却水分冷、热循环水系统，各自闭路循环，高温热解气分两级冷却降温，其中第一级冷却合理地利用了冷却水的蒸发潜热，采用不需要晾水塔冷却降温的热循环水，减少了晾水塔的工作负荷，节约了动力消耗；

3)采用两级湿式电除尘器，高压电场脱除焦油和尘，效率高；电除尘器的沉淀极采用连续冲洗水，有效地防止焦油、尘的沉积，运行稳定可靠；在一级湿式电除尘器的热解气出口管路设置氧含量分析仪，且同时与两级湿式电除尘器实现安全联锁，保证设备安全；一级湿式电除尘器出口的热解气杂质相对较少，在此处设置氧含量分析仪，既不影响在线监测和联锁控制，又利于氧含量分析仪的工作长期稳定；

4)工艺流程短，操作简单，适合于秸秆热解工艺的大型化、规模化、工业化推广。

附图说明

图1是本发明的工艺原理示意图。

图中：1-空喷塔 2-洗涤塔 3-一级湿式电除尘器 4-二级湿式电除尘器 5-水封槽6-氧含量分析仪 7-蒸汽吹扫口 8-热循环水系统 9-冷循环水系统

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

见图1所示，本发明涉及的一种秸秆热解气的净化工艺，包括空喷塔1、洗涤塔2、一级湿式电除尘器3、二级湿式电除尘器4、水封槽5、氧含量分析仪6、热循环水系统8和冷循环水系统9，所述空喷塔1为空腔结构，下部设有热解气入口、上部设有热解气出口与洗涤塔2下部连接，空喷塔1内上部设有喷头与热循环水系统8连接、底部设有水封，水封与热循环水系统8连接；

所述洗涤塔2内装有若干层填料，每层填料的上方设有喷头与冷循环水系统9连接、下方设有蒸汽吹扫口7，洗涤塔2上部设有热解气出口与一级湿式电除尘器3下部连接、下部与水封槽5连接，水封槽5与冷循环水系统9连接；

所述一级湿式电除尘器3的顶部设有热解气出口与二级湿式电除尘器4的下部连接，连接管路上设有氧含量分析仪6；一级湿式电除尘器3的底部与水封槽5连接，水封槽5与冷循环水系统9连接；一级湿式电除尘器3的上部设有冷循环水入口与冷循环水系统9连接；

所述二级湿式电除尘器4的顶部设有热解气出口、底部通过水封槽5与冷循环水系统9连接，二级湿式电除尘器4的上部设有冷循环水入口与冷循环水系统9连接。

所述氧含量分析仪6与一级湿式电除尘器3和二级湿式电除尘器4同时电气联锁控制。

所述一级湿式电除尘器3及二级湿式电除尘器4内部结构为蜂窝式或管式结构。

所述空喷塔1出口热解气的温度被热循环水喷洒冷却至65～70℃，所述洗涤塔2出口热解气的温度被冷循环水冷却至约35℃。

所述热循环水系统8包括循环水池、过滤设备、循环水泵及加碱设施，热循环水系统不需要设置晾水塔。

所述冷循环水系统9包括循环水池、过滤设备、循环水泵、晾水塔及加碱设施。

一种秸秆热解气的净化工艺，包括以下工艺步骤：

1)由热解炉来的高温热解气自空喷塔1下部进入向上运动，被从上向下喷洒的热循环冷却水冷却，热循环冷却水与高温热解气逆流接触，部分热循环冷却水被蒸发汽化并吸收热解气的热量，热解气被降温的同时被除去部分焦油和尘，热解气温度被降至65～70℃后从空喷塔1上部热解气出口流出；

2)从空喷塔1出来的热解气自洗涤塔2下部进入向上运动，与从上向下喷洒的冷循环冷却水在填料表面进行传质传热，热解气被降温，并进一步除去焦油和尘，热解气温度被降至约35℃后从洗涤塔2上部热解气出口流出；

洗涤塔2内填料分多段填装，每段填料的上方配备相应的循环水喷头，有利于防止喷淋冷却水在下降过程中出现偏流；每段填料下方设置相应的蒸汽吹扫口7，用于设备停工检修时对洗涤塔2内填料进行吹扫；

3)从洗涤塔2出来的热解气自一级湿式电除尘器3下部进入向上运动，在高压电场的作用下进一步脱除其中的焦油和尘后，从一级湿式电除尘器3上部流出自二级湿式电除尘器4下部进入向上运动，再次在高压电场的作用下进一步脱除其中的焦油和尘，冷却净化后合格的热解气从二级湿式电除尘器4顶部排出，被送往用户或气柜储存；

同时，为防止热解气中的焦油、尘在一级电除尘器3和二级电除尘器4内的沉淀极上沉积，影响设备净化效率，采用循环冷却水对一级湿式电除尘器3和二级湿式电除尘器4内的沉淀极进行连续冲洗；

4)为保证生产安全，在一级湿式电除尘器3的热解气出口管路上设有氧含量分析仪6，在线监测热解气中的氧含量值，并与一级湿式电除尘器3、二级湿式电除尘器4的供电系统同时实现联锁控制，即当氧含量分析仪6在线监测热解气中的氧含量达到设定的报警限时自动报警，达到设定的切断限时，自动切断一级湿式电除尘器3和二级湿式电除尘器4的供电电源；

5)空喷塔1采用的循环水自成一个独立的热循环水系统8，该系统不需要设置晾水塔对冷却回水降温，空喷塔1下部排出的循环水经水封自流至热循环水系统8的循环水池，经过滤、除油、除渣后，用循环水泵送回至空喷塔1循环使用；热循环水系统8设有加碱设施，定期向循环水系统加入一定量的碱，以中和由热解气带进冷却水中的酸性物质；沉淀、过滤出来的焦油、灰渣可作为副产品外售；

6)洗涤塔2、一级湿式电除尘器3和二级湿式电除尘器4共用一个冷循环水系统9，冷循环水系统9需设置晾水塔，其下部排水均经水封槽5自流至冷循环水系统9的循环水池，经过滤、除油、除渣后，用循环水泵送至晾水塔降温冷却，最后送回至洗涤塔2、一级湿式电除尘器3和二级湿式电除尘器4循环使用；冷循环水系统9设有加碱设施，定期向循环水系统加入一定量的碱，以中和由热解气带进冷却水中的酸性物质；洗涤塔热解气出口温度约35℃，沉淀、过滤出来的焦油、灰渣可作为副产品外售；冷循环水系统9需排出少量的系统中多余的水，送至污水处理系统；洗涤塔2热解气出口温度约35℃。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种秸秆热解气的净化工艺，包括空喷塔、洗涤塔、一级湿式电除尘器、二级湿式电除尘器、水封槽、氧含量分析仪、热循环水系统和冷循环水系统，其特征在于，所述空喷塔为空腔结构，下部设有热解气入口、上部设有热解气出口与洗涤塔下部连接，空喷塔内上部设有喷头与热循环水系统连接、底部设有水封，水封与热循环水系统连接；

所述洗涤塔内装有若干层填料，每层填料的上方设有喷头与冷循环水系统连接、下方设有蒸汽吹扫口，洗涤塔上部设有热解气出口与一级湿式电除尘器下部连接、下部与水封槽连接，水封槽与冷循环水系统连接；

所述一级湿式电除尘器的顶部设有热解气出口与二级湿式电除尘器的下部连接，连接管路上设有氧含量分析仪；一级湿式电除尘器的底部与水封槽连接，水封槽与冷循环水系统连接；一级湿式电除尘器的上部设有冷循环水入口与冷循环水系统连接；

所述二级湿式电除尘器的顶部设有热解气出口、底部通过水封槽与冷循环水系统连接，二级湿式电除尘器的上部设有冷循环水入口与冷循环水系统连接。

2.根据权利要求1所述的一种秸秆热解气的净化工艺，其特征在于，所述氧含量分析仪与一级湿式电除尘器和二级湿式电除尘器同时电气联锁控制。

3.根据权利要求1所述的一种秸秆热解气的净化工艺，其特征在于，所述一级湿式电除尘器及二级湿式电除尘器内部结构为蜂窝式或管式结构。

4.根据权利要求1所述的一种秸秆热解气的净化工艺，其特征在于，所述空喷塔出口热解气的温度被热循环水喷洒冷却至65～70℃，所述洗涤塔出口热解气的温度被冷循环水冷却至约35℃。

5.根据权利要求1所述的一种秸秆热解气的净化工艺，其特征在于，所述热循环水系统包括循环水池、过滤设备、循环水泵及加碱设施，热循环水系统不需要设置晾水塔。

6.根据权利要求1所述的一种秸秆热解气的净化工艺，其特征在于，所述冷循环水系统包括循环水池、过滤设备、循环水泵、晾水塔及加碱设施。

7.实现权利要求1所述的一种秸秆热解气的净化工艺，其特征在于，包括以下工艺步骤：

1)由热解炉来的高温热解气自空喷塔下部进入向上运动，被从上向下喷洒的热循环冷却水冷却，热循环冷却水与高温热解气逆流接触，部分热循环冷却水被蒸发汽化并吸收热解气的热量，热解气被降温的同时被除去部分焦油和尘，热解气温度被降至65～70℃后从空喷塔上部热解气出口流出；

2)从空喷塔出来的热解气自洗涤塔下部进入向上运动，与从上向下喷洒的冷循环冷却水在填料表面进行传质传热，热解气被降温，并进一步除去焦油和尘，热解气温度被降至约35℃后从洗涤塔上部热解气出口流出；

3)从洗涤塔出来的热解气自一级湿式电除尘器下部进入向上运动，在高压电场的作用下进一步脱除其中的焦油和尘后，从一级湿式电除尘器上部流出自二级湿式电除尘器下部进入向上运动，再次在高压电场的作用下进一步脱除其中的焦油和尘，冷却净化后合格的热解气从二级湿式电除尘器顶部排出，被送往用户或气柜储存；

同时，循环冷却水对一级湿式电除尘器和二级湿式电除尘器内的沉淀极进行连续冲洗；

4)当氧含量分析仪在线监测热解气中的氧含量达到设定的报警限时自动报警，达到设定的切断限时，自动切断一级湿式电除尘器和二级湿式电除尘器的供电电源；

5)空喷塔下部排出的循环水经水封自流至热循环水系统的循环水池，经过滤、除油、除渣后，用循环水泵送回至空喷塔循环使用；热循环水系统设有加碱设施，定期向循环水系统加入一定量的碱；

6)洗涤塔、一级湿式电除尘器和二级湿式电除尘器共用一个冷循环水系统，冷循环水系统需设置晾水塔，其下部排水均经水封槽自流至冷循环水系统的循环水池，经过滤、除油、除渣后，用循环水泵送至晾水塔降温冷却，最后送回至洗涤塔、一级湿式电除尘器和二级湿式电除尘器循环使用；冷循环水系统设有加碱设施，定期向循环水系统加入一定量的碱。

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