CN113136231A - 一种高温生活垃圾热解油气的净化系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于固废热解及其能源化应用技术领域，具体涉及一种高温生活垃圾热解油气净化的系统和方法。本发明技术方案中，高温热解气通过旋风除尘器，分离了大部分的飞灰。热解气经过第2级冷却除焦器与焦油聚结器，焦油脱除精度高，热解气中焦油含油小，减少热解气在储存、使用过程中积碳的可能性；冷却除焦器的冷却介质一部分为空气一部分为净化后的热解气，从而具有如下技术效果：不产生常见流程中通过喷淋冷却而产生的废水；避免了采用两台或多台冷却器串联占地面积大、冷却器间配管复杂的问题；回收了热解气中部分的热量，提高了净化后热解气温度，对于燃烧来讲提高燃烧效率。

Description

一种高温生活垃圾热解油气的净化系统和方法
技术领域
本发明属于固废热解及其能源化应用技术领域，具体涉及一种高温生活垃圾热解油气净化的系统和方法。
背景技术
目前，城市生活垃圾的处理问题已然成为全民关注的焦点。现有针对生活垃圾的处理手段有填埋、堆肥、焚烧等技术，但是由于其技术自身的局限性，带来对土地、水源、大气的污染，尤其焚烧产生的二噁英，对人体健康造成极大威胁。随着环保要求的提高，采用热解技术处理生活垃圾越来越得到重视，该方法杜绝了二噁英的产生，产生的热解油、热解气、热解残碳均可作为燃料进行利用，也可以对热解油进行进一步分离提纯，得到更多的化工原料。与生物质热解相似，垃圾热解产物中也含有部分焦油，焦油在热解反应器中因为处于高温区域而以气相形式存在，并与热解气一同排出，在热解气输送过程中，随着温度的降低焦油会在管路及设备上冷凝、结焦，堵塞管道及设备，对系统的稳定、安全运行造成很大影响。同时由于垃圾成分的复杂性，造成垃圾热解产物的复杂性。热解气中除了含有CH4、H2等可燃气体外，还有HCl、HF等酸性气体，其对系统管道及设备造成腐蚀，减少其使用寿命，造成安全运行的隐患。
在现有垃圾热解工艺流程中，一般将热解油气作为燃料，直接送入焚烧炉或者直接在气化层进行燃烧，因此油气燃料并没有进行除焦、除酸的净化过程，这就造成了焦油和酸性物质对设备及管道的腐蚀和堵塞，而且由于Cl-离子的存在，为二噁英的再合成提供了条件。
发明内容
因此，本发明要解决的主要技术问题是克服现有热解技术中垃圾热解油气直接燃烧，堵塞腐蚀设备管道、易于二次生成二噁英的问题。本发明提供一种垃圾热解油气净化的系统和方法，将垃圾热解油气中的飞灰、焦油和HCl、HF等酸性物质分离出来，获得洁净的热解气，提高热解气的热值，减少焦油及酸性物质对管道及设备的腐蚀，保证系统运行的稳定性与安全性，并且通过除酸除去Cl离子，杜绝二噁英再合成的可能性。
本发明的技术方案如下：
一种高温生活垃圾热解油气的净化系统，包括旋风除尘器、除焦冷却器A、风机A、除焦冷却器B、风机B、水洗塔、碱洗塔、焦油聚结器A、焦油过滤器A、焦油过滤器B、焦油聚结器B和焦油储槽；
其中，热解气首先进入旋风除尘器，旋风除尘器的顶部与除焦冷却器A的顶部相连，除焦冷却器A的底部连接焦油过滤器A的上部，焦油过滤器A的下部连接到焦油储槽；
除焦冷却器A的底部连接除焦冷却器B的顶部，除焦冷却器B的底部连接焦油过滤器B的上部，焦油过滤器B的底部与焦油聚结器B的中部相连，焦油聚结器B的底部与焦油储槽相连；
除焦冷却器B的底部与水洗塔的底部相连，水洗塔的顶部与碱洗塔的底部相连，碱洗塔的顶部与焦油聚结器A的中部相连，焦油聚结器A的顶部与除焦冷却器B的中部相连，焦油聚结器A的底部与焦油储槽相连；
除焦冷却器A与除焦冷却器B的底部分别连有风机A和风机B；焦油聚结器A与焦油聚结器B底部分离出的焦油直接进入储油槽，分离出的水进入到水处理系统。
进一步的，如上所述的一种高温生活垃圾热解油气的净化系统，所述的除焦冷却器A和除焦冷却器B均分为上下两段，上段使用净化降温后的热解油气作为冷却介质，下段使用空气作为冷却介质，对高温热解油气进行降温。
进一步的，如上所述的一种高温生活垃圾热解油气的净化系统，所述的除焦冷却器A和除焦冷却器B采用立式管壳式冷却器结构。
进一步的，如上所述的一种高温生活垃圾热解油气的净化系统，除焦冷却器A和除焦冷却器B中，管程走需要冷却的高温热解油气，上进下出；壳程走空气或净化降温后的热解油气，下进上出。
进一步的，如上所述的一种高温生活垃圾热解油气的净化系统，除焦冷却器A和除焦冷却器B中，壳程分为上下两段，上段采用净化降温后的热解油气来冷却高温热解油气，下段以空气为冷却介质对热解油气进行降温。
进一步的，如上所述的一种高温生活垃圾热解油气的净化系统，除焦冷却器A和除焦冷却器B中，下段冷却介质空气分别由风机A与风机B鼓入；通过调节空气的流量，控制热解油气从除焦冷却器A与除焦冷却器B底部出口排出的温度。
进一步的，如上所述的一种高温生活垃圾热解油气的净化系统，所述的水洗塔喷淋液为工业水。
进一步的，如上所述的一种高温生活垃圾热解油气的净化系统，碱洗塔中的喷淋液为NaOH溶液，用来吸收热解油气中的酸性气体。
一种高温生活垃圾热解油气的净化方法，包括以下步骤：
步骤一，由热解反应器出来的高温热解油气，进入旋风除尘器进行除尘，90％以上的飞灰在旋风除尘器中被分离出来；
步骤二，经过步骤一除尘后的高温热解油气进入除焦冷却器A管程中，除焦冷却器A壳程分为上下2部分，上部分壳程内的冷却介质为净化冷却后的热解气，下部分冷却介质为空气；空气由风机A鼓入，通过调节鼓入空气的流量控制热解油气从除焦冷却器A底部出口排出的温度为150℃；
在150℃温度下，热解油气中的水蒸气仍为气态，而在500℃下为气态的焦油，有一部分随着温度降低到150℃而出现冷凝，凝结到除焦冷却器A的管程内部，由于除焦冷却器为立式结构，液态的焦油在重力的作用下流到除焦冷却器底部；
步骤三，由步骤二得到的液态焦油随后进入焦油过滤器A，除去焦油中的渣子，焦油被输送到焦油储槽；
步骤四，由除焦冷却器A出来的热解油气，进入除焦冷却器B中，进行进一步的冷却除焦，下段作为冷却介质的空气由风机B鼓入；
由除焦冷却器B底部出来的热解油气，温度保持在100℃以下，在此温度范围内，水蒸气被冷凝下来，除焦冷却器B的管程内部的是水与焦油的混合物；
上述分混合物先通过焦油过滤器B，除去其中含有的固体油渣，然后输送至焦油聚结器B，进行油水分离，分离出来的水作为后续水洗塔的补水，而分离出来的焦油被输送至焦油储槽中进行储存；
步骤五，由除焦冷却器B底部出来的热解油气，温度为80±5℃，随后由水洗塔底部进入，在水洗塔内与循环喷淋液接触进行进一步降温与HCl等酸性气体吸收；
经水洗后的热解油气由水洗塔顶部出来进入碱洗塔的底部，进行进一步的碱洗操作；净化后的热解油气由碱洗塔顶部出来，被输送至焦油聚结器A，在焦油聚结器A中，进一步除去热解油气中的水蒸气雾滴及焦油雾滴，其中的焦油输送到焦油储槽中，分离出来的水，作为水洗塔和碱洗塔的补水。
本发明的显著效果在于：
高温热解气通过旋风除尘器，分离了大部分的飞灰。热解气经过第2级冷却除焦器与焦油聚结器，焦油脱除精度高，热解气中焦油含油小，减少热解气在储存、使用过程中积碳的可能性；冷却除焦器的冷却介质一部分为空气一部分为净化后的热解气，这样的结构有三个方面的优点：
一是不产生常见流程中通过喷淋冷却而产生的废水；
二是避免了采用两台或多台冷却器串联占地面积大、冷却器间配管复杂的问题；
三是回收了热解气中部分的热量，提高了净化后热解气温度，对于燃烧来讲提高燃烧效率。
2级碱洗填料塔的设置，除去了热解气中HCl、HF等酸性气体。整个净化系统，回收了热解气中的焦油，除去了热解气中的酸性物质，基本没有废水产生，获得了洁净的热解气，提高了热解气的热值，减少焦油及酸性物质对管道及设备的腐蚀，保证了系统运行的稳定性与安全性。回收的焦油达到规模后，可再经过蒸馏塔蒸出轻油、酚油、萘油、软沥青等，提高焦油的经济价值。
附图说明
图1为本发明所述的一种高温生活垃圾热解油气净化的系统结构示意图；
图中：1-旋风除尘器；2-除焦冷却器A；3-风机A；4-除焦冷却器B；5-风机B；6-水洗塔；7-碱洗塔；8-焦油聚结器A；9-焦油过滤器；10-焦油过滤器B；11-焦油聚结器B；12-焦油储槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所述的一种高温生活垃圾热解油气净化的系统和方法作进一步详细说明。
如图1所示，本发明一种高温生活垃圾热解油气的净化系统，包括旋风除尘器1、除焦冷却器A2、风机A3、除焦冷却器B4、风机B5、水洗塔6、碱洗塔7、焦油聚结器A8、焦油过滤器A9、焦油过滤器B10、焦油聚结器B11和焦油储槽12；
其中，热解气首先进入旋风除尘器1，旋风除尘器1的顶部与除焦冷却器A2的顶部相连，除焦冷却器A2的底部连接焦油过滤器A9的上部，焦油过滤器A9的下部连接到焦油储槽12；
除焦冷却器A2的底部连接除焦冷却器B4的顶部，除焦冷却器B4的底部连接焦油过滤器B10的上部，焦油过滤器B10的底部与焦油聚结器B11的中部相连，焦油聚结器B11的底部与焦油储槽12相连；
除焦冷却器B4的底部与水洗塔6的底部相连，水洗塔6的顶部与碱洗塔7的底部相连，碱洗塔7的顶部与焦油聚结器A8的中部相连，焦油聚结器A8的顶部与除焦冷却器B4的中部相连，焦油聚结器A8的底部与焦油储槽12相连；
除焦冷却器A2与除焦冷却器B4的底部分别连有风机A3和风机B5；焦油聚结器A8与焦油聚结器B11底部分离出的焦油直接进入储油槽，分离出的水进入到水处理系统。
在本实施例中，所述的除焦冷却器A2和除焦冷却器B4均分为上下两段，上段使用净化降温后的热解油气作为冷却介质，下段使用空气作为冷却介质，对高温热解油气进行降温；所述的除焦冷却器A2和除焦冷却器B4采用立式管壳式冷却器结构；除焦冷却器A2和除焦冷却器B4中，管程走需要冷却的高温热解油气，上进下出；壳程走空气或净化降温后的热解油气，下进上出。
除焦冷却器A2和除焦冷却器B4中，壳程分为上下两段，上段采用净化降温后的热解油气来冷却高温热解油气，下段以空气为冷却介质对热解油气进行降温。
除焦冷却器A2和除焦冷却器B4中，下段冷却介质空气分别由风机A3与风机B5鼓入；通过调节空气的流量，控制热解油气从除焦冷却器A2与除焦冷却器B4底部出口排出的温度。
所述的水洗塔6喷淋液为工业水；碱洗塔7中的喷淋液为NaOH溶液，用来吸收热解油气中的酸性气体。
基于上述系统的一种高温生活垃圾热解油气的净化方法，包括以下步骤：
步骤一，由热解反应器出来的高温热解油气，进入旋风除尘器1进行除尘，90％以上的飞灰在旋风除尘器中被分离出来；
步骤二，经过步骤一除尘后的高温热解油气进入除焦冷却器A2管程中，除焦冷却器A2壳程分为上下2部分，上部分壳程内的冷却介质为净化冷却后的热解气，下部分冷却介质为空气；空气由风机A3鼓入，通过调节鼓入空气的流量控制热解油气从除焦冷却器A2底部出口排出的温度为150℃；
在150℃温度下，热解油气中的水蒸气仍为气态，而在500℃下为气态的焦油，有一部分随着温度降低到150℃而出现冷凝，凝结到除焦冷却器A2的管程内部，由于除焦冷却器为立式结构，液态的焦油在重力的作用下流到除焦冷却器底部；
步骤三，由步骤二得到的液态焦油随后进入焦油过滤器A9，除去焦油中的渣子，焦油被输送到焦油储槽12；
步骤四，由除焦冷却器A2出来的热解油气，进入除焦冷却器B4中，进行进一步的冷却除焦，下段作为冷却介质的空气由风机B5鼓入；
由除焦冷却器B4底部出来的热解油气，温度保持在100℃以下，在此温度范围内，水蒸气被冷凝下来，除焦冷却器B4的管程内部的是水与焦油的混合物；
上述分混合物先通过焦油过滤器B10，除去其中含有的固体油渣，然后输送至焦油聚结器B11，进行油水分离，分离出来的水作为后续水洗塔6的补水，而分离出来的焦油被输送至焦油储槽12中进行储存；
步骤五，由除焦冷却器B4底部出来的热解油气，温度为80±5℃，随后由水洗塔6底部进入，在水洗塔6内与循环喷淋液接触进行进一步降温与HCl等酸性气体吸收；
经水洗后的热解油气由水洗塔6顶部出来进入碱洗塔7的底部，进行进一步的碱洗操作；净化后的热解油气由碱洗塔7顶部出来，被输送至焦油聚结器A8，在焦油聚结器A8中，进一步除去热解油气中的水蒸气雾滴及焦油雾滴，其中的焦油输送到焦油储槽12中，分离出来的水，作为水洗塔6和碱洗塔7的补水。

Claims (10)

1.一种高温生活垃圾热解油气的净化系统，其特征在于：包括旋风除尘器(1)、除焦冷却器A(2)、风机A(3)、除焦冷却器B(4)、风机B(5)、水洗塔(6)、碱洗塔(7)、焦油聚结器A(8)、焦油过滤器A(9)、焦油过滤器B(10)、焦油聚结器B(11)和焦油储槽(12)；
其中，热解气首先进入旋风除尘器(1)，旋风除尘器(1)的顶部与除焦冷却器A(2)的顶部相连，除焦冷却器A(2)的底部连接焦油过滤器A(9)的上部，焦油过滤器A(9)的下部连接到焦油储槽(12)；
除焦冷却器A(2)的底部连接除焦冷却器B(4)的顶部，除焦冷却器B(4)的底部连接焦油过滤器B(10)的上部，焦油过滤器B(10)的底部与焦油聚结器B(11)的中部相连，焦油聚结器B(11)的底部与焦油储槽(12)相连；
除焦冷却器B(4)的底部与水洗塔(6)的底部相连，水洗塔(6)的顶部与碱洗塔(7)的底部相连，碱洗塔(7)的顶部与焦油聚结器A(8)的中部相连，焦油聚结器A(8)的顶部与除焦冷却器B(4)的中部相连，焦油聚结器A(8)的底部与焦油储槽(12)相连；
除焦冷却器A(2)与除焦冷却器B(4)的底部分别连有风机A(3)和风机B(5)；焦油聚结器A(8)与焦油聚结器B(11)底部分离出的焦油直接进入储油槽，分离出的水进入到水处理系统。
2.如权利要求1所述的一种高温生活垃圾热解油气的净化系统，其特征在于：所述的除焦冷却器A(2)和除焦冷却器B(4)均分为上下两段，上段使用净化降温后的热解油气作为冷却介质，下段使用空气作为冷却介质，对高温热解油气进行降温。
3.如权利要求1所述的一种高温生活垃圾热解油气的净化系统，其特征在于：所述的除焦冷却器A(2)和除焦冷却器B(4)采用立式管壳式冷却器结构。
4.如权利要求1所述的一种高温生活垃圾热解油气的净化系统，其特征在于：除焦冷却器A(2)和除焦冷却器B(4)中，管程走需要冷却的高温热解油气，上进下出；壳程走空气或净化降温后的热解油气，下进上出。
5.如权利要求4所述的一种高温生活垃圾热解油气的净化系统，其特征在于：除焦冷却器A(2)和除焦冷却器B(4)中，壳程分为上下两段，上段采用净化降温后的热解油气来冷却高温热解油气，下段以空气为冷却介质对热解油气进行降温。
6.如权利要求1所述的一种高温生活垃圾热解油气的净化系统，其特征在于：除焦冷却器A(2)和除焦冷却器B(4)中，下段冷却介质空气分别由风机A(3)与风机B(5)鼓入；通过调节空气的流量，控制热解油气从除焦冷却器A(2)与除焦冷却器B(4)底部出口排出的温度。
7.如权利要求1所述的一种高温生活垃圾热解油气的净化系统，其特征在于：所述的水洗塔(6)喷淋液为工业水。
8.如权利要求1所述的一种高温生活垃圾热解油气的净化系统，其特征在于：碱洗塔(7)中的喷淋液为NaOH溶液，用来吸收热解油气中的酸性气体。
9.如权利要求1所述的一种高温生活垃圾热解油气的净化系统，其特征在于：所述的除焦冷却器A(2)和除焦冷却器B(4)均分为上下两段，上段使用净化降温后的热解油气作为冷却介质，下段使用空气作为冷却介质，对高温热解油气进行降温；
所述的除焦冷却器A(2)和除焦冷却器B(4)采用立式管壳式冷却器结构；
除焦冷却器A(2)和除焦冷却器B(4)中，管程走需要冷却的高温热解油气，上进下出；壳程走空气或净化降温后的热解油气，下进上出；
除焦冷却器A(2)和除焦冷却器B(4)中，壳程分为上下两段，上段采用净化降温后的热解油气来冷却高温热解油气，下段以空气为冷却介质对热解油气进行降温；
除焦冷却器A(2)和除焦冷却器B(4)中，下段冷却介质空气分别由风机A(3)与风机B(5)鼓入；通过调节空气的流量，控制热解油气从除焦冷却器A(2)与除焦冷却器B(4)底部出口排出的温度；
所述的水洗塔(6)喷淋液为工业水；
碱洗塔(7)中的喷淋液为NaOH溶液，用来吸收热解油气中的酸性气体。
10.一种高温生活垃圾热解油气的净化方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，由热解反应器出来的高温热解油气，进入旋风除尘器(1)进行除尘，90％以上的飞灰在旋风除尘器中被分离出来；
步骤二，经过步骤一除尘后的高温热解油气进入除焦冷却器A(2)管程中，除焦冷却器A(2)壳程分为上下2部分，上部分壳程内的冷却介质为净化冷却后的热解气，下部分冷却介质为空气；空气由风机A(3)鼓入，通过调节鼓入空气的流量控制热解油气从除焦冷却器A(2)底部出口排出的温度为150℃；
在150℃温度下，热解油气中的水蒸气仍为气态，而在500℃下为气态的焦油，有一部分随着温度降低到150℃而出现冷凝，凝结到除焦冷却器A(2)的管程内部，由于除焦冷却器为立式结构，液态的焦油在重力的作用下流到除焦冷却器底部；
步骤三，由步骤二得到的液态焦油随后进入焦油过滤器A(9)，除去焦油中的渣子，焦油被输送到焦油储槽(12)；
步骤四，由除焦冷却器A(2)出来的热解油气，进入除焦冷却器B(4)中，进行进一步的冷却除焦，下段作为冷却介质的空气由风机B(5)鼓入；
由除焦冷却器B(4)底部出来的热解油气，温度保持在100℃以下，在此温度范围内，水蒸气被冷凝下来，除焦冷却器B(4)的管程内部的是水与焦油的混合物；
上述分混合物先通过焦油过滤器B(10)，除去其中含有的固体油渣，然后输送至焦油聚结器B(11)，进行油水分离，分离出来的水作为后续水洗塔(6)的补水，而分离出来的焦油被输送至焦油储槽(12)中进行储存；
步骤五，由除焦冷却器B(4)底部出来的热解油气，温度为80±5℃，随后由水洗塔(6)底部进入，在水洗塔(6)内与循环喷淋液接触进行进一步降温与HCl等酸性气体吸收；
经水洗后的热解油气由水洗塔(6)顶部出来进入碱洗塔(7)的底部，进行进一步的碱洗操作；净化后的热解油气由碱洗塔(7)顶部出来，被输送至焦油聚结器A(8)，在焦油聚结器A(8)中，进一步除去热解油气中的水蒸气雾滴及焦油雾滴，其中的焦油输送到焦油储槽(12)中，分离出来的水，作为水洗塔(6)和碱洗塔(7)的补水。
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CN114212961A (zh) * 2021-12-13 2022-03-22 北京城市排水集团有限责任公司 一种污泥微正压碳化控制系统及气体净化方法

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