CN115353914A - 一种焦油净化处理的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焦油净化处理的方法及系统，涉及生物质热化学转化技术领域，本发明的净化处理方法包括以下步骤：携带着焦油和水蒸气的冷燃气进入吸收床与吸附剂充分混合反应，燃气中的焦油和水分被吸附剂吸附后变成洁净冷燃气；携带焦油水的吸附剂进入分离床，在高温空气下释放焦油和水分、完成再生，携带焦油水的高温空气进入气化炉参与气化反应，回收焦油能量；再生吸附剂进入冷却床与冷空气充分混合换热后回到吸收床，冷空气先后与再生吸附剂和高温燃气换热、变成高温空气进入分离床；高温燃气与空气换热后降温、变成冷燃气进入吸收床，完成循环。本发明在脱除焦油的同时，避免了焦油废水处理难题，回收了焦油能量，简单有效，节能环保。

Description

一种焦油净化处理的方法及系统

技术领域

本发明涉及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

生物质气化是生物质固体燃料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。生物质气化燃气可用于集中供气、替代工业炉窑化石燃料、发电或合成液体燃料，应用前景广阔。除了替代工业炉窑化石燃料能直接使用热燃气，供气、发电和合成液体燃料等用途都需要使用冷燃气。

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。常见的生物质原料含水量一般在15％～50％之间，大部分水分以水蒸气形态被燃气携带出气化炉，并在下游和焦油一起冷凝产生焦油废水。

常用的焦油脱除方法包括水洗、有机溶液吸收、高温过滤、高温裂解和催化裂解。高温过滤、高温裂解和催化裂解都是在高温环境下进行，技术不成熟、成本较高，且处理后的热燃气在后续冷却过程仍可能会产生含焦油废水。水洗法是最常用的方法，能同时完成燃气净化和冷却，但燃气携带的水蒸气和焦油混合冷凝，会产生焦油废水处理难题；有机溶液吸收法是使用重油等溶剂冷却吸收焦油，存在溶剂损失、溶剂再生困难、成本较高等问题。水洗法和溶剂吸收法都存在焦油废水处理难、焦油能量回收难等问题。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种焦油净化处理的方法及系统，其结合吸收和冷却过程的优点，能够有效脱除燃气中的焦油，同时实现焦油能量回收。

为实现上述目的，本发明可以采用以下技术方案进行：

一种焦油净化处理方法，其包括以下步骤：

步骤1：携带着焦油和水蒸气的相对较低温度的燃气进入吸收床，其中，燃气与所述吸收床中的吸附剂充分混合反应，从而吸附燃气中含有的焦油和水蒸气；

燃气离开所述吸收床后进入第一气固分离器，其中，通过所述第一气固分离器将燃气与携带焦油水的吸附剂分离；

步骤2：分离后的携带焦油水的吸附剂进入分离床，其中，吸附剂与所述分离床中的相对较高温度的空气充分混合反应，从而释放焦油和水分；

吸附剂的混合物离开所述分离床后进入第二气固分离器，其中，通过所述第二气固分离器将吸附剂与携带焦油水的空气分离；

步骤3：分离后的吸附剂进入冷却床，其中，相对较高温度的吸附剂与所述冷却床中的相对较低温度的空气充分混合反应，从而释放热量形成相对较低温度的吸附剂，而相对较低温度的空气吸收热量形成相对较高温度的空气；

吸附剂的混合物离开所述冷却床后进入第三气固分离器，其中，通过所述第三气固分离器将相对较低温度的吸附剂与相对较高温度的空气分离；

步骤4：相对较高温度的空气与气化炉出口的相对较高温度的燃气在换热器中换热，其中，相对较高温度的空气吸收热量并进入分离床，相对较高温度的燃气释放热量形成相对较低温度的燃气，吸附剂和携带着焦油和水蒸气的相对较低温度的燃气再次进入吸收床。

如上所述的焦油净化处理方法，进一步地，所述吸收床、所述分离床和所述冷却床可采用流化床、移动床或两者的组合。

如上所述的焦油净化处理方法，进一步地，所述吸附剂可采用氯化钙、分子筛或两者混合物。

如上所述的焦油净化处理方法，进一步地，在所述步骤2中，通过调节所述相对较高温度的空气的流量和温度，以保证焦油和水分从吸附剂中充分脱除。

如上所述的焦油净化处理方法，进一步地，在所述步骤2中，将释放的焦油和水分回收进入气化炉，以回收焦油的能量。

如上所述的焦油净化处理方法，进一步地，在所述步骤2中，定期煅烧进入冷却床前的吸附剂，以确保吸附的焦油杂质的脱除和吸附剂的再生。

如上所述的焦油净化处理方法，进一步地，在所述步骤3中，通过调节所述相对较低温度的空气的流量，以提高相对较低温度的吸附剂的形成速度。

如上所述的焦油净化处理方法，进一步地，在所述步骤4中，通过提高相对较高温度的空气的氧气含量，以提高相对较高温度的空气吸收热量的速度和温度。

同时，本发明还提供一种焦油净化处理系统，其包括：

吸收床，其用于通入携带着焦油和水蒸气的相对较高温度的燃气，并吸附燃气中含有的焦油和水蒸气；

第一气固分离器，其用于将燃气与携带焦油水的吸附剂分离；

分离床，其用于通入携带焦油水的吸附剂，其中，吸附剂与自身相对较高温度的空气充分混合反应，从而释放焦油和水分；

第二气固分离器，其用于将吸附剂与携带焦油水的空气分离；

冷却床，其用于通入分离后的吸附剂，其中，相对较高温度的吸附剂与所述冷却床中的相对较低温度的空气充分混合反应，从而释放热量形成相对较低温度的吸附剂，而相对较低温度的空气吸收热量形成相对较高温度的空气；

第三气固分离器，其用于将相对较低温度的吸附剂与相对较高温度的空气分离；

气化炉，其用于回收第二气固分离器释放的焦油和水分，以回收焦油的能量；以及，

换热器，其用于相对较高温度的空气与气化炉出口的相对较高温度的燃气的换热，其中，相对较高温度的空气吸收热量并进入分离床，相对较高温度的燃气释放热量形成相对较低温度的燃气，吸附剂和携带着焦油和水蒸气的相对较低温度的燃气再次进入吸收床。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：本发明充分利用焦油的良好挥发性，将燃气温度保持在露点之上，利用固体吸附剂脱除燃气中携带的气态焦油和水分，再通过高温空气回收焦油进入气化炉参与气化反应，可以在脱除焦油和水分的同时，避免了焦油废水处理的难题，且回收了焦油能量，简单有效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的焦油净化处理方法的流程示意图。

其中：1、冷燃气；2、吸收床；3、第一气固分离器；4、洁净冷燃气；5、携带焦油水的吸附剂；6、分离床；7、第二气固分离器；8、携带焦油水的热空气；9、再生吸附剂；10、冷却床；11、冷空气；12、第三气固分离器；13、冷吸附剂；14、热空气；15、换热器；16、高温空气；17、气化炉；18、高温燃气。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例：

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，相对较高温度和相对较低温度的理解是指同一物质的相对温度，如相对较低温度的燃气也可以理解为冷燃气，又如相对较高温度的燃气也可以理解为高温燃气；如相对较高温度的吸附剂也可以理解为热吸附剂，又如相对较低温度的吸附剂也可以理解为冷吸附剂；如相对较高温度的空气也可以理解为热空气，又如相对较低温度的空气也可以理解为冷空气。

参见图1，本发明可以充分利用焦油的良好挥发性，将燃气温度保持在露点之上，利用固体吸附剂脱除燃气中携带的气态焦油和水分，再通过高温空气16回收焦油进入气化炉17参与气化反应，其结合了吸收和冷却过程的优点，可以在脱除焦油和水分的同时，回收焦油能量，解决了现有技术中焦油能量回收难的问题，同时避免了焦油废水处理的问题。

参见图1，本发明的焦油净化处理方法，其可以包括以下步骤：

步骤1：携带着焦油和水蒸气的相对较低温度的燃气进入吸收床2，其中，燃气与吸收床2中的吸附剂充分混合反应，从而吸附燃气中含有的焦油和水蒸气；燃气离开吸收床2后进入第一气固分离器3，通过第一气固分离器3将燃气与携带焦油水的吸附剂5分离。

具体地，吸收床2可使用流化床、移动床或两者的组合，燃气和吸附剂进行充分混合接触，以保证吸附剂吸附冷燃气1中的焦油和水蒸气的效果。吸附剂可采用氯化钙、分子筛或两者混合物，通过吸附剂的足量循环可以保证吸附效果。本步骤通过将携带着焦油和水蒸气的冷燃气1通入吸收床2，通过吸附剂将冷燃气1中的焦油和水蒸气吸附，再通过第一气固分离器3实现将洁净冷燃气4与携带焦油水的吸附剂5分离。

步骤2：分离后的携带焦油水的吸附剂5进入分离床6，其中，吸附剂与分离床6中的相对较高温度的空气充分混合反应，从而释放焦油和水分；吸附剂的混合物离开分离床6后进入第二气固分离器7，通过第二气固分离器7将吸附剂与携带焦油水的空气分离。

具体地，分离床6可以使用流化床、移动床或两者的组合，以保证吸附剂的再生和冷却。本步骤通过将携带焦油水的吸附剂5通过分离床6，与高温空气16充分混合反应，释放焦油和水分，再通过第二气固分离器7将吸附剂与携带焦油水的热空气8分离，携带焦油水的热空气8进入气化炉17参与气化反应，从而实现回收焦油能量。本实施例可以通过调节高温空气16的流量和温度，以保证焦油和水分从吸附剂中充分脱除。另外，通过定期煅烧进入冷却床10前的吸附剂，可以确保吸附的焦油杂质完全脱除和吸附剂的充分再生。

步骤3：分离后的吸附剂进入冷却床10，其中，相对较高温度的吸附剂与冷却床10中的相对较低温度的空气充分混合反应，从而释放热量形成相对较低温度的吸附剂，而相对较低温度的空气吸收热量形成相对较高温度的空气；吸附剂的混合物离开冷却床10后进入第三气固分离器12，通过第三气固分离器12将相对较低温度的吸附剂与相对较高温度的空气分离。

具体地，冷却床10可分别使用流化床、移动床或两者的组合，以保证吸附剂的再生和冷却。本步骤通过将分离后的吸附剂即再生吸附剂9通入冷却床10，再生吸附剂9与冷空气11充分混合换热，再生吸附剂9释放热量变成冷吸附剂13，冷空气11吸收热量后变成热空气14，再通过第三气固分离器12实现将冷吸附剂13与热空气14分离。本实施例可以通过调节冷空气11的流量，实现提高冷吸附剂13的形成速度，从而保证再生吸附剂9的冷却。

步骤4：相对较高温度的空气与气化炉17出口的相对较高温度的燃气在换热器15中换热，其中，相对较高温度的空气吸收热量并进入分离床6，相对较高温度的燃气释放热量形成相对较低温度的燃气，吸附剂和携带着焦油和水蒸气的相对较低温度的燃气再次进入吸收床2。

具体地，本步骤中热空气14和气化炉17出口的高温燃气18在换热器15中换热，热空气14吸热后变成高温空气16并进入分离床6，高温燃气18降温变成冷燃气1。冷吸附剂13和携带着焦油和水蒸气的冷燃气1再次进入吸收床2，进行下一个循环。本实施例可以通过往热空气14里补充新鲜空气，以提高热空气14的氧气含量，从而提高热空气14吸收热量的速度和温度，且可以提供满足分离床6需求的足量高温空气16。

为了更好地理解本发明，以下通过具体实施例对本发明的净化处理方法的步骤进行阐述。

实施例1：

生物质原料含水量为20％，若其水分全部进入气化燃气中，则1吨生物质原料可以产生携带200kg水分的1600Nm³燃气，其露点温度约为60℃。采用本发明的净化处理方法可以包括以下步骤：

S1、冷燃气1进入吸收床2，与冷吸附剂13充分混合反应，其中，冷吸附剂13为CaCl₂和分子筛颗粒；此时，CaCl₂吸收水蒸汽生成CaCl₂·2H₂O，也吸收焦油醇类组分比如吸收乙醇生成CaCl₂·4C₂H₅OH络合物；其余焦油和部分水分被吸附在分子筛发达的孔隙结构中；再通过第一气固分离器3将洁净冷燃气4与携带焦油水的吸附剂5分离。

S2、携带焦油水的吸附剂5进入分离床6，与250-350℃的高温空气16充分混合反应，从而释放焦油和水分，CaCl₂·2H₂O释放水分生成CaCl₂，CaCl₂·4C₂H₅OH络合物释放乙醇生成CaCl₂，分子筛也在高温下脱附释放吸附的焦油和水分；再通过第二气固分离器7将再生吸附剂9与携带焦油水的热空气8分离；携带焦油水的热空气8送往气化炉17参与气化反应，从而回收焦油能量。

S3、再生吸附剂9进入冷却床10，与10-30℃的冷空气11充分混合换热，再生吸附剂9释放热量变成温度为30-40℃的冷吸附剂13，冷空气11吸收热量后变成热空气14。

S4、热空气14和气化炉17出口的400-800℃高温燃气18在换热器15中换热，热空气14吸热后变成250-350℃的高温空气16，高温燃气18降温变成60-80℃的冷燃气1。冷吸附剂13和携带着焦油和水蒸气的冷燃气1进入吸收床2，完成循环。

可以理解地是，本焦油净化处理方法与现有技术相比，可以避免焦油废水处理的难题，其充分利用焦油的良好挥发性，将燃气温度保持在露点之上，利用固体吸附剂脱除燃气中携带的气态焦油和水分，再通过高温空气回收焦油进入气化炉参与气化反应，可以在脱除焦油和水分的同时，回收燃气热量和焦油能量。

再次参见图1，本发明还提供了一种焦油净化处理系统，其可以包括：吸收床2、第一气固分离器3、分离床6、第二气固分离器7、冷却床10、第三气固分离器12、气化炉17以及换热器15，其中，吸收床2用于通入携带着焦油和水蒸气的相对较高温度的燃气，并吸附燃气中含有的焦油和水蒸气；第一气固分离器3用于将燃气与携带焦油水的吸附剂5分离；分离床6用于通入携带焦油水的吸附剂5，吸附剂与自身相对较高温度的空气充分混合反应，从而释放焦油和水分；第二气固分离器7用于将吸附剂与携带焦油水的空气分离；冷却床10用于通入分离后的吸附剂，相对较高温度的吸附剂与冷却床10中的相对较低温度的空气充分混合反应，从而释放热量形成相对较低温度的吸附剂，而相对较低温度的空气吸收热量形成相对较高温度的空气；第三气固分离器12用于将相对较低温度的吸附剂与相对较高温度的空气分离；气化炉17用于回收第二气固分离器7释放的焦油和水分，以回收焦油的能量；换热器15用于相对较高温度的空气与气化炉17出口的相对较高温度的燃气的换热，相对较高温度的空气吸收热量并进入分离床6，相对较高温度的燃气释放热量形成相对较低温度的燃气，吸附剂和携带着焦油和水蒸气的相对较低温度的燃气再次进入吸收床2。

本系统与现有技术相比，可以避免焦油废水处理的难题，在脱除燃气中的焦油和水分的同时，通过气化炉17可以实现焦油能量的回收，整体简单有效。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种焦油净化处理方法，其特征在于，包括：

步骤1：携带着焦油和水蒸气的相对较低温度的燃气进入吸收床，其中，燃气与所述吸收床中的吸附剂充分混合反应，从而吸附燃气中含有的焦油和水蒸气；

燃气离开所述吸收床后进入第一气固分离器，其中，通过所述第一气固分离器将燃气与携带焦油水的吸附剂分离；

步骤2：分离后的携带焦油水的吸附剂进入分离床，其中，吸附剂与所述分离床中的相对较高温度的空气充分混合反应，从而释放焦油和水分；

吸附剂的混合物离开所述分离床后进入第二气固分离器，其中，通过所述第二气固分离器将吸附剂与携带焦油水的空气分离；

步骤3：分离后的吸附剂进入冷却床，其中，相对较高温度的吸附剂与所述冷却床中的相对较低温度的空气充分混合反应，从而释放热量形成相对较低温度的吸附剂，而相对较低温度的空气吸收热量形成相对较高温度的空气；

吸附剂的混合物离开所述冷却床后进入第三气固分离器，其中，通过所述第三气固分离器将相对较低温度的吸附剂与相对较高温度的空气分离；

步骤4：相对较高温度的空气与气化炉出口的相对较高温度的燃气在换热器中换热，其中，相对较高温度的空气吸收热量并进入分离床，相对较高温度的燃气释放热量形成相对较低温度的燃气，吸附剂和携带着焦油和水蒸气的相对较低温度的燃气再次进入吸收床。

2.根据权利要求1所述的焦油净化处理方法，其特征在于，所述吸收床、所述分离床和所述冷却床可采用流化床、移动床或两者的组合。

3.根据权利要求1所述的焦油净化处理方法，其特征在于，所述吸附剂可采用氯化钙、分子筛或两者混合物。

4.根据权利要求1所述的焦油净化处理方法，其特征在于，在所述步骤2中，通过调节所述相对较高温度的空气的流量和温度，以保证焦油和水分从吸附剂中充分脱除。

5.根据权利要求1所述的焦油净化处理方法，其特征在于，在所述步骤2中，将释放的焦油和水分回收进入气化炉，以回收焦油的能量。

6.根据权利要求1所述的焦油净化处理方法，其特征在于，在所述步骤2中，定期煅烧进入冷却床前的吸附剂，以确保吸附的焦油杂质的脱除和吸附剂的再生。

7.根据权利要求1所述的焦油净化处理方法，其特征在于，在所述步骤3中，通过调节所述相对较低温度的空气的流量，以提高相对较低温度的吸附剂的形成速度。

8.根据权利要求1所述的焦油净化处理方法，其特征在于，在所述步骤4中，通过提高相对较高温度的空气的氧气含量，以提高相对较高温度的空气吸收热量的速度和温度。

9.一种焦油净化处理系统，其特征在于，包括：

吸收床，其用于通入携带着焦油和水蒸气的相对较高温度的燃气，并吸附燃气中含有的焦油和水蒸气；

第一气固分离器，其用于将燃气与携带焦油水的吸附剂分离；

分离床，其用于通入携带焦油水的吸附剂，其中，吸附剂与自身相对较高温度的空气充分混合反应，从而释放焦油和水分；

第二气固分离器，其用于将吸附剂与携带焦油水的空气分离；

冷却床，其用于通入分离后的吸附剂，其中，相对较高温度的吸附剂与所述冷却床中的相对较低温度的空气充分混合反应，从而释放热量形成相对较低温度的吸附剂，而相对较低温度的空气吸收热量形成相对较高温度的空气；

第三气固分离器，其用于将相对较低温度的吸附剂与相对较高温度的空气分离；

气化炉，其用于回收第二气固分离器释放的焦油和水分，以回收焦油的能量；以及，

换热器，其用于相对较高温度的空气与气化炉出口的相对较高温度的燃气的换热，其中，相对较高温度的空气吸收热量并进入分离床，相对较高温度的燃气释放热量形成相对较低温度的燃气，吸附剂和携带着焦油和水蒸气的相对较低温度的燃气再次进入吸收床。

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