CN1821346A - 一种生物质热解气化焦油清除方法及装置 - Google Patents

一种生物质热解气化焦油清除方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物质热解气化焦油清除方法及装置，其特征在于：由气化/热解炉出来的、其温度在500～700℃以上的热煤气，进入氧气强化裂解清除焦油装置，该装置带有喉口段，具有一定压力的氧气经流量控制装置和均压室进入设在喉口段的喷嘴，按照切圆方向射流进入热煤气流，借助点火装置的作用，在喉口段位置迅速点火局部燃烧，温度可以达到1000～1400℃；在局部燃烧形成的高温区，煤气中的焦油等大分子碳氢化合物，将会发生迅速的裂化反应，长链大分子结构将在极短的时间内分解，形成小分子的碳氢化合物，以及H2、CO、CH4等。经处理之后的煤气含焦油量大为缩减，可直接用作内燃机、燃气轮机的燃料，或者进入煤气管网和储气罐。

Description

一种生物质热解气化焦油清除方法及装置
技术领域：本发明属于生物能源净化领域，具体地说是关于一种生物质热解气化焦油的清除方法及装置。
背景技术：生物质存在广泛、储量丰富，是唯一一种将来有望大规模利用从而取代日益枯竭的化石能源的重要的可再生资源。生物质热化学转换技术，包括热解、气化等，可以将农林废弃物转化为高品质的煤气、木炭、燃料油以及合成液体燃料等产品，目前已成为发展最为迅速的生物质能源化利用技术之一。但是，热解气化过程中产生的焦油一直是阻碍生物质热化学转化利用技术发展的重要问题。作为热化学转化过程的副产物，焦油是多种可冷凝大分子烃类物质的复杂混合物，成份极其复杂。焦油在煤气输送过程中将冷凝在输气管道和用气设备壁面，对设备产生腐蚀，严重时阻塞管路。煤气中焦油含量大时，还会因为气流夹带液滴等影响内燃机、燃气轮机、压缩机等的运行安全。因此，对于用气设备和管道系统，热解气化产品气中焦油含量是一个重要的品质参数。目前常规开发的固定床、流化床等热解气化设备所产煤气中焦油含量普遍很高，对后续系统设备造成严重的威胁，并使得后续净化设备变得非常复杂，在一定程度上影响了燃气的使用。
常规利用的焦油清除装置包括干式过滤、湿式洗涤等虽然操作比较简单，成本较低，但是效率不高，而且可能产生严重的二次污染，同时处理掉的焦油不能利用，造成能源的浪费。目前开发的热裂解和催化裂解方法，一般采用固定床或流化床裂解装置，虽然可以达到较高的效率，但是需要消耗大量的额外能量，还需要额外的辅助设备，增加了系统复杂性和设备投资，使得燃气的生产成本提高。开发经济高效的焦油脱除方法对于生物质热化学转化利用的发展具有重要现实意义。
发明内容：本发明的目的是提供一种具有广泛适用性的生物质煤气中焦油清除方法及其装置。
本发明的煤气中焦油的清除方法包括以下步骤：
由气化/热解炉出来的、其温度在500～700℃以上的热煤气，进入氧气强化裂解清除焦油装置，该装置带有喉口段，热煤气通过喉口段时将出现流速提升，扰动增强；具有一定压力的氧气经流量控制装置和均压室进入设在喉口段的喷嘴，按照切圆方向射流进入热煤气流，以增强喉口段位置处管道内的扰动，增强氧气与热煤气的混合；煤气中含量较高的可燃成分，如H2、CO、CH4等，在高温及氧气条件下，借助点火装置的作用，在喉口段位置迅速点火局部燃烧；由于通入的氧气量很小，仅使一部分煤气迅速燃烧，在局部燃烧区形成一定的高温区，通过调整通入的氧气流量，可以控制燃烧区温度，温度可以达到1000～1400℃。
在局部燃烧形成的高温区，煤气中的焦油等大分子碳氢化合物，将会发生迅速的裂化反应，长链大分子结构将在极短的时间内分解，形成小分子的碳氢化合物，以及H2、CO、CH4等。由于是局部燃烧，参与燃烧反应的煤气量仅占煤气总量的一小部分，因此燃烧主要产物H2O、CO2等对煤气成分的影响较小。经过强化裂解，大部分焦油将转化为永久性气体而除去，同时焦油等大分子裂解所产生的小分子碳氢化合物，以及H2、CO、CH4等，将增加永久性气体的产量，使煤气总体产量增加。
在扩口段后部，由于氧气消耗殆尽，氧气浓度过低以及扩口段压降而引起气流速度降低，火焰不能传播，燃烧过程结束。
经处理之后的煤气含焦油量大为缩减，可直接用作内燃机、燃气轮机的燃料，或者进入煤气管网和储气罐。
附图说明：图1、氧气强化裂解清除焦油装置示意图
图中：1-热煤气流  2-煤气入口管  3-保温层  4-强化裂解器外壳  5-缩口段  6-喉口段  7-氧气喷嘴(共四支)8-氧气入口管(共四支)  9-氧气流  10-点火装置  11-热电偶  12-温度显示仪表  13-扩口段  14-煤气出口管  15-出口煤气流  16-氧气源  17-氧气管道  18-调节阀  19-气体流量计    20-均压室  21-氧气出口管(共四支)  22-压力表  23-卸压阀
具体实施方式：以下结合附图详细说明本发明的一种生物质热解气化焦油的清除装置。本发明的焦油清除装置由强化裂解器和氧源供应系统构成，强化裂解器是由耐火材料制成的外壳(4)、外加保温层(3)，并带有喉口段(6)的圆形管道，在喉口段(6)的壁上分布着四个氧气喷嘴(7)和点火装置(10)，在扩口段(13)的壁上插入一只热电偶(11)，热电偶(11)与温度显示仪表(12)连接，在接近煤气出口管(14)的附近装有一只卸压阀(23)；氧源供应系统由氧气管道(17)、调节阀(18)、气体流量计(19)、均压室(20)、氧气出口管(21)和压力表(22)组成。强化裂解器的一端与产气装置的出气口相连，另一端与煤气出口管连接。
喉口段设计应根据热煤气流量和该区域容积热负荷进行，保持喉口段煤气流速在0.5～2米/秒范围。如果煤气中焦油含量较大，可选择较低热煤气流速和较高热负荷，如煤气中焦油含量较低，则可选择较高煤气流速和较低热负荷。
根据温度显示仪表(12)的局部燃烧区温度数据通过调节阀(18)对氧气加入量进行调节。四个氧气喷嘴(7)在喉口段(6)内以径向均匀布置，且气流射流为切圆方向。卸压阀(23)用于焦油清除装置内部压力高于一定值时的安全保护。所用的耐火材料能耐受1400℃以上的高温，以防该位置的局部高温对设备造成损坏。点火装置采用电子打火，点火控制应该根据局部高温区温度显示数据进行。氧气流量还应根据煤气流量来确定，根据实验研究结果，氧气的加入量一般应为总煤气量的10％以下。氧气射流速度合理，既能保证稳定的点火燃烧，又能尽量减少燃烧过程对整体煤气成分的影响。焦油清除装置，包括热煤气进口管道外部应该进行良好保温，以防该部分散热严重而影响局部燃烧区温度，进而影响焦油裂解效果。
实施例1、热解炉，以稻壳为原料，热解炉出口煤气温度550℃，煤气产量24标准立方米/小时，液态产物产量(不含水)375克/标准立方米干煤气，热解煤气成分H212％，CO35％，CH412％，CO236％，CnHm4％，强化裂解部分设计喉口段直径150mm，氧气加入量为煤气量的8％，经过强化裂解后得到煤气成分(干气体)H215％，CO32％，CH414％，CO237％，CnHm 2％，煤气产量28.4标准立方米/小时，煤气中焦油含量27.6克/标准立方米干煤气，焦油缩减率为92.6％。
实施例2、循环流化床空气气化炉，以稻壳为原料，气化炉出口煤气温度750℃，产气量200标准立方米/小时，煤气中焦油含量16.5克/标准立方米干煤气，热解煤气成分H212％，CO13％，CH44％，CO218％，CnHm2％，N251％，强化裂解部分设计喉口段直径500mm，氧气加入量为煤气的2％，经过强化裂解后得到煤气成分H213％，CO13％，CH46％，CO217％，CnHm2％，N249％，煤气产量206标准立方米/小时，煤气中焦油含量0.05克/标准立方米干煤气，焦油缩减率99.7％。
本发明的优点在于：可以根据局部燃烧区温度来调整氧气加入量，通过对氧气加入量的调整可以实现焦油的大部分转化。在减少焦油量的同时还增加了煤气产量，实现了焦油组分的能源化利用。可以适用于生物质、煤炭等的热解气化过程产生的焦油，以及炼焦、卷烟行业等工业过程的焦油处理，过程中无二次污染。

Claims (3)

1、种生物质热解气化焦油的清除方法，其特征在于：由气化/热解炉出来的、其温度在500～700℃以上的热煤气，进入氧气强化裂解清除焦油装置，该装置带有喉口段，具有一定压力的氧气经流量控制装置和均压室进入设在喉口段的喷嘴，按照切圆方向射流进入热煤气流，借助点火装置的作用，在喉口段位置迅速点火局部燃烧，温度可以达到1000～1400℃；在局部燃烧形成的高温区，煤气中的焦油等大分子碳氢化合物，将会发生迅速的裂化反应，长链大分子结构将在极短的时间内分解，形成小分子的碳氢化合物，以及H2、CO、CH4等。
2、一种生物质热解气化焦油的清除装置，其特征在于：焦油清除装置由强化裂解器和氧源供应系统构成，强化裂解器是由耐火材料制成的外壳(4)、外加保温层(3)，并带有喉口段(6)的圆形管道，在喉口段(6)的壁上分布着四个氧气喷嘴(7)和点火装置(10)，在扩口段(13)的壁上插入一只热电偶(11)，热电偶(11)与温度显示仪表(12)连接，在接近煤气出口管(14)的附近装有一只卸压阀(23)；氧源供应系统由氧气管道(17)、调节阀(18)、气体流量计(19)、均压室(20)、氧气出口管(21)和压力表(22)组成；强化裂解器的一端与产气装置的出气口相连，另一端与煤气出口管连接。
3、根据权利要求2所述的一种生物质热解气化焦油的清除装置，其特征在于：所述的四个氧气喷嘴(7)在喉口段(6)内以径向均匀布置，且气流射流为切圆方向。
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