CN201262521Y - 双塔直接喷淋燃气快速冷凝系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双塔直接喷淋燃气快速冷凝系统，包括第一级喷淋塔、第二级喷淋塔、连通第一级喷淋塔与第二级喷淋塔的连接管道、至少一个与第一级喷淋塔和第二级喷淋塔的冷凝生物油出口相连的生物油储罐、以及至少一个雾化喷淋子系统，雾化喷淋子系统包括分别部分延伸设置在第一级喷淋塔和第二级喷淋塔内部的第一雾化喷淋单元和第二雾化喷淋单元，第一雾化喷淋单元和第二雾化喷淋单元分别包括在第一级喷淋塔和第二级喷淋塔的内部空间高度方向上间隔设置的两层或者两层以上的用于雾化喷淋冷凝介质的雾化喷头。本实用新型的系统能充分抑制可凝组分的进一步裂解，并能避免由于外加冷凝介质而导致后续分离的繁琐工艺。

Description

双塔直接喷淋燃气快速冷凝系统

技术领域

本实用新型涉及一种生物油冷凝装置，尤其涉及一种直接喷淋快速冷凝装置。

背景技术

随着世界经济的不断发展，能源和环境问题日益突出。人类目前使用的主要能源有石油、天然气和煤炭3种。根据国际能源机构统计，地球上这3种能源供人类开采的年限分别只有40年、50年和240年。开发新能源已成关系人类社会可持续发展的重大课题。

生物质能是由植物与太阳能的光合作用而贮存于植物中的太阳能。据估计，植物每年贮存的能量相当于世界主要燃料消耗的10倍，而作为能源的利用量还不到其总量的1％。通过生物质能转换技术，可以高效地利用生物质能源，生产各种清洁燃料，替代煤炭、石油和天然气等燃料。

目前，世界各国，尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术，以达到保护矿产资源，保障能源安全，实现CO₂减排，促进经济、社会的可持续发展。生物质能将成为未来能源重要组成部分，专家估计到2015年全球总能耗将有40％来自生物质能源，主要通过生物质能发电和生物质液体燃料的产业化发展实现。

目前，通过高温快速热解将生物质转变为液体燃料(生物油)是实现生物质能高效利用的重要途径之一。根据传热方式不同，生物质热裂解液化工艺一般可分为3类：(1)壁面间接加热式反应器。其主要通过灼热的反应器表面与生物质接触，将热量传递到生物质使其快速升温从而达到快速热裂解，如英国Aston大学的烧蚀热裂解反应器、NREL提出的涡流反应器及荷兰Twente大学设计的旋转锥生物质热裂解制油反应器等；(2)辐射换热式反应器，这类反应器的主要特征是由一高温的表面或热源提供生物质热裂解所需的热量，其主要通过热辐射进行热量传递，如美国Washington大学的热辐射反应器；(3)气固混合直接加热式反应器，其主要是借助热气流或气固两相流对生物质进行快速加热，其能提供高的加热速率以及相对均匀的反应温度，同时快速流动的载气便于热裂解一次产物及时析出，如加拿大Waterloo大学的流化床热裂解系统、加拿大Ensyn提出的循环流化床反应器和GTFJ的快速引射流反应器等。壁面间接加热式反应器的设备规模较为庞大，同时机械接触磨损厉害而使得运行维护成本也较高，因此在规模化应用中将受到限制，此类反应器一般主要提供机理性试验所需。而辐射式换热器换热效果较差，能耗大而难以规模化。相比于前两种类型，国外已开发并且试图规模化的生物质热裂解液化反应装置侧重于第三类。流化床(或循环流化床)热解液化工艺因能实现高的加热速率、较短的气相停留时间、简捷的温度控制、方便的炭回收、较低的投资以及成熟的设计方法而使得其成为目前最有发展潜力的热裂解制取液体燃料的工艺。

如中国专利第CN200510057215.8号所揭示的一种生物质热解液化的工艺方法及其双塔式装置系统。其工艺方法包括把生物质材料送入热解反应塔内让高温流化气和高温载热体与生物质材料混合以对生物质进行热裂解的步骤，在分离器中把热解气与残碳、灰份进行气固分离的步骤，以及在冷凝器中把热解气冷凝成生物油的步骤等。其中，载热体是与热解气、残碳等一道从热解反应塔内输出循环系统的；残碳被用来对载热体进行预加热。其装置系统还包括将载热体和残碳一道与其他物质先分离一次的初级分离器、燃烧残碳的载热体加热塔、以及用于将从载热体加热塔内出来的载热体-废气-灰分进行分离的载热体分离器。但是，从以上描述可以看出，第CN200510057215.8号专利具有以下不足之处：第一，冷凝器内用于对热解气进行冷凝的介质为水，因此，获得的生物油中将含有大量水分，要想使用还需采用专门设备进一步进行分离，这将增加工艺流程难度和成本；第二，其冷凝过程是采用一个冷凝器一步完成，一方面，可能导致热解气中的一部分可凝结气体未充分冷凝，另一方面，可能导致部分可凝结气体进一步热解，从而降低生物油产率。

因此，提供一种可充分降低系统运行成本并且可提高生物油产率的裂解气快速冷凝装置成为急需解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种能够充分降低系统运行成本并提高生物油产率的双塔直接喷淋燃气快速冷凝系统。

本实用新型的技术方案是这样实现的：提供一种双塔直接喷淋裂解气快速冷凝系统，其包括设有高温热解气进口和热解气出口的第一级喷淋塔，至少一个生物油储罐、以及至少一个雾化喷淋子系统，其中，该系统进一步包括设有热解气入口和不可凝气体出口的第二级喷淋塔、以及连通第一级喷淋塔的热解气出口与第二级喷淋塔的热解气入口的连接管道，至少一个生物油储罐分别与第一级喷淋塔和第二级喷淋塔的冷凝生物油出口相连，至少一个雾化喷淋子系统包括分别部分延伸设置在第一级喷淋塔和第二级喷淋塔内部的第一雾化喷淋单元和第二雾化喷淋单元，第一雾化喷淋单元和第二雾化喷淋单元分别包括在第一级喷淋塔和第二级喷淋塔的内部空间高度方向上间隔设置的两层或者两层以上的用于雾化喷淋冷凝介质的雾化喷头。

为防止从裂解反应器出来的高温生物质燃气中的可凝组分进一步裂解，最大程度的得到液体产物—生物油，需要把裂解气体迅速冷却到室温。生物油快速冷凝技术是影响生物油产率的一个最关键环节。本实用新型采用两级喷淋塔，可以解决由于单个冷凝塔所带来的高温气体不能彻底冷凝，或者低沸点物质气体冷凝不充分的缺点。

优选地，第一级喷淋塔的高温热解气进口设置在热解气出口上方，第二级喷淋塔的热解气入口设置在不可凝气体出口下方。这样，第一级喷淋塔采用气/液顺向换热的方式，即气体由喷淋塔顶部进入，再由喷淋塔底部流出，这样可以避免高温气体在进入冷凝塔前由于管路太长而导致裂解气在高温段的停留时间过长而导致二次裂解反应机会增加，和管道散热导致的燃气冷凝造成管路堵塞等问题；第二级喷淋塔采用了与气体逆向喷淋的路径，即气体从塔底进入，顶部流出，有效提高了传热效率和液相组分的充分吸收。

优选地，雾化喷淋子系统包括至少一个用作第一雾化喷淋单元和第二雾化喷淋单元的冷凝介质供应源的换热器。可选择地，第一雾化喷淋单元和第二雾化喷淋单元的冷凝介质可以直接来自该系统外部。

更优选地，雾化喷淋子系统进一步包括至少一个连接在生物油储罐和换热器之间用于将生物油储罐内的生物油输送到换热器中以冷却成冷凝介质进而输送至第一雾化喷淋单元和第二雾化喷淋单元的循环油泵。从而，本系统可以采用所冷凝下来的生物油作为冷凝介质，避免了由于外加冷凝介质而带来的进一步分离的繁琐工艺。

可选择地，冷凝介质也可以为水或适于冷凝高温热解气的其它冷凝剂。

更优选地，双塔直接喷淋燃气快速冷凝系统包括第一雾化喷淋子系统和第二雾化喷淋子系统，第一雾化喷淋子系统包括与第一级喷淋塔的冷凝生物油出口相连的第一生物油储罐、与第一生物油储罐相连的第一循环油泵、以及连接在第一循环油泵与第一雾化喷淋单元之间的第一换热器；第二雾化喷淋子系统包括与第二级喷淋塔的冷凝生物油出口相连的第二生物油储罐、与第二生物油储罐相连的第二循环油泵、以及连接在第二循环油泵与第二雾化喷淋单元之间的第二换热器。从而，本系统可以采用两级喷淋塔串联操作，两级喷淋塔采用各自的换热系统，可以解决由于单个冷凝塔所带来的高温气体不能彻底冷凝，或者低沸点物质气体冷凝不充分的缺点；同时避免了单个冷凝塔故障必须停机的问题。

可选择地，换热器为设有进水口和出水口的板式油水间接换热器。由于生物油腐蚀性较强，因此换热器板和密封胶圈可以采用耐酸腐蚀材料制造。

具体地，第一级喷淋塔的高温热解气进口设置在第一雾化喷淋单元的最上层雾化喷头的下方，第一级喷淋塔的热解气出口设置在第一雾化喷淋单元的最下层雾化喷头的下方。第二级喷淋塔的热解气入口设置在第二雾化喷淋单元的最下层雾化喷头的下方，第二级喷淋塔的不可凝气体出口设置在第二雾化喷淋单元的最上层雾化喷头的上方。

优选地，第一雾化喷淋单元和第二雾化喷淋单元分别包括三层或者三层以上的雾化喷头，其中最上层雾化喷头分别位于第一级喷淋塔和第二级喷淋塔的内部空间的上段，其中最下层雾化喷头分别位于第一级喷淋塔和第二级喷淋塔的内部空间的下段。

本实用新型的有益效果是：1.本实用新型的系统可以将500℃的高温燃气迅速冷却至50℃以下，冷凝效率高，冷却速度快，基本满足裂解气急速冷却要求，最大程度抑制了可凝组分的进一步裂解；2.本实用新型的系统采用了所冷凝下来的生物油作为冷凝介质，避免了由于外加冷凝介质而带来的进一步分离的繁琐工艺；3.本实用新型的系统在喷淋塔的不同高度位置设置了三组喷淋装置，通过高速旋流雾化喷嘴，生物油被雾化成低于0.2mm的雾化颗粒，从而大大提高了气液传热的传热面积，加快高温气体的冷凝速度；4.本实用新型的系统采用两级喷淋塔串联操作，可以解决由于单个冷凝塔所带来的高温气体不能彻底冷凝，或者低沸点物质气体冷凝不充分的缺点；5.本实用新型的系统第一级喷淋塔采用气/液顺向换热的方式，可以避免由于高温气体在进入冷凝塔前由于管路太长而导致燃气在高温段的停留时间过长而导致二次裂解反应机会增加；第二级喷淋塔采用了与气体逆向喷淋的路径，有效提高了传热效率和液相组分的充分吸收；6.本实用新型的系统的油/水换热系统采用板式换热器，该换热器具有换热效率高，循环冷却水量少，体积紧凑，易于布置等优点。

以下结合附图和实施例，来进一步说明本实用新型，但本实用新型不局限于这些实施例，任何在本实用新型基本精神上的改进或替代，仍属于本实用新型权利要求书中所要求保护的范围。

附图说明

图1为本实用新型双塔直接喷淋燃气快速冷凝系统实施例1的示意图。

具体实施方式

实施例1

请参照图1，本实用新型的双塔直接喷淋裂解气快速冷凝系统，包括设有高温热解气进口101和热解气出口102的第一级喷淋塔10、设有热解气入口302和不可凝气体出口303的第二级喷淋塔30、连通第一级喷淋塔10的热解气出口102与第二级喷淋塔30的热解气入口302的连接管道130、与第一级喷淋塔10的冷凝生物油出口相连的生物油储罐108、与第二级喷淋塔30的冷凝生物油出口相连的生物油储罐308、第一雾化喷淋子系统(在本实施例中包括第一雾化喷淋单元104、与第一生物油储罐108相连的第一循环油泵106、以及连接在第一循环油泵106与第一雾化喷淋单元104之间的第一换热器105)、以及第二雾化喷淋子系统(在本实施例中包括第二雾化喷淋单元304、与第二生物油储罐308相连的第二循环油泵306、以及连接在第二循环油泵306与第二雾化喷淋单元304之间的第二换热器305)。

第一雾化喷淋单元104和第二雾化喷淋单元304分别部分延伸设置在第一级喷淋塔10和第二级喷淋塔30内部。第一雾化喷淋单元104和第二雾化喷淋单元304分别包括在第一级喷淋塔10和第二级喷淋塔30的内部空间高度方向上间隔设置的三层用于雾化喷淋冷凝介质的雾化喷头1044、3044。

其中，第一级喷淋塔10的高温热解气进口101设置在热解气出口102上方，第二级喷淋塔30的热解气入口302设置在不可凝气体出口303下方。具体地，第一级喷淋塔10的高温热解气进口101设置在第一雾化喷淋单元104的最上层雾化喷头1044的下方，第一级喷淋塔10的热解气出口102设置在第一雾化喷淋单元104的最下层雾化喷头1044的下方。第二级喷淋塔30的热解气入口302设置在第二雾化喷淋单元304的最下层雾化喷头3044的下方，第二级喷淋塔30的不可凝气体出口303设置在第二雾化喷淋单元304的最上层雾化喷头3044的上方。

并且，最上层雾化喷头1044、3044分别位于第一级喷淋塔10和第二级喷淋塔30的内部空间的上段，最下层雾化喷头1044、3044分别位于第一级喷淋塔10和第二级喷淋塔30的内部空间的下段。

第一换热器105和第二换热器305均为设有进水口1052、3052和出水口1054、3054的板式油水间接换热器，流经第一换热器105和第二换热器305的冷水将生物油的热量带走。

本实用新型系统的工作流程如下：

来自裂解反应器的高温热解气经过除尘处理之后进入串联的第一级喷淋塔10和第二级喷淋塔30，在喷淋塔中与从雾化喷头1044、3044喷出的雾化冷凝的生物油直接进行气-液接触换热，热解气温度从450-500℃，被迅速冷却到50℃以下。热解气中携带的可凝组分经第一级喷淋塔10、第二级喷淋塔30冷却和吸收而冷凝为生物油而进入储油罐105、305，其他不可凝燃气组分经引风机进入储气柜备用。本系统所采用的冷凝液为快速热解过程本身得到的生物油，部分生物油经过循环油泵106、306进入油/水间接换热器105、305，经过换热冷却后作为冷凝介质循环使用，其他生物油储存于生物油储罐108、308中。

实施例2

作为本实用新型的另一种方案，其它部分与实施例1相同，不同之处在于：

用于第一雾化喷淋单元10和第二雾化喷淋单元30的冷凝介质可以来自该系统外部，即，不采用系统本身生成的生物油，那么该系统可以不设置第一换热器10和第二换热器30。

并且，第一级喷淋塔10的高温热解气进口101设置在热解气出口102下方，即，第一级喷淋塔也采用与气体逆向喷淋的路径。

实施例3

作为本实用新型的另一种方案，其它部分与实施例1相同，不同之处在于：

采用一个换热器、一个循环油泵以及一个生物油储罐，第一级喷淋塔10、第二级喷淋塔30产生的生物油都进入同一个生物油储罐，并且部分生物油由同一个循环油泵输送到同一个换热器冷却进而分别输送至第一雾化喷淋单元104和第二雾化喷淋单元304。

实施例4

作为本实用新型的另一种方案，其它部分与实施例1相同，不同之处在于：

用于第一雾化喷淋单元10和第二雾化喷淋单元30的冷凝介质可以为水，那么该系统可以不设置第一换热器105、第二换热器305、第一循环油泵106和第二循环油泵306。

Claims (10)

1、一种双塔直接喷淋燃气快速冷凝系统，包括设有高温热解气进口和热解气出口的第一级喷淋塔，至少一个生物油储罐、以及至少一个雾化喷淋子系统，其特征在于，所述双塔直接喷淋燃气快速冷凝系统进一步包括设有热解气入口和不可凝气体出口的第二级喷淋塔、以及连通所述第一级喷淋塔的所述热解气出口与所述第二级喷淋塔的所述热解气入口的连接管道，所述至少一个生物油储罐分别与所述第一级喷淋塔和所述第二级喷淋塔的冷凝生物油出口相连，所述至少一个雾化喷淋子系统包括分别部分延伸设置在所述第一级喷淋塔和所述第二级喷淋塔内部的第一雾化喷淋单元和第二雾化喷淋单元，所述第一雾化喷淋单元和所述第二雾化喷淋单元分别包括在所述第一级喷淋塔和所述第二级喷淋塔的内部空间高度方向上间隔设置的两层或者两层以上的用于雾化喷淋冷凝介质的雾化喷头。

2、如权利要求1所述的双塔直接喷淋燃气快速冷凝系统，其特征在于，所述第一级喷淋塔的所述高温热解气进口设置在所述热解气出口上方，所述第二级喷淋塔的所述热解气入口设置在所述不可凝气体出口下方。

3、如权利要求2所述的双塔直接喷淋燃气快速冷凝系统，其特征在于，所述雾化喷淋子系统包括至少一个用作所述第一雾化喷淋单元和所述第二雾化喷淋单元的冷凝介质供应源的换热器。

4、如权利要求3所述的双塔直接喷淋燃气快速冷凝系统，其特征在于，所述雾化喷淋子系统进一步包括至少一个连接在所述生物油储罐和所述换热器之间用于将所述生物油储罐内的生物油输送到所述换热器中以冷却成冷凝介质进而输送至所述第一雾化喷淋单元和所述第二雾化喷淋单元的循环油泵。

5、如权利要求4所述的双塔直接喷淋燃气快速冷凝系统，其特征在于，所述换热器为设有进水口和出水口的油水间接换热器。

6、如权利要求1～5之一所述的双塔直接喷淋燃气快速冷凝系统，其特征在于，所述第一级喷淋塔的所述高温热解气进口设置在所述第一雾化喷淋单元的最上层雾化喷头的下方，所述第一级喷淋塔的所述热解气出口设置在所述第一雾化喷淋单元的最下层雾化喷头的下方。

7、如权利要求6所述的双塔直接喷淋燃气快速冷凝系统，其特征在于，所述第二级喷淋塔的所述热解气入口设置在所述第二雾化喷淋单元的最下层雾化喷头的下方，所述第二级喷淋塔的所述不可凝气体出口设置在所述第二雾化喷淋单元的最上层雾化喷头的上方。

8、如权利要求7所述的双塔直接喷淋燃气快速冷凝系统，其特征在于，所述第一雾化喷淋单元和所述第二雾化喷淋单元分别包括三层或者三层以上的雾化喷头，其中最上层雾化喷头分别位于所述第一级喷淋塔和所述第二级喷淋塔的内部空间的上段，其中最下层雾化喷头分别位于所述第一级喷淋塔和所述第二级喷淋塔的内部空间的下段。

9、如权利要求8所述的双塔直接喷淋燃气快速冷凝系统，其特征在于，所述双塔直接喷淋燃气快速冷凝系统包括第一雾化喷淋子系统和第二雾化喷淋子系统，所述第一雾化喷淋子系统包括与所述第一级喷淋塔的冷凝生物油出口相连的第一生物油储罐、与所述第一生物油储罐相连的第一循环油泵、以及连接在所述第一循环油泵与所述第一雾化喷淋单元之间的第一换热器。

10、如权利要求9所述的双塔直接喷淋燃气快速冷凝系统，其特征在于，所述第二雾化喷淋子系统包括与所述第二级喷淋塔的冷凝生物油出口相连的第二生物油储罐、与所述第二生物油储罐相连的第二循环油泵、以及连接在所述第二循环油泵与所述第二雾化喷淋单元之间的第二换热器。