CN202279806U - 生物质干馏裂解燃气净化装置 - Google Patents

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Abstract

一种生物质干馏裂解燃气净化装置，包括：旋风除尘器，对生物质干馏裂解设备输出的生物质燃气进行除尘净化；催化器，与该旋风除尘器连通，对除尘净化后的生物质燃气中的焦油进行催化裂解以将其转化成可燃气；冷却器，与该催化器连通，对催化裂解后的生物质燃气进行降温处理；以及过滤器，与该冷却器连通，对经冷却后的生物质燃气中剩余的未裂解的焦油进行吸附过滤。本实用新型采用干式净化法对干馏裂解设备产出的燃气进行净化，且根据生物质燃气中所含杂质的特性进行分级处理，能够高效去除生物质经干馏裂解产出的燃气中的焦油、粉尘等杂质，保证生物质燃气达到国家相关燃气质量标准要求，避免了湿式净化法容易产生水污染的问题。

Description

生物质干馏裂解燃气净化装置
技术领域
本实用新型属于环境工程的能源再生技术领域，尤其是涉及一种对生物质经干馏裂解所产生的燃气进行净化处理的净化装置。
背景技术
生物质能作为一种可再生能源，具有良好的发展前景。生物质热裂解技术是生物质能回收利用的一种重要方式。它是在一定的热力学条件下，通过提供有限氧或无氧的情况下，将组成生物质的碳氢化合物转化为含一氧化碳、氢气和甲烷等可燃气体的过程。但由于目前生物质热裂解产燃气中焦油等杂质含量高，缺少有效处理方法，已成为该技术进一步推广的主要障碍。
对生物质焦油进行裂解就是在高温或催化剂的作用下，将焦油裂解为低分子燃气，不仅解决了焦油的危害问题，而且可以提高燃气产量和热值。生物质焦油的裂解，既提高了气化效率，又提高了合成气的利用价值，对发展和推广生物质高品位利用技术具有决定性意义。
秸秆燃气中主要杂质是焦油、灰尘、硫化氢等。灰尘包括秸秆灰分及少量未完全气化的秸秆，焦油是生物质中的挥发分热解干馏时产生的大分子有机物，其中以玉米棒、花生壳为原料的秸秆燃气中焦油含量较高。焦油及灰尘的危害主要是沉积在管道内，堵塞管道和燃具，使罗茨风机在冬季启动困难，最终导致气化机组不能正常运行。硫化氢能腐蚀管道和设备，且燃烧后生成二氧化硫，与水蒸汽混合容易腐蚀管道外表面和其他金属用品，并对人体健康造成危害。对燃气进行净化，主要是满足用户使用和管道输送的要求，减少对环境的污染，同时对脱除的杂质进行回收，实现综合利用。
目前生物质燃气中的焦油、灰尘等杂质的净化工艺方法主要有三种：湿式净化法、干式净化法、干湿结合净化法。湿式法净化法主要采用水洗的方法脱除焦油和灰尘，优点是燃气冷却快，焦油脱除效率高、效果好，净化设备造价低廉、操作简便。缺点是，大量使用洗涤水，造成大量的水资源的浪费，特别是洗后的污水容易对环境造成二次污染。干湿结合净化法，也受到水洗喷淋的限制，可在能承受的污水处理成本压力的条件下使用。干式净化法，避免了水洗造成的二次污染，安全可靠，能收集到相对较纯的焦油，但同时存在除焦效率比较低，工艺流程长，造价高等缺点。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本实用新型提供一种生物质干馏裂解燃气净化装置，根据生物质干馏裂解设备中对生物质原料进行热解和裂解处理后产出的生物质燃气中所含杂质的特性进行分级处理，用以有效去除燃气中的焦油、粉尘等杂质，并避免湿式净化法导致的水污染的问题。
为实现此目的，本实用新型提供一种生物质干馏裂解燃气净化装置，其特征在于，该装置包括：旋风除尘器，通过燃气输送管道与生物质干馏裂解设备的燃气出口连通，该生物质干馏裂解设备对生物质进行干馏裂解之后产生的生物质燃气通过该燃气输送管道引入该旋风除尘器中进行除尘净化，除去生物质燃气中携带的部分颗粒状杂质；催化器，与该旋风除尘器连通，该催化器中设置有用来对大分子焦油进行催化裂解的焦油催化剂，该催化器通过该焦油催化剂对由该旋风除尘器输出的经除尘净化后的生物质燃气中的焦油进行催化裂解以将其转化成可燃气；冷却器，与该催化器连通，对由该催化器输出的经催化裂解后的生物质燃气进行降温处理，使其中的可凝性气体冷凝分离；以及过滤器，与该冷却器连通，该过滤器中包含用以吸附焦油的吸附填料，该过滤器通过该吸附填料吸附过滤由该冷却器输出的经冷却后的生物质燃气中剩余的未裂解的焦油。
根据本实用新型的实施例，该旋风除尘器包括两组共四级旋风分离器，其中第一组包括一级旋风分离器和与之连通的二级旋风分离器，第二组包括三级旋风分离器和与之连通的四级旋风分离器，且该二级旋风分离器与该三级旋风分离器连通，用来引入所述生物质燃气的进气口设置在该一级旋风分离器的一侧，用来输出经除尘净化后的生物质燃料的出气口设置在该四级旋风分离器的上部。
根据本实用新型的实施例，所述四级旋风分离器的每一个所述四级旋风分离器的每一个分别包括：外筒，垂直设置并具有顶部开口和底部开口；排气管，设置在该外筒内的上部中央位置并向外引出；锥形筒，设置在该外筒内的中段并具有其直径基本等于该顶部开口的上部开口和直径较小的下部开口；以及进气管，设置在该外筒上部并沿该外筒的侧壁切向插入，其中从该生物质干馏裂解设备输出的生物质燃气沿该进气管进入该外筒中，生物质燃气的气流呈涡流状沿着该外筒的侧壁向下流动，继而沿着该锥形筒的锥形侧壁向下流动，直至抵达该锥形筒底部，所述气流中包含的炭粉和灰尘借助于离心力向该锥形侧壁移动，并在气流和重力作用下沿该锥形侧壁向下分离沉降，分离沉降后的气流随后呈涡流状反向流动至该外筒上部并从该排气管排出，以进入下级旋风分离器或该催化器。
根据本实用新型的实施例，该旋风除尘器的下部设置有收集从该旋风除尘器分离出的炭粉及灰尘的炭斗，该炭斗与该旋风除尘器的各级旋风分离器的底部连通。
根据本实用新型的实施例，所述焦油催化剂为，碱金属、镍基催化剂或贵金属催化剂，该催化器的工作温度为700℃-900℃。
根据本实用新型的实施例，该冷却器为列管式换热器，其中包含有用来对裂解后的生物质燃气进行热交换的冷凝水。
根据本实用新型的实施例，所述吸附填料为，锯末、秸秆粉末或铁屑。
根据本实用新型的实施例，该生物质干馏裂解设备的用来排出燃烧室中的烟气的烟气输出管在该旋风除尘器的四级旋风分离器之间穿过，并分别贴近所述四级旋风分离器的每一个。
根据本实用新型的实施例，该烟气输出管从该旋风除尘器穿出后连接到蒸汽发生器，该蒸汽发生器以该烟气输出管中烟气的余热为该生物质干馏裂解设备的生物质热裂解反应提供水蒸汽。
本实用新型采用干式净化法对干馏裂解设备产出的燃气进行净化，根据生物质燃气中所含杂质的特性进行分级处理，能够高效去除生物质经干馏裂解产出的燃气中焦油等杂质的含量，保证生物质燃气达到国家相关燃气质量标准要求，避免了湿式净化法容易产生水污染的问题。
附图说明
图1为本实用新型的生物质干馏裂解燃气净化装置的配置示意图
图2为图1所示生物质干馏裂解燃气净化装置的俯视图
图3a为旋风除尘器的其中一级旋风分离器的侧剖视图
图3b为图3a所示旋风分离器的沿A-A线的图横剖视图
其中的附图标记说明如下：
1、旋风除尘器；11、一级旋风分离器；12、二级旋风分离器；13、三级旋风分离器；14、四级旋风分离器；2、催化器；3、冷却器；4、过滤器；5、蒸汽发生器；6、烟气输出管；7、炭斗。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细描述。
图1示出本实用新型的生物质干馏裂解燃气净化装置的配置示意图。该生物质干馏裂解燃气净化装置包括：旋风除尘器1，与生物质干馏裂解设备的燃气出口相连通，该生物质干馏裂解设备对生物质进行干馏裂解之后产生的生物质燃气通过该燃气输送管道引入该旋风除尘器1中进行除尘净化，除去生物质燃气中携带的炭粉、灰尘等大部分颗粒状杂质；催化器2，与该旋风除尘器1连通，该催化器2中设置有用来对大分子焦油进行催化裂解的焦油催化剂，该催化器2通过该焦油催化剂对由该旋风除尘器1输出的经除尘净化后的生物质燃气中未裂解的大分子焦油进行催化裂解以生成可燃气；冷却器3，与该催化器2连通，对由该催化器2输出的经催化裂解后的生物质燃气进行降温处理，使其中的可凝性气体冷凝分离；以及过滤器4，与该冷却器3连通，该过滤器4中包含用以吸附焦油的吸附填料，该过滤器4通过该吸附填料吸附过滤由该冷却器3输出的经冷却后的生物质燃气中携带的少量的未裂解的焦油。
如图2所示，该旋风除尘器1包括两组共四级旋风分离器，第一组包括一级旋风分离器11和与之连通的二级旋风分离器12，第二组包括三级旋风分离器13和与之连通的四级旋风分离器14，且该二级旋风分离器12与该三级旋风分离器13连通，用来引入所述生物质燃气的进气口设置在该一级旋风分离器11的一侧，用来输出经除尘净化后的生物质燃料的出气口设置在该四级旋风分离器14的上部。
该旋风除尘器1的下部设置有炭斗7，该炭斗7与该旋风除尘器的各级旋风分离器的底部连通，用来收集从该旋风除尘器1分离出的炭粉及灰尘等颗粒状杂质。
如图3a和图3b所示，所述四级旋风分离器的每一个分别包括：外筒，垂直设置并具有顶部开口和底部开口；排气管，设置在该外筒内的上部中央位置并向外引出；锥形筒，设置在该外筒内的中段并具有其直径基本等于该顶部开口的上部开口和直径较小的下部开口；以及进气管，设置在该外筒上部并沿该外筒的侧壁切向插入，其中从该生物质干馏裂解设备输出的生物质燃气沿该进气管进入该外筒中，生物质燃气的气流呈涡流状沿着该外筒的侧壁向下流动，继而沿着该锥形筒的锥形侧壁向下流动，直至抵达该锥形筒底部，所述气流中包含的炭粉和灰尘借助于离心力向该锥形侧壁移动，并在气流和重力作用下沿该锥形侧壁向下分离沉降，最终落入炭斗7而达到分离的目的。在将炭粉和灰尘分离沉降后，气流随后呈涡流状反向(即向上)流动至该外筒上部并从该排气管排出，以进入下级旋风分离器或该催化器2。气流向上流动是因为在本实用新型的净化装置后面设有罗茨风机用来保证整个净化装置内具有负压，同时能够向储气装置内送气，这样气体会在净化装置内顺利流动。
具体而言，针对旋风除尘器1的四级旋风分离器结构，含尘气流首先由旋风分离器的一级旋风分离器11的外筒侧壁切向进入其中，绕该旋风分离器11的外筒内壁作旋转运动，尘降粒借助于离心力向外壁移动并到达壁面，在气流和重力作用下沿侧壁逐渐向下分离沉降，分离沉降后的气流在该一级旋风分离器11的上部中央从排气管排出并进入二级旋风分离器12，重复此处理并依次进入下一级旋风分离器，直至从四级旋风分离器14的中央排气管排出而进入催化器2。
该催化器2内填充的焦油催化剂是颗粒状催化剂，例如为，碱金属、镍基催化剂或贵金属催化剂，用于对生物质燃气中携带的大分子焦油进行催化裂解，该催化器2的工作温度例如为700℃-900℃。
该冷却器3为列管式换热器，流经列管的冷凝水与流经壳程的裂解后生物质燃气进行热交换，降低生物质燃气的温度以便于下一级处理。
该过滤器4中的所述吸附填料例如为锯末、秸秆粉末或铁屑。
根据本实用新型的一个实施例，从该生物质干馏裂解设备的燃烧室排出的烟气经由烟气输出管6在该旋风除尘器1的四级旋风分离器之间穿过，并分别贴近所述四级旋风分离器的每一个。
该烟气输出管6从该旋风除尘器1穿出后连接到蒸汽发生器5，该蒸汽发生器5以该烟气输出管6中烟气的余热为该生物质干馏裂解设备的生物质热裂解反应提供水蒸汽。
下面结合图2对本实用新型的生物质干馏裂解燃气净化装置的工作流程进行描述。
如图2所示，由生物质干馏裂解设备产出的气化产物(生物质燃气)由旋风除尘器1的一级旋风分离器11的进气管进入，完成一级除尘后进入二级旋风分离器12，然后依次进入三级旋风分离器13和四级旋风分离器14，最后，完成四级除尘之后的燃气进入催化器2以进行催化裂解反应。
同时，在四级旋风分离器11-14之间有烟气输出管6贴身穿过，为这些旋风分离器提供热量，防止生物质燃气中的焦油因温度降低而在旋风分离器中冷凝。烟气输出管6在穿过旋风分离器后连接至蒸汽发生器5，利用烟气的余热为生物质干馏裂解设备的生物质热裂解反应提供水蒸汽。
生物质燃气由旋风除尘器1进入后面的催化器2，催化器2内装有焦油催化剂，用以催化裂解生物质燃气中的大分子焦油。在催化器2内，前期热裂解产生的大分子产物焦油被催化为小分子气体产物，转化率为90％-97％。
然后，生物质燃气由催化器2进入冷却器3，在冷却器3内生物质燃气被降温，在此过程中，生物质燃料中的水蒸汽及大部分低沸点有机物等物质冷凝，生物质燃气因此而被提纯。
最后，生物质燃气由冷却器3进入过滤器4，在过滤器4内填充有吸附填料，用于吸附除去生物质燃气内残留的未除去的大分子焦油，经过过滤器4处理后，生物质燃气中焦油的含量基本达到国家燃气标准。
本实用新型采用干式净化法对干馏裂解设备产出的燃气进行净化，且根据生物质燃气中所含杂质的特性进行分级处理，能够高效去除生物质经干馏裂解产出的燃气中焦油等杂质的含量，保证生物质燃气达到国家相关燃气质量标准要求，避免了湿式净化法容易产生水污染的问题。

Claims (9)

1.一种生物质干馏裂解燃气净化装置，其特征在于，该装置包括：
旋风除尘器(1)，通过燃气输送管道与生物质干馏裂解设备的燃气出口连通，该生物质干馏裂解设备对生物质进行干馏裂解之后产生的生物质燃气通过该燃气输送管道引入该旋风除尘器(1)中进行除尘净化，除去生物质燃气中携带的部分颗粒状杂质；
催化器(2)，与该旋风除尘器(1)连通，该催化器(2)中设置有用来对大分子焦油进行催化裂解的焦油催化剂，该催化器(2)通过该焦油催化剂对由该旋风除尘器(1)输出的经除尘净化后的生物质燃气中的焦油进行催化裂解以将其转化成可燃气；
冷却器(3)，与该催化器(2)连通，对由该催化器(2)输出的经催化裂解后的生物质燃气进行降温处理，使其中的可凝性气体冷凝分离；以及
过滤器(4)，与该冷却器(3)连通，该过滤器(4)中包含用以吸附焦油的吸附填料，该过滤器(4)通过该吸附填料吸附过滤由该冷却器(3)输出的经冷却后的生物质燃气中剩余的未裂解的焦油。
2.根据权利要求1所述的生物质干馏裂解燃气净化装置，其特征在于，该旋风除尘器(1)包括两组共四级旋风分离器，其中第一组包括一级旋风分离器(11)和与之连通的二级旋风分离器(12)，第二组包括三级旋风分离器(13)和与之连通的四级旋风分离器(14)，且该二级旋风分离器(12)与该三级旋风分离器(13)连通，用来引入所述生物质燃气的进气口设置在该一级旋风分离器(11)的一侧，用来输出经除尘净化后的生物质燃料的出气口设置在该四级旋风分离器(14)的上部。
3.根据权利要求2所述的生物质干馏裂解燃气净化装置，其特征在于，所述四级旋风分离器的每一个分别包括：
外筒，垂直设置并具有顶部开口和底部开口；
排气管，设置在该外筒内的上部中央位置并向外引出；
锥形筒，设置在该外筒内的中段并具有其直径基本等于该顶部开口的上部开口和直径较小的下部开口；以及
进气管，设置在该外筒上部并沿该外筒的侧壁切向插入，其中
从该生物质干馏裂解设备输出的生物质燃气沿该进气管进入该外筒中， 生物质燃气的气流呈涡流状沿着该外筒的侧壁向下流动，继而沿着该锥形筒的锥形侧壁向下流动，直至抵达该锥形筒底部，所述气流中包含的炭粉和灰尘借助于离心力向该锥形侧壁移动，并在气流和重力作用下沿该锥形侧壁向下分离沉降，分离沉降后的气流随后呈涡流状反向流动至该外筒上部并从该排气管排出，以进入下级旋风分离器或该催化器(2)。
4.根据权利要求2所述的生物质干馏裂解燃气净化装置，其特征在于，
该旋风除尘器(1)的下部设置有收集从该旋风除尘器(1)分离出的炭粉及灰尘的炭斗(7)，该炭斗(7)与该旋风除尘器(1)的各级旋风分离器的底部连通。
5.根据权利要求1所述的生物质干馏裂解燃气净化装置，其特征在于，所述焦油催化剂为碱金属、镍基催化剂或贵金属催化剂，该催化器(2)的工作温度为700℃-900℃。
6.根据权利要求1所述的生物质干馏裂解燃气净化装置，其特征在于，该冷却器(3)为列管式换热器，其中包含有用来对裂解后的生物质燃气进行热交换的冷凝水。
7.根据权利要求1所述的生物质干馏裂解燃气净化装置，其特征在于，所述吸附填料为锯末、秸秆粉末或铁屑。
8.根据权利要求2至4的任意一项所述的生物质催化裂解燃气净化装置，其特征在于，该生物质干馏裂解设备的用来排出燃烧室中的烟气的烟气输出管(6)在该旋风除尘器(1)的四级旋风分离器之间穿过，并分别贴近所述四级旋风分离器的每一个。
9.根据权利要求8所述的生物质催化裂解燃气净化装置，其特征在于，该烟气输出管(6)从该旋风除尘器(1)穿出后连接到蒸汽发生器(5)，该蒸汽发生器(5)以该烟气输出管(6)中烟气的余热为该生物质干馏裂解设备的生物质热裂解反应提供水蒸汽。 
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