生物質氣化焦油處理系統和方法
2023-09-18 21:06:20 1
專利名稱：生物質氣化焦油處理系統和方法
技術領域：
本發明涉及到一種生物質氣化除焦油的方法，更具體地說是一套降低生物質氣中焦油含量的系統。
背景技術：
生物質作為一種利用前景廣闊的清潔能源，具有產量豐富、可再生的優點，將生物質資源轉化為生物乙醇、生物柴油，可以部分替代石油，緩解石油資源不足的現狀。生物質利用的途徑有多種，如直接燃燒、氣化轉化等，其中高效的生物質能轉化方法有生化轉化法和熱化學轉化法。生物化學轉換技術主要以厭氧消化技術和特種酶技術為主。熱化學方法包括熱解、液化及氣化等。近年來，生物質氣化技術憑藉其簡單、投資成本低等優點，被廣泛的應用於生產與試驗研究。由生物質氣化爐氣化所得熱生物質燃氣，經除塵等過濾裝置除去大顆粒灰塵後， 在熱狀態下直接燃燒供熱，是一種比直接燃燒和其他氣化供熱方式熱效率更高的生物質利用形式。其不存在對水的二次汙染問題，而且投資規模相對較小、運行維修費用較低、適應性強，但由於生物質氣化導致重質碳氫化合物的形成(主要是焦油)，導致在下遊處理設備如發動機和過濾器處出現冷凝和阻塞，引發嚴重的運行問題，從而限制了生物質燃氣利用的發展。目前，該種燃氣主要作為農村炊事用能，並設計有專門的灶具，但作為工業燃料還不常見，主要被應用於木材、糧食、穀物及菸葉等農副產品的乾燥方面，研究的側重點在於整個系統的搭建與選擇上，在對生物質燃氣焦油處理方面的研究的報導還很少，使生物質燃氣更加高效合理的利用受到限制。因此本發明利用焦油的特性設計出一套能高效率地降低生物質氣中焦油含量的系統無疑是一項比較有發展前景的舉措。
發明內容
本發明的目的是，克服現有技術的缺陷，提供一套結構簡單、造價低廉、高效率的焦油處理系統，能夠有效的解決生物質氣化生產出的燃氣與供氣設備相連接後，過量的焦油影響設備使用，致使管道堵塞的問題。實現本發明的技術方案是
生物質氣化焦油處理系統，包括旋風分離器、冷凝器、噴淋水洗塔、木炭吸附罐和活性炭吸附罐；
所述旋風分離器上設有第一生物質燃氣入口和第一生物質燃氣出口，在旋風分離器的底部設有出灰口；
所述冷凝器由U型管和水夾套組成，所述水夾套設有第二生物質燃氣入口、第二燃氣出口、冷卻水進口、出水口和第一焦油出口，第一焦油出口通過管道和焦油儲室連接，焦油儲室底部設有重焦油出口 ；所述水夾套內設有所述U型管，U型管底部設有U型管底部出口，U型管上端兩個口分別和的第二生物質燃氣入口、第二生物質燃氣出口連接，所述U型管底部出口和第一焦油出口連接；
所述噴淋水洗塔下部設有第三生物質燃氣入口，頂部設有第三生物質燃氣出口，底部設有輕焦油出口，噴淋水洗塔內上部設有噴淋裝置；
所述旋風分離器的第一生物質燃氣出口通過管道和所述水夾套的第二生物質燃氣入口連接，第二生物質燃氣出口通過管道和噴淋水洗塔的第三生物質燃氣入口連接。上述技術方案中，旋風分離器是由不鏽鋼或者合金製造的高效率的除塵設備。所述冷凝器是本系統中的核心設備，其內部設有U型管，U型管外部為水夾套，冷卻水由水夾套下端冷卻水進口進入，上端冷卻水出口流出。流動的冷水和U型管內部的熱的生物質氣進行換熱，並在U型管的底部接焦油儲室，用於接收初步冷凝下來焦油。通過旋風分離器和冷凝器初步淨化後的生物質氣再通過噴淋水洗塔進行水洗除焦油，該水洗塔設有噴淋裝置，氣體從塔底進入，冷水從塔頂噴淋而出，使得氣體和水分更充分的接觸，提高了水洗效率。最後水洗過後的生物質燃氣再通過木炭吸附罐和活性炭吸附罐更進一步的進行焦油吸附處理。生物質氣化後燃氣經過以上各設備通過管道、閥門串聯後進行焦油處理， 最終得到潔淨的，高熱值的生物質燃氣。作為本發明的進一步改進，所述冷凝器接冷水管道內設有自動溫度控制系統，通過檢測冷卻水出口溫度來控制冷卻水進口流量，當冷卻水出口溫度過低高，會自動提高冷卻水出口的流量，有效的提高焦油冷凝效率。作為本發明的進一步改進，所述第一焦油出口通過管道和焦油儲室連接，焦油儲室底部設有重焦油出口，重焦油出口的管道上加一潛水閥，便於焦油的排出。作為本發明的進一步改進，所述噴淋水洗塔的底部裝有過濾水循環設備，過濾分離出水和焦油，過濾水循環設備的水出口和所述噴淋裝置連接，經過過濾循環使得噴淋水洗的用水量大大減少，節約了成本。作為本發明的進一步改進，所述兩個吸附罐中的木炭和活性炭，分別可以使用生物質氣化爐氣化後的木炭，對其生物質氣化爐加裝一活性炭活化設備便可得到用於吸附焦油的活性炭，使得資源利用更加完善。實現本發明目的的另一技術方案是；
一套生物質氣化焦油處理系統使用方法，該方法的步驟為
1)在系統工作前確保各進氣閥門打開，出油閥門關閉；
2)生物質氣化燃氣首先經過本系統的第一部分旋風分離器，進行除塵和少量的焦油沉
澱；
3)經過除塵後的生物質氣通過冷凝器進行大部分的焦油冷凝處理，此時通過自動溫度控制系統調節冷卻水的流量冷凝出氣體中大部分的焦油，冷凝下來的液體焦油進入到焦油儲室中，當焦油含量到達一定程度時，打開潛水閥，放出焦油；
4)除去大部分的焦油通過噴淋水洗塔進行水洗除焦，焦油和水的混合物沉澱於塔底；
5)水洗後的燃氣通過後續設備木炭吸附罐和活性炭吸附罐中進行進一步的精脫焦，最終得到潔淨的生物質氣。所述步驟(2)中開始通入的生物質氣可以是由生物質固定床氣化爐產生的生物質燃氣，也可以是由生物質流化床氣化爐產生的生物質燃氣。作為本發明的進一步改進，所述步驟(4)中進一步包括，衝淋後的出水經過油水分離處理後，循環使用。本發明結構簡單，易於實施，採用本發明可有效的排除生物質燃氣中焦油含量高堵塞管道設備的難題。在實現去除燃氣中焦油的同時還得到了可以二次利用的焦油，使得能源利用的效率大大的提高了，具有較大的經濟效益和社會效益。
圖1為本發明生物質氣化焦油處理系統的裝置示意其中1-旋風分離器；2-冷凝器；3-噴淋水洗塔；4-木炭吸附罐；5-活性炭吸附罐； 6-焦油儲室；7-過濾循環裝置；A-第一熱生物質氣進口 ；B-潔淨生物質氣出口 ；C-出灰口 ； D-冷卻水進口 ；E-冷卻水出口 ；F-噴淋裝置入水口 ；G-重焦油出口 ；H-輕焦油出口 ；a、b、 c、e、f、g-進氣閥門，d-潛水閥，g-出油閥門，12-第一生物質燃氣出口，21-第二生物質燃氣入口，25-第一焦油出口，26-U型管，27-U型管底部出口，28-U型管上端第一口，29-U型管上端第二口，31-第三生物質燃氣入口，32-第三生物質燃氣出口，33-噴淋裝置，34-過濾水循環設備的水出口。
具體實施例方式下面結合實施例做進一步說明。實施例1
如圖1所示，生物質氣化焦油處理系統，包括旋風分離器1、冷凝器2、噴淋水洗塔3、木炭吸附罐4和活性炭吸附罐5。旋風分離器1上設有第一生物質燃氣入口 A和第一生物質燃氣出口 12，在旋風分離器的底部設有出灰口 C;
冷凝器2設有第二生物質燃氣入口 21、第二燃氣出口 22、冷卻水進口 D、出水口 E和第一焦油出口 25，第一焦油出口 25通過管道和焦油儲室6連接，焦油儲室6底部設有重焦油出口 G，重焦油出口的管道上加一潛水閥d。冷凝器2內設有U型管26，U型管底部設有U 型管底部出口 27，U型管上端兩個口 28、四分別和的第二生物質燃氣入口 21、第二生物質燃氣出口 22連接，U型管底部出口 27和第一焦油出口 25連接。噴淋水洗塔3下部設有第三生物質燃氣入口 31，頂部設有第三生物質燃氣出口 32，底部設有輕焦油出口 H，噴淋水洗塔內上部設有噴淋裝置33 ；噴淋水洗塔的底部裝有過濾水循環裝置7，過濾水循環設備的水出口 34和噴淋裝置入水口 F連接。旋風分離器4的第一生物質燃氣出口 12通過管道和冷凝器第二生物質燃氣入口 21連接，第二生物質燃氣出口 22通過管道和噴淋水洗塔的第三生物質燃氣入口 31連接，經過處理的生物質燃氣從潔淨生物質氣出口 B流出。實施例2
首先生物質通過生物質固定床氣化爐進行氣化(包括空氣氣化、氧氣氣化、水蒸氣氣化、氧氣-水蒸氣混合氣化、空氣-氧氣混合氣化)，其氣化燃氣通過本系統淨化，包括以下步驟
1)在系統工作前確保進氣閥門3、13、(3、6、€打開，(14閥門關閉；
2)生物質氣化燃氣A首先經過本系統的旋風分離器1，進行除塵和少量的焦油沉澱；3)經過除塵後的生物質氣通過冷凝器2進行大部分的焦油冷凝處理，此時通過自動溫度控制系統調節冷卻水的流量冷凝出氣體中大部分的焦油，冷凝下來的液體焦油進入到焦油儲室6中，當焦油含量到達一定程度時，潛水閥d打開，放出焦油；
4)除去大部分的焦油通過噴淋水洗塔進行水洗除焦，焦油和水的混合物沉澱於塔底， 油水分離後，經過水循環繼續水洗燃氣；
5)水洗後的燃氣通過後續設備木炭吸附罐4和活性炭吸附罐5中進行進一步的精脫焦，最終得到潔淨的生物質氣B。氣化除焦結束後，清除焦油儲室6中的焦油，清除噴淋水洗塔3中的焦油和水，關閉所有閥門。實施例3
本例與實施例2基本相同，不同的是所用的生物質燃氣是由生物質流化床氣化爐產生。
權利要求
1.生物質氣化焦油處理系統，其特徵是，該系統包括旋風分離器、冷凝器、噴淋水洗塔、 木炭吸附罐和活性炭吸附罐；所述旋風分離器上設有第一生物質燃氣入口和第一生物質燃氣出口，在旋風分離器的底部設有出灰口；所述冷凝器由U型管和水夾套組成，所述水夾套設有第二生物質燃氣入口、第二燃氣出口、冷卻水進口、出水口和第一焦油出口，第一焦油出口通過管道和焦油儲室連接，焦油儲室底部設有重焦油出口 ；所述水夾套內設有所述U型管，U型管底部設有U型管底部出口，U型管上端兩個口分別和的第二生物質燃氣入口、第二生物質燃氣出口連接，所述U型管底部出口和第一焦油出口連接；所述噴淋水洗塔下部設有第三生物質燃氣入口，頂部設有第三生物質燃氣出口，底部設有輕焦油出口，噴淋水洗塔內上部設有噴淋裝置；所述旋風分離器的第一生物質燃氣出口通過管道和所述水夾套的第二生物質燃氣入口連接，第二生物質燃氣出口通過管道和噴淋水洗塔的第三生物質燃氣入口連接。
2.根據權利要求1所述的物質氣化焦油處理系統，其特徵是，所述冷凝器接冷卻水進口的冷水管道內設有自動溫度控制系統。
3.根據權利要求1所述的物質氣化焦油處理系統，其特徵是，所述第一焦油出口通過管道和焦油儲室連接，焦油儲室底部設有重焦油出口，重焦油出口的管道上加一潛水閥。
4.根據權利要求1所述的物質氣化焦油處理系統，所述噴淋水洗塔的底部裝有過濾水循環設備，過濾水循環設備的水出口和所述噴淋裝置連接。
5.5、根據權利要求1所述的物質氣化焦油處理系統，所述木炭吸附罐和活性炭吸附罐中材料使用生物質氣化爐所產木炭。
6.一套生物質氣化焦油處理系統使用方法，其特徵是，該方法的步驟為1)在系統工作前確保各進氣閥門打開，出油閥門關閉；2)生物質氣化燃氣首先經過本系統的第一部分旋風分離器，進行除塵和少量的焦油沉澱；3)經過除塵後的生物質氣通過冷凝器進行大部分的焦油冷凝處理，此時通過自動溫度控制系統調節冷卻水的流量冷凝出氣體中大部分的焦油，冷凝下來的液體焦油進入到焦油儲室中，當焦油含量到達一定程度時，潛水閥d打開，放出焦油；4)除去大部分的焦油通過噴淋水洗塔進行水洗除焦，焦油和水的混合物沉澱於塔底；5)水洗後的燃氣通過後續設備木炭吸附罐和活性炭吸附罐中進行進一步的精脫焦，最終得到潔淨的生物質氣。
7.根據權利要求7所述的焦油處理方法，其特徵在於，所述步驟(2)中開始通入的生物質氣是由生物質固定床氣化爐產生的生物質燃氣。
8.根據權利要求7所述的城市生活垃圾氣化方法，其特徵在於，所述步驟(2)中開始通入的生物質氣是由生物質流化床氣化爐產生的生物質燃氣。
9.根據權利要求7所述的城市生活垃圾氣化方法，其特徵在於，所述步驟(4)中進一步包括，衝淋後的出水經過油水分離處理後，循環使用。
全文摘要
生物質氣化焦油處理系統和方法，包括旋風分離器、冷凝器、噴淋水洗塔、木炭吸附罐和活性炭吸附罐；旋風分離器上設有第一生物質燃氣入口和第一生物質燃氣出口，底部設有出灰口；冷凝器由U型管和水夾套組成，水夾套內設有U型管，U型管底部設有U型管底部出口，U型管上端兩個口分別和的第二生物質燃氣入口、第二生物質燃氣出口連接，U型管底部出口和第一焦油出口連接；噴淋水洗塔下部設有第三生物質燃氣入口，頂部設有第三生物質燃氣出口，底部設有輕焦油出口，噴淋水洗塔內上部設有噴淋裝置；旋風分離器的第一生物質燃氣出口通過管道和水夾套的第二生物質燃氣入口連接，第二生物質燃氣出口通過管道和噴淋水洗塔的第三生物質燃氣入口連接。
文檔編號C10K1/32GK102226113SQ20111010592
公開日2011年10月26日 申請日期2011年4月26日 優先權日2011年4月26日
發明者丁楊惠勤, 廖傳華, 朱躍釗, 陳海軍 申請人:南京工業大學