一种热解气原位监测与自动化调控系统

本技术涉及一种热解气原位监测与自动化调控系统，属于废弃物资源化利用和热化学转化。

背景技术：

1、我国每年生产大量的煤矸石、含油污泥、废弃塑料、橡胶、农作物秸秆、餐厨垃圾、有机污泥、生活垃圾等工业、农业或其他有机固体废弃物。这些固体废弃物的高价值资源化利用对于我国实现“碳达峰、碳中和”双碳目标，解决资源、环境与需求之间的矛盾至关重要，也是经济社会可持续发展的客观要求。将我国大量的有机固体废弃物转化为能源、化学品或者其他功能性新材料不仅可创造经济、社会价值，也避免了这些有机废弃物的填埋和焚烧对环境造成的污染和破坏。

2、近年来，热化学转化技术在有机固体废弃物资源化利用方面展现出巨大前景。其中，热解技术是有机固体废弃物资源化利用的重要技术之一，非常适用于原料组成复杂、转化过程控制难的有机固体废弃物的清洁、高效转化。热解技术在固体废弃物的资源化利用和无害化处理等方面的应用受到广泛重视。热解工艺是在无氧或限氧条件下，将有机废弃物中的有机大分子在高温下裂化，转化为多种固态、液态和气态产品的热化学转化过程。迄今，科学界和工业界已经开发了多种催化裂解、快速热解、慢速热解、微波辅助热解等热解系统和不同规格的基于固定床、流化床、回转窑和螺旋反应器热解装置，以满足不同的有机废弃物热解需求。

3、在热解过程中，有机废弃物原料在高温下裂解，形成大量的气体和固态产物。热解形成的气体中可凝的组分经多级冷凝后转化为液态产物，不可凝的组分形成热解气(参阅图1)。热解气的主要成分为一氧化碳、二氧化碳、氢气以及甲烷、乙烯、丙烯等小分子烃类化合物。热解气热值高，是一种清洁能源。将热解气直接燃烧可为热解过程提供能量，不但减少了热解过程对于外部能源的需求，降低了相关工艺的碳排放，多余的热解气还可用于热电联产，提高热解工艺的经济效益。

4、工业热解大宗有机固体废弃物的生产装置处理的原料量大，目前多采用工业螺旋式反应器或回转式反应器，且生产工艺通常为连续化生产。虽然在生产过程中会在原料进入热解装置之前进行预处理，由于工业固体废弃物原料成分比较复杂，原料的非均质性和柱塞式的进料方式容易导致原料输送和进料系统不稳定。另一方面，在热解过程中，原料在热解装置内受热发生多种热裂解反应。由于工业热解装置体积较大，且在工业螺旋式反应器或回转式反应器内物料处于翻动状态，受热不均匀，热解过程生产的热解气的压力和气量具有不稳定性和波动性，热解气压力和气量的波动可能导致热解装置中多种传动、转动和密封装置不稳定。另外，热解过程直接生产的热解气中通常含有少量焦油和粉尘，也会导致热解气气体流动的不稳定和波动性。利用热解工艺生产的热解气为相关热解过程提供能量或进行热电联产时，热解气的不稳定易导致热解气燃烧不充分或者不完全，燃烧供能系统不稳定，进而影响热解系统的运行稳定性。因此，非常有必要开发一种可实时原位监测热解气压力、温度变化并自动化调控热解气燃烧供能的调控系统，通过对热解装置中生产的热解气的原位、实时监测与调控，稳定热解气燃烧供能系统，保障热解装置的能量供应、运行的稳定性以及热解过程的经济效益。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种热解气原位监测与自动化调控系统，在原位利用热解气为能源载体时，所述系统通过原位、实时监测有机固体废弃物热解过程生产的高温热解气的温度和压力，并根据监测结果实时自动化调节热解气、空气的流量和压力，提高热解气的燃烧效率和热解气燃烧供能系统的稳定性，保障热解装置运行稳定性。

2、本实用新型所提供的热解气原位监测与自动化调控系统，包括热解气燃烧装置、空气风机和控制模块；

3、所述热解气燃烧装置分别与第二气体传输管道、空气传输管道和尾气传输管道连接，所述空气传输管道与所述空气风机连接，所述第二气体传输管道用于通入热解气；

4、所述控制模块能够监测热解气和所述尾气传输管道排放的燃烧尾气的温度和压力，并依此调节热解气和所述空气传输管道内输送的空气的流量和运行压力。

5、优选地，所述第二气体传输管道还与第一气体传输管道连接；

6、所述第一气体传输管道的另一端用于连接热解装置，所述第一气体传输管道上依次设有热解气预处理装置和多级冷凝装置；

7、优选地，所述热解气预处理装置为热解气除尘、净化装置；

8、所述多级冷凝装置为循环水冷多级冷凝装置，将高温气体中的可凝组分冷凝，生产出水溶性或有机小分子液体产物；部分净化后的不可凝热解气进行燃烧。

9、优选地，所述第一气体传输管道的末端还与一热解气储存装置连接，以储存未被利用的热解气。

10、优选地，所述第一气体传输管道和所述尾气传输管道上均设有传感装置；

11、所述传感装置内设有压力传感器和温度传感器；

12、所述传感装置与所述控制模块连接，以实现对热解气和燃烧尾气的温度和压力的监测。

13、具体地，所述第一气体传输管道和所述第二气体传输管道上均设有自动控制阀门组；

14、所述空气传输管道上设有自动控制阀门；

15、所述控制模块与所述自动控制阀门组和所述自动控制阀门连接，以实现对热解气和空气的流量和运行压力的调节；

16、所述自动控制阀门为自动控制蝶阀或自动控制球阀；

17、所述自动控制阀门组为自动控制蝶阀阀门组或自动控制球阀阀门组。

18、优选地，所述空气风机为可调节空气流量和压力的工业空气鼓风机。

19、本实用新型中，通过控制模块和设置在不同管道上的传感装置实时、原位监测热解气和热解气燃烧尾气的温度和压力。同时，根据监测结果通过连接在控制模块上的多组自动控制阀门和阀门组，自动调节系统中热解气和空气的流动状态，确保工艺在可控、稳定的状态下运行。另外，通过自动化的监测与控制，可为工程技术人员提供更多的热解装置运行状态的实时信息，减少人工操作，进一步保障热解装置运行的稳定性、安全性和高效性。

技术特征：

1.一种热解气原位监测与自动化调控系统，其特征在于：包括热解气燃烧装置、空气风机和控制模块；

2.根据权利要求1所述的热解气原位监测与自动化调控系统，其特征在于：所述第二气体传输管道还与第一气体传输管道连接；

3.根据权利要求2所述的热解气原位监测与自动化调控系统，其特征在于：所述热解气预处理装置为热解气除尘、净化装置；

4.根据权利要求2或3所述的热解气原位监测与自动化调控系统，其特征在于：所述第一气体传输管道的末端还与热解气储存装置连接。

5.根据权利要求2或3所述的热解气原位监测与自动化调控系统，其特征在于：所述第一气体传输管道和所述尾气传输管道上均设有传感装置；

6.根据权利要求5所述的热解气原位监测与自动化调控系统，其特征在于：所述第一气体传输管道和所述第二气体传输管道上均设有自动控制阀门组；

7.根据权利要求6所述的热解气原位监测与自动化调控系统，其特征在于：所述自动控制阀门为自动控制蝶阀或自动控制球阀；

8.根据权利要求5所述的热解气原位监测与自动化调控系统，其特征在于：所述传感装置内设有压力传感器和温度传感器。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的热解气原位监测与自动化调控系统，其特征在于：所述空气风机为可调节空气流量和压力的工业空气鼓风机。

技术总结
本技术公开了一种热解气原位监测与自动化调控系统。所述系统包括热解气燃烧装置、空气风机和控制模块；热解气燃烧装置分别与第二气体传输管道、空气传输管道和尾气传输管道连接，空气传输管道与空气风机连接，第二气体传输管道用于通入热解气；控制模块能够监测热解气和尾气传输管道排放的燃烧尾气的温度和压力，并依此调节热解气和空气的流量和运行压力。本技术热解气原位监测与自动化调控系统运行过程中，通过原位、实时监测有机固体废弃物工业热解过程生产的热解气的温度和压力，并根据监测结果实时自动化调节热解气、空气的流量和运行压力，提高热解气的燃烧效率和热解气燃烧供能系统的稳定性，保障热解装置稳定、高效运行。

技术研发人员：张展荣,韩布兴,吴天斌
受保护的技术使用者：中国科学院化学研究所
技术研发日：20230810
技术公布日：2024/3/27