一种生物质热解炭化混合气配气方法及装备与流程

本发明属于可再生能源技术领域，具体涉及一种生物质热解炭化混合气配气方法及装备，该装备适用于不同条件下的生物质热解炭化混合气的配制，工作中不仅能实现具体不同成分的生物质热解气的配制，而且能够模拟出实际情况下生物质热解炭化时所产生的热解气所具备的温度、压力、流量等条件。

背景技术：

生物质热解气主要是由、N₂、H₂、CO、CO₂、CH₄等小分子气体以及水蒸气和气态下的焦油组成，可燃气体含量较高，可用于燃料，其中焦油成分复杂含有大量的能量，但是不容易直接利用，可以对其进行催化热裂解分解成可燃小分子气体收集利用。

目前，在焦油的催化裂解实验研究中，催化剂选择及对催化环境的控制是两个重要方面，国内外在焦油催化裂解方面研究以及取得显著进展，但是在实验研究方面仍存在一些问题，例如：焦油裂解性能的确定需要经过许多次试验的验证，在生物质热解炭化及焦油催化裂解整个装置中，进行后端的催化裂解实验则每次都需要先开启前端热解炭化产生热解气，这样既耗费能源又在产气上浪费不少时间。

技术实现要素：

本发明目的是为了解决背景技术所述目前焦油催化裂解实验研究中生物质能源耗费及产气浪费时间问题，公开一种生物质热解炭化混合气配气方法及装备，这种装置可以根据生物质热解气组分配制出一种与之成分接近的类似混合物，在进行催化裂解实验时可以直接用它代替生物质热解气，这样可以更快的进行多组实验的对比。其特征在于，该装置主要包括气体输送装置1、一级气液混合预热装置2、输水装置3、焦油预热输送装置4、二级气液混合预热装置5、和控制系统6、，气体输送装置1后端连接一级气液混合预热装置2，一级气液混合预热装置2下端连接输水装置3，一级气液混合预热装置2出样口通过电磁阀207连接二级气液混合预热装置5，其中焦油预热输送装置4与二级气液混合预热装置5连接，整个进气装置由控制系统6调控。

所述气体输送装置1主要由压力表103、减压阀104、质量流量计105、控制调节阀106、手动阀101和单向阀107组成，其中压力表和减压阀控制前后气体压力，质量流量计105控 制气体流量，控制调节阀106、手动阀101和单向阀107控制气体输送，由此保证精确定量的气体准确的输送到后端。

所述一级气液混合预热装置2主要由炉体201、加热器203、保温装置202、气体混合容器204、热电偶208、压力表205、爆破阀206、电磁阀207和伴热装置209组成，下端连接气体输送装置1和输水装置3，其中加热器203控制炉体201内部温度在300℃，通过输水装置输送来的液态水进入炉体内迅速被气化成水蒸气，与气体输送装置1输送来的混合气体一起进入气体混合容器204进行混合预热，经过充分混合预热温度达到300℃时，电磁阀207会自动打开阀门使混合预热后的气体经过伴热装置209输送到后端的二级气液混合预热装置5。

所述输水装置3主要由储水罐301、过滤器302、计量泵303、压力表304、手动阀305和单向阀306组成，其中计量泵303提供动力并控制水流量，把一定量的水输送到后端连接的一级气液混合预热装置2。

所述焦油预热输送装置4主要由储油罐401、加热器402、N₂密封装置403、手动阀404、过滤装置405、转换杆406、计量泵407、压力表408和伴热装置409组成，储油罐上部采用N₂密封装置403进行密封，已知一定范围内温度越高焦油的流动性越好，其中加热器402保证焦油预热到100℃左右，以此提高焦油的流动性能，再由计量泵407提供动力和控制焦油流量，并经过伴热装置409保证焦油在输送过程中不会冷却下来堵塞管道，把预热后的焦油输送到二级气液混合预热装置5内进行混合预热。

所述焦油预热输送装置4中，焦油过滤装置由两个过滤器405组成，两个过滤器由转换杆406连接，在对焦油进行输送前要对焦油进行过滤处理，防止大的颗粒物堵塞管道影响输送，两个过滤器405可以由转换杆406进行转换使用，当对过滤器405进行清洗时也可保证整个装置连续不间歇的运行。

所述二级气液混合预热装置5主要由炉体501、保温装置502、加热器503、气液混合容器504、热电偶505、压力表506、爆破阀507和减压阀508组成，加热器503控制气液预热温度在350℃～450℃，后端接减压阀508控制出气压强为0.3MPa。

所述二级气液混合预热装置5中，气液混合容器504下端连接一级气液混合预热装置2，上端连接焦油输送口和混合气出样口，其中液体焦油喷洒落在折流板510上，再经过下端连 接一级气液混合预热装置2输送过来的300℃混合气吹送，使焦油充分预热气化，最后由上端混合气出样口送出。

所述二级气液混合预热装置5中，预热炉体501由上下两段炉构成，属于可拆卸式炉体，并采用法兰509连接，由于焦油在高温下容易结焦产生积碳，不经常清理会导致堵塞炉体，影响以后得装置运行情况，此下段炉体可拆卸便于清理内部焦油的结焦，下端连接排污口。

所述控制系统6主要由控制主机601、电磁阀207、质量流量计105、计量泵一303、计量泵二407、加热器一203、加热器二402、加热器三503、热电偶一208、热电偶二505组成，将混合配气过程中的气体流量、液体流量、气体压力、预热炉温等参数通过电脑终端显示记录。

具体而言，本发明专利与现有技术相比有以下优点：

1)本发明中的一种生物质热解炭化混合气配气方法及装备，该装置适用于不同条件下的生物质热解炭化混合气的配制，工作中不仅能实现具体不同成分的生物质热解气的配制，而且能够模拟出实际情况下生物质热解炭化时所产生的热解气所具备的温度、压力、流量等条件。

2)本发明中焦油预热输送装置，利用焦油在一定范围内温度越高流动性越好的性能，在焦油输送过程中进行预热到100℃。同时经过伴热到下一装置内，以保证焦油在输送过程中不会堵塞管道，并且可以准确的输送所需焦油量。

3)本发明中的二级气液混合预热装置，一是把经过预热后的多种气体与水蒸气的混合气从容器底部向上吹送，在此装置中实现与焦油的充分混合，并把液态焦油进行完全气化，二是可拆卸式炉体解决了焦油高温积碳结焦问题。

4)本发明中采用控制系统对装置运行数据进行精确控制，将混合配气过程中的气体流量、液体流量、气体压力、预热炉温等参数通过电脑终端显示记录，以便于随时更改实验条件并记录处理数据。

附图说明

图1一种生物质热解炭化混合气配气方法及装备结构示意图

图2一种生物质热解炭化混合气配气方法及装备气体输送装置示意图

图3一种生物质热解炭化混合气配气方法及装备一级气液混合预热装置示意图

图4一种生物质热解炭化混合气配气方法及装备输水装置示意图

图5一种生物质热解炭化混合气配气方法及装备焦油预热输送装置示意图

图6一种生物质热解炭化混合气配气方法及装备二级气液混合预热装置示意图

图中，1--气体输送装置，2--一级气液混合预热装置，3--输水装置，4--焦油预热输送装置，5--二级气液混合预热装置，101--手动阀，102--过滤器，103--压力表，104--减压阀，105--质量流量计，106--控制调节阀，107--单向阀，201--炉体，202--保温装置，203--加热器，204--气体混合容器，205--压力表，206--爆破阀，207--电磁阀，208--热电偶，209--伴热装置，301--储水罐，302--过滤器，303--计量泵，304--压力表，305--手动阀，306--单向阀，401--储油罐，402--加热器，403--N₂密封装置，404--手动阀，405--过滤器，406--转换杆，407--计量泵，408--压力表，409--伴热装置，501--炉体，502--保温装置，503--加热器，504--气液混合容器，505--热电偶，506--压力表，507--爆破阀，508--减压阀，509--法兰，510--折流板。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的具体结构和工作过程进一步的描述。

如图1一种生物质热解炭化混合气配气方法及装备结构示意图所示，主要包括气体输送装置1、一级气液混合预热装置2、输水装置3、焦油预热输送装置4、二级气液混合预热装置5和控制系统6，其特征在于气体输送装置1后端连接一级气液混合预热装置2，一级气液混合预热装置2下端连接输水装置3，一级气液混合预热装置2出样口通过电磁阀207和伴热装置209连接二级气液混合预热装置5，其中焦油预热输送装置4与二级气液混合预热装置5连接，整个进气装置由控制系统6调控。

如图2一种生物质热解炭化混合气配气方法及装备气体输送装置示意图所示，各路气体由气瓶进入管路内，由压力表103和减压阀104控制气体压力，质量流量计105控制气体流量，把一定压力和流量的气体输送到下一装置，控制调节阀106、手动阀101和单向阀107控制气体输送。

如图3一种生物质热解炭化混合气配气方法及装备一级气液混合预热装置示意图所示，前端连接气体输送装置1，各路气体在此处汇合进入到气体混合容器204内，下端连接水输水装置3，输送过来水路在一级气液混合预热装置2的螺旋管道内迅速气化，并进入气体混合容器204，加热器203控制炉体201内部温度达到300℃左右，使得水蒸气与各路混合气体 在气体混合容器204内充分混合预热到300℃，当热电偶208测得混合气体温度达到300℃时，电磁阀207会自动打开，气体会经过伴热装置209进入到二级混合预热装置5内。

如图4一种生物质热解炭化混合气配气方法及装备输水装置示意图所示，提供混合气体内水蒸气所需要的水量，由计量泵303提供输送水的动力并控制水流量，各阀门控制管道开关，后端连接到一级气液混合预热装置2。

如图5一种生物质热解炭化混合气配气方法及装备焦油预热输送装置示意图所示，提供混合气所需的焦油量，考虑到一定温度范围内，温度越高焦油的流动性越好，先开启加热器402使焦油预热到100℃左右，然后由计量泵407提供输送焦油的动力并控制焦油量，焦油在输送过程中容易冷凝堵塞管道，所以经过伴热装置409连接到二级气液混合预热装置5，焦油输送前需要经过滤器405滤掉杂质，转换杆406连接两个过滤器转换使用，保证装置持续运行。

如图6一种生物质热解炭化混合气配气方法及装备二级气液混合预热装置示意图所示，由一级气液混合预热装置2出来的混合气由装置下端进入到气液混合容器504，经过焦油预热输送装置输送来的液态焦油从混合容器504上端喷洒落在折流板510上，此时由经过下端连接一级气液混合预热装置2输送过来的300℃混合气吹送，使焦油充分预热气化，加热器503控制混合容器温度控制在350℃～450℃，后端接减压阀508控制出气压强为0.3MPa，最后混合气体由上端混合气出样口送出，爆破阀507在容器内压强过高时爆破，保证装置安全。

根据以上分类，本发明结合图例说明如下：

实施例：采用N₂、H₂、CO、CO₂、CH₄纯净气体，及水、焦油配制生物质热解炭化混合气

采用一种生物质热解炭化混合气配气方法及装备配比生物质热解炭化混合气，原料为N₂、H₂、CO、CO₂、CH₄纯净气体和水、焦油。热解总气体中，气相气体占50％，N₂ 3％～5％、H₂ 6％～10％、CO 22％～28％、CO₂ 35％～45％、CH₄ 11％～18％。液相中水和焦油占50％，其中水占88％，焦油占12％。首先由各路气体经气体输送装置输送纯净气体，打开气路各路阀门，按照各路气体所占比例由质量流量计控制气体流量，压力表和减压阀控制气体压力，使一定压力和流量的各路气体进入到一级气液混合装置，同时，经输水装置把一定量的液态水输送到一级气液混合装置内进行气化，计量泵控制水的流量及提供输送动力。水蒸气与各路混合气在一级气液混合容器内混合，并经过加热器的预热，使得气液混合气的温度达到300℃， 此时电磁阀打开，混合预热后的气体进入到二级气液混合装置内。同时，焦油预热输送装置中，加热器把焦油预热到100℃左右，由计量泵把一定量的焦油经过伴热装置输送到二级气液混合预热装置内，在该装置混合容器内，由前端输送来的混合气体与焦油在混合容器内充分混合，同时加热器控制容器内温度到350℃～450℃，焦油被气化并与混合气充分混合预热，之后由出样口把混合气送出，此时送出的气体则为需要配置的生物质热解炭化混合气。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。