专利名称：生物质气化焦油处理系统和方法
技术领域：
本发明涉及到一种生物质气化除焦油的方法，更具体地说是一套降低生物质气中焦油含量的系统。
背景技术：
生物质作为一种利用前景广阔的清洁能源，具有产量丰富、可再生的优点，将生物质资源转化为生物乙醇、生物柴油，可以部分替代石油，缓解石油资源不足的现状。生物质利用的途径有多种，如直接燃烧、气化转化等，其中高效的生物质能转化方法有生化转化法和热化学转化法。生物化学转换技术主要以厌氧消化技术和特种酶技术为主。热化学方法包括热解、液化及气化等。近年来，生物质气化技术凭借其简单、投资成本低等优点，被广泛的应用于生产与试验研究。由生物质气化炉气化所得热生物质燃气，经除尘等过滤装置除去大颗粒灰尘后， 在热状态下直接燃烧供热，是一种比直接燃烧和其他气化供热方式热效率更高的生物质利用形式。其不存在对水的二次污染问题，而且投资规模相对较小、运行维修费用较低、适应性强，但由于生物质气化导致重质碳氢化合物的形成(主要是焦油)，导致在下游处理设备如发动机和过滤器处出现冷凝和阻塞，引发严重的运行问题，从而限制了生物质燃气利用的发展。目前，该种燃气主要作为农村炊事用能，并设计有专门的灶具，但作为工业燃料还不常见，主要被应用于木材、粮食、谷物及烟叶等农副产品的干燥方面，研究的侧重点在于整个系统的搭建与选择上，在对生物质燃气焦油处理方面的研究的报道还很少，使生物质燃气更加高效合理的利用受到限制。因此本发明利用焦油的特性设计出一套能高效率地降低生物质气中焦油含量的系统无疑是一项比较有发展前景的举措。
发明内容
本发明的目的是，克服现有技术的缺陷，提供一套结构简单、造价低廉、高效率的焦油处理系统，能够有效的解决生物质气化生产出的燃气与供气设备相连接后，过量的焦油影响设备使用，致使管道堵塞的问题。实现本发明的技术方案是
生物质气化焦油处理系统，包括旋风分离器、冷凝器、喷淋水洗塔、木炭吸附罐和活性炭吸附罐；
所述旋风分离器上设有第一生物质燃气入口和第一生物质燃气出口，在旋风分离器的底部设有出灰口；
所述冷凝器由U型管和水夹套组成，所述水夹套设有第二生物质燃气入口、第二燃气出口、冷却水进口、出水口和第一焦油出口，第一焦油出口通过管道和焦油储室连接，焦油储室底部设有重焦油出口 ；所述水夹套内设有所述U型管，U型管底部设有U型管底部出口，U型管上端两个口分别和的第二生物质燃气入口、第二生物质燃气出口连接，所述U型管底部出口和第一焦油出口连接；
所述喷淋水洗塔下部设有第三生物质燃气入口，顶部设有第三生物质燃气出口，底部设有轻焦油出口，喷淋水洗塔内上部设有喷淋装置；
所述旋风分离器的第一生物质燃气出口通过管道和所述水夹套的第二生物质燃气入口连接，第二生物质燃气出口通过管道和喷淋水洗塔的第三生物质燃气入口连接。上述技术方案中，旋风分离器是由不锈钢或者合金制造的高效率的除尘设备。所述冷凝器是本系统中的核心设备，其内部设有U型管，U型管外部为水夹套，冷却水由水夹套下端冷却水进口进入，上端冷却水出口流出。流动的冷水和U型管内部的热的生物质气进行换热，并在U型管的底部接焦油储室，用于接收初步冷凝下来焦油。通过旋风分离器和冷凝器初步净化后的生物质气再通过喷淋水洗塔进行水洗除焦油，该水洗塔设有喷淋装置，气体从塔底进入，冷水从塔顶喷淋而出，使得气体和水分更充分的接触，提高了水洗效率。最后水洗过后的生物质燃气再通过木炭吸附罐和活性炭吸附罐更进一步的进行焦油吸附处理。生物质气化后燃气经过以上各设备通过管道、阀门串联后进行焦油处理， 最终得到洁净的，高热值的生物质燃气。作为本发明的进一步改进，所述冷凝器接冷水管道内设有自动温度控制系统，通过检测冷却水出口温度来控制冷却水进口流量，当冷却水出口温度过低高，会自动提高冷却水出口的流量，有效的提高焦油冷凝效率。作为本发明的进一步改进，所述第一焦油出口通过管道和焦油储室连接，焦油储室底部设有重焦油出口，重焦油出口的管道上加一潜水阀，便于焦油的排出。作为本发明的进一步改进，所述喷淋水洗塔的底部装有过滤水循环设备，过滤分离出水和焦油，过滤水循环设备的水出口和所述喷淋装置连接，经过过滤循环使得喷淋水洗的用水量大大减少，节约了成本。作为本发明的进一步改进，所述两个吸附罐中的木炭和活性炭，分别可以使用生物质气化炉气化后的木炭，对其生物质气化炉加装一活性炭活化设备便可得到用于吸附焦油的活性炭，使得资源利用更加完善。实现本发明目的的另一技术方案是；
一套生物质气化焦油处理系统使用方法，该方法的步骤为
1)在系统工作前确保各进气阀门打开，出油阀门关闭；
2)生物质气化燃气首先经过本系统的第一部分旋风分离器，进行除尘和少量的焦油沉
淀；
3)经过除尘后的生物质气通过冷凝器进行大部分的焦油冷凝处理，此时通过自动温度控制系统调节冷却水的流量冷凝出气体中大部分的焦油，冷凝下来的液体焦油进入到焦油储室中，当焦油含量到达一定程度时，打开潜水阀，放出焦油；
4)除去大部分的焦油通过喷淋水洗塔进行水洗除焦，焦油和水的混合物沉淀于塔底；
5)水洗后的燃气通过后续设备木炭吸附罐和活性炭吸附罐中进行进一步的精脱焦，最终得到洁净的生物质气。所述步骤(2)中开始通入的生物质气可以是由生物质固定床气化炉产生的生物质燃气，也可以是由生物质流化床气化炉产生的生物质燃气。作为本发明的进一步改进，所述步骤(4)中进一步包括，冲淋后的出水经过油水分离处理后，循环使用。本发明结构简单，易于实施，采用本发明可有效的排除生物质燃气中焦油含量高堵塞管道设备的难题。在实现去除燃气中焦油的同时还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，具有较大的经济效益和社会效益。
图1为本发明生物质气化焦油处理系统的装置示意其中1-旋风分离器；2-冷凝器；3-喷淋水洗塔；4-木炭吸附罐；5-活性炭吸附罐； 6-焦油储室；7-过滤循环装置；A-第一热生物质气进口 ；B-洁净生物质气出口 ；C-出灰口 ； D-冷却水进口 ；E-冷却水出口 ；F-喷淋装置入水口 ；G-重焦油出口 ；H-轻焦油出口 ；a、b、 c、e、f、g-进气阀门，d-潜水阀，g-出油阀门，12-第一生物质燃气出口，21-第二生物质燃气入口，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-第三生物质燃气入口，32-第三生物质燃气出口，33-喷淋装置，34-过滤水循环设备的水出口。
具体实施例方式下面结合实施例做进一步说明。实施例1
如图1所示，生物质气化焦油处理系统，包括旋风分离器1、冷凝器2、喷淋水洗塔3、木炭吸附罐4和活性炭吸附罐5。旋风分离器1上设有第一生物质燃气入口 A和第一生物质燃气出口 12，在旋风分离器的底部设有出灰口 C;
冷凝器2设有第二生物质燃气入口 21、第二燃气出口 22、冷却水进口 D、出水口 E和第一焦油出口 25，第一焦油出口 25通过管道和焦油储室6连接，焦油储室6底部设有重焦油出口 G，重焦油出口的管道上加一潜水阀d。冷凝器2内设有U型管26，U型管底部设有U 型管底部出口 27，U型管上端两个口 28、四分别和的第二生物质燃气入口 21、第二生物质燃气出口 22连接，U型管底部出口 27和第一焦油出口 25连接。喷淋水洗塔3下部设有第三生物质燃气入口 31，顶部设有第三生物质燃气出口 32，底部设有轻焦油出口 H，喷淋水洗塔内上部设有喷淋装置33 ；喷淋水洗塔的底部装有过滤水循环装置7，过滤水循环设备的水出口 34和喷淋装置入水口 F连接。旋风分离器4的第一生物质燃气出口 12通过管道和冷凝器第二生物质燃气入口 21连接，第二生物质燃气出口 22通过管道和喷淋水洗塔的第三生物质燃气入口 31连接，经过处理的生物质燃气从洁净生物质气出口 B流出。实施例2
首先生物质通过生物质固定床气化炉进行气化(包括空气气化、氧气气化、水蒸气气化、氧气-水蒸气混合气化、空气-氧气混合气化)，其气化燃气通过本系统净化，包括以下步骤
1)在系统工作前确保进气阀门3、13、(3、6、€打开，(14阀门关闭；
2)生物质气化燃气A首先经过本系统的旋风分离器1，进行除尘和少量的焦油沉淀；3)经过除尘后的生物质气通过冷凝器2进行大部分的焦油冷凝处理，此时通过自动温度控制系统调节冷却水的流量冷凝出气体中大部分的焦油，冷凝下来的液体焦油进入到焦油储室6中，当焦油含量到达一定程度时，潜水阀d打开，放出焦油；
4)除去大部分的焦油通过喷淋水洗塔进行水洗除焦，焦油和水的混合物沉淀于塔底， 油水分离后，经过水循环继续水洗燃气；
5)水洗后的燃气通过后续设备木炭吸附罐4和活性炭吸附罐5中进行进一步的精脱焦，最终得到洁净的生物质气B。气化除焦结束后，清除焦油储室6中的焦油，清除喷淋水洗塔3中的焦油和水，关闭所有阀门。实施例3
本例与实施例2基本相同，不同的是所用的生物质燃气是由生物质流化床气化炉产生。
权利要求
1.生物质气化焦油处理系统，其特征是，该系统包括旋风分离器、冷凝器、喷淋水洗塔、 木炭吸附罐和活性炭吸附罐；所述旋风分离器上设有第一生物质燃气入口和第一生物质燃气出口，在旋风分离器的底部设有出灰口；所述冷凝器由U型管和水夹套组成，所述水夹套设有第二生物质燃气入口、第二燃气出口、冷却水进口、出水口和第一焦油出口，第一焦油出口通过管道和焦油储室连接，焦油储室底部设有重焦油出口 ；所述水夹套内设有所述U型管，U型管底部设有U型管底部出口，U型管上端两个口分别和的第二生物质燃气入口、第二生物质燃气出口连接，所述U型管底部出口和第一焦油出口连接；所述喷淋水洗塔下部设有第三生物质燃气入口，顶部设有第三生物质燃气出口，底部设有轻焦油出口，喷淋水洗塔内上部设有喷淋装置；所述旋风分离器的第一生物质燃气出口通过管道和所述水夹套的第二生物质燃气入口连接，第二生物质燃气出口通过管道和喷淋水洗塔的第三生物质燃气入口连接。
2.根据权利要求1所述的物质气化焦油处理系统，其特征是，所述冷凝器接冷却水进口的冷水管道内设有自动温度控制系统。
3.根据权利要求1所述的物质气化焦油处理系统，其特征是，所述第一焦油出口通过管道和焦油储室连接，焦油储室底部设有重焦油出口，重焦油出口的管道上加一潜水阀。
4.根据权利要求1所述的物质气化焦油处理系统，所述喷淋水洗塔的底部装有过滤水循环设备，过滤水循环设备的水出口和所述喷淋装置连接。
5.5、根据权利要求1所述的物质气化焦油处理系统，所述木炭吸附罐和活性炭吸附罐中材料使用生物质气化炉所产木炭。
6.一套生物质气化焦油处理系统使用方法，其特征是，该方法的步骤为1)在系统工作前确保各进气阀门打开，出油阀门关闭；2)生物质气化燃气首先经过本系统的第一部分旋风分离器，进行除尘和少量的焦油沉淀；3)经过除尘后的生物质气通过冷凝器进行大部分的焦油冷凝处理，此时通过自动温度控制系统调节冷却水的流量冷凝出气体中大部分的焦油，冷凝下来的液体焦油进入到焦油储室中，当焦油含量到达一定程度时，潜水阀d打开，放出焦油；4)除去大部分的焦油通过喷淋水洗塔进行水洗除焦，焦油和水的混合物沉淀于塔底；5)水洗后的燃气通过后续设备木炭吸附罐和活性炭吸附罐中进行进一步的精脱焦，最终得到洁净的生物质气。
7.根据权利要求7所述的焦油处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中开始通入的生物质气是由生物质固定床气化炉产生的生物质燃气。
8.根据权利要求7所述的城市生活垃圾气化方法，其特征在于，所述步骤(2)中开始通入的生物质气是由生物质流化床气化炉产生的生物质燃气。
9.根据权利要求7所述的城市生活垃圾气化方法，其特征在于，所述步骤(4)中进一步包括，冲淋后的出水经过油水分离处理后，循环使用。
全文摘要
生物质气化焦油处理系统和方法，包括旋风分离器、冷凝器、喷淋水洗塔、木炭吸附罐和活性炭吸附罐；旋风分离器上设有第一生物质燃气入口和第一生物质燃气出口，底部设有出灰口；冷凝器由U型管和水夹套组成，水夹套内设有U型管，U型管底部设有U型管底部出口，U型管上端两个口分别和的第二生物质燃气入口、第二生物质燃气出口连接，U型管底部出口和第一焦油出口连接；喷淋水洗塔下部设有第三生物质燃气入口，顶部设有第三生物质燃气出口，底部设有轻焦油出口，喷淋水洗塔内上部设有喷淋装置；旋风分离器的第一生物质燃气出口通过管道和水夹套的第二生物质燃气入口连接，第二生物质燃气出口通过管道和喷淋水洗塔的第三生物质燃气入口连接。
文档编号C10K1/32GK102226113SQ20111010592
公开日2011年10月26日 申请日期2011年4月26日 优先权日2011年4月26日
发明者丁杨惠勤, 廖传华, 朱跃钊, 陈海军 申请人:南京工业大学