专利名称：一种生物质快速热解尾气的净化方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生物质快速热解尾气的净化方法及其装置，属于生物质再生利用及其能源化设备技术领域。
背景技术：
在众多的可再生能源中，生物质能是唯一一种既具有矿物燃料属性，又具有可储存、运输、再生、转换等特点，且受自然条件限制较少的能源。作为一种绿色可再生能源，其在能源结构系统中的地位越来越重要。生物质快速热解液化技术可以将低能量密度的生物质转换为高品位、高能量密度的生物油和其他能源产品，以制取燃料或化工产品，具有很大的发展潜力和广阔的应用前景。
生物质快速热解液化的产物有固态的焦炭、液态的生物油以及热解尾气(不可冷凝气)三种。其中热解尾气的主要成分包括CO、CO2, H2, CH4等，具有一定的热值，可将其作为燃气燃烧或作为循环载气为热解系统循环利用，以实现热解尾气的高效利用，节能环保。然而快速热解产生的尾气中，含水率较高，且会含有一定量的粉尘、焦油等杂质，严重影响了热解尾气的燃烧及循环高效利用。特别是热解尾气中含有的焦油，其在低温下凝结成液体，易和水、碳粒等粉尘结合为粘稠物，堵塞输气管道、阀门以及风机，影响了系统的正常运行和安全。同时，热解尾气中含有的小液滴焦油不易燃尽，燃烧时容易产生碳黑等颗粒，再加上水分的存在，会降低尾气燃烧时的热转化效率。由此，必须对生物质快速热解尾气中的粉尘、焦油及水等进行净化处理。目前，生物质快速热解尾气中粉尘、焦油等杂质的净化方法主要有以下几种(1)湿法(水洗法)该法简单易行，焦油脱除效率高，但洗涤水用量大，会造成水资源的浪费，并且洗涤后的污水容易对环境造成二次污染。(2)干式方法(吸附法)该法解决了焦油洗涤水的二次污染问题，设备简单。但是其压力损失较大，大颗粒容易造成堵塞，滤材寿命短，常与其它除焦除杂方法联用。(3)电捕集法该法尤其对O. Ol-1ym焦油灰尘粒有很好的分离效率，具有阻力损失小，气体处理量大的优点，但在实际应用中需考虑清焦和防爆问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种生物质快速热解尾气的净化方法及其装置，结合吸附过程和静电除焦方法的优点，同时脱除生物质快速热解尾气中所含的水分，通过多级净化解决焦油堵塞问题，实现热解尾气的循环闻效利用。本发明提出的生物质快速热解尾气的净化方法，包括以下步骤(I)将生物质原料粉碎成粒径小于2毫米的颗粒，使颗粒状物料在450°C 600°C下进行热解反应，反应时间为O. 5 2. 5秒；(2)对上述反应得到的高温热解气进行气固分离，分离其中的热解炭；(3)对上述经过除炭的高温热解气进行冷凝，冷凝后，其中的可冷凝气体变为液体生物油收集，使冷凝后的热解尾气温度为35°C 60°C ；
(4)对上述冷凝后的不可冷凝气体进行静电除焦，使净化后热解尾气中焦油含量^ 40mg/Nm3；(5将上述静电除焦后的不可冷凝气体进行吸附除焦除杂，使热解尾气中的焦油含量< 15mg/Nm3 ；(6)对步骤(5)得到的不可冷凝气体进行气液分离，除去热解尾气中的水分，使热解尾气中水的露点< _8°C ；(7)将步骤(6)得到的净化热解尾气引出，作为燃气。本发明提出的生物质快速热解尾气的净化装置，包括
热解反应器，用于使物料在450°C 600°C下进行热解反应，热解反应器的左侧下部设有进料口，上部气体出口与气固分离器的入口相连；气固分离器，用于对热解反应器出来的高温热解气进行气固分离，除去热解气中携带的颗粒状热解炭，气固分离器底部设有排灰口，气固分离器的气体出口与冷凝器的左侧下部进口相连；冷凝器，用于对经过除炭的高温热解气进行冷凝，冷凝后，其中的可冷凝气体变为液体生物油收集，使冷凝后的热解尾气温度为35°C 60°C，冷凝器设有顶部出气口和底部出料口，顶部出气口与电捕焦油器左侧下部进口相连，底部出料口将冷凝获得的生物油排出以进行收集；电捕焦油器，用于对上述冷凝后的不可冷凝气体进行静电除焦，使净化后热解尾气中焦油含量彡40mg/Nm3,电捕焦油器左侧上部出口与吸附塔左侧下部进口相连，用于对热解尾气中所含的焦油进行捕集；吸附塔，用于将上述静电除焦后的不可冷凝气体进行吸附除焦，使热解尾气中的焦油含量彡15mg/Nm3，吸附塔顶部出口与气液分离器左侧上部的切向入口相连；气液分离器，用于对上述吸附除焦后的不可冷凝气体进行气液分离，除去热解尾气中的水分，使热解尾气中水的露点< -8 °C，气液分离器底部设有排液口，顶部设有出气口，出气口与罗茨风机进气口相连；罗茨风机，用于将净化热解尾气引出，作为燃气。本发明提出的生物质快速热解尾气的净化方法及其装置，采用吸附式装置和电捕焦油器对生物质快速热解尾气进行联合除焦除杂，同时辅以气液分离器，结构简单，能耗低，避免了湿法除焦中产生的废水带来的二次污染问题；吸附塔内设置往复式通道，组成3层吸附床，并采用快速热解自身产生的副产物热解炭作为吸附剂，实现热解产物的综合联产应用。采用本发明的方法及其装置，对热解尾气进行净化，实现了热解尾气中焦油、粉尘、水分等杂质含量的显著减少，提高了热解尾气的资源化利用品质。
图1是本发明提出的生物质快速热解尾气净化装置的结构示意图。图2是本发明净化装置中吸附塔的结构示意图。图1中，I是热解反应器，2是气固分离器，3是冷凝器，4是电捕焦油器，5是吸附塔，6是气液分离器，7是罗茨风机。图2中，5-1是第一吸附床层，5-2是第二吸附床层，5-3是第三吸附床层。
具体实施例方式本发明提出的生物质快速热解尾气的净化方法，包括以下步骤(I)将生物质原料粉碎成粒径小于2毫米的颗粒，使颗粒状物料在450°C 600°C下进行热解反应，反应时间为O. 5 2. 5秒；其中，生物质原料，可以是木材、农作物秸杆、竹材等；(2)对上述反应得到的高温热解气进行气固分离，分离其中的热解炭；(3)对上述经过除炭的高温热解气进行冷凝，冷凝后，其中的可冷凝气体变为液体 生物油收集，冷凝介质可以是水或导热油，使冷凝后的热解尾气温度为35°C 60°C ；(4)对上述冷凝后的不可冷凝气体进行静电除焦，使净化后热解尾气中焦油含量^ 40mg/Nm3；(5将上述静电除焦后的不可冷凝气体进行吸附除焦除杂，使热解尾气中的焦油含量< 15mg/Nm3 ；(6)对步骤(5)得到的不可冷凝气体进行气液分离器，除去热解尾气中的水分，使热解尾气中水的露点< _8°C ；( 7)将步骤(6)得到的净化热解尾气引出，作为燃气。本发明提出的生物质快速热解尾气的净化装置，其结构如图1所示，包括热解反应器1，用于使物料在450°C 600°C下进行热解反应，热解反应器的左侧下部设有进料口，上部气体出口与气固分离器的入口相连；气固分离器2，用于对热解反应器出来的高温热解气进行气固分离，除去热解气中携带的颗粒状热解炭，气固分离器底部设有排灰口，气固分离器的气体出口与冷凝器的左侧下部进口相连；冷凝器3，用于对经过除炭的高温热解气进行冷凝，冷凝后，其中的可冷凝气体变为液体生物油收集，冷凝介质可以是水或导热油，使冷凝后的热解尾气温度为35°C 60 V，冷凝器设有顶部出气口和底部出料口，顶部出气口与电捕焦油器左侧下部进口相连，底部出料口将冷凝获得的生物油排出以进行收集；电捕焦油器4，用于对上述冷凝后的不可冷凝气体进行静电除焦，电捕焦油器中电压为30-60KV、气体流速O. 6-2. O米/秒、停留时间3_10秒，经电捕集后热解尾气的净化效率为80-90%，使净化后热解尾气中焦油含量彡40mg/Nm3，电捕焦油器左侧上部出口与吸附塔左侧下部进口相连，用于对热解尾气中所含的焦油进行捕集；吸附塔5，用于将上述静电除焦后的不可冷凝气体进行吸附除焦除杂，吸附塔的结构如图2所示，吸附塔的顶部设有出口，吸附塔的下部设有进口，吸附塔内自下而上设有第一吸附床层5-1、第二吸附床层5-2和第三吸附床层5-3。第一吸附床层5-1、第二吸附床层5-2和第三吸附床层5-3相互上下错开。第一吸附床层的吸附剂可以为玉米芯或锯末，第二吸附床层的吸附剂可以为钢丝纤维球或铁屑，第三吸附床层的吸附剂可以为本发明方法中气固分离得到的热解炭，每层床高为200-300mm，塔内气体流速为O. 4-1. 2米/秒，经吸附过滤后，热解尾气中的焦油含量< 15mg/Nm3，吸附塔顶部出口与气液分离器左侧上部的切向入口相连；气液分离器6，用于对上述吸附除焦后的不可冷凝气体进行气液分离，除去热解尾气中的水分，气液分离器工作压力范围为O. 02-0. 2MPa，经过气液分离，使热解尾气中水的露点< -8 °C，气液分离器底部设有排液口，顶部设有出气口，出气口与罗茨风机进气口相连；罗茨风机7，用于将净化热解尾气引出，作为燃气燃烧或循环载气对热解系统进行供热。。本发明的一个实施例中，采用以下参数实现(I)生物质原料快速热解热解反应器I的温度为450_600°C，反应时间O. 5-2. 5秒，其中，生物质原料粒径小于2mm，可以是木材、农作物秸杆、竹材等；
(2)气固分离除炭对上述反应得到的高温热解气进行气固分离，气固分离器2分尚效率85_95% ；(3)热解气冷凝使上述经过除炭的高温热解气冷凝，冷凝后可冷凝气体变为液体生物油收集，冷凝介质可以是水、导热油，使冷凝后热解尾气温度为35_60°C ；(4)静电除焦使上述得到的热解尾气进行静电除焦，电捕焦油器4中电压为30-60KV、气体流速O. 6-2. O米/秒、停留时间3_10秒，经电捕集后热解尾气的净化效率为80-90%，使净化后热解尾气焦油含量< 40mg/Nm3 ；(5)吸附除杂将上述得到的热解尾气送入吸附塔5进一步除焦除杂，第一吸附床层5-1吸附剂为玉米芯、锯末，第二吸附床层5-2的吸附剂为钢丝纤维球、铁屑，第三吸附床层5-3的吸附剂为本发明方法中气固分离得到的热解炭，每层床高为200-300mm，塔内气体流速为O. 4-1. 2米/秒，经吸附过滤后，热解尾气中的焦油含量彡15mg/Nm3 ；(6)气液分离将上述得到的热解尾气送入离心式气液分离器6，除去热解尾气中的水分，气液分离器工作压力范围为O. 02-0. 2MPa，经过气液分离，使不可冷凝气体中水的露点< _8°C ；(7)将上述得到的净化热解尾气通过罗茨风机7引出，作为燃气燃烧或循环载气对热解系统进行供热。本发明的一个实施例的操作过程如下设置热解反应器I的温度为500°C，开启加热系统对热解反应器I进行预加热。将系统管路中的各连接阀门打开，开启罗茨风机7，同时打开冷凝器3的循环泵以及外置冷凝介质循环管路，运行冷凝系统。启动电捕焦油器，接通高压电源，缓慢升压至40KV。待快速热解反应器I内部温度达到500°C时，将粉碎干燥后的杨木木粉输送到热解反应器I中，进行热解反应。随后将热解反应得到的高温热解气送入气固分离器2进行气固分离，分离得到的热解炭收集，热解气通过冷凝器3进行冷凝，获得液相产物生物油。热解尾气送入电捕焦油器4进行静电除焦，经电捕集后的热解尾气通过吸附塔5进行多级吸附过滤，吸附塔5内第一吸附床层5-1中吸附材剂为玉米芯、第二吸附床层5-2中吸附剂为钢丝纤维球、第三吸附床层5-3中吸附剂为热解炭。将吸附过滤的热解尾气送入气液分离器6除去水分，最后净化尾气由罗茨风机7引出。待原料全部进入并反应完全后，关闭加热系统。当热解反应器I温度降到100°C以下时，关闭冷凝器3循环系统，停止运行电捕焦油器4。当热解反应器I内温度降到50°C以下时，关闭罗茨风机7，工作结束。通过多级净化，热解尾气中焦油含量为llmg/Nm3，热解尾气中水露点温度为-10°C。本发明装置的一个实施例中，使用的热解反应器型号为BL-SCFB-6，由北京林业大学设计，北京钟旭瑞康科技有限公司生产。使用的气固分离器型号为BL-CYS-6，由北京林业大学设计，北京钟旭瑞康科技有限公司生产。使用的冷凝器型号为BL-CDS-6，由北京林业大学设计，北京钟旭瑞康科技有限公司生产。使用的电捕焦油器型号为FD22，由淄博中升机械有限公司生产。使用的吸附塔型号为BLASPT-6，由由北京林业大学设计，北京钟旭瑞康科技有限公司生产。使用的气液分离器型号为YJQY，由衡水瑞晟玻璃钢销售有限公司生产。使用的罗茨风机型号为SR65，由章丘市罗茨风机有限公司生产。权利要求
1.一种生物质快速热解尾气的净化方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)将生物质原料粉碎成粒径小于2毫米的颗粒，使颗粒状物料在450°C 600°C下进行热解反应，反应时间为O. 5 2. 5秒；(2)对上述反应得到的高温热解气进行气固分离，分离其中的热解炭；(3)对上述经过除炭的高温热解气进行冷凝，冷凝后，其中的可冷凝气体变为液体生物油收集，使冷凝后的热解尾气温度为35°C 60°C ；(4)对上述冷凝后的不可冷凝气体进行静电除焦，使净化后热解尾气中焦油含量 ^ 40mg/Nm3；(5将上述静电除焦后的不可冷凝气体进行吸附除焦除杂，使热解尾气中的焦油含量 ^ 15mg/Nm3；(6)对步骤(5)得到的不可冷凝气体进行气液分离，除去热解尾气中的水分，使热解尾气中水的露点< _8V ；(7)将步骤(6)得到的净化热解尾气引出，作为燃气。
2.一种生物质快速热解尾气的净化装置，其特征在于该装置包括热解反应器，用于使物料在450°C 600°C下进行热解反应，热解反应器的左侧下部设有进料口，上部气体出口与气固分离器的入口相连；气固分离器，用于对热解反应器出来的高温热解气进行气固分离，除去热解气中携带的颗粒状热解炭，气固分离器底部设有排灰口，气固分离器的气体出口与冷凝器的左侧下部进口相连；冷凝器，用于对经过除炭的高温热解气进行冷凝，冷凝后，其中的可冷凝气体变为液体生物油收集，使冷凝后的热解尾气温度为35°C 60°C，冷凝器设有顶部出气口和底部出料口，顶部出气口与电捕焦油器左侧下部进口相连，底部出料口将冷凝获得的生物油排出以进行收集；电捕焦油器，用于对上述冷凝后的不可冷凝气体进行静电除焦，使净化后热解尾气中焦油含量彡40mg/Nm3,电捕焦油器左侧上部出口与吸附塔左侧下部进口相连，用于对热解尾气中所含的焦油进行捕集；吸附塔，用于将上述静电除焦后的不可冷凝气体进行吸附除焦除杂，使热解尾气中的焦油含量< 15mg/Nm3，吸附塔顶部出口与气液分离器左侧上部的切向入口相连；气液分离器，用于对上述吸附除焦后的不可冷凝气体进行气液分离，除去热解尾气中的水分，使热解尾气中水的露点< _8°C，气液分离器底部设有排液口，顶部设有出气口，出气口与罗茨风机进气口相连；罗茨风机，用于将净化热解尾气引出，作为燃气。
3.如权利要求1所述的净化装置，其特征在于其中所述的吸附塔的顶部设有出口，吸附塔的下部设有进口，吸附塔内自下而上设有第一吸附床层、第二吸附床层和第三吸附床层；所述的第一吸附床层、第二吸附床层和第三吸附床层相互上下错开。
4.如权利要求3所述的净化装置，其特征在于其中所述的第一吸附床层中的吸附剂为玉米芯或锯末，第二吸附床层中的吸附剂为钢丝纤维球或铁屑，第三吸附床层的吸附剂为热解炭，每层床高为200-300mm，塔内气体流速为O. 4-1. 2米/秒。
全文摘要
本发明涉及一种生物质快速热解尾气的净化方法及其装置，属于生物质再生利用及其能源化设备技术领域。本发明的装置中，采用吸附式装置和电捕焦油器对生物质快速热解尾气进行联合除焦除杂，同时辅以气液分离器，结构简单，能耗低，避免了湿法除焦中产生的废水带来的二次污染问题，本发明装置的吸附塔内设置往复式通道，组成3层吸附床，并采用快速热解自身产生的副产物热解炭作为吸附剂，实现热解产物的综合联产应用。采用本发明的方法及其装置，对热解尾气进行净化，实现了热解尾气中焦油、粉尘、水分等杂质含量的显著减少，提高了热解尾气的资源化利用品质。
文档编号C10B53/02GK103013584SQ201210592960
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月29日 优先权日2012年12月29日
发明者常建民, 王文亮, 田红星, 白甜甜, 苟进胜 申请人:北京林业大学