一种多级蓄热系统及其脱除热解气焦油的方法与流程

本发明属于化工技术领域，尤其涉及一种多级蓄热系统及其脱除热解气焦油的方法。

背景技术：

城市垃圾等有机类废弃物等进行热解产生的热解气中存在难以分解的焦油状成分，且热解气中含有氯化氢等腐蚀性气体。该焦油附着到热解设备及后续配管和热机器等中，将导致热机器等的功能降低或者发生堵塞而不能使用。

焦油去除方法主要包括焦油冷凝脱除及焦油高温裂解。

焦油冷凝脱除方法主要包括间接冷却和直接冷却两种方法。间接冷却回收焦油主要是指以水或空气作为冷却介质与所述热解气进行间接接触以将热解气中的焦油冷凝回收，而直接冷却回收焦油主要是指以水作为冷凝介质与所述热解气进行直接接触以将热解气中的焦油冷凝回收。

采用间接冷却法能够较为有效地回收热解气中的焦油，但是采用间接冷却法从热解气中回收焦油时，存在冷却设备大、容易堵塞、热量难以回收利用等问题。采用直接冷却法可以解决上述一些问题，但是采用水洗法从热解气中回收焦油时，存在水循环量大、油水分离设备大、易产生大量废水、热量难以回收利用的缺陷。如现有技术公开了一种含煤焦油粗煤气的除焦油工艺，该工艺首先将含煤焦油粗煤气送入激冷塔与来自冷却器的煤焦油逆流接触进行洗涤、冷却，初步除焦冷却后的粗煤气由塔顶进入电捕焦油器再次进行煤焦油捕集后送入下游工序；激冷塔底的煤焦油经循环泵送至冷却器冷却后再送入激冷塔循环使用。该法也存在上述问题，如水循环量大、油水分离设备大、易产生大量废水以及热量难以回收利用等缺陷。

此外，采用焦油高温裂解法则需要进一步加热热解气，造成能耗增加，如采用余热锅炉回收热解气余热，热解气内氯化氢气体等对换热面腐蚀严重，影响正常运行。因此限制了焦油高温裂解在垃圾等高含量氯的热解气上应用。

技术实现要素：

面临上述技术问题，本发明旨在提供一种蓄热式陶瓷球直接冷却热解气的系统和方法，以实现焦油裂解去除及显热回收双重目的。

为实现上述目的，本发明提出了一种多级蓄热系统，其特征在于，该系统包括热解气脱除焦油的装置，所述热解气脱除焦油的装置包括一级蓄热室、二级蓄热室、一级蓄热室热解气进口阀、二级蓄热室热解气进口阀、二级蓄热室热解气出口阀、烟气进口阀、烟气出口阀，水蒸气进口阀以及水蒸气出口阀；其中，

所述一级蓄热室包括一级热解气进口、一级热解气出口、烟气进口、烟气出口；所述二级蓄热室包括二级热解气进口、低温热解气出口、水蒸气进口、水蒸气出口；所述一级蓄热室和所述二级蓄热室均包括设在其内壁的保温层以及充填在其内部的蓄热体；

所述一级蓄热室热解气进口阀和所述一级热解气进口相连，所述二级蓄热室热解气进口阀连接所述一级热解气出口和所述二级热解气进口，所述二级蓄热室热解气出口阀和所述低温热解气出口相连，所述烟气进口阀和所述烟气进口相连，所述烟气出口阀和所述烟气出口相连，所述水蒸气进口阀和所述水蒸气进口相连，所述水蒸气出口阀和所述水蒸气出口相连。

优选地，所述蓄热体为蓄热式陶瓷蜂窝体。

进一步地，该系统由多个所述热解气脱除焦油的装置以并联方式连接。

本发明还提出了一种利用上述任一多级蓄热系统脱除热解气焦油的方法，其特征在于，该方法按以下步骤循环工作：

a.调至热解气处理状态：将热解气脱除焦油的装置的一级蓄热室热解气进口阀、二级蓄热室热解气进口阀、二级蓄热室热解气出口阀打开，烟气进口阀、烟气出口阀、水蒸气进口阀、水蒸气出口阀关闭；此时，一级蓄热室内蓄热体温度为800～1000℃，二级蓄热室内蓄热体温度为100～300℃；

b.焦油裂解：将400～600℃一级热解气通入一级蓄热室并与所述一级蓄热室内蓄热体进行换热，使该一级热解气中的焦油裂解，得到800～1000℃二级热解气，所述一级蓄热室内蓄势体温度降至400～600℃；

c.显热回收：所述二级热解气经过所述二级蓄热室热解气进口阀进入二级蓄热室，与所述二级蓄热室内蓄热体进行换热，得到100～300℃低温热解气，所述二级蓄热室内蓄热体温度升至600～800℃；

d.调至准备状态：将热解气脱除焦油的装置的一级蓄热室热解气进口阀、二级蓄热室热解气进口阀、二级蓄热室热解气出口阀关闭，将烟气进口阀、烟气出口阀、水蒸气进口阀、水蒸气出口阀打开；

e.高温烟气以及水蒸气换热：将900～1200℃烟气通入所述一级蓄热室并与所述一级蓄热室内蓄热体换热，得到800～1000℃的烟气，所述一级蓄热室内蓄热体温度升至800～1000℃；将100～300℃水蒸气通入所述二级蓄热室并与所述二级蓄热室内蓄热体换热，得到600～800℃的水蒸气，所述二级蓄热室内蓄热体温度降至100～300℃。

优选地，当系统包括多个并联的所述热解气脱除焦油的装置时，不同所述热解气脱除焦油的装置在同一时间内分别处于相同或不同的状态，该状态包括所述步骤a中的热解气处理状态、所述步骤d中的准备状态以及非使用状态。

具体地，当系统包括两个并联的所述热解气脱除焦油的装置时，两个所述热解气脱除焦油的装置在同一时间内分别处于所述步骤a中的热解气处理状态、所述步骤d中的准备状态。

进一步地，所述热解气脱除焦油的装置的状态每隔30秒～600秒变化一次。

优选地，当所述热解气脱除焦油的装置处于热解气处理状态时，所述步骤a中一级蓄热室内蓄热体的起始温度为850～950℃，所述步骤b中一级蓄热室内蓄热体换热后的结束温度为450～550℃；所述步骤a中二级蓄热室内蓄热体的起始温度为150～250℃，所述步骤c中二级蓄热室内蓄热体换热后的结束温度为结束温度为650～750℃；热解气进入所述一级蓄热室温度、进入所述二级蓄热室温度、离开所述二级蓄热室温度分别为400～600℃、800～1000℃、150～250℃；

所述热解气脱除焦油的装置处于准备状态时，所述步骤e中一级蓄热室内蓄热体换热后的结束温度为850～950℃；所述步骤e中二级蓄热室内蓄热体换热后的结束温度为150～250℃；所述烟气进入一级蓄热室温度、离开一级蓄热室温度分别为900～1200℃、800～1000℃；所述水蒸气进入二级蓄热室温度、离开二级蓄热室温度分别为150～250℃、650～750℃。

采用本发明所述的技术方案有如下优点：

(1)高温蓄热体与热解气接触后，能使焦油直接裂解，从而脱除热解气中的焦油，且高温蓄热体的热量来自高温烟气，因而该法既省去了加热热解气的过程，又充分利用了高温烟气的热能，从而实现能源综合利用，节约了能耗。

(2)换热后的高温热解气通过蓄热体将热量传至水蒸气，得到的高温水蒸气可供后续利用，解决了传统热解气直接水冷脱除焦油方法无法回收热解气显热问题；

(3)所使用的设备简便，且热解气脱除焦油的装置可以单线使用，或根据情况多个装置并联使用，每条线路可以分别处于热解气处理状态、准备状态以及非使用状态等不同的状态，通过不同状态的变化和配合，从而实现焦油脱除效率的提升。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明的热解气脱除焦油的装置图；

图2为本发明的两个热解气脱除焦油的装置并联系统图；

图3为本发明的热解气和蓄热体之间的换热状态变化图；

图4为本发明的蓄热体和高温烟气以及水蒸气之间的换热状态变化图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

本发明的目的是提供一种蓄热式陶瓷球直接冷却热解气的系统和方法，以实现焦油裂解去除及显热回收双重目的。

为实现上述目的，本发明提出了一种多级蓄热系统，其特征在于，该系统包括热解气脱除焦油的装置，如图1，所述热解气脱除焦油的装置包括一级蓄热室、二级蓄热室、一级蓄热室热解气进口阀、二级蓄热室热解气进口阀、二级蓄热室热解气出口阀、烟气进口阀、烟气出口阀，水蒸气进口阀以及水蒸气出口阀；其中，

所述一级蓄热室包括一级热解气进口、一级热解气出口、烟气进口、烟气出口；所述二级蓄热室包括二级热解气进口、低温热解气出口、水蒸气进口、水蒸气出口；所述一级蓄热室和所述二级蓄热室均包括设在其内壁的保温层以及充填在其内部的蓄热体；

所述一级蓄热室热解气进口阀和所述一级热解气进口相连，所述二级蓄热室热解气进口阀连接所述一级热解气出口和所述二级热解气进口，所述二级蓄热室热解气出口阀和所述低温热解气出口相连，所述烟气进口阀和所述烟气进口相连，所述烟气出口阀和所述烟气出口相连，所述水蒸气进口阀和所述水蒸气进口相连，所述水蒸气出口阀和所述水蒸气出口相连。

优选地，所述蓄热体为蓄热式陶瓷蜂窝体。

进一步地，该系统由多个所述热解气脱除焦油的装置以并联方式连接。优选为2个所述装置并联，如图2。

本发明还提出了一种利用上述任一多级蓄热系统脱除热解气焦油的方法，热解气和蓄热体换热过程如图3，蓄热体和高温烟气以及水蒸气的换热过程如图4，该方法按以下步骤循环工作：

a.调至热解气处理状态：将热解气脱除焦油的装置的一级蓄热室热解气进口阀、二级蓄热室热解气进口阀、二级蓄热室热解气出口阀打开，烟气进口阀、烟气出口阀、水蒸气进口阀、水蒸气出口阀关闭；此时，一级蓄热室内蓄热体温度为800～1000℃，二级蓄热室内蓄热体温度为100～300℃；

b.焦油裂解：将400～600℃一级热解气通入一级蓄热室并与所述一级蓄热室内蓄热体进行换热，使该一级热解气中的焦油裂解，得到800～1000℃二级热解气，所述一级蓄热室内蓄势体温度降至400～600℃；该过程使用高温蓄热体使热解气的焦油直接裂解，没有热解气的加热环节；

c.显热回收：所述二级热解气经过所述二级蓄热室热解气进口阀进入二级蓄热室，与所述二级蓄热室内蓄热体进行换热，高温热解气的显热传至蓄热体，得到100～300℃低温热解气，所述二级蓄热室内蓄热体温度升至600～800℃；

d.调至准备状态：将热解气脱除焦油的装置的一级蓄热室热解气进口阀、二级蓄热室热解气进口阀、二级蓄热室热解气出口阀关闭，将烟气进口阀、烟气出口阀、水蒸气进口阀、水蒸气出口阀打开；

e.高温烟气以及水蒸气换热：将900～1200℃烟气通入所述一级蓄热室并与所述一级蓄热室内蓄热体换热，高温烟气的热能得到了充分回收利用，得到800～1000℃的烟气，所述一级蓄热室内蓄热体温度升至800～1000℃；将100～300℃水蒸气通入所述二级蓄热室并与所述二级蓄热室内蓄热体换热，使得来自一级蓄热室的高温热解气的显热最终传至水蒸气，得到600～800℃的高温水蒸气，该高温水蒸气可供后续利用，所述二级蓄热室内蓄热体温度又降至100～300℃。

优选地，当系统包括多个并联的所述热解气脱除焦油的装置时，不同所述热解气脱除焦油的装置根据需要，在同一时间内可以分别处于相同或不同的状态，该状态包括所述步骤a中的热解气处理状态、所述步骤d中的准备状态以及非使用状态。非使用状态即所有阀门均处于关闭状态。

具体地，当系统包括两个并联的所述热解气脱除焦油的装置时，两个所述热解气脱除焦油的装置在同一时间内分别处于所述步骤a中的热解气处理状态、所述步骤d中的准备状态。

进一步地，所述热解气脱除焦油的装置的状态每隔30秒～600秒变化一次。

优选地，当所述热解气脱除焦油的装置处于热解气处理状态时，所述步骤a中一级蓄热室内蓄热体的起始温度为850～950℃，所述步骤b中一级蓄热室内蓄热体换热后的结束温度为450～550℃；所述步骤a中二级蓄热室内蓄热体的起始温度为150～250℃，所述步骤c中二级蓄热室内蓄热体换热后的结束温度为结束温度为650～750℃；热解气进入所述一级蓄热室温度、进入所述二级蓄热室温度、离开所述二级蓄热室温度分别为400～600℃、800～1000℃、150～250℃；

所述热解气脱除焦油的装置处于准备状态时，所述步骤e中一级蓄热室内蓄热体换热后的结束温度为850～950℃；所述步骤e中二级蓄热室内蓄热体换热后的结束温度为150～250℃；所述烟气进入一级蓄热室温度、离开一级蓄热室温度分别为900～1200℃、800～1000℃；所述水蒸气进入二级蓄热室温度、离开二级蓄热室温度分别为150～250℃、650～750℃。

下面结合具体实施例对本发明多级蓄热系统及其脱除热解气焦油的方法作进一步地具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

实施例1

本实施例提出了一种利用如图1所示的装置进行脱除热解气中焦油的方法，该装置蓄热室中所填充的蓄热体为蓄热式陶瓷蜂窝体，该方法按以下步骤循环工作：

a.调至热解气处理状态：将热解气脱除焦油的装置的一级蓄热室热解气进口阀、二级蓄热室热解气进口阀、二级蓄热室热解气出口阀打开，烟气进口阀、烟气出口阀、水蒸气进口阀、水蒸气出口阀关闭；此时，一级蓄热室内蓄热体温度为800～900℃，二级蓄热室内蓄热体温度为100～200℃；

b.焦油裂解：将400～500℃一级热解气通入一级蓄热室并与所述一级蓄热室内蓄热体进行换热，使该一级热解气中的焦油裂解，得到800～900℃二级热解气，所述一级蓄热室内蓄势体温度降至400～500℃；

c.显热回收：所述二级热解气经过所述二级蓄热室热解气进口阀进入二级蓄热室，与所述二级蓄热室内蓄热体进行换热，得到100～200℃低温热解气，所述二级蓄热室内蓄热体温度升至600～700℃；

d.调至准备状态：将热解气脱除焦油的装置的一级蓄热室热解气进口阀、二级蓄热室热解气进口阀、二级蓄热室热解气出口阀关闭，将烟气进口阀、烟气出口阀、水蒸气进口阀、水蒸气出口阀打开；

e.高温烟气以及水蒸气换热：将900～1100℃烟气通入所述一级蓄热室并与所述一级蓄热室内蓄热体换热，得到800～950℃的烟气，所述一级蓄热室内蓄热体温度升至800～900℃；将100～200℃水蒸气通入所述二级蓄热室并与所述二级蓄热室内蓄热体换热，得到600～700℃的水蒸气，所述二级蓄热室内蓄热体温度降至100～200℃。

实施例2

为提高焦油处理的效果，本实施例还提出了，一种以并联方式连接的、2个实施例1所使用装置所组成的多级蓄热系统，该系统如图2所示。利用该系统进行焦油处理时，两个所述热解气脱除焦油的装置在同一时间内处于两种不同状态，即分别处于热解气处理状态和准备状态，不同状态每隔500-600秒变化一次；其中，每个所述装置操作步骤以及其它参数的设置均和实施例1相同。

实施例3

本实施例还提出了一种利用实施例2所述多级蓄热系统进行焦油裂解去除及显热回收的方法，两个所述热解气脱除焦油的装置在同一时间内处于两种不同状态，即分别处于热解气处理状态和准备状态，不同状态每隔100-200秒变化一次；其中，每个所述装置的操作步骤和实施例2相同，但参数不同，具体为：

当所述热解气脱除焦油的装置处于热解气处理状态时，所述步骤a中一级蓄热室内蓄热体的起始温度为850～950℃，所述步骤b中一级蓄热室内蓄热体换热后的结束温度为450～550℃；所述步骤a中二级蓄热室内蓄热体的起始温度为150～250℃，所述步骤c中二级蓄热室内蓄热体换热后的结束温度为结束温度为650～750℃；热解气进入所述一级蓄热室温度、进入所述二级蓄热室温度、离开所述二级蓄热室温度分别为400～600℃、800～1000℃、150～250℃；

所述热解气脱除焦油的装置处于准备状态时，所述步骤e中一级蓄热室内蓄热体换热后的结束温度为850～950℃；所述步骤e中二级蓄热室内蓄热体换热后的结束温度为150～250℃；所述烟气进入一级蓄热室温度、离开一级蓄热室温度分别为900～1200℃、800～1000℃；所述水蒸气进入二级蓄热室温度、离开二级蓄热室温度分别为150～250℃、650～750℃。

实施例4

为进一步提高焦油处理的效果，本实施例还提出了，一种以并联方式连接的、3个实施例1所使用装置所组成的多级蓄热系统。利用该系统进行焦油处理时，不同所述热解气脱除焦油的装置在同一时间内分别处于相同或不同的状态，该状态包括热解气处理状态、准备状态以及非使用状态，不同状态每隔30-100秒变化一次；其中，非使用状态即所有阀门均处于关闭状态，当热解气脱除焦油的装置处于使用状态时(包括步骤a的热解气处理状态、步骤d的准备状态)，每个所述装置操作步骤以及参数的设置均和实施例1相同。

由上述实施例可知，本发明利用高温烟气的热量对高温蓄热体进行加热，高温蓄热体与热解气接触后，能使焦油直接裂解，从而脱除热解气中的焦油，该法既能省去加热热解气的过程，又能充分利用烟气热量。此外，换热后的高温热解气通过蓄热体将其热量传至水蒸气，解决了热解气的显热回收问题。本发明热解气脱除焦油的装置可以单线使用，或根据需要设置多个装置以并联方式使用，以提高脱除焦油的效果。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。