CN109868162A - 一种裂解气除焦油装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物质热解气裂解除焦油装置，属于可再生能源技术领域，该装置主要是基于连续式热解设备设计了一款热解气裂解除焦油装置，主要由预热器和裂解器组成，由前端生物质热解装置热解炭化产生热解混合气，热解混合气经过预热器和裂解器进行二次裂解，将大分子生物油裂解为小分子气体，通过后端产物的冷凝分离进行产物分析，得出最优裂解工艺，为工业化除焦油提供数据支撑。
Description
技术领域
本发明属于可再生能源技术领域，是一种生物质热解气裂解除焦油装置，具体是基于连续式热解设备设计了一款裂解反应器，将前端热解产生的混合气通过预热器升温，然后通入裂解反应器中进行高温裂解或者催化裂解，除去混合气体中的焦油。
背景技术
生物质热解炭化技术，是指生物质原料在绝氧或低氧环境中加热升温引起分子内部分解形成生物炭、生物油和生物质燃气的过程。
目前，因为热解过程中产生的焦油在低温下易凝结，容易和水、炭颗粒、灰分等杂质结合在一起，堵塞燃气管道，卡死阀门，腐蚀金属等问题而不方便直接利用。经研究人员试验研究，得出目前除焦油的方法主要是低温水洗或喷淋、物理过滤和热化学除焦等方法，但是因为水洗方法会造成新污染、物理过滤不能彻底清除等弊端而没有得到推广，热化学法除焦就是使焦油在一定的反应条件下发生一系列的化学反应，使大分子的焦油转化成小分子的有用气体，热化学法除焦在根本上去除了焦油，消除了焦油对设备破坏和环境污染的隐患。热化学法主要包括高温裂解法和催化裂解法，热裂解法在1100℃左右能得到较高的转换效率，小型生物质气化装置(如采用固定床)的气化温度一般为900℃左右。催化裂解法式借助某些催化剂的作用对焦油进行催化裂解，可使焦油裂解的温度下降到750～900℃，一般催化剂采用白云石、碱金属和其他金属基催化剂、镍基催化剂等。
本发明是基于连续式热解设备设计的一种生物质热解气裂解除焦油装置，利用可更换的不锈钢反应管和石英反应管可分别进行催化裂解和高温裂解研究，值得说明的是本裂解除焦油装置适用于各种形式热解设备的热解气裂解工艺，不局限于连续式热解设备。
发明内容
本发明的目的是为了解决技术背景中所述现有生物质热解技术中存在的热解过程中焦油去除困难，热解产物难以回收利用等问题，公开一种生物质热解气裂解除焦油装置，该装备采用了高温裂解和催化裂解原理，设计一预热器和裂解反应器串联装置，将前端热解装置1 产生的热解混合气通入裂解反应器4并将里边的焦油大分子裂解为小分子气体，再进入冷凝分离装置6进行裂解产物的冷凝分离，最后通入燃烧器完全燃烧生成CO2和H2O排入空中。主要包括预热器3和裂解反应器4，预热器3通过管道连接在生物质热解装置1后端，预热器3的后端连接裂解反应器4，裂解反应器4的后端通过调压阀门5连接油气分离装置6，调压阀门5调控裂解反应器4的气体压力。
2、所述的一种生物质热解气燃烧及热量回用装置，预热器3主要由出气管301、连接法兰302、石英砂303、气体分布器304、空腔305和进气管306组成，预热器采用加热套加热将热解混合气的温度升至700℃，以利于后端的催化裂解或者高温裂解工艺。
3、所述的一种生物质热解气燃烧及热量回用装置，气体分布器304采用310S不锈钢材质，采用筛孔式结构，孔径为1mm，气体分布器304共上中下三组，分别焊接在预热器内壁上，气体分布器主要用于气体分流和支撑上边的石英砂。
4、所述的一种生物质热解气燃烧及热量回用装置，石英砂303均布于分布器304上表面，铺洒厚度为5～10mm，石英砂303和分布器303的联合使用，使得混合气在预热器中具有充足的加热升温时间。
5、所述的一种生物质热解气燃烧及热量回用装置，裂解反应器4主要由热电偶307、上压盖组件308、保温层309、加热炉丝310、反应管311、支撑筛板312、下压盖组件313、进气口314和出气口315组成，加热炉丝310采用PID程序控温，温度可达1200℃，满足催化裂解和高温裂解试验要求。
6、所述的一种生物质热解气燃烧及热量回用装置，裂解反应器4内的反应管311有两种材质，石英材质的反应管311用于高温裂解试验，310S不锈钢材质的反应管311用于催化裂解试验，因为石英反应管耐高温但是难于进行机加工，不锈钢管耐温不能超过1000℃，所以此处是更换使用。
7、所述的一种生物质热解气燃烧及热量回用装置，支撑筛板312与下压盖组件313采用螺纹连接，使其易拆卸，便于更换催化剂。
具体而言，本发明专利与现有技术相比有以下优点：
1)本发明中的热解气裂解装置，采用可更换反应器的方式，可分别进行催化裂解试验和高温裂解试验，并通过裂解效果对比筛选合适的裂解方式。
2)本发明中的热解气裂解装置，采用调压阀门进行裂解反应的压力调节，探索热解气的二次裂解过程中，反应压力的影响因素。
3)本发明中的预热器，采用石英砂分层式加热，有效的提高了加热效率，减少了能耗。
4)本发明中的裂解反应器中，支撑筛板与下压盖组件采用螺纹连接，使其易拆卸，便于更换和装填催化剂。
附图说明
图1为热解装备示意图；
图2为预热器结构示意图；
图3为热解气裂解器结构示意图；
图1中，1为生物质热解装置，2生物炭冷却装置，3为预热器，4为裂解反应器，5为调压阀门，6为冷凝分离装置，7为燃烧器。
图2中，301为出气管，302为连接法兰，303为石英砂，304为气体分布器，305为空腔，306为进气管。
图3中，307为热电偶，308为上压组件，309为保温层，310为加热炉丝，311为反应管，312为支撑筛板，313为下压盖组件，314为进气口，315为出气口。
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所示的热解装备图，生物质原料经前端的热解反应器进行热解炭化反应，生成生物炭和生物质热解混合气等产物，其中高温生物炭经过生物炭冷却装置进行冷却收集，而热解混合气则通入至裂解器中进行热解气的二次热解，在裂解器中主要是将热解混合气中的大分子生物油进行分子链断裂，生成小分子气体，从而达到去除焦油的目的，经过裂解后的气体则进入下一步的冷凝分离阶段，通过收集裂解后的产物分析验证热解气的裂解效果。
如图2所示的预热器结构示意图，预热器外部通过包裹加热套进行加热升温，由于石英砂的导热性，在长时间加热过程中使得石英砂的温度基本达到外壁设定温度，而三层石英砂通过阻碍气体流速，增加了气体的受热时间，提高了加热效率。
如图3所示的热解气裂解器结构示意图，为保证试验科学性，采用五段炉进行加热，上边和下边的加热段是为了减小外界环境温度带来的裂解温度偏差，属于过度层，中间的三段式用于进行裂解试验所用，因此裂解反应的测温点也设在中间段。
根据以上分类，本发明结合图例说明如下：
实施例：采用玉米秸秆热解炭化及后端热解气的裂解反应
采用本生物质热解气燃烧及回用装置生产生物炭，原料为玉米秸秆，长度约3～4mm，水分在10～20％，密度大约100kg/m3，打开热解炉上的电热炉进行升温加热，当温度达到500℃时，打开关风器和螺旋绞龙进行生物质原料的热解炭化，炭化过程中产生的热解混合气通入至预热器中进行气体升温，将温度升至700℃时再通入至裂解器中进行热解气的二次裂解，根据试验要求的不同可进行催化裂解和高温裂解试验，经过裂解后的热解气进入后端的冷凝分离装置中进行产物的冷凝收集，对比分析裂解效果，经过冷凝分离后的不可冷凝气体中因含有CO等有毒气体，不能直接排放，所以将其通入至燃烧器中进行完全燃烧，生成的CO2和H2O排入空中。
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。
Claims (7)
1.一种生物质热解气裂解除焦油装置，主要包括预热器(3)和裂解反应器(4)，其特征在于预热器(3)通过管道连接在生物质热解装置(1)后端，预热器(3)的后端连接裂解反应器(4)，裂解反应器(4)的后端通过调压阀门(5)连接油气分离装置(6)。
2.根据权利要求1所述的一种生物质热解气裂解除焦油装置，其特征在于预热器(3)主要由出气管(301)、连接法兰(302)、石英砂(303)、气体分布器(304)、空腔(305)和进气管(306)组成，预热器采用加热套加热将热解混合气的温度升至700℃。
3.根据权利要求1或2所述的一种生物质热解气裂解除焦油装置，其特征在于气体分布器(304)采用310S不锈钢材质，采用筛孔式结构，孔径为1mm，气体分布器(304)共上中下三组，分别焊接在预热器内壁上。
4.根据权利要求1或2所述的一种生物质热解气裂解除焦油装置，其特征在于石英砂(303)均布于分布器(304)上表面，铺洒厚度为5～10mm。
5.根据权利要求1所述的一种生物质热解气裂解除焦油装置，其特征在于裂解反应器(4)主要由热电偶(307)、上压盖组件(308)、保温层(309)、加热炉丝(310)、反应管(311)、支撑筛板(312)、下压盖组件(313)、进气口(314)和出气口(315)组成。
6.根据权利要求1或5所述的一种生物质热解气裂解除焦油装置，其特征在于裂解反应器(4)内的反应管(311)有两种材质，石英材质的反应管(311)用于高温裂解试验，310S不锈钢材质的反应管(311)用于催化裂解试验。
7.根据权利要求1或5所述的一种生物质热解气裂解除焦油装置，其特征在于支撑筛板(312)与下压盖组件(313)采用螺纹连接。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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