CN113061472B - 一种生物质热裂解气处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质热裂解气处理装置及方法，该装置包括直进式旋涡分离器、旋风分离器、一级冷却夹套、二级冷却夹套、第三关风机及燃气增压引风机。本发明通过直进式旋涡分离器产生的离心作用对裂解气中的炭粉进行初步分离，初步分离后的裂解气进入旋风分离器，在旋风分离器的离心作用下配合两级降温夹套，使大部分焦油气发生冷凝，冷凝焦油与离心分离下来的炭粉在旋风分离器的壳体内壁产生滚动造粒，最后由第三关风机控制排出本装置，洁净的裂解气经燃气增压引风机加压输送至燃烧装置。通过本发明可改变裂解气中焦油含量、炭粉含量以及气体温度，产生品质稳定的可燃裂解气，使得后续的燃烧过程可实现燃控级控制。

Description

一种生物质热裂解气处理装置及方法

技术领域

本发明涉及生物质综合利用技术领域，具体涉及一种生物质热裂解气处理装置及方法。

背景技术

生物质的独特性，不仅在于能贮存太阳能，还是一种可再生的炭源。生物质通过热裂解可以产生炭、燃气、焦油和生物质醋液，炭、燃气和焦油是可再生的清洁能源，生物质醋液可以直接作为无公害、无污染的生物肥料、生物农药，以及作为医药工业的原材料，因此，生物质资源的有效利用具有重要意义。

现有生物质热裂解技术存在热裂解气的温度高，热裂解气中水蒸气、焦油、炭粉等含量高，不利于裂解气的运输、储存及燃烧应用等技术缺陷。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种生物质热裂解气处理装置及处理方法。

本发明采用的技术方案是：

一种生物质热裂解气处理装置，包括直进式旋涡分离器、旋风分离器、一级冷却夹套、二级冷却夹套、第三关风机及燃气增压引风机；

直进式旋涡分离器包括水平设置的旋涡分离器本体，旋涡分离器本体的前端设有裂解气进口，裂解气进口内设有螺旋导流件，螺旋导流件用于使流经裂解气进口的裂解气产生涡旋，旋涡分离器本体的后端设有裂解气出口，旋涡分离器本体的底部设有炭粉出口，裂解气出口与旋风分离器的进气口连接，直进式旋涡分离器用于通过离心分离将裂解气中挟带的炭粉进行初步分离并将分离的碳粉从炭粉出口排出生物质热裂解气处理装置；

旋风分离器包括竖直设置的旋风分离器本体，旋风分离器本体包括圆柱壳体和圆锥壳体，圆柱壳体的侧面切向设置进气口，顶部设置出气口；圆锥壳体的底部设置焦油造粒炭出口，焦油造粒炭出口上设置第三关风机；圆锥壳体上设置一级冷却夹套和二级冷却夹套，一级冷却夹套和二级冷却夹套用于将通过圆锥壳体的裂解气冷却到焦油冷凝温度点以下，冷凝的焦油与旋风分离的炭粉粘结滚动造粒，从焦油造粒炭出口排出生物质热裂解气处理装置；

燃气增压引风机设于旋风分离器本体的顶部，燃气增压引风机进口与旋风分离器本体顶部出气口连接，燃气增压引风机用于将洁净裂解气加压输送至裂解气燃烧装置。

进一步地，直进式旋涡分离器本体包括第一壳体、第二壳体、内筒、第一法兰、第二法兰、调节螺杆组件及螺旋导流件，第一壳体的前端设有裂解气进口，其后端封闭，底部设有炭粉出口；第二壳体同心套装在第一壳体内，第一壳体与第二壳体之间形成第一进气腔，第二壳体的前端封闭，封闭端呈锥形，锥形壳体的后端连接一段圆柱壳体A，螺旋导流件设于圆柱壳体A的外表面且位于裂解气进口内，螺旋导流件用于使通过裂解气进口的裂解气产生旋涡，第二壳体的后端为扩大的圆柱壳体B，圆柱壳体B的后端伸出第一壳体且连接第一法兰，圆柱壳体B的底部设有裂解气进口B，裂解气进口B与第一进气腔相通；内筒同心套装在第二壳体的圆柱壳体B内，内筒与第二壳体之间形成第二进气腔，内筒前端封闭，后端敞口，敞口端伸出第二壳体连接第二法兰，内筒筒壁开设若干进气孔，进气孔与第二进气腔相通，第一法兰与第二法兰通过调节螺杆组件与第一壳体固定连接。

进一步地，第一壳体包括水平设置的圆锥壳体和竖直设置的矩形壳体，圆锥壳体的前端设有圆柱状裂解气进口，矩形壳体的上端与圆锥壳体连接，下端收缩成方管状炭粉出口，炭粉出口的上段设有管道式夹套冷却器，管道式夹套冷却器用于冷却通过炭粉出口的炭粉；炭粉出口的下段设有第一关风机及第二关风机，第一关风机与第二关风机之间形成炭粉存储室第一关风机与第二关风机交替工作，完成炭粉输送的同时保证装备内外气氛隔绝。

进一步地，管道式夹套冷却器包括冷却器壳体，冷却器壳体上设有第三冷却介质进口及第三冷却介质出口，第三冷却介质进口及第三冷却介质出口上均设置开关阀。

进一步地，通过调节螺杆组件调节螺旋导流件伸入裂解气进口的深度，调节裂解气在直进式旋涡分离器的旋风速度。

进一步地，燃气增压引风机设有补温口，补温口用于通入高温烟气，使洁净裂解气的排气温度升高到焦油冷凝温度以上。

进一步地，一级冷却夹套上设有第一冷却介质进口及第一冷却介质出口，第一冷却介质进口及第一冷却介质出口上均设置开关阀。

进一步地，二级冷却夹套上设有第二冷却介质进口及第二冷却介质出口，第二冷却介质进口及第二冷却介质出口上均设置开关阀。

一种生物质热裂解气处理方法，使用上述任意一种生物质热裂解气处理装置。

进一步地，所述生物质热裂解气处理方法包括以下步骤：

S1、炭粉分配：裂解气由裂解气进口进入生物质热裂解气处理装置，在直进式旋涡分离器中进行碳粉的初步分离，初步分离的碳粉经直进式旋涡分离器底部的炭粉出口排出生物质热裂解气处理装置，未分离的碳粉由初步分离的裂解气夹带进入旋风分离器；通过调节直进式旋涡分离器的螺旋导流件的***深度，调节旋风速度，从而控制直进式旋涡分离器截留的炭粉粒径和数量；

S2、旋风分离除炭：初步分离后的裂解气经旋风分离器进气口进入旋风分离器，在离心力作用下，炭粉贴旋风分离器的锥形壳体的筒壁滑落；

S3、焦、炭滚动造粒：在一级冷却夹套、二级冷却夹套的冷却作用下，离心分离器的锥形壳体内的裂解气降温到焦油冷凝温度点以下，焦油在锥形筒壁发生凝结并与炭粉粘结产生滚动造粒，颗粒状的炭焦混合物降温硬化后，由第三关风机控制，排出生物质热裂解气处理装置；

S4、裂解气排出：洁净的裂解气经旋风分离器顶部出口进入燃气增压引风机，燃气增压引风机对除焦后的裂解气进行加压输送。

本发明的有益效果：

1、本发明的生物质热裂解气处理装置，通过直进式旋涡分离器对裂解气初步进行离心分离，通过控制直进式旋涡分离器的螺旋导流件***深度，调节旋风速度，控制分离炭粉的粒径和数量，分离出的炭粉经直进式旋涡分离器排出生物质热裂解气处理装置；初步分离后的裂解气进入旋风分离器，在旋风分离器的离心作用下配合两级降温夹套，使得裂解气中的大部分焦油气发生可控冷凝，凝结焦油与旋风分离下来的炭粉在壳体内壁产生滚动造粒，颗粒状的炭焦混合物降温硬化后，由第三关风机控制排出生物质热裂解气处理装置；洁净的裂解气经燃气增压引风机加压输送至燃烧装置。因此，本发明的生物质热裂解气处理装置可改变裂解气中焦油含量、炭粉含量以及气体温度，产生品质稳定的可燃裂解气，使得后续的燃烧过程可实现燃控级控制。本发明利用焦油液的粘性，使焦油液与分离的炭粉进行滚动造粒，极大地提高了旋风分离器对微小颗粒的捕捉分离能力，进一步加强了分离效率，有效减小了裂解气中炭粉和粉尘含量。

2、本发明的生物质热裂解气处理装置，可在现有气力输送管路上进行改造设计，不增加原***的阻力，建造及使用成本低。

3、本发明的直进式旋涡分离器的工作原理是：裂解气进入裂解气进口A后沿第二壳体的尖端分布至螺旋导流件，沿螺旋导流件的螺旋通道向前流动从而形成涡旋，炭粉等固体颗粒在涡旋形成的离心力的作用下从裂解气中分离，分离的炭粉撞击到第一壳体内壁后掉落至炭粉出口，排出生物质热裂解气处理装置；初步分离的裂解气经裂解气进口B进入第二壳体，通过进气孔进入内筒，最后从内筒后端排入旋风分离器。第二壳体前端的尖端设计及内筒上若干进气孔的结构设计使得通过直进式旋涡分离器的裂解气压头损失极小。

4、一级冷却夹套、二级冷却夹套及管道式夹套冷却器的设计，一方面可实现焦油及炭粉的分离及降温，另一方面也可将高温裂解气的热能转移至其他介质中，有利于能源的综合利用，减小能源消耗。

附图说明

图1是本发明的生物质热裂解气处理装置的结构示意图。

图2是本发明的直进式旋涡分离器的结构示意图。

图3是本发明的直进式旋涡分离器的第一壳体的结构示意图。

图4是图3的侧视图。

图5是本发明的直进式旋涡分离器的第二壳体的结构示意图。

图6是图5沿A-A向剖视图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

参阅图1～图6，本实施例提供一种生物质热裂解气处理装置，包括直进式旋涡分离器、旋风分离器、一级冷却夹套30、二级冷却夹套40、第三关风机50及燃气增压引风机60；

直进式旋涡分离器包括水平设置的旋涡分离器本体10，旋涡分离器本体的前端设有裂解气进口101，裂解气进口101内设有螺旋导流件17，螺旋导流件17用于使流经裂解气进口的裂解气产生涡旋，旋涡分离器本体10的后端设有裂解气出口102，旋涡分离器本体的底部设有炭粉出口103，裂解气出口102通过风管2与旋风分离器的进气口21连接，直进式旋涡分离器用于通过离心分离将裂解气中挟带的炭粉进行初步分离并将分离的炭粉从炭粉出口排出生物质热裂解气处理装置；

旋风分离器包括竖直设置的旋风分离器本体20，旋风分离器本体20包括圆柱壳体21和圆锥壳体22，圆柱壳体21的侧面切向设置进气口201，顶部设置出气口202；圆锥壳体22的底部设置焦油造粒炭出口203，焦油造粒炭出口203上设置第三关风机50；圆锥壳体22上设置一级冷却夹套30和二级冷却夹套40，一级冷却夹套30和二级冷却夹套40用于将通过圆锥壳体22的裂解气冷却到焦油冷凝温度点以下，冷凝的焦油与旋风分离的炭粉粘结滚动造粒，从焦油造粒炭出口203排出生物质热裂解气处理装置；

燃气增压引风机60设于旋风分离器本体10的顶部，燃气增压引风机进口与旋风分离器本体顶部出气口202连接，燃气增压引风机60用于将洁净裂解气加压输送至裂解气燃烧装置。

在本实施例中，直进式旋涡分离器本体10包括第一壳体11、第二壳体12、内筒13、第一法兰14、第二法兰15、调节螺杆组件16及螺旋导流件17。

第一壳体11包括水平设置的圆锥壳体111和竖直设置的矩形壳体112，圆锥壳体111的前端设有圆柱状裂解气进口101，圆锥壳体111的后端与矩形壳体112的上端连接，矩形壳体112的后端封闭，封板上设有与第二壳体12外径适配的通孔。矩形壳体112的下端收缩成方管状炭粉出口103，炭粉出口103的上段设有管道式夹套冷却器70，管道式夹套冷却器70用于冷却通过炭粉出口的炭粉；炭粉出口103的下段设有第一关风机80及第二关风机90，第一关风机80与第二关风机90之间形成炭粉存储室。管道式夹套冷却器70包括冷却器壳体，冷却器壳体的下端设有第三冷却介质进口管，冷却器壳体的上端设有第三冷却介质出口管，第三冷却介质进口管上设置进口阀72，第三冷却介质出口管上设置出口阀71。管道式夹套冷却器为现有技术，冷却介质为液体，如水时，冷却介质下进上出流经夹套，与离心分离的炭粉交换热量，工作状态下，第一关风机80开启，第二关风机90关闭，冷却的炭粉落入炭粉存储室暂时储存，需要排放时，关闭第一关风机80，打开第二关风机90，将炭粉存储室内的炭粉排出装置，第一关风机与第二关风机交替工作，完成炭粉输送的同时保证装备内外气氛隔绝。冷却介质被加热后可经出口阀71引出，有效利用热能。

第二壳体12的前端封闭，封闭端呈锥形，锥形壳体121的后端连接一段圆柱壳体A122，第二壳体的后端为扩大的圆柱壳体B123，圆柱壳体B123通过圆锥体与圆柱壳体A122连接。圆柱壳体B123的底部沿其径向切割出一段120°弧长的开口，该开口为裂解气进口B104，裂解气进口B104与第一进气腔105相通。第二壳体12穿过第一壳体后封板上的通孔同心套装在第一壳体11内，锥形壳体121及圆柱壳体A122设于第一壳体的裂解气进口101内，第一壳体11与第二壳体12之间形成第一进气腔105，圆柱壳体B的后端伸出第一壳体11且连接第一法兰14。

螺旋导流件17设于圆柱壳体A122的外表面，在本实施例中，螺旋导流件17为螺旋缠绕在圆柱壳体A122外表面的一段螺旋板，螺旋板的外缘触碰第一壳体的内壁，进入裂解气进口101内的裂解气沿螺旋板的螺旋通道向前流动从而形成涡旋。

内筒13同心套装在第二壳体的圆柱壳体B123内，内筒13与第二壳体12之间形成第二进气腔106。在本实施例中，内筒为空心圆筒，空心圆筒的前端封闭，后端敞口，敞口端伸出第二壳体12连接第二法兰15，内筒筒壁开设若干进气孔131，进气孔131与第二进气腔106相通。调节螺杆组件16包括螺杆及锁紧螺母，螺杆的一端螺设在第一壳体11的后封板内，螺杆的另一端穿过第一法兰12及第二法兰15，通过锁紧螺母固定。第一法兰12与第二法兰15贴合，第二法兰15同时也作为第二壳体12的后封板。通过调节螺杆位于第一壳体与第一法兰12之间的长度，调节螺旋板伸入裂解气进口101的深度，调节旋风速度，控制分离炭粉的粒径和数量，从而合理分配两个分离器的负荷。

在本实施例中，燃气增压引风机60设有补温口61，补温口61用于通入高温烟气，使洁净裂解气的排气温度升高到焦油冷凝温度以上，防止少量未净化的焦油在输送过程中发生冷凝。

在本实施例中，一级冷却夹套30上设有第一冷却介质进口及第一冷却介质出口，第一冷却介质进口及第一冷却介质出口上均设置开关阀。二级冷却夹套40上设有第二冷却介质进口及第二冷却介质出口，第二冷却介质进口及第二冷却介质出口上均设置开关阀。通过合理控制两级冷凝夹套中的冷却介质的流量和流速，可精确控制旋风分离器中的焦油冷凝状态，从而确保裂解气中挟带的绝大部分焦油分离出来。

实施例2

一种生物质热裂解气处理方法，使用实施例1的生物质热裂解气处理装置，具体包括以下步骤：

S1、炭粉分配：裂解气由裂解气进口101进入生物质热裂解气处理装置，在直进式旋涡分离器中进行碳粉的初步分离，初步分离的碳粉经直进式旋涡分离器底部的炭粉出口103排出生物质热裂解气处理装置，未分离的碳粉由初步分离的裂解气夹带进入旋风分离器；通过调节直进式旋涡分离器的螺旋导流件的***深度，调节旋风速度，从而控制直进式旋涡分离器截留的炭粉粒径和数量；

在直进式旋涡分离器中，裂解气流经螺旋导流件17时，沿螺旋板的螺旋通道向前流动从而形成涡旋，涡旋状的裂解气进入第一进气腔105，在第一进气腔105内，裂解气中挟带的炭粉在离心力的作用下撞击到第一壳体内壁后掉落至炭粉出口103，炭粉出口103内的炭粉经过管道式冷却夹套70降温后，由第一关风机80和第二关风机90控制，排出生物质热裂解气处理装置；初步分离后的裂解气经裂解气进口B104进入第二进气腔106，再经进气孔131进入内筒13，最后经内筒后端的裂解气出口102进入旋风分离器的进气口201；

S2、旋风分离除炭：在旋风分离器20内，在离心力的作用下，初步分离后的裂解气中挟带的炭粉贴旋风分离器的锥形壳体的筒壁滑落；

S3、焦、炭滚动造粒：在一级冷却夹套30、二级冷却夹套40的冷却作用下，裂解气降温到焦油冷凝温度点以下，焦油在锥形筒壁发生凝结并与炭粉粘结产生滚动造粒，颗粒状的炭焦混合物降温硬化后，由第三关风机50控制，排出生物质热裂解气处理装置；

S4、裂解气排出：洁净的裂解气经旋风分离器顶部出口202进入燃气增压引风机60，燃气增压引风机60对除焦后的裂解气进行加压输送，补温口61用于通入高温烟气，使洁净裂解气的排气温度升高到焦油冷凝温度以上，防止少量未净化的焦油在输送过程中发生冷凝。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种生物质热裂解气处理装置，其特征在于，包括直进式旋涡分离器、旋风分离器、一级冷却夹套、二级冷却夹套、第三关风机及燃气增压引风机；

直进式旋涡分离器包括水平设置的旋涡分离器本体，旋涡分离器本体的前端设有裂解气进口，裂解气进口内设有螺旋导流件，螺旋导流件用于使流经裂解气进口的裂解气产生涡旋，旋涡分离器本体的后端设有裂解气出口，旋涡分离器本体的底部设有炭粉出口，裂解气出口与旋风分离器的进气口连接，直进式旋涡分离器用于通过离心分离将裂解气中挟带的炭粉进行初步分离并将分离的碳粉从炭粉出口排出生物质热裂解气处理装置；

旋风分离器包括竖直设置的旋风分离器本体，旋风分离器本体包括圆柱壳体和圆锥壳体，圆柱壳体的侧面切向设置进气口，顶部设置出气口；圆锥壳体的底部设置焦油造粒炭出口，焦油造粒炭出口上设置第三关风机；圆锥壳体上设置一级冷却夹套和二级冷却夹套，一级冷却夹套和二级冷却夹套用于将通过圆锥壳体的裂解气冷却到焦油冷凝温度点以下，冷凝的焦油与旋风分离的炭粉粘结滚动造粒，从焦油造粒炭出口排出生物质热裂解气处理装置；

燃气增压引风机设于旋风分离器本体的顶部，燃气增压引风机进口与旋风分离器本体顶部出气口连接，燃气增压引风机用于将洁净裂解气加压输送至裂解气燃烧装置；

直进式旋涡分离器本体包括第一壳体、第二壳体、内筒、第一法兰、第二法兰、调节螺杆组件及螺旋导流件，第一壳体的前端设有裂解气进口，其后端封闭，底部设有炭粉出口；第二壳体同心套装在第一壳体内，第一壳体与第二壳体之间形成第一进气腔，第二壳体的前端封闭，封闭端呈锥形，锥形壳体的后端连接一段圆柱壳体A，螺旋导流件设于圆柱壳体A的外表面且位于裂解气进口内，螺旋导流件用于使通过裂解气进口的裂解气产生旋涡，第二壳体的后端为扩大的圆柱壳体B，圆柱壳体B的后端伸出第一壳体且连接第一法兰，圆柱壳体B的底部设有裂解气进口B，裂解气进口B与第一进气腔相通；内筒同心套装在第二壳体的圆柱壳体B内，内筒与第二壳体之间形成第二进气腔，内筒前端封闭，后端敞口，敞口端伸出第二壳体连接第二法兰，内筒筒壁开设若干进气孔，进气孔与第二进气腔相通，第一法兰与第二法兰通过调节螺杆组件与第一壳体固定连接；

第一壳体包括水平设置的圆锥壳体和竖直设置的矩形壳体，圆锥壳体的前端设有圆柱状裂解气进口，矩形壳体的上端与圆锥壳体连接，下端收缩成方管状炭粉出口，炭粉出口的上段设有管道式夹套冷却器，管道式夹套冷却器用于冷却通过炭粉出口的炭粉；炭粉出口的下段设有第一关风机及第二关风机，第一关风机与第二关风机之间形成炭粉存储室，第一关风机与第二关风机交替工作，完成炭粉输送的同时保证装备内外气氛隔绝。

2.根据权利要求1所述的生物质热裂解气处理装置，其特征在于，管道式夹套冷却器包括冷却器壳体，冷却器壳体上设有第三冷却介质进口及第三冷却介质出口，第三冷却介质进口及第三冷却介质出口上均设置开关阀。

3.根据权利要求1所述的生物质热裂解气处理装置，其特征在于，通过调节螺杆组件调节螺旋导流件伸入裂解气进口的深度，调节裂解气在直进式旋涡分离器的旋风速度。

4.根据权利要求1所述的生物质热裂解气处理装置，其特征在于，燃气增压引风机设有补温口，补温口用于通入高温烟气，使洁净裂解气的排气温度升高到焦油冷凝温度以上。

5.根据权利要求1所述的生物质热裂解气处理装置，其特征在于，一级冷却夹套上设有第一冷却介质进口及第一冷却介质出口，第一冷却介质进口及第一冷却介质出口上均设置开关阀。

6.根据权利要求1所述的生物质热裂解气处理装置，其特征在于，二级冷却夹套上设有第二冷却介质进口及第二冷却介质出口，第二冷却介质进口及第二冷却介质出口上均设置开关阀。

7.一种生物质热裂解气处理方法，其特征在于，使用权利要求1～6任意一项所述的生物质热裂解气处理装置。

8.根据权利要求7所述的一种生物质热裂解气处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、炭粉分配：裂解气由裂解气进口进入生物质热裂解气处理装置，在直进式旋涡分离器中进行碳粉的初步分离，初步分离的碳粉经直进式旋涡分离器底部的炭粉出口排出生物质热裂解气处理装置，未分离的碳粉由初步分离的裂解气夹带进入旋风分离器；通过调节直进式旋涡分离器的螺旋导流件的***深度，调节旋风速度，从而控制直进式旋涡分离器截留的炭粉粒径和数量；

S2、旋风分离除炭：初步分离后的裂解气经旋风分离器进气口进入到旋风分离器，在离心力作用下，炭粉贴旋风分离器的锥形壳体的筒壁滑落；

S3、焦、炭滚动造粒：在一级冷却夹套、二级冷却夹套的冷却作用下，离心分离器的锥形壳体内的裂解气降温到焦油冷凝温度点以下，焦油在锥形筒壁发生凝结并与炭粉粘结产生滚动造粒，颗粒状的炭焦混合物降温硬化后，由第三关风机控制，排出生物质热裂解气处理装置；

S4、裂解气排出：洁净的裂解气经旋风分离器顶部出口进入燃气增压引风机，燃气增压引风机对除焦后的裂解气进行加压输送。

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