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一种高湿生物质气化方法及系统.pdf

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一种 生物 气化 方法 系统
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摘要
申请专利号:

CN201910094291

申请日:

20190130

公开号:

CN109628160A

公开日:

20190416

当前法律状态:

公开

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 公开
IPC分类号: C10J3/72;C10J3/84 主分类号: C10J3/72;C10J3/84
申请人: 中国科学院广州能源研究所
发明人: 刘华财;黄艳琴;袁洪友;阴秀丽;吴创之
地址: 510640 广东省广州市天河区五山能源路2号
优先权:
专利代理机构: 44001 代理人: 方燕;莫瑶江
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910094291

授权公告号:

法律状态公告日:

20190416

法律状态类型:

公开

摘要

本发明公开了一种高湿生物质气化方法及系统。该方法,包括如下步骤:(1)从气化炉出口的粗燃气进入冷却洗涤塔,获得洁净燃气;(2)冷却洗涤塔排出的焦油污水进入油水分离器,油水分离器将焦油污水分离成上层的轻焦油、下层的重焦油和中间水层,中间水层重新进入冷却洗涤塔?#28304;?#29123;气进行喷淋净化,形成净化循环,(3)将集油箱内的轻焦油和重焦油均匀混合后喷入燃烧器,与通入的洁净燃气一起燃烧,消除焦油的同时获得高温烟气,利用高温烟气对高湿生物质进行烘干,烘干后的生物质进入气化炉发生气化?#20174;?#29983;成粗燃气。本发明将焦油从污水中分离出来后喷入燃烧器与通入的洁净燃气一起燃烧,所得高温烟气用于烘干高湿生物质原料,完?#23665;?#27833;污水处理的同时,回收焦油能量、提高系统效率,简单有效,节能环保。

权利要求书

1.一种高湿生物质气化方法,其特征在于,包括如下步骤: (1)从气化炉出口的粗燃气进入冷却洗涤塔,获得洁净燃气; (2)冷却洗涤塔排出的焦油污水进入油水分离器,油水分离器将焦油污水分离成上层的轻焦油、下层的重焦油和中间水层,中间水层重新进入冷却洗涤塔?#28304;?#29123;气进行喷淋净化,形成粗燃气净化循环,轻焦油和重焦油进入集油箱; (3)将集油箱内的轻焦油和重焦油均匀混合后喷入燃烧器,与通入的洁净燃气一起燃烧,消除焦油的同时获得高温烟气,利用高温烟气对高湿生物质进行烘干,烘干后的生物质进入气化炉发生气化?#20174;?#29983;成粗燃气。 2.根据权利要求1所述的高湿生物质气化方法,其特征在于,步骤(1)中所述的冷却洗涤塔包括?#26469;?#36830;接的第一冷却洗涤塔和第二冷却洗涤塔。 3.根据权利要求1所述的高湿生物质气化方法,其特征在于,步骤(2)中所述的油水分离器设置有协助轻焦油分离的气浮发生装置。 4.根据权利要求1所述的高湿生物质气化方法,其特征在于,步骤(2)中所述的中间水层经冷却器冷却之后再进入冷却洗涤塔雾化喷淋。 5.根据权利要求1所述的高湿生物质气化方法,其特征在于,步骤(2)中通过加热、搅拌和/或添加乳化剂,使集油箱内的轻焦油和重焦油均匀混合并保持良好流动性。 6.根据权利要求1所述的高湿生物质气化方法,其特征在于,利用步骤(3)的烘干尾气对步骤(2)所述的集油箱进行加热。 7.一种高湿生物质气化系统,其特征在于,该系统用于实现权利要求1所述的高湿生物质气化方法,包括气化炉、冷却洗涤塔、油水分离器、集油箱、燃烧器和烘干机,所述的气化炉上设置有粗燃气出口,气化炉内的含焦油粗燃气从粗燃气出口通过粗燃气管?#26041;?#20837;冷却洗涤塔,所述的冷却洗涤塔通过循环冷却水实现冷却洗涤塔的间接冷却,,所述的冷却洗涤塔底部与油水分离器连通,冷却洗涤塔排出的焦油废液流入油水分离器内,所述的焦油废液被分离成轻焦油、重焦油和中间水层,中间水层通过输水管路重新进入冷却洗涤塔?#38498;?#28966;油粗燃气进行洗涤净化,轻焦油和重焦油进入集油箱,均匀混合后喷入燃烧器与通入的洁净燃气一起燃烧,消除焦油的同时获得高温烟气,在烘干机内利用高温烟气对高湿生物质进行烘干,烘干后的生物质进入气化炉发生气化?#20174;?#29983;成粗燃气。 8.根据权利要求7所述的高湿生物质气化系统,其特征在于:所述的冷却洗涤塔管侧设置有粗燃气和喷淋水,壳侧设置有循环冷却水。 9.根据权利要求7所述的高湿生物质气化系统,其特征在于:所述的冷却洗涤塔上设置有粗燃气入口、洁净燃气出口、循环冷却水入口和循环冷却水出口,所述的粗燃气管路一端与粗燃气出口连通,另一端与冷却洗涤塔的粗燃气入口连通,所述的洁净燃气出口将冷却洗涤塔中的一部分洁净燃气输送至燃烧器,与集油箱内的轻焦油和重焦油均匀混合后一起燃烧,另一部分洁净燃气储存备用。 10.根据权利要求7所述的高湿生物质气化系统,其特征在于:所述的输水管路上设置有冷却器,所述的中间水层经过冷却器冷却之后再进入冷却洗涤塔雾化喷淋。

说明书


一种高湿生物质气化方法及系统
技术领域:


本发明属于生物质热化学转化技术领域,具体涉及一种高湿生物质气化方法及系
统。


背景技术:


生物质气化是将生物质燃料转变为含有氢气、一氧化碳和甲烷的燃气。通过生物
质气化生产的燃气,可以用来集中供气、供热、发电、合成液体燃料或化学品等,具有广阔的
发展应用前景。


秸秆和园?#22336;?#24323;物等生物质原料通常水分含量较高,在气化利用之前需要消耗大
量的能量来烘干;另一方面,焦油问题是限制气化技术推广应用的瓶?#20445;?#28966;油不仅严重影响
燃气品质,?#19981;?#23545;下游燃气贮存、输送和利用设备造成腐蚀和堵塞问题,影响系统运行和安
全。常用的焦油脱除方法包括水洗、过滤、热裂解和催化裂解。水洗喷淋油简单有效,但会产
生大量焦油废水;过滤法喷淋油效率?#31995;汀?#25104;本较高;热裂解一般在1000℃以?#31995;?#39640;温下进
行,对设备要求高,能耗很大;催化裂解?#26723;土私?#27833;裂解?#20174;?#28201;度,并提高焦油转化效率,但
催化剂积炭或烧结的问题难以解决。


发明内容:


本发明的目的在于提供一种高湿生物质气化方法及系统,回收焦油能量减少烘干
能耗,同时解决焦油处理难的问题。


本发明的第一个目的是提供一种高湿生物质气化方法,包括如下步骤:


(1)从气化炉出口的粗燃气进入冷却洗涤塔,获得洁净燃气;


(2)冷却洗涤塔排出的焦油污水进入油水分离器,油水分离器将焦油污水分离成
上层的轻焦油、下层的重焦油和中间水层,中间水层重新进入冷却洗涤塔?#28304;?#29123;气进行喷
淋净化,形成粗燃气净化循环,轻焦油和重焦油进入集油箱;


(3)将集油箱内的轻焦油和重焦油均匀混合后喷入燃烧器,与通入的洁净燃气一
起燃烧,消除焦油的同时获得高温烟气,利用高温烟气对高湿生物质进行烘干,烘干后的生
物质进入气化炉发生气化?#20174;?#29983;成粗燃气。


优选,步骤(1)中所述的冷却洗涤塔包括?#26469;?#36830;接的第一冷却洗涤塔和第二冷却
洗涤塔。冷却洗涤塔的作用是冷却并?#38597;?#28107;油,第一冷却洗涤塔和第二冷却洗涤塔的设置
是为了提高净化效果。


优选,步骤(2)中所述的油水分离器设置有协助轻焦油分离的气浮发生装置,将轻
焦油分离至上层。


优选,步骤(2)中述的油水分离器中,将中间水层的部分污水与轻焦油、重焦油一
起排出至集油箱,使在冷却洗涤塔和油水分离器之间循环的污水总量保持不变,不用补给
水。


优选,步骤(2)中通过加热、搅拌和/或添加乳化剂,使集油箱内的轻焦油和重焦油
均匀混合并保持良好流动性。


优选,利用步骤(3)的烘干尾气对步骤(2)所述的集油箱进行加热。


优选,根据烘干高湿生物质和加热集油箱所需热量,调节通往燃烧器的洁净燃气
流量。


本发明将焦油喷入燃烧器与通入的洁净燃气一起燃烧,完?#23665;?#27833;污水处理的同时
获得高温烟气,利用高温烟气烘干高湿生物质原料,回收焦油能量?#26723;?#28888;干能耗,同时解决
?#31169;?#27833;污水的处理?#28895;猓?#31616;单有效,节能环保。


本发明的第二个目的是提供一种高湿生物质气化系统,该系统用于实现高湿生物
质气化方法,包括气化炉、冷却洗涤塔、油水分离器、集油箱、燃烧器和烘干机,所述的气化
炉上设置有粗燃气出口,气化炉内的含焦油粗燃气从粗燃气出口通过粗燃气管?#26041;?#20837;冷却
洗涤塔,所述的冷却洗涤塔通过循环冷却水实现冷却洗涤塔的间接冷却,,所述的冷却洗涤
塔底部与油水分离器连通,冷却洗涤塔排出的焦油废液流入油水分离器内,所述的焦油废
液被分离成轻焦油、重焦油和中间水层,中间水层通过输水管路重新进入冷却洗涤塔?#38498;?br>焦油粗燃气进行洗涤净化,轻焦油和重焦油进入集油箱,均匀混合后喷入燃烧器与通入的
洁净燃气一起燃烧,消除焦油的同时获得高温烟气,在烘干机内利用高温烟气对高湿生物
质进行烘干,烘干后的生物质进入气化炉发生气化?#20174;?#29983;成粗燃气。


优选,所述的冷却洗涤塔管侧设置有粗燃气和喷淋水,壳侧设置有循环冷却水。


优选,所述的冷却洗涤塔上设置有粗燃气入口、洁净燃气出口、循环冷却水入口和
循环冷却水出口,所述的粗燃气管路一端与粗燃气出口连通,另一端与冷却洗涤塔的粗燃
气入口连通,所述的洁净燃气出口将冷却洗涤塔中的一部分洁净燃气输送至燃烧器,与集
油箱内的轻焦油和重焦油均匀混合后一起燃烧,另一部分洁净燃气储存备用。


优选,所述的输水管路上设置有冷却器,所述的中间水层经过冷却器冷却之后再
进入冷却洗涤塔雾化喷淋。


本发明的有益效果是:将焦油分离出来,喷入燃烧器与通入的洁净燃气一起燃烧,
利用高温烟气烘干高湿生物质原料,回收焦油能量,同时解决?#31169;?#27833;污水的处理?#28895;猓?#31616;单
有效,节能环保。


附图说明:


图1是本发明高湿生物质气化方法实施例1的工艺流程示意图;


附图标记说明:1、气化炉;2、粗燃气;3、冷却洗涤塔;4、循环冷却水;5、洁净燃气;
6、焦油污水;7、油水分离器;8、轻焦油;9、中间水层;10、重焦油;11、集油箱;12、燃烧器;13、
烘干机;14、高湿生物质;15、烘干尾气;16、干生物质;17、气化介质。


具体实施方式:


以下实施例是对本发明的进一步说明,而不是对本发明的限制。


除特别说明,本发明中提到的设备和材料均为市售。


实施例1:


如图1所示,一种高湿生物质气化方法,包括以下步骤:


(1)从气化炉1出口的粗燃气2进入冷却洗涤塔3,洗?#27833;?#38500;焦油,?#20918;?#24490;环冷却水4
间接冷却,获得洁净燃气5;


(2)冷却洗涤塔3排出的焦油污水6进入油水分离器7,油水分离器7将焦油污水分
离成上层的轻焦油8、中间水层9和下层的重焦油10,中间水层9重新进入冷却洗涤塔3?#28304;?br>燃气2进行喷淋净化,形成循环,上层的轻焦油8和下层的重焦油10进入集油箱11;


(3)轻焦油8和重焦油10在集油箱11混合搅匀后喷入燃烧器12与通入的洁净燃气5
一起燃烧,消喷淋油污水的同时获得高温烟气,利用高温烟气在烘干机13内对高湿生物质
14进行烘干,烘干尾气15用于加热集油箱11,将焦油混合物温度维持在80℃左右,使轻焦油
和重焦油混合均匀并获得良好的流动性,干生物质16进入气化炉1与气化介质17发生?#20174;?br>生成粗燃气2。


步骤(2)中可以通过加热、搅拌和/或添加乳化剂,使集油箱11内的轻焦油8和重焦
油10均匀混合并保持良好流动性,在本实施例中通过搅拌,使集油箱11内的轻焦油8和重焦
油10均匀混合并保持良好流动性。


冷却洗涤塔3可以设置为若干个冷却洗涤塔3?#26469;?#36830;接,经过冷却洗涤塔3的粗燃
气净化为洁净燃气,根据实?#26159;?#20917;确定冷却洗涤塔3的数量。在本实施例中,冷却洗涤塔3为
1个。冷却洗涤塔3管侧设置有粗燃气和喷淋水,壳侧设置有循环冷却水。


实现上述高湿生物质气化方法的系统,包括气化炉1、冷却洗涤塔3、油水分离器7、
集油箱11、燃烧器12和烘干机13,气化炉1上设置有粗燃气出口,气化炉1内的含焦油粗燃气
2从粗燃气出口通过粗燃气管?#26041;?#20837;冷却洗涤塔3,冷却洗涤塔3管侧为粗燃气和喷淋水,壳
侧为循环冷却水,冷却洗涤塔3上设置有粗燃气入口、洁净燃气出口、循环冷却水入口和循
环冷却水出口,粗燃气管路一端与粗燃气出口连通,另一端与冷却洗涤塔3的粗燃气入口连
通,洁净燃气出口将冷却洗涤塔3中的一部分洁净燃气输送至燃烧器12,与集油箱11内的轻
焦油8和重焦油10均匀混合后一起燃烧,另一部分洁净燃气储存备用。在本实施例中,油水
分离器7设置有协助轻焦油8分离的气浮发生装置(图未示)。


冷却洗涤塔3通过循环冷却水间接冷却,冷却洗涤塔3底部与油水分离器7连通,冷
却洗涤塔3排出的焦油废液流入油水分离器7内,焦油废液被分离成轻焦油8、重焦油10和中
间水层9,中间水层9通过输水管路重新进入冷却洗涤塔3?#38498;?#28966;油粗燃气进行洗涤净化,轻
焦油8和重焦油10进入集油箱11,均匀混合后喷入燃烧器12与通入的洁净燃气5一起燃烧,
消除焦油的同时获得高温烟气,在烘干机13内利用高温烟气对高湿生物质14进行烘干,烘
干后的生物质进入气化炉1发生气化?#20174;?#29983;成粗燃气2。输水管路上设置有冷却器,中间水
层9经过冷却器冷却之后再进入冷却洗涤塔3雾化喷淋。


其中,在本实施例中,气化炉1为上吸式固定床气化炉,对原料含水量要求?#31995;停?#26377;
利于系统稳定运行。步骤(2)调节喷入燃烧器13的焦油污水量,使冷却洗涤塔3和油水分离
器7之间的循环水量保持不变,不用补给水。步骤(3)根据烘干高湿生物质14和加热集油箱
11所需热量,调节通往燃烧器13的洁净燃气5流量。


其中,粗燃气2的焦油含量取决于气化炉类型和运行状况,一般为0.1-100g/m
3,焦
油热值约40MJ/kg,轻焦油8和重焦油10所含能量占干生物质14能量的比例可高达20%左
右。


对比例1:


与实施例1相同,不同之处在于:利用气化获得的燃气对高湿生物质原料进行烘
干,焦油废?#21644;?#36807;下游的氧化消解、生化处理等常规手段进行处理,初始投资大、运行成本
高,且损失了全部的焦油能量。


实施例1与对比例1比较,实施例1回收?#31169;?#27833;能量,气化效率提升可高达20%左
右,且工艺和系统简单,解决?#31169;?#27833;污水处理?#28895;猓?#22823;幅?#26723;?#20102;成本。


以上对本发明提供的高湿生物质气化方法及系统进行了详细的介绍,以上实施例
的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想,应当指出,对于本技术领域的
技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些
改进和修?#25105;?#33853;入本发明权利要求的保护?#27573;?#20869;。


关于本文
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