專利名稱：生物質(zhì)燃氣凈化方法及裝置的制作方法
生物質(zhì)能一直是人類賴以生存的重要能源，屬僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費總量第四位的能源，并極有可能成為未來持續(xù)能源系統(tǒng)的重要組成部分。我國生物質(zhì)資源十分豐富，其中僅農(nóng)作物秸稈(包括稻草、玉米秸稈、高粱秸稈、甘蔗渣、棉桿等)產(chǎn)量每年可達6億噸，如何充分利用這些資源，歷來是一件大事，近年來，隨著農(nóng)村生活水平的提高，農(nóng)村生活用生物質(zhì)秸稈量的日漸減少，加之生物質(zhì)能利用技術(shù)落后，使得大量的生物質(zhì)秸稈過剩，有近三分之一的生物質(zhì)秸稈被農(nóng)民就地荒燒，不僅浪費資源，還污染環(huán)境。因此，研究開發(fā)將生物質(zhì)轉(zhuǎn)換為高品位氣體燃料的高新技術(shù)，實現(xiàn)生物質(zhì)能的高效潔凈利用已成為目前農(nóng)村能源與環(huán)境工程領域所急待解決的一項的課題。
具“生物質(zhì)氣化工藝”，新能源，1995，17(4)，43-45及“沼氣與木質(zhì)氣聯(lián)合供氣裝置的研究”浙江農(nóng)業(yè)大學學報，1993，19(1)34-37，介紹，生物質(zhì)熱解氣化作為一種主要的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)，近年來得到較大的發(fā)展，各種生物質(zhì)氣化裝置(爐)和生物質(zhì)燃氣發(fā)電機組的相繼研制成功，把生物質(zhì)能的高品位利用推到了一個較新的高度，同時，生物質(zhì)固定床熱解氣化已發(fā)展到農(nóng)村村級規(guī)模的集中供氣和氣化烘干等領域，而且以追求中熱值為目標的流化床和循環(huán)流化氣化裝置的研究已取得初步成果，但是在熱解氣化系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，燃氣中焦油脫除及凈化等關鍵技術(shù)上還須進一步的研究和完善。生物質(zhì)在熱解氣化過程中一部分揮發(fā)物轉(zhuǎn)化成焦油，加上熱裂解產(chǎn)生的碳黑，二者混在一起形成焦油塵，一般生物質(zhì)燃氣的焦油塵的含量為3-5g/Nm。這些焦油塵在常溫下易凝結(jié)成液體，能對管道、灶具、氣缸、燃氣透平等造成堵塞、污染和腐蝕，因此焦油塵的凈化是制約生物質(zhì)熱解氣化技術(shù)商業(yè)化推廣的主要因素，盡快研究開發(fā)生物質(zhì)燃氣的焦油脫除技術(shù)無疑對促進我國的農(nóng)村能源建設事業(yè)的發(fā)展將是非常重要的。
生物質(zhì)燃氣的主要成分為CO2、O2、CnHm、CO、H、CH4、N2等。生物質(zhì)燃氣所含的液態(tài)和固態(tài)呈極小的顆粒狀，平均直徑約為1μm，而粒小于0.1μm粒子具有和氣體分子一樣的行為，1-20μm的粒子隨氣體運動，往往被氣體所攜帶的大于20μm的粒子有明顯的沉降作用。焦油是氣化過程中產(chǎn)生的一種混合物，并呈霧狀進入燃氣流。研究表明，焦油是一些小分子有機物的混合物，如左旋葡聚糖、丙酮、苯酚及其衍生物、糠醛等，其含量隨原料和氣化條件的不同而有所不同，呈氣態(tài)的焦油粒徑要比生物質(zhì)燃氣粒徑大的多，在氣化爐出口處的生物質(zhì)燃氣溫度在200℃左右，而焦油低于90℃時開始凝聚。由于生物質(zhì)燃氣中焦油的含量大，雜質(zhì)的粒徑小，生物質(zhì)燃氣的凈化比較困難。
目前國內(nèi)外對生物質(zhì)燃氣焦油塵的凈化有熱裂解、催化裂解等化學方法和吸附、過濾、水洗等物理方法，所采用的技術(shù)主要有以下幾種。
1、濕式過濾技術(shù)濕式過濾技術(shù)主要是用水洗的方法除去焦油，水洗的方法有噴淋、水冷旋分離器等。一般小型發(fā)電系統(tǒng)和居民供氣系統(tǒng)都采用這種方式。這種過濾系統(tǒng)成本較低，操作簡單。但焦油脫除效果較差，造成焦油對氣缸、管道的污染、腐蝕與堵塞，影響正常運行，另一方面帶焦油廢水的排出不僅造成對環(huán)境的污染，而且大量的焦油隨水排出而不能充分利用，也造成能源的浪費；2、干濕結(jié)合過濾技術(shù)這種過濾系統(tǒng)一般是先對生物質(zhì)燃氣進行水冷卻洗滌，再用吸附劑吸附焦油的方法，這種過濾系統(tǒng)復雜龐大，同時也存在焦油廢水污染的問題，難以商業(yè)化和推廣應用；3、干式過濾系統(tǒng)這種過濾系統(tǒng)先旋風分離去除灰塵，然后再進行多級冷卻吸附過濾。這是目前生物質(zhì)秸稈氣化集中供氣主要采用的方法，這種方法解決了水的污染問題，但系統(tǒng)龐大復雜，成本較高，而且去除率較低，影響設備的使用壽命；4、熱裂解過濾技術(shù)該技術(shù)的原理是將生物質(zhì)燃氣與空氣混合后，再進入灼熱的木炭中，焦油在木炭表面燃燒而生成二氧化碳，二氧化碳因接觸灼熱的木碳外層又被轉(zhuǎn)化成一氧化碳從而達到去除焦油的目的，這種濾清系統(tǒng)目前尚處于研究探索階段，技術(shù)本身所存在的一些問題還無法解決；5、催化裂解過濾技術(shù)；催化裂解是用催化劑如白云石在氣化爐內(nèi)對焦油進行催化裂解，減少焦油的產(chǎn)生，這種方法既能大大降低焦油含量，又能把焦油重新裂解為燃氣以達到回收利用的目的，但其技術(shù)難度較高、工藝設備復雜，運行成本較高，能力損失嚴重，技術(shù)經(jīng)濟不合理，無法在我國家村推廣應用。
本發(fā)明的目的是提供一種工藝、設備簡單、除焦油灰塵速度快，去除率高，成本低的生物質(zhì)燃氣凈化方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單合理、投資低除焦油灰塵速度快、去除率高的生物質(zhì)燃氣凈化裝置。
本發(fā)明技術(shù)方案是以下述方式實現(xiàn)的一種生物質(zhì)燃氣凈化方法，它是將經(jīng)熱解氣化后生物質(zhì)燃氣進行凈化處理，其處理步驟是經(jīng)分氣室分氣、凝結(jié)室凝結(jié)、集氣室集氣，懸浮分離室分離，其中凝結(jié)室冷凝溫度為50℃-60℃，懸浮分離室溫度降至20℃-40℃。
本生物質(zhì)燃氣凈化裝置包括上部的凝結(jié)室、下部的懸浮分離室，兩室通過彎管連通，凝結(jié)室上與分氣室連通，凝結(jié)室內(nèi)裝有熱交換凝結(jié)器，懸浮分離室外圍有冷卻夾層，懸浮分離室的出氣口穿過凝結(jié)室中間與出氣口連通。
凝結(jié)室下方連通有集氣室，集氣室出氣口與彎管上口連通，彎管下口與懸浮分離室連通，懸浮分離室出氣口穿過集氣室和凝結(jié)室中間與出氣口連通。
懸浮分離室上部是一園柱體、下部是一園錐體。
懸浮分離室下方有出灰口。
整個裝置由一支架(10)支承。
集氣室一側(cè)有一出灰口。
本發(fā)明的發(fā)明點在于氣體先在凝結(jié)器中溫度降至50-60℃，此時有一部分水和焦油凝結(jié)成小顆粒液體，經(jīng)過集氣室集氣可有一部分水和焦油塵沉集，但大部分水和焦油塵隨氣體進入懸浮分離室，在懸浮分離室內(nèi)，氣體繼續(xù)冷凝到20-40℃，在此溫度下幾乎全部的焦油和水都凝結(jié)成液體和灰塵混在一起進入懸浮分離室分離。
本發(fā)明的積極效果是1、制備工藝簡單，利用懸浮分離可以進行快速冷凝懸浮凈化工藝除去焦油和灰塵，利用灰塵作為焦油和水的凝結(jié)核，加大焦油和灰塵的顆粒直徑，利用物理懸浮的方法達到同時沉降除去雜質(zhì)的目的，其焦油塵的去除率在90％2、按照此工藝的凈化裝置為一個單體設備，既縮小了設備面積，又提高了焦油等雜質(zhì)的去除率，大大減少了生物質(zhì)燃氣集中供氣的投資，并延長了設備的使用年限。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明

圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1中沿A-A的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
由圖1、圖2可以看出，本發(fā)明是將經(jīng)熱解氣化的生物質(zhì)燃氣進行凈化處理，其處理步驟是經(jīng)分氣室2分氣、凝結(jié)器4凝結(jié)氣體溫度降至為50℃，經(jīng)過集氣室6有一小部分水和焦油塵集后從出灰口7清除，大部分水和焦油塵隨氣體進入懸浮分離室8，此時的氣體繼續(xù)冷凝到30℃，幾乎全部的焦油和水都凝結(jié)成液體和灰塵混在一起進行懸浮分離。
由圖1、圖2可以看出，本生物質(zhì)燃氣凈化裝置包括上部的凝結(jié)室4、下部的懸浮分離室8，兩室通過彎管15連通，凝結(jié)室4上與分氣室2連通，凝結(jié)室4內(nèi)裝有熱交換凝結(jié)器13、懸浮分離室8上部是一園柱體、下部是一園堆體，外圍有水冷夾層9，凝結(jié)室4下方連通有集氣室6，集氣室6出氣口5與彎管15上口連通，彎管15下口與懸浮分離室8連通；懸浮分離室(8)的出氣口穿過集氣室和凝結(jié)室中間與出氣口(12)連通，懸浮分離室8下方有出灰口17；整個裝置由一支架(10)支承；凝結(jié)室4內(nèi)的凝結(jié)器13的進水口14在下部，出水口3在上部，懸浮分離室8外圍水冷夾層9出水口16在上部，進水口11在下部，集氣室一側(cè)還有一出灰口7。
氣體凈化過程為從熱解氣化爐出來的氣體經(jīng)進氣口1進入分氣室2，由分氣室2進入凝結(jié)室4，此時氣走管內(nèi)，水走管外，經(jīng)過冷凝至60℃的氣體進入集氣室6后通過彎管15進入懸浮分離室8，氣體進一步冷卻到20℃，此時利用物理懸浮的方法，利用灰塵作為焦油和水的凝結(jié)核，加大焦油和灰塵的顆粒，加大后的顆粒在懸浮分離室中被沉降到底分離，分離后的純凈燃氣從懸浮分離室出口5通過集氣室和凝結(jié)器中間從出口12出來即可利用。
權(quán)利要求
1.一種生物質(zhì)燃氣凈化方法，它是將經(jīng)熱解氣化后生物質(zhì)燃氣進行凈化處理，其特征在于處理步驟是經(jīng)分氣室分氣、凝結(jié)室凝結(jié)、集氣室集氣，懸浮分離室冷卻分離，凝結(jié)溫度為50-60℃，冷卻溫度為20-40℃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)燃氣凈化裝置，包括上部的凝結(jié)室(4)、下部的懸浮分離室(8)，其特征在于兩室通過彎管(15)連通，凝結(jié)室(4)上與分氣室(2)連通，凝結(jié)室(4)內(nèi)裝有熱交換凝結(jié)器(13)，懸浮分離室(8)外圍有水冷夾層(9)，懸浮分離室(8)出氣口穿過凝結(jié)室(4)中間與出口(12)連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物質(zhì)燃氣凈化裝置，其特征在于凝結(jié)室(4)下方與集氣室(6)連通，集氣室出氣口(5)與彎管(15)上口連通，彎管(15)下口與懸浮分離室(8)連通，懸浮分離室出氣口穿過集氣室和凝結(jié)器的中間與出口(12)連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物質(zhì)燃氣凈化裝置，其特征在于懸浮分離室(8)上部為一園柱體、下部為一園錐體，下方有出灰口(17)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物質(zhì)燃氣凈化裝置，其特征在于集氣室一側(cè)有一出灰口(7)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物質(zhì)燃氣凈化裝置，其特征在于整個裝置由一支架(10)支承。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生物質(zhì)燃氣凈化方法及裝置,它是將經(jīng)熱解氣化后生物質(zhì)燃氣在一具有分氣室、凝結(jié)室及彎管連通的懸浮分離室的單體凈化裝置內(nèi)經(jīng)分氣、凝結(jié)、集氣,懸浮分離。其處理工藝簡單,能快速冷凝懸浮而去除焦油和灰塵,利用灰塵作為焦油和水的凝結(jié)核,加大焦油和灰塵的顆粒直徑,利用物理懸浮的方法達到同時沉降除去雜質(zhì)的目的,其焦油塵的去除率在90%。
文檔編號C10K1/00GK1260377SQ9911631
公開日2000年7月19日 申請日期1999年1月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月13日
發(fā)明者張全國, 劉圣勇, 楊群發(fā), 孔書軒, 趙廷林, 周雪花, 王月勇, 楊世關, 徐桂轉(zhuǎn) 申請人:張全國