发明名称：一种生物质热解气分级冷凝工艺及其装置
申请号：CN201810390434.5申请日：2018-04-27
公开（公告）号：CN108753373B公开（公告）日：2020-08-11
优先权日：-优先权号：-
发明人：黄龙;林科;赵文涛;高乐申请（专利权）人：
北京三聚环保新材料股份有限公司 ,
北京石油化工学院代理机构：
北京三聚阳光知识产权代理有限公司代理人：李静
IPC分类号：C10K1/04CPC分类号：-
申请人地址：北京市海淀区西直门北大街甲43号金运大厦A座9层申请人邮编：100044
摘要：本发明公开了一种生物质热解气分级冷凝工艺及其装置。该工艺首次将生物质热解气与冷激气进行至少两次混合，进行急冷，分步冷凝出所述生物质热解气中的可冷凝物质，气气直接混合换热充分，能快速将生物质热解气内的相应组分冷凝下来变为液体，并从系统中引出，液体不会凝聚在冷凝单元上，更不会堵塞管道。进一步地通过第一次急冷将生物质热解气中的生物质沥青冷凝下来，通过第二次急冷将生物质热解气中的木酚油冷凝下来，最后通过水冷将生物质热解气中的木醋液冷却下来，实现生物质热解气中相应组分的有效分离，得到生物质气，同时生物质气可回用到前续工艺作为冷激气，大大降低了生产成本，逐步得到不凝性气体占比越来越高的生物质气。
一种生物质热解气分级冷凝工艺及其装置
技术领域
[0001]本发明属于再生能源利用技术领域，具体涉及一种生物质热解气分级冷凝工艺及其装置。
背景技术
[0002]随着世界经济的发展，能源的消耗量越来越大，进一步开发和使用可再生资源已然是我国的当务之急。生物质能源是除煤炭、石油、天然气之外的第四大能源，也是四者中唯一的可再生能源。生物质能源的有效利用对于我国经济社会的可持续发展具有重要的战略意义。
[0003]目前，生物质热解是有效利用生物质能源最有效方式之一，其是直接热解生物质产生热解气和固态产物(如生物质炭)，在该热解工艺中，热解气的冷却方式非常关键，这直接影响到液体产物生物油的收集率。
[0004]对上述生物质热解气常用的冷却方式主要有以喷淋冷却为主的直接换热方式和以管壳换热冷却为主的间接换热方式。对于喷淋冷却方式来说，良好的换热效果要求有足够的换热面积，生物油雾化液滴很难与热解气充分有效接触，再加之部分细小生物油雾滴会随不可冷凝气体排出，致使热解气快速冷却效果较差，降低了生物油收集率；而对于管壳换热冷却来说，由于采取间接换热方式，良好的热解气冷却效果难以保证，另外冷却产生的生物油容易与热解气中携带的炭灰发生凝聚并粘附于换热壁表面，造成换热效果变差，严重时甚至堵塞管道，并且重质冷凝物难以清除。
[0005]上述热解气冷凝方式存在的缺陷在很大程度上影响了生物质热解液化制油成本，制约了现有技术的工业化应用。因此如何提高热解气的冷凝效果，有效分离热解气中的各组分，同时不会堵塞管道是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
[0006]因此，本发明要解决的技术问题现有热解气的冷凝方式存在冷凝效果差、不能有效分离热解气中的各组分，同时在冷凝过程中易堵塞管道的缺陷，从而提出了一种冷凝效果好、能有效分离热解气中的各组分，同时不易堵塞管道的生物质热解气分级冷凝工艺及其装置。
[0007]为此，本申请采取的技术方案为，
[0008]一种生物质热解气分级冷凝工艺，将生物质热解气与冷激气进行至少两次直接混合，进行急冷，分步冷凝出所述生物质热解气中的可冷凝物质。
[0009]进一步地，在所述急冷之后，还包括对所述生物质热解气进行至少一次冷凝的步骤。
[0010]进一步地，所述冷激气为分步冷凝后所述生物质热解气中未冷凝下来气体。
[0011]进一步地，其特征在于，所述生物质热解气中未冷凝下来气体的温度为-30～50℃。
[0012]进一步地，包括如下步骤：
[0013](1)将生物质热解气与一次冷激气直接混合，进行第一次急冷，收集一次急冷气体，并得到重质生物油，该重质生物油即为生物沥青油；
[0014](2)将所述一次急冷气体与二次冷激气直接混合，进行第二次急冷，收集二次急冷气体，并冷凝得到轻质生物油，该轻质生物油即为木酚油；
[0015](3)对所述二次急冷气体进行至少一次水冷，得到木醋液。
[0016]进一步地，还包括收集水冷后得到的冷气，并将所述冷气部分回用于步骤(1)和(2)中作为冷激气，剩余部分引出作为生物质气。
[0017]进一步地，步骤(1)中，所述生物质热解气与所述一次冷激气的流量之比为(3～40)：(10～100)；
[0018]所述第一次急冷的温度为150～400℃。
[0019]进一步地，步骤(1)中，所述生物质热解气的压力为-30～30Kpa、温度为300～550℃，优选为压力为-30～15Kpa、温度为300～500℃；
[0020]所述一次冷激气的压力为-30～30Kpa、温度为20～50℃。
[0021]进一步地，步骤(2)中，所述一次急冷气体与所述二次冷激气的流量之比为(13～140)：(20～300)；
[0022]所述第二次急冷的温度为80～200℃，优选为80～150℃，最优选为120℃。
[0023]进一步地，所述二次冷激气的压力为-30～30Kpa、温度为20～50℃。
[0024]进一步地，步骤(3)中，所述水冷的温度为-30～80℃。此处的水冷温度若在0-80℃时，可直接采用纯水，当然也可采用乙二醇和水的混合物、盐水等；当水冷温度若在-30-0℃时，采用乙二醇和水的混合物、盐水等。
[0025]所述水冷为间接冷却。
[0026]进一步地，所述水冷包括一级水冷和二级水冷，所述一级水冷的温度为40～80℃，所述二级水冷的温度为-30～40℃。
[0027]进一步地，在所述第二次急冷之后，所述水冷之前，还包括对所述二次急冷气体进行至少一次第三次急冷的步骤；和/或，
[0028]在所述水冷之后，还包括对水冷后的气体进行气液分离的步骤；和/或，
[0029]所述水冷后的气体的流量与所述一次急冷气体的流量之比(0.5～10)：(13～140)。
[0030]此外，本发明还提供了一种生物质热解气分级冷凝装置，包括
[0031]冷凝气冷凝系统，包括至少两级依次连通的冷激气冷凝单元，所述冷激气冷凝单元包括壳体、沿所述壳体轴线方向间隔设置于其内壁上的若干折流板、设置于所述壳体下部的热解气进口、套设于所述热解气进口内的冷激气出口以及设置于所述壳体上部的热解气出口；
[0032]水冷系统，包括至少一级水冷单元，所述水冷系统与所述冷凝气冷凝系统连通，以对经过所述冷激气冷凝单元冷凝后的生物质热解气进行水冷，所述水冷单元的上部开设有气体出口，所述气体出口与所述冷激气出口连通。
[0033]进一步地，还包括输气装置，设置于所述气体出口与所述冷激气出口之间，以将从所述气体出口出来的冷气送至所述冷激气出口，并通过所述冷激气出口喷入所述冷激气冷凝单元内对所述生物质热解气进行急冷。
[0034]进一步地，还包括热解气进口段，与所述热解气进口连通并设置于所述壳体外壁上；
[0035]冷激气进口段，包括冷激气进口和所述冷激气出口，所述冷激气进口段套设于所述热解气进口段内。
[0036]进一步地，所述热解气进口段轴线与所述壳体外壁间锐夹角为45～65°；
[0037]所述冷激气出口和所述热解气进口间间距L与所述热解气进口段内径d的关系为：3d≤L≤5d。
[0038]进一步地，所述折流板垂直于所述壳体水平布置；
[0039]所述热解气进口段靠近所述壳体顶部倾斜设置；
[0040]所述壳体底部设置液体出口。
[0041]进一步地，还包括过滤单元，靠近所述热解气出口与其连通设置，以对从所述热解气出口出来的生物质热解气进行过滤；
[0042]若干喷嘴，靠近所述冷激气出口与其连通设置，以所述冷气通过所述喷嘴喷射于所述壳体内。
[0043]进一步地，还包括气液分离单元，设置与所述水冷系统与所述输气装置之间，所述水冷系统中的热解气出口与所述气液分离单元的下部连通，所述输气装置与所述气液分离单元的上部连通。
[0044]本发明技术方案，具有如下优点：
[0045]
1.本发明提供的生物质热解气分级冷凝工艺，首次将生物质热解气与冷激气进行至少两次混合，进行急冷，分步冷凝出所述生物质热解气中的可冷凝物质，气气直接混合换热充分，能快速将生物质热解气内的相应组分冷凝下来变为液体，并从系统中引出，液体不会凝聚在冷凝单元上，更不会堵塞管道。
[0046]
2.本发明提供的生物质热解气分级冷凝工艺，将生物质热解气与冷激气直接混合进行至少两次急冷，气气直接混合换热充分，能快速将生物质热解气内的相应组分冷凝下来变为液体，并从系统中引出，液体不会凝聚在冷凝单元上，更不会堵塞管道，具体地，通过第一次急冷将生物质热解气中的生物质沥青冷凝下来，通过第二次急冷将生物质热解气中的木酚油冷凝下来，最后通过水冷将生物质热解气中的木醋液冷却下来，实现生物质热解气中相应组分的有效分离，得到主要由CO、CH、CO、H、N组成的不凝性气体占主体地位的生物质气，同时生物质气经过前续冷凝和水冷后，温度较低，可回用到前续工艺作为冷激气，大大降低了生产成本，逐步得到不凝性气体占比越来越高的生物质气。
[0047]
3.本发明提供的生物质热解气分级冷凝装置，通过设置至少两级依次连通的冷激气冷凝单元，并在其壳体内沿所述壳体轴线方向间隔设置于其内壁上的若干折流板，延长了生物质热解气与冷激气换热时间，增大了两者的换热面积，最终提高了换热效果；通过将冷激气出口套设于所述热解气进口内，使生物质热解气与冷激气直接混合，换热面积大，换热充分，能瞬间将生物质热解气内的相应组分冷凝下来变为液体，并从系统中引出，液体不会凝聚在冷凝单元上，更不会堵塞管道；通过水冷系统对生物质热解气进一步降温并回收其中的木醋液；从水冷单元出来的气体可进入前续冷激气冷凝单元中作为冷激气，大大降低了生产成本，逐步得到不凝性气体占比越来越高的生物质气。
[0048]
4.本发明提供的生物质热解气分级冷凝装置，热解气进口段轴线与壳体外壁间锐夹角为45～65°、冷激气出口和热解气进口间间距L与热解气进口段内径d的关系为：3d≤L≤5d，上述设置均能使生物质热解气与冷激气充分混合，有效实现急冷效果，同时避免冷激气出口和热解气进口出现堵塞情况。
