專利名稱：生物質燃氣凈化方法及裝置的制作方法
生物質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能源系統的重要組成部分。我國生物質資源十分豐富，其中僅農作物秸稈(包括稻草、玉米秸稈、高粱秸稈、甘蔗渣、棉桿等)產量每年可達6億噸，如何充分利用這些資源，歷來是一件大事，近年來，隨著農村生活水平的提高，農村生活用生物質秸稈量的日漸減少，加之生物質能利用技術落后，使得大量的生物質秸稈過剩，有近三分之一的生物質秸稈被農民就地荒燒，不僅浪費資源，還污染環境。因此，研究開發將生物質轉換為高品位氣體燃料的高新技術，實現生物質能的高效潔凈利用已成為目前農村能源與環境工程領域所急待解決的一項的課題。
具“生物質氣化工藝”，新能源，1995，17(4)，43-45及“沼氣與木質氣聯合供氣裝置的研究”浙江農業大學學報，1993，19(1)34-37，介紹，生物質熱解氣化作為一種主要的生物質能轉換技術，近年來得到較大的發展，各種生物質氣化裝置(爐)和生物質燃氣發電機組的相繼研制成功，把生物質能的高品位利用推到了一個較新的高度，同時，生物質固定床熱解氣化已發展到農村村級規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的穩定運行，燃氣中焦油脫除及凈化等關鍵技術上還須進一步的研究和完善。生物質在熱解氣化過程中一部分揮發物轉化成焦油，加上熱裂解產生的碳黑，二者混在一起形成焦油塵，一般生物質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熱解氣化技術商業化推廣的主要因素，盡快研究開發生物質燃氣的焦油脫除技術無疑對促進我國的農村能源建設事業的發展將是非常重要的。
生物質燃氣的主要成分為CO2、O2、CnHm、CO、H、CH4、N2等。生物質燃氣所含的液態和固態呈極小的顆粒狀，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，呈氣態的焦油粒徑要比生物質燃氣粒徑大的多，在氣化爐出口處的生物質燃氣溫度在200℃左右，而焦油低于90℃時開始凝聚。由于生物質燃氣中焦油的含量大，雜質的粒徑小，生物質燃氣的凈化比較困難。
目前國內外對生物質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，所采用的技術主要有以下幾種。
1、濕式過濾技術濕式過濾技術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。一般小型發電系統和居民供氣系統都采用這種方式。這種過濾系統成本較低，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、干濕結合過濾技術這種過濾系統一般是先對生物質燃氣進行水冷卻洗滌，再用吸附劑吸附焦油的方法，這種過濾系統復雜龐大，同時也存在焦油廢水污染的問題，難以商業化和推廣應用；3、干式過濾系統這種過濾系統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、熱裂解過濾技術該技術的原理是將生物質燃氣與空氣混合后，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化成一氧化碳從而達到去除焦油的目的，這種濾清系統目前尚處于研究探索階段，技術本身所存在的一些問題還無法解決；5、催化裂解過濾技術；催化裂解是用催化劑如白云石在氣化爐內對焦油進行催化裂解，減少焦油的產生，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，但其技術難度較高、工藝設備復雜，運行成本較高，能力損失嚴重，技術經濟不合理，無法在我國家村推廣應用。
本發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，成本低的生物質燃氣凈化方法。
本發明的另一個目的是提供一種結構簡單合理、投資低除焦油灰塵速度快、去除率高的生物質燃氣凈化裝置。
本發明技術方案是以下述方式實現的一種生物質燃氣凈化方法，它是將經熱解氣化后生物質燃氣進行凈化處理，其處理步驟是經分氣室分氣、凝結室凝結、集氣室集氣，懸浮分離室分離，其中凝結室冷凝溫度為50℃-60℃，懸浮分離室溫度降至20℃-40℃。
本生物質燃氣凈化裝置包括上部的凝結室、下部的懸浮分離室，兩室通過彎管連通，凝結室上與分氣室連通，凝結室內裝有熱交換凝結器，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室中間與出氣口連通。
凝結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。
集氣室一側有一出灰口。
本發明的發明點在于氣體先在凝結器中溫度降至50-60℃，此時有一部分水和焦油凝結成小顆粒液體，經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，氣體繼續冷凝到20-40℃，在此溫度下幾乎全部的焦油和水都凝結成液體和灰塵混在一起進入懸浮分離室分離。
本發明的積極效果是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的去除率，大大減少了生物質燃氣集中供氣的投資，并延長了設備的使用年限。
下面結合附圖對本發明作進一步說明
圖1為本發明裝置的結構示意圖。
圖2為圖1中沿A-A的截面結構示意圖。
由圖1、圖2可以看出，本發明是將經熱解氣化的生物質燃氣進行凈化處理，其處理步驟是經分氣室2分氣、凝結器4凝結氣體溫度降至為50℃，經過集氣室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，此時的氣體繼續冷凝到30℃，幾乎全部的焦油和水都凝結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，本生物質燃氣凈化裝置包括上部的凝結室4、下部的懸浮分離室8，兩室通過彎管15連通，凝結室4上與分氣室2連通，凝結室4內裝有熱交換凝結器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；凝結室4內的凝結器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進氣口1進入分氣室2，由分氣室2進入凝結室4，此時氣走管內，水走管外，經過冷凝至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通過集氣室和凝結器中間從出口12出來即可利用。
權利要求
1.一種生物質燃氣凈化方法，它是將經熱解氣化后生物質燃氣進行凈化處理，其特征在于處理步驟是經分氣室分氣、凝結室凝結、集氣室集氣，懸浮分離室冷卻分離，凝結溫度為50-60℃，冷卻溫度為20-40℃。
2.根據權利要求1所述的生物質燃氣凈化裝置，包括上部的凝結室(4)、下部的懸浮分離室(8)，其特征在于兩室通過彎管(15)連通，凝結室(4)上與分氣室(2)連通，凝結室(4)內裝有熱交換凝結器(13)，懸浮分離室(8)外圍有水冷夾層(9)，懸浮分離室(8)出氣口穿過凝結室(4)中間與出口(12)連通。
3.根據權利要求2所述的生物質燃氣凈化裝置，其特征在于凝結室(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器的中間與出口(12)連通。
4.根據權利要求3所述的生物質燃氣凈化裝置，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.根據權利要求4所述的生物質燃氣凈化裝置，其特征在于集氣室一側有一出灰口(7)。
6.根據權利要求5所述的生物質燃氣凈化裝置，其特征在于整個裝置由一支架(10)支承。
全文摘要
本發明公開了一種生物質燃氣凈化方法及裝置,它是將經熱解氣化后生物質燃氣在一具有分氣室、凝結室及彎管連通的懸浮分離室的單體凈化裝置內經分氣、凝結、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 優先權日1999年1月13日
發明者張全國, 劉圣勇, 楊群發, 孔書軒, 趙廷林, 周雪花, 王月勇, 楊世關, 徐桂轉 申請人:張全國