本發(fā)明涉及燃?xì)饨褂皖I(lǐng)域，確切地說(shuō)是一種生物質(zhì)可燃?xì)饨褂头蛛x脫除裝置。

背景技術(shù)：

目前，生物質(zhì)可燃?xì)怏w中焦油分離去除，主要應(yīng)用物理方法和物理化學(xué)方法兩大類(lèi)。大致分為：濕式、干濕、干濕混合式、高溫裂解、催化裂解、靜電場(chǎng)吸附等方法，但都存在這樣那樣的不足。

目前應(yīng)用的生物質(zhì)可燃?xì)怏w焦油分離去除技術(shù)方法簡(jiǎn)介及其不足：

1、濕式水洗法。該方法是在設(shè)置的容器內(nèi)，配置多個(gè)水噴淋頭，類(lèi)似浴室的蓮蓬頭，不間斷的噴出水滴，可燃?xì)饨?jīng)過(guò)時(shí)對(duì)氣體進(jìn)行洗滌，焦油隨水流走，達(dá)到脫除焦油的目的。存在的問(wèn)題是：水洗過(guò)程中對(duì)大量水體的污染和焦油難以收集造成能量損失等。

2、干式濾料過(guò)濾脫除法。該方法是在設(shè)置的容器內(nèi)放置過(guò)濾材料，可燃?xì)怏w經(jīng)過(guò)時(shí)濾料吸附過(guò)濾掉焦油。但在脫除過(guò)程中存在焦油嚴(yán)重地粘附沉積于濾料上、粘附焦油的濾料難以處理、收集利用焦油困難造成能量損失和環(huán)境污染、以及經(jīng)濟(jì)成本高等問(wèn)題。

3、干濕混合式除焦油方法。干濕混合式就是先對(duì)可燃?xì)怏w水洗降溫去除部分焦油，再應(yīng)用干式過(guò)濾法，利用濾料過(guò)濾去除可燃?xì)庵袣堄嗟慕褂汀Ｍ瑯哟嬖诋a(chǎn)生大量水體污染、治理成本高、濾料難以處理、焦油損失等問(wèn)題。

4、高溫?zé)崃呀饨褂头椒ǎ褂驮?100℃以上高溫才能裂解轉(zhuǎn)化，目前生物質(zhì)熱裂解爐溫度大都在600-700℃，如果將爐溫提高到1100℃以上，需要消耗大量能量，同時(shí)對(duì)技術(shù)、材料、工藝提出更高要求，成本大幅上升，得不償失，實(shí)際使用困難，行業(yè)中很少使用該項(xiàng)技術(shù)脫除焦油。

5、催化裂解方法。該方法是在生物質(zhì)熱裂解過(guò)程中，將催化劑均勻地混合到生物質(zhì)原料中，在熱的作用下催化劑與焦油分子發(fā)生反應(yīng)，催化焦油裂解，脫除可燃?xì)怏w中的焦油。但是這種方法中所使用的催化劑一般資源有限、價(jià)格較貴，同時(shí)工藝程序復(fù)雜，增加了成本，不適合大面積的工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。

6、靜電除焦油方法。該方法是在相應(yīng)的設(shè)備腔體內(nèi)設(shè)置高壓靜電場(chǎng)，攜帶焦油的可燃?xì)饨?jīng)過(guò)高壓靜電場(chǎng)時(shí)，產(chǎn)生大量的離子和電子，氣體中的焦油、灰塵等粒子與離子或電子結(jié)合而帶電，在電場(chǎng)力作用下向兩極運(yùn)動(dòng)，最后依靠靜電引力和分子間凝聚力吸附沉淀下來(lái)。但該方法要求可燃?xì)怏w中氧氣含量不能超過(guò)2%，否則高壓靜電作用易引起燃?xì)獗ǎ簧镔|(zhì)在熱裂解氣化過(guò)程中需要氧氣助燃產(chǎn)生高溫，氣化爐內(nèi)氧氣進(jìn)入量隨時(shí)波動(dòng)，很難將可燃?xì)怏w中氧氣含量控制在2%以?xún)?nèi)，因此該方法存在潛在的危險(xiǎn)，在生物質(zhì)熱裂解實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中很少應(yīng)用。

與本發(fā)明最接近的現(xiàn)有的裝置結(jié)構(gòu)或方法：水洗法。有采用冷卻洗滌塔裝置來(lái)脫除焦油。冷卻塔內(nèi)有多排霧化噴嘴，燃?xì)鈴南露希?jīng)過(guò)一排排向下噴淋的液滴后帶走氣體中的焦油和灰塵，經(jīng)過(guò)此過(guò)程，氣體中重質(zhì)焦油被完全冷凝下來(lái)，而一般意義的焦油液滴和煙霧還留在氣體中，需要在冷卻塔后面加洗滌塔來(lái)去除這一部分焦油，應(yīng)用文丘里效應(yīng)，洗滌塔內(nèi)壓力突變?cè)韥?lái)除去氣態(tài)中較重的物質(zhì)。水洗冷卻塔和文丘里洗滌塔聯(lián)合使用能提高氣體中焦油的脫除效果。存在的缺點(diǎn)是：需要大量的水，造成二次污染或治理，治理成本高，設(shè)備投資大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種生物質(zhì)可燃?xì)饨褂头蛛x脫除裝置，簡(jiǎn)單、方便、成本低、使用可靠、操作簡(jiǎn)便的分離去除生物質(zhì)可燃?xì)怏w中焦油的技術(shù)工藝，使可燃?xì)庵袛y帶的焦油達(dá)到分離脫除收集的效果。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種生物質(zhì)可燃?xì)饨褂头蛛x脫除裝置，包括有結(jié)構(gòu)相同的一次冷卻焦油分離器、二次冷卻焦油分離器，一次冷卻焦油分離器、二次冷卻焦油分離器分別包括有設(shè)備腔冷凝器、焦油收集上側(cè)板、焦油收集下側(cè)板；所述的設(shè)備腔頂部設(shè)有輸送管接口進(jìn)氣口，輸送管接口進(jìn)氣口與輸送管相連，設(shè)備腔上部設(shè)有設(shè)備腔冷凝器，設(shè)備腔冷凝器兩端分別為循環(huán)冷卻水進(jìn)口、循環(huán)冷卻水出口，設(shè)備腔中部設(shè)有交叉疊置的焦油收集上側(cè)板、焦油收集下側(cè)板，焦油收集下側(cè)板頂端與焦油收集上側(cè)板之間間隙為可燃?xì)膺^(guò)流斷面，焦油收集下側(cè)板上表面與設(shè)備腔內(nèi)壁之間形成冷凝液收集腔，冷凝液沿著焦油收集下側(cè)板上表面逐漸向下匯集，并通過(guò)冷凝液出口排出，設(shè)備腔下端連接有焦油收集腔，焦油收集腔底端設(shè)有焦油排出口，設(shè)備腔底部側(cè)壁設(shè)有可燃?xì)獬隹凇?/p>

所述一次冷卻焦油分離器脫除氣體中90%以上的焦油。

所述二次冷卻焦油凈化器冷卻后，氣體溫度降至40℃，可燃?xì)怏w中的焦油基本分離脫出干凈。

所述輸送管輸送生物質(zhì)可燃?xì)怏w風(fēng)速的為6-11m∕s，設(shè)備腔內(nèi)風(fēng)速為0.4-0.6m∕s。

所述可燃?xì)膺^(guò)流斷面風(fēng)速10-80m∕s之間。

本發(fā)明的有益效果為：

（1）本發(fā)明技術(shù)在脫除可燃?xì)怏w中焦油時(shí)未使用大量水，避免了二次水污染問(wèn)題；并且脫除、收集的焦油比較純凈，方便下一步利用焦油中所含有的化學(xué)能，有效減少能量的損失。本發(fā)明技術(shù)在脫除焦油過(guò)程中未使用濾料，不存在焦油沉積及粘附在濾料上的處理問(wèn)題，而且收集脫除的焦油純凈，可有效利用，減少能量的損失浪費(fèi)。

（2）本發(fā)明方法無(wú)需大量利用其它的外來(lái)物質(zhì)， 在整個(gè)工藝過(guò)程中，未使用大量的水，也不需要大量過(guò)濾吸附材料，更不需要超高爐溫及催化劑等，同時(shí)無(wú)需嚴(yán)格控制燃?xì)庵醒鯕夂恳悦獍l(fā)生爆炸，既避免了后續(xù)水洗廢液的處理過(guò)程，又降低了能耗，節(jié)約了成本，而且能夠?qū)臍怏w中脫除出來(lái)的焦油收集起來(lái)，便于焦油的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用。

（3）本發(fā)明方法是一種既簡(jiǎn)便實(shí)用又經(jīng)濟(jì)安全的焦油脫除技術(shù)，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)保效益。

（4）本發(fā)明利用多項(xiàng)物理原理，在這個(gè)過(guò)程中沒(méi)有像傳統(tǒng)水洗法那樣使用大量的水，也沒(méi)有像傳統(tǒng)過(guò)濾法那樣用到大量過(guò)濾吸附材料，同時(shí)無(wú)需嚴(yán)格控制燃?xì)庵醒鯕夂恳悦獍l(fā)生爆炸，更不需要高溫及催化劑，這樣既避免了后續(xù)水洗廢液的處理過(guò)程，又提高了脫除效果，降低了能耗，節(jié)約了成本，而且能夠?qū)臍怏w中脫除出來(lái)的焦油收集起來(lái)，便于焦油的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的冷卻焦油分離器結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

參見(jiàn)附圖，一種生物質(zhì)可燃?xì)饨褂头蛛x脫除裝置，包括有結(jié)構(gòu)相同的一次冷卻焦油分離器、二次冷卻焦油分離器，一次冷卻焦油分離器、二次冷卻焦油分離器分別包括有設(shè)備腔冷凝器2、焦油收集上側(cè)板5、焦油收集下側(cè)板6；設(shè)備腔頂部設(shè)有輸送管接口進(jìn)氣口1，輸送管接口進(jìn)氣口1與輸送管相連，設(shè)備腔上部設(shè)有設(shè)備腔冷凝器2，設(shè)備腔冷凝器2兩端分別為循環(huán)冷卻水進(jìn)口3、循環(huán)冷卻水出口4，設(shè)備腔中部設(shè)有交叉疊置的焦油收集上側(cè)板5、焦油收集下側(cè)板6，焦油收集下側(cè)板6頂端與焦油收集上側(cè)板5之間間隙為可燃?xì)膺^(guò)流斷面7，焦油收集下側(cè)板6上表面與設(shè)備腔內(nèi)壁之間形成冷凝液收集腔8，冷凝液沿著焦油收集下側(cè)板6上表面逐漸向下匯集，并通過(guò)冷凝液出口9排出，設(shè)備腔下端連接有焦油收集腔11，焦油收集腔11底端設(shè)有焦油排出口12，設(shè)備腔底部側(cè)壁設(shè)有可燃?xì)獬隹?0。

一次冷卻焦油分離器脫除氣體中90%以上的焦油。二次冷卻焦油凈化器冷卻后，氣體溫度降至40℃，可燃?xì)怏w中的焦油基本分離脫出干凈。輸送管輸送生物質(zhì)可燃?xì)怏w風(fēng)速的為6-11m∕s，設(shè)備腔內(nèi)風(fēng)速為0.4-0.6m∕s?？扇?xì)膺^(guò)流斷面風(fēng)速10-80m∕s之間。

本發(fā)明的工作原理為：

本發(fā)明主要是應(yīng)用物理方法脫除生物質(zhì)可燃?xì)怏w中的焦油。根據(jù)生物質(zhì)可燃?xì)怏w分子和焦油分子之間的性質(zhì)差異，確定解決問(wèn)題的理論依據(jù)和具體方法。

可燃?xì)庵饕煞质荂O、H₂、CH₄和低分子烴類(lèi)等可燃小分子，在常溫下呈氣態(tài)。而焦油主要是可冷凝的多核芳香族、酚類(lèi)和烯烴類(lèi)物質(zhì)，在低于200℃時(shí)開(kāi)始凝結(jié)，這些分子結(jié)構(gòu)雖不完全相同且種類(lèi)繁多，但都具有相同的有機(jī)基團(tuán)，這就決定了這些分子具有相似的性質(zhì)，受外力作用，易于碰撞粘合聚集在一起。根據(jù)可燃?xì)夥肿雍徒褂头肿拥奈锢砘瘜W(xué)性質(zhì)的差異，通過(guò)溫度、速度、動(dòng)能等物理因素的改變,促進(jìn)焦油分子碰撞聚集，從而與氣體分子分離。

根據(jù)流體力學(xué)中伯努利原理，利用文丘里效應(yīng)，設(shè)置相應(yīng)的容器腔體，根據(jù)溫度的變化，配置對(duì)應(yīng)的流體速度，形成流體動(dòng)能，流體速度不斷高低劇烈變化，造成流體中的分子劇烈碰撞，利用可燃?xì)夥肿优c焦油分子的性質(zhì)差異，加劇焦油分子的碰撞聚集，形成焦油聚集體。在流體運(yùn)動(dòng)速度急劇變化碰撞中，焦油小聚集體不斷凝聚成更大的焦油團(tuán)簇聚集體，此時(shí)高速運(yùn)動(dòng)的流體通過(guò)容器腔體過(guò)流斷面時(shí)，流體流速增大，流速的增大伴隨流體壓力的降低，也就是伯努利原理，高速流動(dòng)的流體附近會(huì)產(chǎn)生低壓，進(jìn)而產(chǎn)生壓強(qiáng)差，從而產(chǎn)生吸附效應(yīng)。這樣氣體中攜帶的焦油團(tuán)簇聚集體就被吸附在焦油收集板上，實(shí)現(xiàn)可燃?xì)馀c焦油分離的目的。

生物質(zhì)可燃?xì)怏w中焦油的脫除，主要是通過(guò)冷卻器和一次冷卻焦油分離器實(shí)現(xiàn)的。攜帶焦油分子的氣體進(jìn)入冷卻器后，得到逐步冷凝降溫，氣體溫度降至40℃左右，其中焦油類(lèi)分子大部分變?yōu)橐簯B(tài)。溫度降低時(shí)可燃?xì)怏w分子的粘滯力變小，而液態(tài)焦油分子的粘滯力變大。這就使得可燃?xì)怏w分子彼此不易粘連在一起，而焦油液態(tài)分子更易粘結(jié)。因此，通過(guò)冷卻器之后焦油類(lèi)分子易粘結(jié)聚集在一起形成分子聚集體。通過(guò)降溫使分子熱運(yùn)動(dòng)減弱，經(jīng)過(guò)焦油分離容器腔時(shí)，施加外力對(duì)氣體做功，給予含有焦油的可燃?xì)飧嗟哪芰?，使焦油分子獲得更大的動(dòng)能，加劇這些分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而加大了這些有機(jī)分子間的接觸、碰撞、粘結(jié)幾率。而且這種碰撞粘結(jié)幾率隨分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)劇烈程度的增強(qiáng)而增加，從而加大焦油分子聚集體形成的幾率。這樣攜帶著焦油分子聚集體的可燃?xì)怏w，在到達(dá)焦油收集板前，就有效地通過(guò)高速運(yùn)動(dòng)使小的焦油分子聚集體粘合成更大的團(tuán)簇聚集體，快速地通過(guò)兩側(cè)焦油收集板中的過(guò)流斷面，利用文丘里效應(yīng)產(chǎn)生負(fù)壓使焦油分子聚集在兩側(cè)收集板向下的側(cè)面。同時(shí)焦油收集板表面盡可能的光滑，以便于焦油分子團(tuán)簇聚集體液滴的收集滴落，這樣就實(shí)現(xiàn)了可燃?xì)馀c焦油的分離。整個(gè)流程中，流體的速度根據(jù)不同時(shí)段參數(shù)，從0.5m/s至80m/s之間高低波動(dòng)，形成流體震蕩波，在伯努利原理和文丘里效應(yīng)作用下，加劇分子之間的碰撞粘合，促進(jìn)焦油同類(lèi)分子的集聚，最終形成液態(tài)焦油體并與可燃?xì)怏w分離。