[發明專利]生物質燃氣焦油多級深度脫除工藝

無效

• 申請號: 201310050680.3
• 申請日: 2013-02-08
• 公開（公告）號: CN103087780A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 朱躍釗;吳娟;陳海軍;楊麗
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C10K1/00
• 分類號: C10K1/00;C10K1/02;C10K1/18;C10K1/32;C10K1/08
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤;袁正英

技術領域

本發明涉及一種生物質熱化學轉化過程生成的燃氣中焦油的深度脫除工藝，即生物質燃氣焦油多級深度脫除工藝，屬于生物質能高效利用領域。

背景技術

生物質資源是綠色的可再生資源，經過適當的熱化學或生物化學過程，可轉化為燃氣（含有CO、H₂或CH₄等可燃性成分），或進一步深加工獲得化學品，為社會提供基礎化工原料或能源。

焦油是生物質氣化過程不可避免的副產物，主要成分為苯、萘和酚等芳香烴。焦油在后續使用過程，會降溫，降溫后易與水、灰和炭顆粒等雜質結合，堵塞輸氣管和閥門，腐蝕金屬；難以完全燃燒，產生炭黑等顆粒，對內燃機和燃氣輪機葉輪損害嚴重；其能量一般占燃氣總能量的5~15%，難以與燃氣一起燃燒利用，降低了氣化效率。因此，焦油已成為生物質氣化技術應用的瓶頸。

傳統的焦油處理方法包括氣化爐內在線高溫處理法、熱裂解和催化裂解、等離子體法和水洗法等，這些方法存在凈化成本高，燃氣難達標，產生二次污染等問題，難以規模化應用。

根據分子量大小，焦油可分為五類：（1）GC（氣相色譜）無法檢測到的成分：主要指GC無法檢測的重焦油；（2）雜環芳烴：含有N和O等雜原子；高水溶性；主要成分為吡啶、酚、甲酚、喹啉和異喹啉等；（3）輕芳香烴（1環）：通常為單環輕碳氫化合物，主要成分為甲苯、乙苯、二甲苯和苯乙烯等；（4）輕多環芳烴化合物（2~3環）：即使在非常低濃度的濃度也會凝聚，主要成分為茚、萘、甲基萘、聯苯、苊烯、芴、菲和蒽等；（5）重多環芳烴化合物（4~7環）：大于3環，在低濃度和高溫條件下也會凝聚。第1、2和5類焦油屬于重焦油，通過冷卻即可脫除；第4類焦油屬于中等沸點的焦油，不易通過冷卻的方法脫除；第3類焦油屬于輕焦油，須通過吸附或吸收方法深度脫除。

根據生物質焦油特征進行輕、重分級后，特別適用于吸收或吸附等單元操作進行分離和回收。荷蘭能源中心率先開發的“OLGA”（OiL-based?GAs?washer）就是溶劑吸收除焦工藝，在200Nm³/h燃氣系統中得到示范：重質焦油被完全脫除，焦油露點降至25℃；99%酚類和97%雜環類焦油被脫除。專利申請人發明了“生物質燃氣冷卻－吸收耦合深度脫除焦油的工藝及系統”（申請號：201210037239.7）和“生物質燃氣耦合吸附深度脫除焦油的工藝及系統”（申請號：201210037246.7），采用重焦油自身冷卻和輕焦油吸附/吸收過程耦合，進行焦油深度脫除。

現有的油基焦油處理方法分別對重焦油進行噴淋冷卻脫除，輕焦油進行吸附或吸收脫除。對于上述分類的第4類輕多環芳烴化合物（2~3環）焦油，不能通過冷卻有效脫除，則會轉移進入吸收或吸附階段脫除，這部分焦油分子直徑較大，沸點較高，不僅會增加吸附/吸收的負荷，導致吸附劑（吸收劑）很快穿透和飽和，而且較高的再生溫度容易導致吸附劑（吸收劑）結焦和失活，增加系統操作費用。

發明內容

本發明在于克服上述生物質燃氣焦油脫除方法的局限，提供了一種結合噴淋冷卻、粗孔捕捉和吸附或吸收過程的優點的低成本的生物質燃氣焦油多級深度脫除工藝，并副產焦油產品。

本發明的技術方案是這樣實現的：由生物質氣化爐產生的富含焦油蒸汽的高溫生物質燃氣經除塵后首先進入噴淋冷卻單元，與重焦油（指沸點高于150℃的焦油）液體進行接觸，大部分重質焦油蒸汽被冷卻為液體，生物質燃氣中的少量粉塵和大部分重質焦油蒸汽得到脫除；經初步凈化后的生物質燃氣，被送入粗孔捕捉單元，利用多孔隙材料毛細凝聚作用以及截留作用，脫除第4分類的輕多環芳烴化合物（2~3環）的焦油（指沸點為100~150℃的焦油）；粗孔捕捉單元出口的兩級凈化的生物質燃氣進一步送入吸附/吸收單元，在該單元，輕質焦油（指沸點低于100℃的焦油）蒸汽被吸附或吸收深度脫除，凈化后的清潔生物質燃氣送入后續工段；噴淋冷卻單元放出的熱量用于吸附/吸收單元的解吸。