專利名稱：生物質(zhì)導(dǎo)電炭強制放電脫除氣化焦油方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物質(zhì)氣化焦油脫除技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種生物質(zhì)導(dǎo)電炭強制放電脫除氣化焦油方法及其裝置。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)是典型的可再生資源，其來源廣泛，儲量豐富，我國每年可用作能源的生物質(zhì)約可折合6. 5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，相當(dāng)于2008年全國能源消費總量的23%。生物質(zhì)的能源化途徑主要分為熱化學(xué)轉(zhuǎn)化和生化轉(zhuǎn)化兩大類，其中，熱化學(xué)轉(zhuǎn)化主要分為直接燃燒、熱解制油和氣化制氣三個方向。生物質(zhì)氣化是以空氣、氧氣、水蒸氣及其混合物等為氣化介質(zhì)，在高溫下將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣化氣(主要含H2、CO、CH4等)的熱化學(xué)反應(yīng)過程，其主要目的是獲得能量密度較高、便于儲存和輸送的可燃氣體，以便高效利用。生物質(zhì)氣化氣的品質(zhì)決定了其利用方式和潛在價值，氣化氣品質(zhì)包含兩個關(guān)鍵參數(shù)熱值和焦油含量。就氣化氣熱值而言，空氣氣化的一般為4000-6000 kj/ Nm3，空氣與水蒸氣混合氣化的一般在12000 kj/ Nm3左右，水蒸氣、氧氣或者其混合物氣化的通常大于 18000 kJ/Nm3。就氣化氣焦油含量來說，上吸式氣化爐一般在100g/Nm3數(shù)量級，流化床氣化爐在10g/Nm3數(shù)量級，下吸式氣化爐在lg/Nm3數(shù)量級。一般而言，氣化氣焦油含量至少要低于500mg/Nm3才能有效地大規(guī)模利用，否則，很容易出現(xiàn)管道堵塞、設(shè)備腐蝕等問題。如果進行更高品位的資源化利用，如用作內(nèi)燃機或燃氣輪機的燃料，焦油含量則需小于IOOmg/ Nm3 ；如用作化工原料，焦油含量則需小于50 mg/Nm3 ；如用作碳酸鹽燃料電池的燃料，焦油含量必須小于10 mg/Nm3。由此可見，高效徹底地脫除氣化焦油是生物質(zhì)氣化技術(shù)大規(guī)模高品位利用的關(guān)鍵問題之一。生物質(zhì)氣化焦油的脫除方法，目前主要有以下幾種(1)濕法(水洗法)，該方法簡單易行，但脫除效果有限(25-70%)，顯熱損失嚴(yán)重，水污染問題突出。(2)干法(過濾法)，利用吸附性較強的活性炭、玉米芯等過濾脫除焦油，常用作凈化系統(tǒng)的最后一級，該方法在使用初期效果很好，但隨著焦油沉積，凈化效果急劇惡化，必須及時更換過濾材料；另外，當(dāng)重質(zhì)焦油含量較高時，吸附材料再生較為困難，常常直接燒掉，甚至有時必須作為危險廢物處理。(3)電捕集法，利用高壓電場將氣體電離并使焦油微粒帶上負電荷，定向運動至陽極板后凝聚脫除，由于電離狀態(tài)下焦油微粒形成量有限，該方法一般僅用于焦油含量較高的場合(>30g/Nm3)，焦油脫除率40%-80%。(4)熱裂化法，在1100-1300°C的高溫下，將焦油裂化成小分子的氣體，該方法雖可將焦油含量降低到10 mg/Nm3以下(其中PAHs含量< 1 mg/ Nm3)，但能耗過大，熱值損失嚴(yán)重。(5)催化裂化法，一般運行在700-90(TC，可直接在氣化爐內(nèi)加入催化劑，也可在下游專設(shè)催化裂化反應(yīng)器，能夠在不影響氣化氣熱值的前提下催化裂解焦油，應(yīng)用前景很好，但普遍還存在氣化氣中重質(zhì)焦油含量增高的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有生物質(zhì)氣化氣焦油含量高，影響氣化氣資源化品位的問題，提供一種生物質(zhì)導(dǎo)電炭強制放電脫除氣化焦油方法及其裝置。生物質(zhì)導(dǎo)電炭強制放電脫除氣化焦油方法是采用具有良好孔隙特性和導(dǎo)電特性的生物質(zhì)導(dǎo)電炭，吸附脫除氣化氣中的焦油，獲得低焦油含量的氣化氣；吸附了氣化焦油的生物質(zhì)導(dǎo)電炭兩端加上直流電壓，使得生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒的接觸點位置存在著大電流的集中和發(fā)散，利用振動發(fā)生裝置促使生物質(zhì)導(dǎo)電炭間歇性振動，生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒突然分離時，接觸點處的電壓急劇增加，產(chǎn)生強電場，放出脈沖式的高壓電弧，產(chǎn)生大量活性粒子，促使生物質(zhì)導(dǎo)電炭中吸附的焦油瞬間裂解，裂解產(chǎn)生的氣體作為氣化氣被抽入氣化氣入口， 在此過程中生物質(zhì)導(dǎo)電炭得到活化并可循環(huán)使用。所述的生物質(zhì)導(dǎo)電炭的電阻率為0. 01 1 Ω · cm,比表面積為400 900 m2/g， 密度為1.5 2.0。生物質(zhì)導(dǎo)電炭強制放電脫除氣化焦油裝置包括氣化氣出口、出口切換閥門、氣化焦油裂解氣出口、第一氣化焦油凈化器、入口切換閥門、氣化氣入口、直流電源、抽氣泵、切換閥門、第二氣化焦油凈化器；氣化氣入口與入口切換閥門的入口相連，入口切換閥門的第一出口與第一氣化焦油凈化器的入口相連，入口切換閥門的第二出口與第二氣化焦油凈化器的入口相連，第一氣化焦油凈化器的第一出口與出口切換閥門的第一入口相連，第一氣化焦油凈化器的第二出口與切換閥門的第一入口相連，第二氣化焦油凈化器的第一出口與出口切換閥門的第二入口相連，第二氣化焦油凈化器的第二出口與切換閥門的第二入口相連，出口切換閥門的出口與氣化氣出口相連，切換閥門的出口與抽氣泵的入口相連，抽氣泵的出口與氣化氣入口相連；第一氣化焦油凈化器和第二氣化焦油凈化器包括振動發(fā)生器、 絕緣多孔板、生物質(zhì)導(dǎo)電炭、石墨電極；氣化焦油凈化器本體內(nèi)從下到上設(shè)有振動發(fā)生器、 絕緣多孔板、生物質(zhì)導(dǎo)電炭，生物質(zhì)導(dǎo)電炭四周設(shè)有石墨電極。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
1、利用吸附方法將氣化氣中的焦油吸附濃縮后，采用放電電弧高效降解，效率高、能耗低。2、焦油降解產(chǎn)生的小分子氣體可作為氣化氣，提高系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率，無污染物排放，環(huán)境友好。3、凈化后的氣化氣的焦油含量少，資源化品位顯著提高。


圖1是生物質(zhì)導(dǎo)電炭強制放電脫除氣化焦油裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中氣化氣出口 1、出口切換閥門2、氣化焦油裂解氣出口 3、振動發(fā)生器4、絕緣多孔板5、生物質(zhì)導(dǎo)電炭6、第一氣化焦油凈化器7、入口切換閥門8、氣化氣入口 9、直流電源10、石墨電極11、抽氣泵12、 切換閥門13、第二氣化焦油凈化器14。
具體實施例方式生物質(zhì)導(dǎo)電炭強制放電脫除氣化焦油方法是本發(fā)明采用專利《一種生物質(zhì)導(dǎo)電炭的制取方法(ZL 200810023948. 3)》中所述的生物質(zhì)導(dǎo)電炭，吸附脫除氣化氣中的焦油， 獲得低焦油含量的氣化氣；吸附了氣化焦油的生物質(zhì)導(dǎo)電炭兩端加上直流電壓，使得生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒的接觸點位置存在著大電流的集中和發(fā)散，利用振動發(fā)生裝置促使生物質(zhì)導(dǎo)電炭間歇性振動，生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒突然分離時，接觸點處的電壓急劇增加，產(chǎn)生強電場， 放出脈沖式的高壓電弧，產(chǎn)生大量活性粒子，促使生物質(zhì)導(dǎo)電炭中吸附的焦油瞬間裂解，裂解產(chǎn)生的氣體作為氣化氣被抽入氣化氣入口，在此過程中生物質(zhì)導(dǎo)電炭得到活化并可循環(huán)使用。所述的生物質(zhì)導(dǎo)電炭的電阻率為0. 01 1 Ω · cm,比表面積為400 900 m2/g， 密度為1.5 2.0。如圖1所示，生物質(zhì)導(dǎo)電炭強制放電脫除氣化焦油裝置包括氣化氣出口 1、出口切換閥門2、氣化焦油裂解氣出口 3、第一氣化焦油凈化器7、入口切換閥門8、氣化氣入口 9、直流電源10、抽氣泵12、切換閥門13、第二氣化焦油凈化器14 ；氣化氣入口 9與入口切換閥門 8的入口相連，入口切換閥門8的第一出口與第一氣化焦油凈化器7的入口相連，入口切換閥門8的第二出口與第二氣化焦油凈化器14的入口相連，第一氣化焦油凈化器7的第一出口與出口切換閥門2的第一入口相連，第一氣化焦油凈化器7的第二出口與切換閥門13的第一入口相連，第二氣化焦油凈化器14的第一出口與出口切換閥門2的第二入口相連，第二氣化焦油凈化器14的第二出口與切換閥門13的第二入口相連，出口切換閥門2的出口與氣化氣出口 1相連，切換閥門13的出口與抽氣泵12的入口相連，抽氣泵12的出口與氣化氣入口 9相連；第一氣化焦油凈化器7和第二氣化焦油凈化器14包括振動發(fā)生器4、絕緣多孔板5、生物質(zhì)導(dǎo)電炭6、石墨電極11 ；氣化焦油凈化器本體內(nèi)從下到上設(shè)有振動發(fā)生器4、絕緣多孔板5、生物質(zhì)導(dǎo)電炭6，生物質(zhì)導(dǎo)電炭6四周設(shè)有石墨電極11。本發(fā)明的工作過程
首先，含有焦油的氣化氣(400-1000。C )經(jīng)過入口切換閥門，進入填充新鮮生物質(zhì)導(dǎo)電炭的氣化焦油凈化器，利用生物質(zhì)導(dǎo)電炭良好的孔隙特性，吸附脫除氣化氣中的焦油，凈化后的氣化氣從氣化焦油凈化器底部流出，經(jīng)出口切換閥門進入儲氣罐或者直接進行利用。 當(dāng)生物質(zhì)導(dǎo)電炭中吸附的焦油達到生物質(zhì)導(dǎo)電炭質(zhì)量的時，調(diào)整入口切換閥門，將含有焦油的氣化氣通入另一個進入填充新鮮生物質(zhì)導(dǎo)電炭的氣化焦油凈化器，凈化后的氣化氣從氣化焦油凈化器底部流出，經(jīng)出口切換閥門進入儲氣罐或者直接進行利用。吸附了焦油的氣化焦油凈化器兩側(cè)的石墨電極上加上直流電壓(20-1000V)，在電壓的作用下，生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒的接觸點位置存在著很大的電流的集中和發(fā)散，電流密度達到103-108A/cm2。此時，振動發(fā)生器帶動絕緣多孔板和生物質(zhì)導(dǎo)電炭開始間歇性振動，振動頻率1-50次/分鐘、振幅0. 5-lOcm。生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒受到外部作用而突然分離時，接觸點處的電壓急劇增加，產(chǎn)生很強的電場，顆粒間放出脈沖式的高壓電弧，產(chǎn)生大量帶電粒子，這些帶電粒子反應(yīng)活性很高，促使生物質(zhì)導(dǎo)電炭中吸附的焦油瞬間析出并電離裂解，裂解產(chǎn)生的氣體經(jīng)抽氣泵送回到氣化氣入口 ；同時生物質(zhì)導(dǎo)電炭獲得再生，生物質(zhì)導(dǎo)電炭獲得再生的氣化焦油凈化器可以再次用于吸附脫除氣化氣中的焦油，依此循環(huán)。實施例1
氣化焦油凈化器截面為0. 4X0. 4m高lm，生物質(zhì)導(dǎo)電炭填充高度為0. 3m，生物質(zhì)導(dǎo)電炭的電阻率為0. 15Ω κπι、比表面積為400 m2/g，直流電壓40V，振動發(fā)生器的振動頻率5次 /分鐘、振幅2cm。氣化氣的流量為20 Nm3/h，氣化氣的焦油含量為焦油含量300 mg/ Nm30 氣化焦油凈化器的吸附運行與強制放電再生的循環(huán)切換時間的5分鐘，經(jīng)過凈化后的氣化氣焦油含量為10-15 mg/ Nm3,電力消耗為3度/小時。
實施例2:
氣化焦油凈化器截面為1. 0X1. 0m、高1. 2m，生物質(zhì)導(dǎo)電炭填充高度為0. 5m，生物質(zhì)導(dǎo)電炭的電阻率為0. 2 Ω · cm、比表面積為500 m2/g，直流電壓50V，振動發(fā)生器的振動頻率8 次/分鐘、振幅3cm。氣化氣的流量為100 Nm3/h，氣化氣的焦油含量為焦油含量500 mg/ Nm3。氣化焦油凈化器的吸附運行與強制放電再生的循環(huán)切換時間的5分鐘，經(jīng)過凈化后的氣化氣焦油含量為5-10 mg/ Nm3,電力消耗為9度/小時。
權(quán)利要求
1.一種生物質(zhì)導(dǎo)電炭強制放電脫除氣化焦油方法，其特征在于采用具有良好孔隙特性和導(dǎo)電特性的生物質(zhì)導(dǎo)電炭，吸附脫除氣化氣中的焦油，獲得低焦油含量的氣化氣；吸附了氣化焦油的生物質(zhì)導(dǎo)電炭兩端加上直流電壓，使得生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒的接觸點位置存在著大電流的集中和發(fā)散，利用振動發(fā)生裝置促使生物質(zhì)導(dǎo)電炭間歇性振動，生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒突然分離時，接觸點處的電壓急劇增加，產(chǎn)生強電場，放出脈沖式的高壓電弧，產(chǎn)生大量活性粒子，促使生物質(zhì)導(dǎo)電炭中吸附的焦油瞬間裂解，裂解產(chǎn)生的氣體作為氣化氣被抽入氣化氣入口，在此過程中生物質(zhì)導(dǎo)電炭得到活化并可循環(huán)使用。
2.如權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)導(dǎo)電炭強制放電脫除氣化焦油方法，其特征在于所述的生物質(zhì)導(dǎo)電炭的電阻率為0. 01 1 Ω -cm,比表面積為400 900 m2/g，密度為1. 5 2. 0。
3.—種如權(quán)利要求1所述方法設(shè)計的一種生物質(zhì)導(dǎo)電炭強制放電脫除氣化焦油裝置， 其特征在于包括氣化氣出口(1)、出口切換閥門(2)、氣化焦油裂解氣出口(3)、第一氣化焦油凈化器(7)、入口切換閥門(8)、氣化氣入口(9)、直流電源(10)、抽氣泵(12)、切換閥門 (13)、第二氣化焦油凈化器(14)；氣化氣入口(9)與入口切換閥門(8)的入口相連，入口切換閥門(8)的第一出口與第一氣化焦油凈化器(7)的入口相連，入口切換閥門(8)的第二出口與第二氣化焦油凈化器(14)的入口相連，第一氣化焦油凈化器(7)的第一出口與出口切換閥門(2)的第一入口相連，第一氣化焦油凈化器(7)的第二出口與切換閥門(13)的第一入口相連，第二氣化焦油凈化器(14)的第一出口與出口切換閥門(2)的第二入口相連，第二氣化焦油凈化器(14)的第二出口與切換閥門(13)的第二入口相連，出口切換閥門(2)的出口與氣化氣出口(1)相連，切換閥門(13)的出口與抽氣泵(12)的入口相連，抽氣泵(12) 的出口與氣化氣入口(9)相連；第一氣化焦油凈化器(7)和第二氣化焦油凈化器(14)包括振動發(fā)生器(4)、絕緣多孔板(5)、生物質(zhì)導(dǎo)電炭(6)、石墨電極(11)；氣化焦油凈化器本體內(nèi)從下到上設(shè)有振動發(fā)生器(4)、絕緣多孔板(5)、生物質(zhì)導(dǎo)電炭(6)，生物質(zhì)導(dǎo)電炭(6)四周設(shè)有石墨電極(11)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生物質(zhì)導(dǎo)電炭強制放電脫除氣化焦油方法和裝置，它采用具有良好孔隙特性和導(dǎo)電特性的生物質(zhì)導(dǎo)電炭，吸附脫除氣化氣中的焦油，獲得高品質(zhì)的氣化氣；吸附了氣化焦油的生物質(zhì)導(dǎo)電炭兩端加上直流電壓，利用振動機械使得生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒間產(chǎn)生周期性的分離，從而產(chǎn)生強制放電電弧，電弧激發(fā)產(chǎn)生高能離子，促使焦油分子裂解或氧化，生成小分子的可燃氣體，同時使得生物質(zhì)導(dǎo)電炭得到活化，循環(huán)使用。本發(fā)明可用于深度凈化氣化氣，將氣化焦油聚集起來利用放電電弧高效降解，生物質(zhì)導(dǎo)電炭活化可以循環(huán)使用。本發(fā)明焦油脫除效率高、運行能耗低、無污染物排放、凈化氣化氣的資源化品味高，特別適合于高熱值生物質(zhì)氣化氣的深度凈化。
文檔編號C10K1/00GK102277204SQ201110203668
公開日2011年12月14日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月20日
發(fā)明者余春江, 倪明江, 周勁松, 岑可法, 方夢祥, 施正倫, 王勤輝, 王樹榮, 程樂鳴, 肖剛, 駱仲泱, 高翔 申請人:浙江大學(xué)