生物質(zhì)熱解、氣化過程中的焦油處理技術(shù)

胡信韜 姜聰 彭義林 杜奇跡 田新民

摘 要：本報(bào)告分析了生物質(zhì)熱解、氣化過程中焦油產(chǎn)生的原因，并介紹了焦油處理技術(shù)方法，包括物理、化學(xué)方法。同時(shí)，結(jié)合工程項(xiàng)目實(shí)際，分析熱解、氣化過程中燃?xì)膺M(jìn)內(nèi)燃機(jī)發(fā)電和燃?xì)膺M(jìn)鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電兩種燃?xì)饫梅绞綄?duì)燃?xì)庵薪褂秃康囊?，找到滿足廠家要求的焦油處理手段，并給出了焦油處理設(shè)備的造價(jià)。

關(guān)鍵詞：焦油;熱解;氣化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.045

0 前言

生物質(zhì)熱解、氣化過程中，焦油的產(chǎn)生無法避免。

焦油的存在對(duì)熱解、氣化系統(tǒng)影響較大，一是會(huì)降低熱解、氣化系統(tǒng)的效率，焦油產(chǎn)物的能量一般占總能量的5%-15%[1-3]。焦油在200℃以下呈液態(tài)，液態(tài)的焦油會(huì)與灰塵、水等結(jié)合在一起，堵塞管道和設(shè)備。對(duì)燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組、燃?xì)廨啓C(jī)本體損傷相當(dāng)大，且容易堵塞管路。

因此焦油的處理，關(guān)系到燃?xì)饫迷O(shè)備運(yùn)行的好壞。

1 焦油處理的主要方法

1.1 物理除焦法

物理除焦法無法將焦油完全去除，只是將焦油由氣相轉(zhuǎn)化為液相析出，進(jìn)行收集外賣。

包括干法、濕法、電捕焦等多種方案。

其中干法是采用機(jī)械或者過濾的方法，依賴的是離心力，使焦油從燃?xì)庵蟹蛛x出來，其工作溫度較高，通常600℃左右。常用設(shè)備包括旋風(fēng)分離器，陶瓷過濾器，沙床等。

濕法常采用水洗法或者油洗法，通過降溫的方式，讓焦油中的各種組分逼近其凝固點(diǎn)，這樣，能夠使大量的焦油冷凝下來。與水洗法相比，油洗法有其優(yōu)勢(shì)，油與油是相容的。能夠?qū)χ刭|(zhì)焦油、輕質(zhì)焦油均有較好的捕集作用。無論水洗法、油洗法，均需設(shè)置泵，通常為一運(yùn)一備，起到可靠的備用作用。

電捕焦，即采用電捕焦油器，利用電極的電暈作用，讓燃?xì)庵械慕褂驮诔恋順O處凝結(jié)。電捕焦油器通常分為管式電捕焦油器和蜂窩式電捕焦油器。

電捕焦油器應(yīng)用范圍廣，已在焦化廠、鋼鐵廠等各種場(chǎng)合得到了應(yīng)用，起到了捕集粗燃?xì)庵薪褂偷淖饔谩?/p>

1.2 化學(xué)除焦法

化學(xué)除焦法即采用催化劑，如白云石、Ni基催化劑等，將焦油轉(zhuǎn)化成可利用的小分子。其中最具代表性的催化劑是白云石。

化學(xué)方法雖然從根本上解決了焦油問題，但其存在催化劑失活、價(jià)格高昂等諸多問題，工程上的主流處理方案依然是物理除焦法。

2 生物質(zhì)熱解焦油處理方案

生物質(zhì)在熱解爐中熱解后，粗燃?xì)庵袝?huì)攜帶大量焦油。其處理方案關(guān)系著燃?xì)饫谩?/p>

某熱解爐廠家提供的燃?xì)鈨艋O(shè)備依次有空冷塔、水冷塔、醋液噴淋塔、燃?xì)膺^濾塔共四種塔器，能夠降低燃?xì)庵械慕褂秃俊?/p>

該熱解爐產(chǎn)生的熱解氣從熱解爐的出氣口進(jìn)入到空冷塔中。熱解氣出口溫度為600℃，空冷塔運(yùn)行溫度為150～200℃，熱解氣中的高冷凝點(diǎn)焦油在此冷凝，重質(zhì)焦油由重質(zhì)焦油收集罐收集。剩余的熱解氣進(jìn)入到運(yùn)行溫度為50～150℃的水冷塔，輕質(zhì)焦油在此冷凝，并由輕質(zhì)焦油收集罐收集。熱解氣再進(jìn)入到運(yùn)行溫度為環(huán)境溫度的醋液噴淋塔中，大量水分和酸類物質(zhì)在此冷凝，醋液進(jìn)入到醋液收集池中，冷卻后可被循環(huán)泵送入醋液噴淋塔中成為冷卻介質(zhì)。

經(jīng)過檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)檢測(cè)，凈化后的燃?xì)庵薪褂秃繛?8mg/Nm3。部分燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組經(jīng)過改良后，允許的焦油含量為30～50mg/Nm3，即配部分廠家產(chǎn)的燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組能夠使用該凈化后的燃?xì)狻?/p>

根據(jù)廠家報(bào)價(jià)，燃?xì)馓幚砹?700m3/h即日處理生物質(zhì)量216t/h的四種主要燃?xì)馓幚淼乃鲀r(jià)格總共880萬左右。

3 生物質(zhì)氣化焦油處理方案

某主流氣化設(shè)備廠家，提供了一套氣化設(shè)備，氣化爐出口高溫燃?xì)庵苯油ㄟ^高溫燃?xì)夤艿劳ㄈ肴細(xì)忮仩t燃燒，該氣化設(shè)備出口為未凈化的熱燃?xì)?，其具有溫度高?00℃左右）、焦油含量高的特點(diǎn)。

由于燃?xì)馕唇?jīng)過凈化，經(jīng)過計(jì)算，其焦油含量為3813mg/Nm3。但燃?xì)獗Ａ袅私褂偷臒嶂岛腿細(xì)獾娘@熱。高溫和高焦油含量，沒有能與之匹配的燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組?？紤]將燃?xì)庵苯油ㄈ脲仩t進(jìn)行燃燒的方案。

焦油在650℃左右呈氣態(tài)，與熱燃?xì)庠阱仩t內(nèi)同時(shí)被燃盡，故燃?xì)忮仩t廠家對(duì)熱燃?xì)庵械慕褂秃繜o具體要求。

該方案在某60萬燃煤電廠中得到了應(yīng)用，即在60萬燃煤機(jī)組鍋爐側(cè)墻增設(shè)燃燒器，燃用高焦油含量的氣化氣，目前該項(xiàng)目已投運(yùn)6年，安全穩(wěn)定。

生物質(zhì)氣化氣焦油處理設(shè)備包括：燃?xì)忮仩t、送風(fēng)機(jī)等。根據(jù)廠家資料，一套13000Nm3/h氣化氣的燃?xì)忮仩t及附屬設(shè)備造價(jià)790萬元。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于熱解、氣化工藝中的焦油捕集有不同的技術(shù)。

對(duì)于熱解工藝，燃?xì)庖来谓?jīng)過空冷塔、水冷塔、凈化塔、吸收塔進(jìn)入儲(chǔ)氣柜，充分捕集燃?xì)庵械慕褂?、木醋液。焦油作為一種產(chǎn)品送入到焦油池并外賣。凈化后的燃?xì)饪紤]通入兩種國(guó)產(chǎn)內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組發(fā)電，且兩種國(guó)產(chǎn)內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組均有燃燒生物質(zhì)燃?xì)獾倪\(yùn)行業(yè)績(jī)。

對(duì)于氣化工藝，氣化燃?xì)庵械慕褂涂紤]將燃?xì)馔ㄈ肴細(xì)忮仩t燃燒的方式加以利用，同時(shí)利用燃?xì)獾娘@熱，且該利用方式有成熟的工程業(yè)績(jī)作為支撐。

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