[发明专利]生物质燃气焦油多级深度脱除工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物质热化学转化过程生成的燃气中焦油的深度脱除工艺，即生物质燃气焦油多级深度脱除工艺，属于生物质能高效利用领域。

背景技术

生物质资源是绿色的可再生资源，经过适当的热化学或生物化学过程，可转化为燃气（含有CO、H₂或CH₄等可燃性成分），或进一步深加工获得化学品，为社会提供基础化工原料或能源。

焦油是生物质气化过程不可避免的副产物，主要成分为苯、萘和酚等芳香烃。焦油在后续使用过程，会降温，降温后易与水、灰和炭颗粒等杂质结合，堵塞输气管和阀门，腐蚀金属；难以完全燃烧，产生炭黑等颗粒，对内燃机和燃气轮机叶轮损害严重；其能量一般占燃气总能量的5~15%，难以与燃气一起燃烧利用，降低了气化效率。因此，焦油已成为生物质气化技术应用的瓶颈。

传统的焦油处理方法包括气化炉内在线高温处理法、热裂解和催化裂解、等离子体法和水洗法等，这些方法存在净化成本高，燃气难达标，产生二次污染等问题，难以规模化应用。

根据分子量大小，焦油可分为五类：（1）GC（气相色谱）无法检测到的成分：主要指GC无法检测的重焦油；（2）杂环芳烃：含有N和O等杂原子；高水溶性；主要成分为吡啶、酚、甲酚、喹啉和异喹啉等；（3）轻芳香烃（1环）：通常为单环轻碳氢化合物，主要成分为甲苯、乙苯、二甲苯和苯乙烯等；（4）轻多环芳烃化合物（2~3环）：即使在非常低浓度的浓度也会凝聚，主要成分为茚、萘、甲基萘、联苯、苊烯、芴、菲和蒽等；（5）重多环芳烃化合物（4~7环）：大于3环，在低浓度和高温条件下也会凝聚。第1、2和5类焦油属于重焦油，通过冷却即可脱除；第4类焦油属于中等沸点的焦油，不易通过冷却的方法脱除；第3类焦油属于轻焦油，须通过吸附或吸收方法深度脱除。

根据生物质焦油特征进行轻、重分级后，特别适用于吸收或吸附等单元操作进行分离和回收。荷兰能源中心率先开发的“OLGA”（OiL-based GAs washer）就是溶剂吸收除焦工艺，在200Nm³/h燃气系统中得到示范：重质焦油被完全脱除，焦油露点降至25℃；99%酚类和97%杂环类焦油被脱除。专利申请人发明了“生物质燃气冷却－吸收耦合深度脱除焦油的工艺及系统”（申请号：201210037239.7）和“生物质燃气耦合吸附深度脱除焦油的工艺及系统”（申请号：201210037246.7），采用重焦油自身冷却和轻焦油吸附/吸收过程耦合，进行焦油深度脱除。

现有的油基焦油处理方法分别对重焦油进行喷淋冷却脱除，轻焦油进行吸附或吸收脱除。对于上述分类的第4类轻多环芳烃化合物（2~3环）焦油，不能通过冷却有效脱除，则会转移进入吸收或吸附阶段脱除，这部分焦油分子直径较大，沸点较高，不仅会增加吸附/吸收的负荷，导致吸附剂（吸收剂）很快穿透和饱和，而且较高的再生温度容易导致吸附剂（吸收剂）结焦和失活，增加系统操作费用。

发明内容

本发明在于克服上述生物质燃气焦油脱除方法的局限，提供了一种结合喷淋冷却、粗孔捕捉和吸附或吸收过程的优点的低成本的生物质燃气焦油多级深度脱除工艺，并副产焦油产品。

本发明的技术方案是这样实现的：由生物质气化炉产生的富含焦油蒸汽的高温生物质燃气经除尘后首先进入喷淋冷却单元，与重焦油（指沸点高于150℃的焦油）液体进行接触，大部分重质焦油蒸汽被冷却为液体，生物质燃气中的少量粉尘和大部分重质焦油蒸汽得到脱除；经初步净化后的生物质燃气，被送入粗孔捕捉单元，利用多孔隙材料毛细凝聚作用以及截留作用，脱除第4分类的轻多环芳烃化合物（2~3环）的焦油（指沸点为100~150℃的焦油）；粗孔捕捉单元出口的两级净化的生物质燃气进一步送入吸附/吸收单元，在该单元，轻质焦油（指沸点低于100℃的焦油）蒸汽被吸附或吸收深度脱除，净化后的清洁生物质燃气送入后续工段；喷淋冷却单元放出的热量用于吸附/吸收单元的解吸。