[发明专利]生物质燃气耦合吸附深度脱除焦油的工艺及系统

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种生物质燃气耦合吸附深度脱除焦油工艺及系统，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，可转化为生物质燃气，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。

生物质热化学转化过程是在高温(或辅助催化剂)条件下，生物质原料经过干燥、热分解、氧化和还原阶段，大分子经历断裂和重组，转化为小分子燃料油或燃气的过程。目前，该技术已成为生物质资源利用的主要方式之一，而气化是该技术的主要形式。但是，该技术在气化过程的稳定性、气化过程的经济性及后续产品使用过程的安全性上尚存在一些关键障碍，没有取得大规模推广应用。

在生物质原料热化学转化过程中，伴随着气态产物的出现，会产生焦油大分子。焦油常温下是一种黑褐色黏稠液体，其成分非常复杂。焦油的主要成分不少于20种，大部分是苯的衍生物及多环芳烃，其中含量大于5％的有萘、甲苯、二甲苯、苯乙烯和酚等。生物质焦油在200℃以下为液态，300℃以上呈气态，在高温下能分解成小分子永久性气体。焦油的存在阻碍生物质气化技术大规模应用的主要问题如下：①焦油在低温下凝结成液体，易和水、碳粒等粉尘结合为粘稠物，堵塞输气管道和阀门，腐蚀金属，影响系统运行和安全；②焦油难以完全燃烧，并产生碳黑等颗粒，对用于发电的燃气设备(如内燃机、燃气轮机等)的叶轮损害严重；③焦油及其燃烧后产生的毒气会污染环境；④焦油占可燃气能量的5％～10％，在后续使用过程难以与燃气一起被利用，会降低热化学转化过程效率。由此可见，可燃气中的焦油具有相当大的危害性，是生物质气化过程应用的主要障碍之一，必须对其进行有效处理。

生物质燃气焦油处理方法主要包括物理法、热化学方法和等离子除焦法等。物理除焦方法包括湿法和干法两大类。湿式除焦法主要为水洗法，是用水将可燃气中的部分焦油冷却为液体，被水冲洗带走，该方法主要缺点是燃气中易夹带焦油雾滴，而且会带来洗焦废水的二次污染问题；干式除焦法即采用过滤技术净化燃气，可避免对水体和土壤的二次污染，但是在工程应用中，去除焦油的效果不理想，系统设备复杂，运行寿命短，常与其它除焦方法联用。等离子除焦法是利用电晕放电可分解有机物的特点进行焦油的脱除，但是该方法设备造价和运行费用高，对操作管理的要求也比其它方法高。热化学转化法是在一定的温度条件下将焦油转化成燃气小分子，提高生物质的转化率和利用率，可分为热裂解法和催化裂解法，其中热裂解法能耗高，而催化裂解法催化剂易积炭和烧结，机械强度也较差，因而仅存在小规模示范应用。

采用液体吸收剂用吸收的方法降低燃气中焦油的含量，并通过解吸作用达到吸收剂循环利用，是基于溶剂的湿法除焦过程。荷兰能源中心开发的“OLGA”(the Dutch acronym for-basedwasher)除焦方法就是以溶剂吸收焦油为基础的新型除焦工艺，研究结果表明：重质焦油可被完全脱除，焦油露点温度降低至25℃，焦油不会在气化炉下游凝结；99％酚类和97％杂环类焦油可被脱除，可节省因处理被酚类或其它水溶性焦油混合物污染的废水的成本。张忠诚等在“基于Aspen plus平台的生物质燃气脱焦工艺模拟”(山东大学学报，2008，38(6)：95-98)文章中，提出了生物质燃气的溶剂法脱焦工艺，通过溶剂的冷却吸收作用，将焦油中的重组分脱除，轻组分选择性脱除，将经过处理后的燃气中焦油的露点降低到使用温度之下，从而解决由焦油的凝结而产生的管道堵塞等问题。但是，这两种方法第一级脱焦油冷却塔采用外加溶剂冷却焦油，由于这部分焦油成分复杂，固体颗粒多，会形成难以分离的混合粉尘粘稠、恒沸混合物，分离回用难度大，操作成本高。

另一方面，吸附是利用固体介质的多微孔特性，对组分进行选择性吸着的单元操作。吸附分离过程已广泛地用于化工等诸多行业，成为重要的分离手段之一。相对吸收作用，吸附过程能更有效地捕集浓度很低的有害物质，因此，当常规的吸收方法脱除液体或气体中的有害物质特别困难时，吸附可能成为较为满意的解决方法。近年来，吸附广泛用于苯、甲苯和甲醛等低浓度挥发性有机物(VOC)的深度脱除和回收。一般来说，相对吸收作用，吸附作用具有如下优点：(1)吸附床为固体，不存在腐蚀；(2)可控性强，可实现全自动运行；(3)能将污染物深度脱除和回收。但是，吸附过程在生物质燃气焦油脱除过程的应用不多见。

发明内容