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生物质气化技术发展:焦油脱除法及其应用

生物质气化技术发展:焦油脱除法及其应用

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  • 发布时间:2024-02-19
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【概要描述】焦油脱除塔主要用于生物质燃气和煤炭燃气等炉外脱除焦油法中。它是一种常用的设备,通过物理或化学手段将焦油从气化气体中分离出来。焦油脱除塔通常位于气化炉后的气体处理装置中,独立于气化炉的操作,并可根据需要进行独立控制。

生物质气化技术发展:焦油脱除法及其应用

【概要描述】焦油脱除塔主要用于生物质燃气和煤炭燃气等炉外脱除焦油法中。它是一种常用的设备,通过物理或化学手段将焦油从气化气体中分离出来。焦油脱除塔通常位于气化炉后的气体处理装置中,独立于气化炉的操作,并可根据需要进行独立控制。

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能源与人类的生存和发展密不可分。然而,目前人们所使用的能源结构主体仍为化石能源,储量有限。此外,化石能源的使用也会导致大量的环境和健康问题,如气候变暖、生态圈失衡、酸雨和雾霾等等。因此,开发利用新能源已成为当前的紧迫任务。

生物质能是仅次于煤、石油和天然气的第四大能源。然而,由于生物质种类繁多,其实际利用比化石燃料更为复杂。生物质能的转化利用技术主要包括生化技术和热化学技术,热化学技术又分为生物质燃烧、气化和热解。由于生物质的挥发分含量高,更适合进行气化反应。通过生物质气化,低品位的固态生物质可以转化为高品位的可燃气体。然而,在生物质气化过程中,不可避免地会产生焦油等副产物。焦油在高温下呈气态,容易与气化产气混合,而在低温下凝结为液态,容易堵塞输气管道,导致气化设备运行困难。同时,焦油的燃烧也会产生颗粒物,对燃气利用设备造成损害。因此,减少和控制焦油的产生对于推广和发展生物质气化技术至关重要。

焦油的定义与分类

焦油是生物质在热解气化过程中产生的一种复杂的有机化合物,它主要由生物质中的纤维素、半纤维素和木质素在高温下分解形成的大分子多核芳香族碳氢化合物。在生物质加热的过程中,有机分子的键会断裂,形成小分子的气体,而较大的分子则形成初级焦油。初级焦油通常是生物质原始结构中的片段,在气化温度下并不稳定,会进一步发生反应转化为二级焦油。如果温度继续升高,部分二级焦油还会进一步转化为三级焦油。这个过程简单来说,就是生物质中的有机物在高温下裂解,形成不同级别的焦油化合物。

焦油含有超过1000种不同的有机物质。已知的焦油组分中,大约有200多种可以检测到,其中质量分数超过5%的主要有7种:苯、萘、甲苯、二甲苯、苯乙烯、酚和茚。ECN将焦油根据分子量和沸点范围分为五类:重焦油、杂环芳烃类焦油、轻芳香烃类焦油、轻多环芳烃类焦油和重多环芳烃类焦油。

重焦油、杂环芳烃类焦油和重多环芳烃类焦油属于重焦油范畴,对环境和设备危害较大,但相对容易去除。轻多环芳烃类焦油是净化过程中的难点,因为它在低浓度下也会凝聚,且难以通过冷却法去除。轻芳香烃类焦油对环境和设备的危害较小,但需要深度处理才能去除。

焦油脱除方法

脱除燃气焦油的方法主要包括气化炉内脱除法和气化炉外脱除法。气化炉内脱除法是通过调整气化炉的结构和操作条件来抑制燃气焦油的产生。虽然从原理和经济性上来看,这种方法更加科学和合理,但实际结果并不理想,会产生废气并降低气化效率。此外,气化炉结构的复杂性会降低系统的操作弹性,使系统难以放大。因此,气化炉内脱除法一般被作为辅助方法来进行彻底脱焦。

相对而言,气化炉外脱除法对燃气进行后处理来脱除焦油,独立于气化过程,适用于各种燃气来源,并且更易于复制、移植和放大。根据是否破坏焦油分子的特性,气化炉外脱除法可以分为回收法(机械/物理法)和消除法(催化裂解和热裂解)。回收法主要通过物理或机械手段将焦油分离出来,消除法则是通过催化裂解或热裂解将焦油分解成较小的分子。这些方法能够有效地去除燃气中的焦油,提高气化效率并减少对设备的损害。

焦油脱除法的应用

生物质气化技术的研究和应用,已经开发了多种成型可实际应用的脱除方法。

焦油脱除塔主要用于生物质燃气和煤炭燃气等炉外脱除焦油法中。它是一种常用的设备,通过物理或化学手段将焦油从气化气体中分离出来。焦油脱除塔通常位于气化炉后的气体处理装置中,独立于气化炉的操作,并可根据需要进行独立控制。因此,焦油脱除塔主要用于炉外脱除焦油法中,以去除燃气中的焦油。

在湿法(干湿法)中,水洗法是一种常见的焦油回收方法,通过水洗涤塔或湿静电除尘器将焦油从燃气中分离出来。这种方法能够有效地去除焦油,但同时也存在一些缺点,如焦油流失造成能量的浪费,净化过程产生废水会造成二次污染,如果处理废水则操作费用较高。因此,为了使水洗法得到更广泛的应用,需要找到适合的废水处理方法。

干法中,吸附(过滤)法是通过过滤技术来净化焦油燃气。这种方法主要是利用吸附剂的多孔特性,让燃气穿过吸附材料,或者使燃气穿过装有滤纸或陶瓷芯的过滤器,把燃气中的焦油吸附去除。这种方法能够有效地净化焦油燃气,但实际操作净化效果不理想,主要是焦油沉积和沾附,降低脱除效率,同时沾附焦油的滤料也难以处理。

热化学法包括热裂解法和催化裂解法两种方法。热裂解法是在高温下通过加热断裂化学键,使大分子化合物裂解成小分子气态化合物。催化裂解法是通过催化剂降低焦油裂解的活化能,使焦油在较低温度下裂解成小分子的碳氢化合物。这两种方法都能够有效地脱除焦油,并能够回收能量。

焦油脱除塔的应用

焦油脱除塔主要用于生物质燃气和煤炭燃气等炉外脱除焦油法中。它是一种常用的设备,通过物理或化学手段将焦油从气化气体中分离出来。焦油脱除塔通常位于气化炉后的气体处理装置中,独立于气化炉的操作,并可根据需要进行独立控制。

焦油脱除塔在不同的行业和领域有着不同的名称,如焦油分离器、焦油除尘器、焦油净化器、焦油过滤器等。在实际应用中,可以根据具体情况选择合适的方法和设备。选择哪种方法,都需要确保设备的稳定性和可靠性,以及操作的简便性和经济性。同时,还需要考虑设备的维护和保养问题,以确保设备的长期稳定运行。

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