生物质热解气吸收式分级冷凝装置

本发明涉及生物质处理利用领域，具体涉及一种生物质热解气吸收式分级冷凝装置。

背景技术：

1、生物质能是除化石能源外的第四大能源，也是自然界中唯一的碳可再生资源，具有产量高、分布广等特点，其高效利用对于“双碳”目标的实现具有重大作用。传统的生物质直燃技术由于将生物质完全燃烧转化为二氧化碳而回归自然，没有降碳效果，不符合目前碳减排国策，且焚烧容易产生nox、sox等多种污染物，也不符合绿色环保要求。生物质快速热解制油技术通过在无氧或缺氧条件下使生物质受热分解转化为油、气、炭产品，解决了生物质能量密度低，不利于存储、运输、利用的缺点，是目前极具潜力的一种利用技术。然而常规热解技术获得的生物油具有水分高、热值低、成分复杂等不足，使得其与化石能源产品相比缺乏竞争性，难以进行高效利用。为此，有学者提出通过生物质热解气分级冷凝技术，使生物油组分在不同冷凝温度下回收，实现不同沸点组分在不同阶段富集，从而降低生物油复杂性，提高生物油品质。

2、中国专利申请201810390434.5提出了一种生物质热解气分级冷凝工艺及其装置，通过利用冷激气与热解气直接混合实现快速降温，但该方法存在冷激气热容量低、用量大，大量的冷激气会稀释热解气中的可冷凝组分，不利于可冷凝组分的冷凝收集。中国专利申请20181542042.2提出了一种一体式生物质热解分级冷凝装置，但是该装置设计了大量复杂的内构件，特别是设置了旋转内构件，而生物油极易粘附壁面，使该部件运行不畅，不利于加工维修。中国专利申请202110417172.9提出了一种热解耦合分级冷凝制备生物油的系统和方法，该装置通过设计多级间接换热器从而获得不同品质生物油，然而生物油的粘性大，冷凝过程容易粘附在冷凝器壁面，形成污垢，阻碍传热，使得该冷凝器容易出现传热恶化而失效。为此，有必要开发更高效稳定的生物质热解气分级冷凝装置。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、鉴于现有技术的上述缺点和不足，本发明提供一种高效稳定的生物质热解气吸收式分级冷凝装置。

3、(二)技术方案

4、为了达到上述目的，本发明的生物质热解气吸收式分级冷凝装置包括：

5、第一喷淋器，所述第一喷淋器包括冷凝筒、对接于所述冷凝筒上端的收缩筒以及沿高度方向间隔分布于所述冷凝筒内的多块冷凝板，所述收缩筒的上方连接气体出口管，所述冷凝筒的下端设有第一热解气入口，所述收缩筒上开有若干冷凝液接口管，所述冷凝液接口管内均设有喷淋支管；

6、第二喷淋器，所述第二喷淋器包括从下至上依次连接的喷淋塔、气体汇流管和不凝气出口管，所述喷淋塔的底部侧壁设有第二热解气入口管，所述第二热解气入口管与所述气体出口管相连，所述喷淋塔的上部沿高度方向间隔设有多组冷却液入口，所述冷却液入口内设带雾化喷嘴的第二冷却液喷淋管，所述喷淋塔的内部设有填料支撑栅板；

7、第一集油箱，所述第一集油箱对接于所述冷凝筒的下端；

8、第二集油箱，所述第二集油箱对接于所述喷淋塔的下端。

9、可选地，多块所述冷凝板包括从下至上依次间隔分布的第一冷凝板、至少一块第二冷凝板、第三冷凝板和第四冷凝板，所述第一冷凝板位于所述第一热解气入口的上方，所述第四冷凝板位于所述喷淋支管的下方；

10、所述第一冷凝板为圆板且表面设有若干间隔分布的布风管和第一放液孔；

11、所述第二冷凝板为带弓形缺口的圆板，所述第二冷凝板的远离弓形缺口的一侧在靠近所述冷凝筒侧壁的预定距离处设有溢流板，所述第二冷凝板的弦边处设有第一导流板，所述溢流板与所述第一导流板相互平行且均垂直于所述第二冷凝板，所述第二冷凝板的位于所述溢流板与所述第一导流板之间的位置设有若干间隔分布的布风管；相邻的两块所述第二冷凝板上的弓形缺口相背对设置；

12、所述第三冷凝板为带弓形缺口的圆板，所述第三冷凝板的表面间隔分布有布风管，所述第三冷凝板的弦边处设有第二导流板，所述第二导流板垂直于所述第三冷凝板；所述第三冷凝板上的弓形缺口与最上层的所述第二冷凝板上的弓形缺口相背对设置；

13、所述第四冷凝板为圆板且表面设有若干间隔分布的布风管，所述第四冷凝板上除与所述第三冷凝板的弓形缺口对应的区域外设有间隔分布的第二放液孔。

14、可选地，所述布风管均包括导流口、内风管和外风罩，所述内风管贯穿并与所述冷凝板相连，所述内风管的下端连接至喇叭形的所述导流口，所述内风管的外侧为带有半球形封头的外风罩，所述内风管延伸至所述外风罩的半球形封头内且与所述半球形封头之间存在间隔，所述外风罩的下端与所述冷凝板相连，所述外风罩的侧壁还开设有若干间隔分布的长条形的出风口。

15、可选地，所述溢流板的上端高度高于同一所述第二冷凝板上的所述第一导流板的上端高度，所述第一导流板的下端延伸至同一所述第二冷凝板的下方且所述第一导流板与位于下方的所述溢流板在垂直投影方向不相交。

16、可选地，所述第二冷凝板的所述溢流板与所述冷凝筒之间围成的弓形区域设置有放油检测组件，所述放油检测组件包括手动阀、密封管、排污阀和放油管，所述手动阀的一端连接至所述冷凝筒的侧壁内，所述手动阀的另一端与所述密封管相连，所述密封管为u形管结构，所述密封管的u形底部设有所述排污阀，所述密封管的另一端连接至所述放油管，所述放油管为倒u形结构。

17、可选地，所述第一集油箱和所述第二集油箱均为箱式结构；其中，所述第一集油箱设有生物油入口、集油箱检修口、放油组件、液位计和排油口，所述生物油入口与所述冷凝筒的下端相连，所述集油箱检修口布置于所述第一集油箱的靠近底部的位置，所述第一集油箱的中部设有所述放油组件，所述排油口布置于所述第一集油箱的底部，所述第一集油箱上还设有所述液位计。

18、可选地，所有所述喷淋支管均连接至环形的喷淋总管，所述喷淋总管连接至喷淋液进口管；

19、所述第一集油箱背面设有第一喷淋液出口，且所述第一喷淋液出口后端依次连接第一过滤器、第一调节阀和第一循环泵，所述第一循环泵的出口通过管道连接至第一换热器，所述第一换热器的出口通过管道连通至所述喷淋液进口管。

20、可选地，所有所述第二冷却液喷淋管均连接至第二冷却液喷淋总管；

21、所述第二集油箱背面设有第二喷淋液出口，且所述第二喷淋液出口后端依次连接第二过滤器、第二调节阀和第二循环泵，所述第二循环泵的出口通过管道连接至第二换热器，所述第二换热器的出口通过管道连通至所述第二冷却液喷淋总管。

22、可选地，所述第二冷却液喷淋管延伸至超过所述喷淋塔内部的中轴线并且在所述喷淋塔的中轴线处设置所述雾化喷嘴；

23、和/或，所述不凝气出口管的上方设有气体除雾器。

24、可选地，所述填料支撑栅板包括外框架、支撑杆、支撑杆固定板、筒体固定板和螺栓组件，所述外框架为圆环结构且圆环直径比所述喷淋塔的内径小1～5mm，所述支撑杆为纵横交错彼此相连的杆状结构且所述支撑杆的端部连接至所述外框架，所述支撑杆的端部设有若干所述支撑杆固定板，所述喷淋塔上设有与对应的所述支撑杆固定板平行的所述筒体固定板，所述支撑杆固定板和所述筒体固定板中心处设有连接孔并通过所述螺栓组件连接。

25、(三)有益效果

26、上述生物质热解气分级冷凝装置通过二级冷凝液吸收方式实现生物质热解气快速冷凝降温，其一是气液直接接触换热、冷却速率快、冷凝效率高，可以有效减小热解气高温停留时间，防止热解气二次分解，提高生物油的收率；其二是气液进行均匀分布，气液混合效果好，可以实现热解气的均匀降温，防止热解气局部高温或低温现象，分级冷凝控温效果好，生物油不同组分的富集效果好，生物油品质佳；其三是冷凝液吸收热解气中的可冷凝组分，可以避免生物油粘附换热器壁面而导致的结垢，整体换热效果好，系统运行稳定。

27、上述技术方案还有以下有益效果：

28、1、第一喷淋器精巧设计为多级塔板式换热，有效实现了生物质热解气不同沸点组分在不同塔板富集收集。通过冷凝液在炉顶喷淋，在重力作用下冷凝液从上至下移动，而高温热解气从下至上移动，二者在喷淋器中冷凝板充分接触，传热传质，热解气温度沿高度方向，温度逐渐降低，不同沸点的可冷凝组分在不同冷凝板被冷凝液吸收进入液相，从而实现不同可冷凝组分的分离富集。而且，多层带弓形缺口的圆板在冷凝筒内反向设置而可形成s路径，从而延长热解气的流动路径，以使得分离富集效果更彻底。此外，第一喷淋器设置多个放油检测组件方便对生物油进行检测，实现对不同组分的回收，而布风管设计为内外套管形式，将气体通道与液体通道进行隔绝，降低流动阻力，节约动力消耗。

29、2、第二喷淋器精巧设计为填料塔形式，最大化实现生物质热解气可冷凝组分的分离收集，最大化实现了生物油的高效回收。生物质热解气经前一级的冷凝后，可冷凝组分蒸汽分压极低，普通方式很难实现其高效冷凝收集，同时生物质热解气中的气溶胶组分一般也难以被冷凝器壁面捕获收集。而第二喷淋器通过装入填料，辅助大量喷入冷凝液，冷凝液在填料表面形成液膜，增大了气液接触面积，实现气液之间高效传热传质，最大化实现生物质热解气中的可冷凝组分回收，同时液膜也可以不断溶解捕获气溶胶，从而实现生物油的最大化回收。此外，第二喷淋器的出口还设置了气体除雾器，防止喷入的冷凝液雾化液滴被不凝气带出而造成损失。

30、3、精巧设计了压力检测口，通过压力检测口设计水平段和垂直段使得冷凝液不会聚集于取压管内而堵塞管道，从而避免压力检测失效。

31、4、巧妙利用第一集油箱收集的生物油作为第一喷淋器的冷却介质，并利用第二集油箱收集的生物油作为第二喷淋器的冷却介质，通过不同冷凝段生物油的循环喷淋，即可增强生物油不同组分的分离富集效果，同时可以避免外部冷凝介质使用，降低运行成本。

32、5、巧妙设计了放油检测组件，实现了装置连续运行时的无动力取油连续检测。设计u形密封管联合倒u形放油管，放油管的液面位置较高，放油时可以产生虹吸效应，从而实现源源不断放油，同时u形管左右两端液体形成密封，隔绝集油箱的内外气氛，从而确保取油过程的分级冷凝系统的安全稳定运行。