有机固废热解气多级喷雾分级冷凝装置

本发明涉及有机固废处理利用领域，具体涉及一种有机固废热解气多级喷雾分级冷凝装置。

背景技术：

1、有机固废是生产生活中产生的丧失原有价值或者废弃的固体有机类废弃物，具有来源广、产量大、成分复杂、有污染等特点，需要进行专门处置利用。传统的有机固废处置技术主要包括焚烧和填埋，然而焚烧容易产生nox、sox等多种污染物，且碳排放高，而填埋则是占地面积大，且不能彻底实现固废的转化处置，目前而言均存在较大限制。有机固废快速热解制油技术通过在无氧或缺氧条件下使有机固废受热分解转化为的油、气、炭产品，是目前极具潜力的一种利用技术。然而有机固废成分复杂，常规热解技术获得的热解油具有成分复杂等不足，难以进行高效利用，限制了热解制油技术的推广应用。为此，有学者提出通过有机固废热解气分级冷凝技术，使热解气可冷凝组分在不同冷凝温度下回收，实现不同沸点组分在不同冷凝器中富集，从而降低热解油复杂性，提高热解油品质。

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201910330542.8提出了一种煤焦油分级冷凝的方法及装置，通过设置多级间接式冷凝换热器，采用不同的冷凝介质进行冷凝换热，实现煤焦油的分级收集。然而间接冷凝换热效率差，且采用多种冷凝介质，需要的附属设备众多且复杂。中国专利申请202320069104.2提出了一种废旧轮胎热裂解气分级冷凝装置，同样采用多级间接换热的方式实现废旧轮胎热裂解气的分级冷凝以及热解油轻重质组分的分离回收，但同样存在冷凝效率低，且冷凝器与换热器设置为一体，不便于维修更换。为此，有必要开发更高效稳定的有机固废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有机固废热解气多级喷雾分级冷凝装置。

3、(二)技术方案

4、为了达到上述目的，本发明的有机固废热解气多级喷雾分级冷凝装置包括：

5、第一喷淋器，所述第一喷淋器包括依次连接的第一热解气入口管、扩张管和第一喷淋筒，所述第一喷淋筒的上端侧壁开设第一冷却液入口，所述第一冷却液入口内设带第一雾化喷嘴的第一冷却液喷淋管，所述第一喷淋筒的下端侧壁设有第一气体出口管，所述第一气体出口管包括向上倾斜的第一回流管和水平的第一连接管；

6、第二喷淋器，所述第二喷淋器包括第二喷淋筒和收缩筒，所述第二喷淋筒的下端侧壁设有第二热解气入口管，所述第二热解气入口管包括向下倾斜的第二回流管和水平的第二连接管，所述第一回流管、所述第一连接管、所述第二连接管和所述第二回流管依次连接；所述第二喷淋筒的上部侧壁沿高度方向间隔设有多组第二冷却液入口，所述第二冷却液入口内设有带第二雾化喷嘴的第二冷却液喷淋管，所述第二喷淋筒的上端设有收缩筒，所述收缩筒的上端设有第二气体出口管；

7、第三喷淋器，所述第三喷淋器包括第三喷淋筒和气体汇流管，所述第三喷淋筒的底部侧壁设有第三热解气入口管，所述第三热解气入口管与所述第二气体出口管相连，所述第三喷淋筒的上部侧壁沿高度方向间隔设有多组第三冷却液入口，所述第三冷却液入口内设带第三雾化喷嘴的第三冷却液喷淋管，所述第三喷淋筒的内部设有填料支撑栅板，所述第三喷淋筒的上端设有所述气体汇流管，所述气体汇流管的上端连接第三气体出口管；

8、其中，所述有机固废热解气多级喷雾分级冷凝装置还包括连接于第一喷淋筒下端的第一集油箱、连接于第二喷淋筒下端的第二集油箱和连接于第三喷淋筒下端的第三集油箱。

9、可选地，所述第一喷淋筒内还设有多块交错间隔布置的导流集油板，所述导流集油板的自由端均朝下倾斜，所述导流集油板与所述第一喷淋筒的壁面之间形成预定倾角。

10、可选地，所述导流集油板为带有断口的椭圆板，所述导流集油板的上表面设有多组平行下凹的集油槽，与断口相交的所述集油槽上均匀设有若干通气孔，与断口不相交的所述集油槽的底部设有与断口相连的汇流槽。

11、可选地，所述第一集油箱、所述第二集油箱和所述第三集油箱均为箱式结构；

12、所述第一集油箱设有热解油入口、集油箱检修口、放油组件、排油口和温压检测口，所述热解油入口与所述第一喷淋筒的下端相连，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置所述放油组件，所述排油口布置于所述第一集油箱的底部，所述第一集油箱的上侧还设有至少一组温压检测口，所述第一集油箱上还设有液位计。

13、可选地，所述放油组件包括手动阀、密封管、排污阀和放油管，所述手动阀的一端连接至所述第一集油箱且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。

14、可选地，所述第一冷却液喷淋管连接第一喷淋液进口管；多根所述第二冷却液喷淋管均连接第二喷淋液进口管；

15、所述第二集油箱后侧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分别连通至所述第一喷淋液进口管和第二喷淋液进口管。

16、可选地，多根所述第三冷却液喷淋管均连接至第三喷淋液进口管；

17、所述第三集油箱后侧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三喷淋液进口管。

18、可选地，所述第一冷却液喷淋管的一端延伸至所述第一喷淋筒的内部直至超过所述第一喷淋筒的中轴线，且在所述第一喷淋筒的中轴线处设有所述第一雾化喷嘴；

19、所述第二冷却液喷淋管的一端延伸至所述第二喷淋筒的内部直至超过所述第二喷淋筒的中轴线，并且在所述第二喷淋筒的中轴线处设有所述第二雾化喷嘴；

20、所述第三冷却液喷淋管的一端延伸至所述第三喷淋筒的内部直至超过所述第三喷淋筒的中轴线，且在所述第三喷淋筒的中轴线处设有所述第三雾化喷嘴。

21、可选地，所述第一喷淋筒内部还设有多个压力检测口和多个温度检测口；所述压力检测口至少包括依次相连水平段、过渡段和垂直段，所述水平段的长度不小于100mm；

22、和/或，所述第三气体出口管上设有气体除雾器。

23、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第三喷淋筒的内径小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，所述第三喷淋筒上设有与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。

24、(三)有益效果

25、上述有机固废热解气分级冷凝装置通过三级喷雾冷凝方式实现有机固废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，防止热解气发生二次分解或聚合等反应，提高热解油的收率；其二是喷雾混匀，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，对不同沸点的可凝组分的富集效果好，热解油品质佳；其三是气液直接接触换热，可以避免出现热解油粘附换热器壁面而导致的结垢或换热效果恶化，整体换热效果稳定，系统运行稳定。

26、上述技术方案还有以下有益效果：

27、1、第一喷淋器设计为顺流式喷淋降温，其一是温度最高的热解气可以与温度最低的喷淋液直接混合，迅速降低热解气温度，有效防止热解气高温时可能发生的二次裂解或者聚合风险，增加热解油产率；其二是第一喷淋器内设置多组导流集油板，对热解气及冷凝液进行导流，延长二者在第一喷淋器内的停留时间，增加换热效果，同时集油导流板可以对热解油进行汇流捕集，防止其粘附喷淋器壁面，增加热解油收率；其三是布置多组温度及压力检测口对热解气温度及压力及时进行检测，方便对冷凝温度进行反馈控制，控温均匀稳定。

28、2、第二喷淋器精巧设计为空筒喷雾形式，有效实现有机组分热解气中的轻质组分的高效收集捕获。有机组分热解气中的轻质组分含量较高且相变潜热较大，如水蒸气，冷凝需要的换热量极大，因此需要大量的冷凝液进行喷淋。第二冷凝器设计为空筒，可以提供最大化的气液接触空间，强化气液混合效果，有利于气液之间的充分换热，从而实现有机固废热解气中的轻质组分的高效分离富集和捕获。

29、3、第三喷淋器精巧设计为填料塔形式，最大化实现有机固废热解气可冷凝组分的分离收集，最大化实现了热解油的高效回收。有机固废热解气经前两级的冷凝后，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，同时冷凝过程中产生的气溶胶组分一般也难以被冷凝器壁面捕获收集。第三喷淋器通过装入填料，同时大量喷入冷凝液，使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，从而实现热解油的最大化回收。此外，第三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、4、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、5、巧妙利用第二集油箱收集的热解油同时作为第一喷淋器和第二喷淋器的冷却介质，其一是避免使用第一集油箱收集的热解油作为第一喷淋器的冷却介质，避免第一喷淋箱收集的高沸点组分由于粘性大所需的动力消耗高而易于堵塞喷嘴；其二是第二集油箱收集的热解油循环喷入第一喷淋器，而第一喷淋器的冷凝温度较高，这使得冷凝液中的轻质组分在第一喷淋器气化进入气相，重质组分则被第一喷淋器捕获，从而实现轻重质组分的再分离，提高了轻重质组分的分离收集效率。

32、6、巧妙设计了放油组件，实现了装置连续运行时的无动力取油。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。