[发明专利]一种电旋风流光电晕生物质气化粗燃气净化装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种生物质气化粗燃气净化装置与方法，尤其是利用电旋风 流光电晕等离子体同时脱除粗燃气中焦油与粉尘的装置与方法。

背景技术

生物质气化是得到粗燃气较有效的转化手段之一，可将生物质转化成为高 品位的气体燃料，既可用于工业发电、热电联产、集中供气、工业采暖供热； 还可为合成液体燃料、燃料电池等过程提供气源。

基于不同反应器型式及操作参数变化，生物质气化得到的粗燃气含有数量 不等的焦油和粉尘。焦油被定义为分子量大于等于苯的有机污染物；粉尘包含 飞灰、床料及未燃烬残炭，两者的危害可概括为：1)增加气体净化处理难度与 复杂程度；2)轻质焦油如酚溶于洗涤水可致水体污染，如萘可形成结晶堵塞阀 门及发电设备，其它重质焦油在350℃以下发生冷凝可堵塞内燃机中间冷却器； 3)焦油酸性组分可腐蚀内燃机或燃气轮机气缸；4)应用于F-T合成或燃料电池 等场合，可导致催化剂表面积碳失活，需要频繁再生并增加更换成本；5)降低 系统气化效率和能源利用效率。因此，粗燃气必须经过深度净化后才能加以利 用。

现有技术中焦油净化技术主要有以下几种：1)物理去除，2)热裂解；3) 催化裂解。

物理去除包括干式和湿式净化两种方式，常用设备有旋风分离器、布袋除 尘器、文丘里洗涤器、静电除尘器、喷淋塔等，物理去除方式在净化粉尘的同 时，对焦油也有一定的脱除作用。但这些除尘设备对焦油的净化效果都较差， 要与其他焦油裂解设备联用才能达到较好的效果。

热裂解是指反应温度900℃以上的焦油高温分解，在裂解焦油的同时可产生 热稳定性更高的大分子物质，并生成少量的烟炱。由于该过程需要升温粗产品 气因而存在能耗较高的缺点，并且热裂解过程中会燃烧掉一部分可燃气从而牺 牲了合成气的热值。

炉内或炉外催化裂解使焦油低温裂解成为可能，并且焦油成分被选择性地 裂解为轻质气体，因而可增加合成气的热值；但存在催化剂表面积碳、寿命短、 机械强度低易碎等不足。

另外对于粉尘去除，旋风分离器是常见的粉尘去除装置，对20μm以上颗粒 有>95％的去除率，但随粉尘粒径变小，去除率急剧下降。而研究表明以木头为 原料的固定床气化工艺，合成气中粒径5μm以下的颗粒可占到总颗粒质量分率 的75％左右。因此为提高除尘效率，实际应用中往往采用多级旋风串联的方式； 此外为了强化对5μm以下粉尘的捕捉效果，通常会在下游安装湿式洗涤器、布 袋、电除尘器等设备。湿式洗涤器一般以水为介质，因而操作温度低于100℃， 这对于下游的内燃机或重整反应器来讲必然会损失粗燃气显热。布袋除尘器操 作温度略高且能过滤0.5-100μm的颗粒，但受限于过滤布料材质的耐热性，操作 温度一般在250℃以下，这显然不利于处理同时含有焦油、粉尘的粗燃气，因为 重质焦油凝结在布袋表面后极难通过振打、反吹的方式清除。另一种除尘方法 是静电除尘，而采用静电除尘的静电除尘器的工作原理是利用高压电场使烟气 发生电离并使粉尘荷电，在电场力的作用下实现粉尘与烟气分离，对20μm以下 尤其是小于5μm的颗粒具有高达95-99％的去除率。但用于粗燃气粉尘净化，焦 油粉尘容易同时附着在集尘电极，随着粉尘层增厚造成电荷累积，形成局部电 场排斥后续粉尘沉积，产生反电晕和二次扬尘，因而使除尘效率严重下降。陶 瓷过滤器可在600-800℃高温下操作并取得较好的粉尘过滤效果，然而存在造价 昂贵且易破损的缺点。

由此可见，现有技术中粗燃气净化仍是生物质气化工业应用的技术瓶颈问 题之一，这主要有以下2个原因：

1)有别于废气净化，背景气体即粗燃气必须回收，即净化过程不能降低粗 燃气单位体积热值或H₂/CO摩尔比；

2)焦油、粉尘两种污染物同时存在于合成气中，将它们分开进行处理必然 掣肘于另一种污染物净化过程：比如先除尘后净化焦油方案，只能采用可保持 焦油存在形式为气态的高温除尘，并且除尘过程中的反吹气体流量不宜过大， 否则会降低合成气热值；又比如采用先催化裂解焦油再除尘方案，则面临粉尘 在催化剂表面不断沉积的问题。

故现有技术有待改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够同时去除焦油和粉尘的电旋风流 光电晕生物质气化粗燃气净化装置与方法。

本发明的技术解决方案是：