[发明专利]一种低温冷凝焦油收集装置

说明书

技术领域

本发明属于气体净化技术领域，更具体地，涉及一种低温冷凝焦油收集装置。

背景技术

煤燃烧产生大量污染有毒物质，会对生态环境造成严重影响。煤气化技术可以将煤通过热化学过程转化成高品位的气体燃料，是一种洁净煤技术。生物质作为一种资源丰富、来源广泛的清洁可再生能源载体在能源消费结构中的比重日益增加，生物质气化同样可以得到高品质的气体燃料，被视为一种非常有前景的热化学转化技术。煤气化和生物质气化的气体产品可以用作发电，也可作为重要的化工原料。然而，无论是煤气化还是生物质气化都不可避免的会产生部分焦油，这些焦油在高温时夹杂于气态产物中会降低煤或生物质中碳的转化率，从而降低气体的产率和品质。为了提高煤气化或生物质气化碳转化率和气体品质，必须对焦油的性质和生成机理进行深入研究，关键在于将焦油从气体中分离并收集。

目前，在煤气化或生物质气化研究中所用到的焦油收集方式主要包括冷凝法、溶剂吸收法和固相吸附法。这些方法各有不足：1)冷凝法是研究中使用较多的方法，通常使用水、冰水混合物或液氮作为冷凝介质。水的温度一般为室温，冰水混合物的温度一般接近零度，这两种冷凝介质对于露点低于零度的焦油成分冷凝效果较差；液氮的温度极低，几乎可以将所有焦油进行冷凝，然而液氮的温度(-196℃)低于绝大多数气体产物的沸点，将焦油冷凝的同时也将大部分气体产物冷凝下来，造成气体的损失且不利于对气体进行收集和分析；2)溶液吸收法也是常用的焦油收集方法，由于焦油的成分多为有机物，这种方法通常采用丙酮、二氯甲烷、甲醇、甲苯等有机溶剂作为焦油吸收溶剂，同时利用冰水混合物、冰盐水等冷凝介质加强焦油的吸收效果，但是焦油成分极为复杂，不同的成分在有机溶剂的中溶解性不同，使得有机溶剂对焦油中不同成分表现出选择性吸收，从而难以确保焦油有效吸收；另一方面，所使用的有机溶剂具有挥发性，在吸收过程中发生损失造成焦油收集效果差；而且溶液吸收法通常使用较多吸收瓶，后期将焦油从有机溶剂中分离收集较为繁琐；3)冷凝法或溶液吸收法通常是将吸收器置于装有冷凝介质的容器内，这些容器一般隔热效果差，吸收焦油过程中冷凝介质温度升高，会导致焦油吸收效率降低；另一方面，冷凝介质在容器内处于静止状态，与含焦油气体之间换热效果较差；4)固相吸附法的焦油吸附效果关键在于吸附剂的吸附性能，常用的固相吸附剂为活性焦、分子筛等比表面积较大的吸附剂，虽然其焦油吸附效果较好，但需要采用热脱附回收焦油，操作过程复杂且焦油回收率难以保证。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种低温冷凝焦油收集装置，该收集装置能持续高效地将焦油进行冷凝与收集，便于焦油测试分析与利用，装置结构简单，操作方便。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种低温冷凝焦油收集装置，其特征在于，包括焦油冷凝管、载冷剂保温罐、增压泵、载冷剂回收罐和焦油收集瓶，其中，

所述焦油冷凝管包括用于通入载冷剂的U型外管和设置在所述U型外管内的、用于通入含焦油气体的U型内管，所述U型内管的两个端部均封闭并且在这两个端部分别设置有进气支管和出气支管，所述进气支管和出气支管分别穿过所述U型外管的侧壁并通过所述U型外管的侧壁支撑，所述U型外管的两个端部均封闭并且在这两个端部分别设置有载冷剂进口支管和载冷剂出口支管，所述载冷剂进口支管通过第一管道与所述载冷剂保温罐连接并且所述第一管道伸入所述载冷剂保温罐内，而且所述第一管道上设置所述增压泵，所述载冷剂出口支管通过第二管道连接所述载冷剂回收罐；

所述U型内管的底部设置有焦油排出支管，所述焦油排出支管穿过所述U型外管的底部后与所述焦油收集瓶的瓶口连接。

优选地，所述载冷剂保温罐上设置有用于测量其内载冷剂温度的热电偶。

优选地，所述增压泵采用磁力耦合外啮合泵。

优选地，所述载冷剂保温罐为内外双壳层结构，其内层和外层均由聚四氟乙烯制成，内层和外层之间的间隙填充聚氨酯泡沫。

优选地，载冷剂使用乙二醇或丙二醇水溶液。

优选地，所述焦油收集瓶为磨砂瓶口，所述焦油排出支管与所述焦油收集瓶连接的部分进行磨砂处理。

优选地，所述U型内管在靠近所述第二管道的那个端部设置所述进气支管。

优选地，所述载冷剂回收罐为内外双壳层结构，其内层和外层均由聚四氟乙烯制成，内层和外层之间的间隙填充聚氨酯泡沫。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：