本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)熱解氣在線催化耦合自控溫梯級冷凝捕集系統(tǒng)，屬于生物質(zhì)熱解氣處理。

背景技術(shù)：

1、對生物質(zhì)熱解氣冷凝收集方面的研究比較多，其處理技術(shù)主要分為兩類，一類是間接換熱，通過冷凝介質(zhì)與熱解氣分別在兩個管路內(nèi)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)換熱冷凝，另一類是通過噴淋介質(zhì)直接與熱解氣接觸進(jìn)行冷凝。目前，一般都是采用兩種方式對熱解氣進(jìn)行無差別、全冷凝直接收集，但是由于生物油組分過于復(fù)雜，且含有顆粒性物質(zhì)，造成生物油后期提質(zhì)難的問題。同時，由于存在冷凝不完全的情況，會造成氣溶膠排放，污染空氣，并且氣溶膠內(nèi)含有部分有用的物質(zhì)，無法進(jìn)行回收利用，造成了資源的浪費(fèi)。如：專利公開號為cn105038864a的一種多級組合式生物質(zhì)熱解氣冷凝塔和專利公開號為cn107033944a的生物質(zhì)熱解汽冷凝收集與分離裝置兩篇專利都是對熱解氣進(jìn)行直接的噴淋冷凝收集，不但生物油組分復(fù)雜，后期提純精煉麻煩，同時沒有考慮到噴淋產(chǎn)生的二次氣溶膠的問題。專利公開號為cn102212376b的生物質(zhì)熱解液化用層流冷凝器則采用液體吸收的方式，雖然沒有冷卻液體二次氣溶膠的風(fēng)險，但是該方式吸收液與熱解氣接觸不充分，冷凝效果不好。專利公開號為cn108753373a的一種生物質(zhì)熱解氣分級冷凝工藝及其裝置采用了冷氣與熱解氣接觸，該方式雖然不浪費(fèi)冷卻介質(zhì)，但是卻容易造成熱解氣的稀釋，降低液體收率，造成更高的氣溶膠排放。專利公開號為cn106590718a的一種生物質(zhì)熱解重質(zhì)油和氣溶膠靜電捕集系統(tǒng)，該專利采用了生物油作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行捕獲，將熱解氣進(jìn)行全部收集，然后采用逐級過濾的方式實(shí)現(xiàn)生物油的分離，但該方式也是熱解氣全組分的收集，生物油組分依然復(fù)雜，造成后期提質(zhì)的問題，同時熱解氣收集過程中采用了布袋除塵的方式，容易造成過濾設(shè)備的堵塞，而靜電捕集器則采用了傳統(tǒng)設(shè)備，由于氣溶膠濃度高，粒徑小，黏附性強(qiáng)，因此造成顆粒帶電不均勻，長周期運(yùn)轉(zhuǎn)放電失效，捕集效率降低的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明要解決的問題是：提供了一種結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，對熱解氣進(jìn)行在線催化轉(zhuǎn)化，利用熱解系統(tǒng)余熱以及不同噴淋介質(zhì)進(jìn)行在線分級捕集，實(shí)現(xiàn)了生物油的定向富集和氣溶膠的有效收集，提高了能量的利用率和資源回收率的生物質(zhì)熱解氣在線催化耦合自控溫梯級冷凝捕集系統(tǒng)。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

3、所述的生物質(zhì)熱解氣在線催化耦合自控溫梯級冷凝捕集系統(tǒng)，包括通過管路依次連接的熱解氣在線催化反應(yīng)器、一級冷凝器、二級冷凝器、三級冷凝器和氣溶膠捕集器，一級冷凝器和二級冷凝器的換熱管路連接換熱器。其中，一級冷凝器采用的噴淋介質(zhì)為石化重質(zhì)油，二級冷凝器采用的噴淋介質(zhì)為煤焦油，三級冷凝器采用的噴淋介質(zhì)為熱解水相生物油。

4、所述的生物質(zhì)熱解氣在線催化耦合自控溫梯級冷凝捕集系統(tǒng)根據(jù)組分相似相容性原理來進(jìn)行熱解氣在線分級捕獲的方式，通過控制冷凝器內(nèi)溫度，使醛酮類物質(zhì)處于氣態(tài)，采用石化重質(zhì)油和煤焦油對熱解氣內(nèi)液化的酚類物質(zhì)進(jìn)行捕獲，而利用熱解水相生物油對醛酮類物質(zhì)進(jìn)行捕獲，同時，采用聲波對氣溶膠進(jìn)行預(yù)團(tuán)聚處理，提高氣溶膠單顆粒粒徑，降低濃度，增強(qiáng)單個液滴的帶電能力，從而提高靜電捕集的效率，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，能夠?qū)崿F(xiàn)了生物油的定向富集和氣溶膠的有效收集，提高了能源的利用率和資源回收率。

5、進(jìn)一步地優(yōu)選，熱解氣在線催化反應(yīng)器包括并聯(lián)設(shè)置的第一熱解氣在線催化反應(yīng)器和第二解氣在線催化反應(yīng)器，第一熱解氣在線催化反應(yīng)器和第二解氣在線催化反應(yīng)器的前后連接管路上均設(shè)置有第一閥門和第二閥門，熱解氣在線催化反應(yīng)器外壁設(shè)置有電加熱器。由于催化反應(yīng)器長期運(yùn)行會發(fā)生堵塞的問題，因此設(shè)置了雙級催化反應(yīng)器，當(dāng)?shù)谝粺峤鈿庠诰€催化反應(yīng)器堵塞時，則關(guān)閉其對應(yīng)的閥門，打開第二解氣在線催化反應(yīng)器對應(yīng)的閥門，啟動第二解氣在線催化反應(yīng)器，第一級反應(yīng)器加熱裝置打開，對孔道內(nèi)的積碳進(jìn)行清除，實(shí)現(xiàn)催化劑的再生，這樣避免催化反應(yīng)器堵塞造成的設(shè)備故障，提高了工作效率。

6、進(jìn)一步地優(yōu)選，換熱器包括第一換熱器、第二換熱器和第三換熱器，第一換熱器連接一級冷凝器的換熱管路和第二換熱器，第一換熱器和第二換熱器的連接管路上設(shè)置有第一流量計和第一換熱泵，第二換熱器連接二級冷凝器的換熱管路的入口，第二換熱器和二級冷凝器的連接管路上設(shè)置第二流量計，二級冷凝器的換熱管路的出口連接第三換熱器，第三換熱器連接第二換熱器，第三換熱器和第二換熱器的連接管路上設(shè)置有第二換熱泵，第三換熱器連接外部冷凝介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)，外部冷凝介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)的連接管路上設(shè)置有第三流量計和第三換熱泵。三級換熱器能夠保證了一級冷凝器和二級冷凝器的冷凝溫度，同時通過流量計的監(jiān)控，能夠根據(jù)溫度需要調(diào)節(jié)油泵轉(zhuǎn)速，保證了冷凝器內(nèi)穩(wěn)定的冷凝溫度。多余的熱量經(jīng)第三換熱器置換后，可以為廠區(qū)供熱或用于熱解過程物料的烘焙處理，提高余熱利用率。

7、進(jìn)一步地優(yōu)選，一級冷凝器和二級冷凝器的結(jié)構(gòu)相同，所述的一級冷凝器包括筒體ⅰ，筒體ⅰ頂部設(shè)置有熱解氣出口，筒體ⅰ下部設(shè)置有與熱解氣在線催化反應(yīng)器相連接的熱解氣入口ⅰ，筒體ⅰ內(nèi)部設(shè)置有環(huán)形換熱管路和冷凝噴淋器ⅰ，環(huán)形換熱管路連接第一換熱器，冷凝噴淋器ⅰ通過管路連接儲油箱ⅰ，儲油箱ⅰ設(shè)置在一級冷凝器下方且與其底部的生物油出口相對應(yīng)，儲油箱ⅰ和冷凝噴淋器ⅰ的連接管路上設(shè)置有油渣泵ⅰ。采用結(jié)構(gòu)相同的一級冷凝器和二級冷凝器以及不同的生物油冷凝介質(zhì)，能夠充分捕集熱解氣中的酚類物質(zhì)。

8、進(jìn)一步地優(yōu)選，環(huán)形換熱管路包括連接為一體的大環(huán)形管路和小環(huán)形管路，大環(huán)形管路緊貼筒體ⅰ內(nèi)側(cè)固定，小環(huán)形管路設(shè)置在筒體ⅰ下部且固定在熱解氣入口的上方。小環(huán)形管路的設(shè)置能夠?qū)崿F(xiàn)熱解氣的快速降溫，大環(huán)形管路的設(shè)置能夠維持冷凝器內(nèi)的溫度。

9、進(jìn)一步地優(yōu)選，筒體ⅰ內(nèi)部還設(shè)置有清洗噴淋器，清洗噴淋器固定在小環(huán)形管路的上方。冷凝器長時間運(yùn)行后會產(chǎn)生顆粒附著或污垢，影響冷凝器的使用效果，因此，可以通過清洗噴淋器定期進(jìn)行噴淋清洗，保證冷凝器的冷凝效果。

10、進(jìn)一步地優(yōu)選，三級冷凝器包括筒體ⅲ，筒體ⅲ頂部設(shè)置有氣溶膠出口，筒體ⅲ下部設(shè)置有與二級冷凝器連接的熱解氣入口ⅲ，筒體ⅲ內(nèi)部設(shè)置有折流板，折流板按照一定間距平行設(shè)置后形成小空腔和大空腔，小空腔為熱解氣通道，大空腔內(nèi)設(shè)置有換熱管路，換熱管路的進(jìn)口和出口設(shè)置在筒體ⅲ上，折流板通過固定板固定，上固定板和下固定板分別與折流板頂部和底部連接，上固定板和下固定板上開設(shè)有與小空腔對應(yīng)的進(jìn)口和出口，右側(cè)固定板頂部與筒體ⅲ頂部內(nèi)側(cè)焊接為一體，底部與下固定板焊接，右側(cè)固定板與筒體ⅲ側(cè)壁形成氣溶膠通路，氣溶膠通路與氣溶膠出口相對應(yīng)，左側(cè)固定板頂部與上固定板焊接，左側(cè)固定板與筒體ⅲ側(cè)壁形成熱解氣通路，左側(cè)固定板底部與導(dǎo)流板焊接為一體，導(dǎo)流板末端連接回流管，回流管底部插入筒體ⅲ底部的生物油液封內(nèi)，筒體ⅲ底部設(shè)置有生物油出口ⅲ，生物油出口ⅲ設(shè)置在筒體ⅲ內(nèi)的管路高度低于生物油液封高度，對應(yīng)生物油出口ⅲ在筒體ⅲ下方設(shè)置儲油箱ⅲ，儲油箱ⅲ內(nèi)放置熱解水相生物油，儲油箱ⅲ通過管路和渣油泵ⅲ連接冷凝噴淋器ⅲ，冷凝噴淋器ⅲ設(shè)置在導(dǎo)流板和熱解氣入口之間的筒體ⅲ內(nèi)。折流板及冷凝噴淋器ⅲ的設(shè)置，能夠充分捕集熱解氣中的醛酮類物質(zhì)。

11、進(jìn)一步地優(yōu)選，氣溶膠捕集器包括筒體，筒體內(nèi)部通過隔板分隔為第一空腔和第二空腔，第一空腔下部設(shè)置有與三級冷凝器連接的氣溶膠入口，氣溶膠入口上方的第一空腔內(nèi)設(shè)置有分布板，第一空腔頂部設(shè)置有聲波發(fā)生器；第二空腔上部設(shè)置有不凝氣出口，第二空腔內(nèi)緊靠隔板側(cè)設(shè)置有氣溶膠通氣管，氣溶膠通氣管的頂部入口與第一空腔相連通，氣溶膠通氣管的底部連接氣溶膠出口，氣溶膠出口的下出口與設(shè)置在第二空腔底部的生物油出口相對應(yīng)，對應(yīng)生物油出口在筒體外側(cè)設(shè)置有儲油箱，氣溶膠出口上方的第二空腔內(nèi)依次設(shè)置有一級分布板和二級分布板，二級分布板上方設(shè)置有陽極針，陽極針連接設(shè)置在第二空腔頂部的陽極，陽極針上方設(shè)置有陰極板，陰極板連接設(shè)置在第二空腔頂部的陰極，陰極板下方設(shè)置生物油收集槽，生物油收集槽連接匯流管，匯流管連接氣溶膠通氣管。通過聲波發(fā)生器、陽極針及陰極板的配合，能夠使氣溶膠發(fā)生小顆粒物間的碰撞而增大，降低了氣溶膠的單位濃度，提高了氣溶膠的收集率。

12、進(jìn)一步地優(yōu)選，一級分布板的孔道為柱形結(jié)構(gòu)，二級分布板的孔道為喇叭形結(jié)構(gòu)，氣溶膠出口的上出口為喇叭形結(jié)構(gòu)。兩級分布板設(shè)置，能夠使氣溶膠分布更均勻，同時二級分布板孔道設(shè)計為喇叭形，能夠使得氣體流速降低，相對擴(kuò)散，提高單位氣溶膠帶電量。

13、本發(fā)明所具有的有益效果是：

14、本發(fā)明所述的生物質(zhì)熱解氣在線催化耦合自控溫梯級冷凝捕集系統(tǒng)采用與熱解氣成分相似的物質(zhì)作為噴淋冷卻介質(zhì)，對目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行在線捕集，實(shí)現(xiàn)了生物油分類定向富集。同時，為了保證冷凝的效果，采用多級冷凝器來保證不同冷凝級的環(huán)境溫度，并對氣溶膠進(jìn)行了有效收集，最后實(shí)現(xiàn)了熱解氣的在線分級捕集，提高了初級熱解油的品質(zhì)，同時提高了能量的利用率和資源回收率。

15、本發(fā)明所述的生物質(zhì)熱解氣在線催化耦合自控溫梯級冷凝捕集系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自控溫功能，通過系統(tǒng)產(chǎn)生的余熱能夠?yàn)楸鞠到y(tǒng)不同組分的捕集提供一定的溫度場，進(jìn)一步提高能源的利用率。