生物質熱解、氣化過程中的焦油處理技術

胡信韜 姜聰 彭義林 杜奇跡 田新民

摘 要：本報告分析了生物質熱解、氣化過程中焦油產生的原因，并介紹了焦油處理技術方法，包括物理、化學方法。同時，結合工程項目實際，分析熱解、氣化過程中燃氣進內燃機發電和燃氣進鍋爐、汽輪發電機組發電兩種燃氣利用方式對燃氣中焦油含量的要求，找到滿足廠家要求的焦油處理手段，并給出了焦油處理設備的造價。

關鍵詞：焦油;熱解;氣化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.045

0 前言

生物質熱解、氣化過程中，焦油的產生無法避免。

焦油的存在對熱解、氣化系統影響較大，一是會降低熱解、氣化系統的效率，焦油產物的能量一般占總能量的5%-15%[1-3]。焦油在200℃以下呈液態，液態的焦油會與灰塵、水等結合在一起，堵塞管道和設備。對燃氣內燃發電機組、燃氣輪機本體損傷相當大，且容易堵塞管路。

因此焦油的處理，關系到燃氣利用設備運行的好壞。

1 焦油處理的主要方法

1.1 物理除焦法

物理除焦法無法將焦油完全去除，只是將焦油由氣相轉化為液相析出，進行收集外賣。

包括干法、濕法、電捕焦等多種方案。

其中干法是采用機械或者過濾的方法，依賴的是離心力，使焦油從燃氣中分離出來，其工作溫度較高，通常600℃左右。常用設備包括旋風分離器，陶瓷過濾器，沙床等。

濕法常采用水洗法或者油洗法，通過降溫的方式，讓焦油中的各種組分逼近其凝固點，這樣，能夠使大量的焦油冷凝下來。與水洗法相比，油洗法有其優勢，油與油是相容的。能夠對重質焦油、輕質焦油均有較好的捕集作用。無論水洗法、油洗法，均需設置泵，通常為一運一備，起到可靠的備用作用。

電捕焦，即采用電捕焦油器，利用電極的電暈作用，讓燃氣中的焦油在沉淀極處凝結。電捕焦油器通常分為管式電捕焦油器和蜂窩式電捕焦油器。

電捕焦油器應用范圍廣，已在焦化廠、鋼鐵廠等各種場合得到了應用，起到了捕集粗燃氣中焦油的作用。

1.2 化學除焦法

化學除焦法即采用催化劑，如白云石、Ni基催化劑等，將焦油轉化成可利用的小分子。其中最具代表性的催化劑是白云石。

化學方法雖然從根本上解決了焦油問題，但其存在催化劑失活、價格高昂等諸多問題，工程上的主流處理方案依然是物理除焦法。

2 生物質熱解焦油處理方案

生物質在熱解爐中熱解后，粗燃氣中會攜帶大量焦油。其處理方案關系著燃氣利用。

某熱解爐廠家提供的燃氣凈化設備依次有空冷塔、水冷塔、醋液噴淋塔、燃氣過濾塔共四種塔器，能夠降低燃氣中的焦油含量。

該熱解爐產生的熱解氣從熱解爐的出氣口進入到空冷塔中。熱解氣出口溫度為600℃，空冷塔運行溫度為150～200℃，熱解氣中的高冷凝點焦油在此冷凝，重質焦油由重質焦油收集罐收集。剩余的熱解氣進入到運行溫度為50～150℃的水冷塔，輕質焦油在此冷凝，并由輕質焦油收集罐收集。熱解氣再進入到運行溫度為環境溫度的醋液噴淋塔中，大量水分和酸類物質在此冷凝，醋液進入到醋液收集池中，冷卻后可被循環泵送入醋液噴淋塔中成為冷卻介質。

經過檢驗機構檢測，凈化后的燃氣中焦油含量為18mg/Nm3。部分燃氣內燃發電機組經過改良后，允許的焦油含量為30～50mg/Nm3，即配部分廠家產的燃氣內燃發電機組能夠使用該凈化后的燃氣。

根據廠家報價，燃氣處理量2700m3/h即日處理生物質量216t/h的四種主要燃氣處理的塔器價格總共880萬左右。

3 生物質氣化焦油處理方案

某主流氣化設備廠家，提供了一套氣化設備，氣化爐出口高溫燃氣直接通過高溫燃氣管道通入燃氣鍋爐燃燒，該氣化設備出口為未凈化的熱燃氣，其具有溫度高（600℃左右）、焦油含量高的特點。

由于燃氣未經過凈化，經過計算，其焦油含量為3813mg/Nm3。但燃氣保留了焦油的熱值和燃氣的顯熱。高溫和高焦油含量，沒有能與之匹配的燃氣內燃發電機組。考慮將燃氣直接通入鍋爐進行燃燒的方案。

焦油在650℃左右呈氣態，與熱燃氣在鍋爐內同時被燃盡，故燃氣鍋爐廠家對熱燃氣中的焦油含量無具體要求。

該方案在某60萬燃煤電廠中得到了應用，即在60萬燃煤機組鍋爐側墻增設燃燒器，燃用高焦油含量的氣化氣，目前該項目已投運6年，安全穩定。

生物質氣化氣焦油處理設備包括：燃氣鍋爐、送風機等。根據廠家資料，一套13000Nm3/h氣化氣的燃氣鍋爐及附屬設備造價790萬元。

4 結語

綜上所述，對于熱解、氣化工藝中的焦油捕集有不同的技術。

對于熱解工藝，燃氣依次經過空冷塔、水冷塔、凈化塔、吸收塔進入儲氣柜，充分捕集燃氣中的焦油、木醋液。焦油作為一種產品送入到焦油池并外賣。凈化后的燃氣考慮通入兩種國產內燃發電機組發電，且兩種國產內燃發電機組均有燃燒生物質燃氣的運行業績。

對于氣化工藝，氣化燃氣中的焦油考慮將燃氣通入燃氣鍋爐燃燒的方式加以利用，同時利用燃氣的顯熱，且該利用方式有成熟的工程業績作為支撐。

參考文獻：

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