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基于化学溶剂的焦油冷凝净化技术试验
作者:管理员    发布于:2018-06-22 14:05:41    文字:【】【】【

  基于化学溶剂的焦油冷凝净化技术试验郭飞强董玉平景元琢2,董磊2(1.山东大学机械工程学院,高效洁净机械制造教育部重点,主要仪器设备有:气化冷凝除焦试验系统简图Fig.炉、冷凝除焦设备、分离器、真空泵、储气装置、焦油采集分析系统、测温仪、取样袋等。

  1.2试验步骤气化炉产生的燃气在真空泵的引导作用下,经除灰后进入冷凝除焦设备净化。首先,在额定的溶剂流量下,测试净化前后燃气温度和焦油含量,对满足性能要求的化学溶剂的焦油去除效果、溶剂损失量进行检测分析;用取样袋取样燃气,分别测出燃气净化前后组分含量,计算热值变化。根据上述结果对比3种溶剂的整体净化性能;其次,调节溶剂流量,测试不同溶剂流量下燃气温度变化量、焦油净化效率及溶剂损失量,寻求最佳的溶剂流量范围。

  1.3溶剂的筛选化学溶剂的选择既要实现良好的燃气净化性能,还要保证燃气净化后溶剂与焦油混合溶液易于分离回收,过程损失极少量,从而达到溶剂循环利用的效果。因此,溶剂需要满足3个条件:①溶剂与焦油极性相反;②溶剂与焦油的比重有一定差异;③溶剂的使用不会对燃气成分造成损失。

  依据此条件,试验中选定了溶剂A、溶剂B和溶剂C进行试验对比,根据试验结果筛选性能最佳的溶剂,3种溶剂的主要理化性质如表1所示。

  表1 3种溶剂的主要理化性质类型运动粘度(20T沸点比热(标态下)/k-溶剂A溶剂B溶剂C 1.4冷凝过程热传导特性忽略其他能量变化,仅考虑溶剂与燃气中的接触换热,在冷凝塔内的dh的微元高度上,则溶剂的温度变化为dT,燃气的温度变化为dt,燃气的散热量如下:区燃气温度;8―冷凝塔内壁横截面积。

  2结果与分析2.1燃气成分试验过程中,燃气组分含量如表2所示。

  表2燃气化学成分表燃气组分体积分数/%燃气流量焦油含量2.2溶剂的试验对比2.2.1焦油去除效果试验对比待试验气化炉工作稳定后,试验系统中采用3种溶剂以额定的流量(300L/h)工作,每种溶剂测试6次,每次检测15min,间隔5min,计算每次净化后燃气中焦油含量平均值。系统的焦油净化性能如所示,以溶剂B为净化工质,燃气净化后焦油含量约为140mg/m3;而采用溶剂A和溶剂C,净化后燃气中焦油含量均约为100mg/m3,由此可以判断溶剂A和溶剂C对燃气中焦油的冷凝捕集效果优于溶剂B. 3种不同溶剂的焦油去除效果对比。2.2溶剂损失量试验对比由于系统工作过程中,溶剂理化特性不同、粘灰性及与焦油分离的难易程度不同、溶剂通过静置后可回收再利用的水平不同、试验过程中溶剂会有一定的损失。因此每次试验结束后,静置分离溶剂与焦油,计算溶剂的损失量,得出3种溶剂的损失量如。由知,溶剂C的损失量最少,正常工作情况下,溶剂的损失率约为2%,可以有效实现溶剂分离回收和循环利用。

  溶MA▲溶剂CX溶剂B试验序号承/水骣:痤3种溶剂净化后溶剂损失量对比。2.3燃气热值损失对比分析燃气中的热值可以通过式(6)计算得出:净化过程中,利用取样袋分阶段分别抽取净化前后燃气,测试计算其低位热值,从而得出3种溶剂的使用对燃气的低位热值的影响(如所示),3种溶剂所造成的燃气热值损失率都保持在0.015%以下,尤其溶剂C对造成的热值损失不足0.006%,可视为溶剂不会造成燃气热值的损失。

  %/刺识恶M瑶V藜3溶剂净化燃气的热值损失量从上述对比分析中可以看出,溶剂c的工作性能最优,试验过程中,对溶剂C的净化性能进行进一步的试验研究,分析适合燃气净化的最佳溶剂流量范围。

  2.3溶剂流量对焦油去除效果的影响分析燃气的净化性能与溶剂的流量有直接关系,流量越大,燃气与溶剂换热而导致的温度下降幅度越大,同时,溶剂和焦油颗粒碰撞凝结的机率越大,焦油的冷凝析出效果越理想。然而溶剂的流量增大会导致溶剂的使用量和过程消耗量的增加,同时也增加了燃气携带溶剂的机率,不利于燃气的净化。因此,恰当的溶剂流量范围是保证燃气净化效果、避免过程损失的重要参数。

  2.3.1燃气出口温度与溶剂流量关系随着溶剂流量的变化,燃气出口温度变化曲线如所示。随着溶剂流量的增加,出口温度保持下降的趋势,当溶剂流量达到300L/h以后,温度变化不明显,基本维持在80~90°C之间。

  燃气出口温度随溶剂流量的变化关系2.3.2焦油去除率与溶剂流量的关系净化后燃气中的焦油含量如所示,初始焦油含量随溶剂流量的增大而大幅减小,然而,溶剂流量超过250L/h以后,净化后燃气中的焦油含量趋于稳定,约100mg/m3时,此时焦油的净化效率达到净化后焦油平均含量随溶剂流量的变换关系Fig.6Influenceofsolventflowrate 90%以上,可实现对溶剂中绝大部分的高凝结点焦油的清除。

  2.3.3溶剂消耗量与流量关系试验过程中,30min更换一次溶剂,间隔为10min,静置40min分离溶剂和焦油,计算溶剂损失量,溶剂的消耗量变化曲线如。由图可见,在溶剂流量50~200L/h阶段,溶剂的损失量较大,主要是由于溶剂流量过小,容易被燃气携带出去,同时残余灰分及焦油的沾染所造成的损失相对比例较高。溶剂在200 ~350L/h阶段,溶剂的损失比例最小,当溶剂的流量大于350L/h后,溶剂损失量逐渐增大,这主要是由于燃气中残余灰分的污染及分离后溶剂中焦油微量残留,需要对溶剂进行定期更换,根据更换周期换算得出的结果。

  溶流敏/W-1T1溶剂损失量随溶剂量的变换关系综上可以看出,溶剂流量约为250L/h时,既可实现燃气中焦油的高效去除,又能够保证整个过程中溶剂的损失率控制在个较小范围内。实际应用中,对于不同规模气化装备可以通过对溶剂流量的调整,保持燃气净化始终处于高效低耗的水平。

  3结论本文通过试验对基于化学溶剂的焦油冷凝清除技术进行研究,结果表明:利用化学溶剂对燃气中焦油颗粒捕集析出的净化方式是可行的,可在不造成燃气热值的降低前提下,实现燃气的高效、低成本的净化,焦油的净化效率达到90%以上,溶剂过程损失量极少,为解决生物质气化过程中的焦油问题提供了一条有效途径。

脚注信息
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