一种热解焦油雾化水平测评试验方法与流程

本发明涉及可再生能源技术领域，特别是涉及一种热解焦油雾化水平测评试验方法。

背景技术：

近年来，由于煤炭和石油等化石燃料大规模开采利用而造成的能源和环境问题已引起了人们的重视，从能源发展和环境保护角度来看，寻找一种新型可再生的清洁能源已迫在眉睫。生物质能是以化学能形式储存的太阳能，具有分布广泛、可再生和无污染的特点，它的高效转换和清洁利用受到广泛重视。生物质作为一种可再生的新型能源其主要的利用方式是热化学转换，包括热解、气化、直接燃烧等。在这些过程中不可避免地产生的焦油等副产品，不仅会降低生物质资源的利用率，还会对生产设备及周围环境造成污染和损害。然而，研究发现，生物质焦油作为热解副产物是极好的液体燃料和化学工业原料，对其化学性质及利用进行研究可以达到污染治理和资源利用的双重功效。

现在焦油的燃料化利用，一般是将热解产生的焦油作为燃料燃烧，同时将产生的高温烟气作为热源，为前端的热解设备提供热量。与原油相比，生物质焦油具有含杂多、水分含量大、可燃成分含量低、热值低、闪点高等缺点，因此导致焦油点火困难，加热炉燃烧不稳定，燃烧效率低、烧嘴磨损、风盘结焦、受热面结垢等诸多问题。采用热解焦油喷雾的方式进行喷雾燃烧，可以较好的解决此问题。在雾化燃烧过程中，燃油雾化效果的优劣是决定燃烧状况的关键。良好的雾化效果是实现高效燃烧的前提，对节能、净化具有十分重要意义。因而分析生物质焦油的成分和性质，弄清焦油雾化的机理，研究喷雾的特性和方法，探明喷雾与空气的混合过程，从而合理组织燃烧，对于提高焦油燃烧效率是至关重要的。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种热解焦油雾化水平测评试验方法，以解决上述现有技术存在的问题，探索热解焦油温度、热解焦油压力、空气温度和空气压力、热解焦油改良剂、雾化喷头对热解焦油雾化的影响，为热解焦油的充分燃烧提供数据支撑。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种热解焦油雾化水平测评试验方法，包括以下步骤：

将热解焦油与改良剂混合后进行预热，得到预热焦油；

将空气预热，得到预热空气；

将所述预热焦油与预热空气混合后进行雾化，对雾化水平进行测评。

优选地，所述改良剂包括乙醇。

优选地，所述热解焦油与改良剂的质量比为50～70％：50～30％。

优选地，所述预热焦油中还包括柴油。

优选地，所述预热焦油的温度为50～100℃。

优选地，所述预热空气的温度为50～100℃。

优选地，所述热解焦油与改良剂混合后进行预热后还包括双重过滤环节，去除热解焦油中的杂质。

优选地，所述预热焦油与预热空气混合时，所述预热焦油的压力为0.05～2mpa，流量为5～10kg/h，所述预热空气的压力为1mpa以下，流量为20～200l/min。

优选地，所述预热焦油与预热空气混合后所得混合物的温度为0～25℃。

优选地，所述雾化为空气雾化或压力雾化；所述雾化为压力雾化时，所述压力雾化的雾化角度为45°～60°，液体温度为50～100℃，雾化压力为0.05～2mpa，进料量为5～10kg/h；所述雾化为空气雾化时，所述空气雾化的空气的压力为>0.5mpa，流量为20～200l/min，压力精度为1％f.s.，气体流量精度为2％f.s。

本发明提供了一种热解焦油雾化水平测评试验方法，包括以下步骤：将热解焦油与改良剂混合后进行预热，得到预热焦油；将空气预热，得到预热空气；将所述预热焦油与预热空气混合后进行雾化，对雾化水平进行测评。本发明创新了热解焦油雾化效果试验流程，集成了热解焦油改良处理技术，热解焦油油温调节技术以及雾化技术，实现了多点多效的控制试验变量，有益于探究雾化技术的优化方案。

进一步地，本发明还包括热解焦油双重过滤技术、热解焦油油压调节技术，且雾化工序包含两种雾化方式，考察压力雾化和空气雾化两种方式对热解焦油雾化的影响，将不同温度、压力条件的热解焦油和空气通过不同的雾化喷头喷入至雾化室，通过雾化效果检测装置检测不同条件下的雾化效果，可以研究热解焦油温度、热解焦油压力、空气温度、空气压力、热解焦油改良剂和雾化喷头对热解焦油雾化的影响，为热解焦油的充分燃烧提供数据支撑，便于研究经过不同预处理的热解焦油的喷射情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的热解焦油雾化水平测评试验装置的结构示意图；

图2为本发明中的雾化室和雾化效果监测装置示意图；

图3为本发明中的第三管路横截面示意图；

其中：101--储油罐，102--端盖，103--搅拌装置，104--加热套，105--粘度计，106--热电偶；201--第三管路，202--保温装置，203--第二热解焦油手动阀，204--第一y型过滤器，205--第一篮式过滤器，206--油泵，207--第二热解焦油电磁阀，208--油压表，209--第一管路，210--第四管路，211--第五管路，212--第一热解焦油电磁阀，213--第三热解焦油手动阀，214--第二y型过滤器，215第二篮式过滤器，216--第一热解焦油手动阀，217--第四热解焦油手动阀；301--空压机，302--储气罐，303--第一气体手动阀，304--气体减压阀，305--流量计，306--气压表，307-加热室，308--第二气体手动控制阀，309--第一气体手动控制阀，310-第二管路，311-第六管路；401--雾化喷头，402--滑盖，403--雾化室，404--回收漏斗；501--粒度分析仪发射器，502--粒度分析仪接收器，503--三维移动平台；

图4为本发明热解焦油雾化水平测评试验方法的流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种热解焦油雾化水平测评试验方法，包括以下步骤：

将热解焦油与改良剂混合后进行预热，得到预热焦油；

将空气预热，得到预热空气；

将所述预热焦油与预热空气混合后进行雾化，对雾化水平进行测评。

本发明将热解焦油与改良剂混合后进行预热，得到预热焦油。在本发明中，所述改良剂优选包括乙醇。在本发明中，所述热解焦油与改良剂的质量比优选为50～70％：50～30％。

在本发明中，所述改良剂优选还包括柴油。在本发明的实施例中，当所述改良剂优选为同时含有乙醇和柴油时，所述热解焦油、乙醇与柴油的用量比(质量)优选为1:15％:20％。在本发明中，使用乙醇和柴油，能够得到均一稳定、性能更为优越的热解焦油乳化液。本发明对所述混合的具体方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的混合方式即可。

在本发明中，所述预热焦油的温度优选为50～100℃，更优选为80～85℃。在本发明中，控制所述预热焦油的温度能够获得较好的流动性。

在本发明中，所述热解焦油与改良剂混合后进行预热后优选还包括双重过滤环节，去除热解焦油中的杂质。

本发明将空气预热，得到预热空气。在本发明中，所述预热空气的温度优选为50～100℃，更优选为80～85℃。在本发明中，所述空气优选经过空气滤清环节，所述空气滤清环节能够去除空气中大分子颗粒(≥1mm)，本发明对所述空气滤清环节的具体方式没有特殊的限定，能够保证滤清效率≥97.5％即可。

本发明将所述预热焦油与预热空气混合后进行雾化，对雾化水平进行测评。

在本发明中，所述预热焦油与预热空气混合时，所述预热焦油的压力优选为0.05～2mpa，流量优选为5～10kg/h，所述预热空气的压力优选为1mpa以下，流量优选为20～200l/min。

在本发明中，所述预热焦油与预热空气混合后所得混合物的温度优选为0～25℃。

在本发明中，所述雾化优选为空气雾化或压力雾化；所述雾化优选为压力雾化时，所述压力雾化的雾化角度优选为45°～60°，液体温度优选为50～100℃，雾化压力优选为0.05～2mpa，进料量优选为5～10kg/h；所述雾化优选为空气雾化时，所述空气雾化的空气的压力优选为>0.5mpa，流量优选为20～200l/min，压力精度优选为1％f.s.，气体流量精度优选为2％f.s。

图4为本发明热解焦油雾化水平测评试验方法的流程图，由4个工序组成，1为热解焦油预处理及伴热输送工序，2为空气预处理及输送工序，3为热解焦油雾化工序，4为热解焦油雾化分析工序。

本发明对进行雾化水平测评的具体方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的雾化水平测评方式即可。

本发明对所述热解焦油雾化水平测评试验方法使用的装置没有特殊的限定，在本发明的实施例中，使用的装置如图1-图3所示：所述装置包括储油罐101、储气罐302、雾化室403和雾化效果检测装置，雾化室403设置有雾化喷头401，储油罐101设置有加热装置，储油罐101与雾化喷头401的第一端口通过第一管路209连通，第一管路209上设置有油泵206，油泵206提供动力并控制热解焦油流量，将预热后的热解焦油输送至雾化室403，储气罐302与雾化喷头401的第二端口通过第二管路310连通，储气罐302通过管路连接有空压机301，第二管路310上设置有加热室307，雾化室403下端设置有回收漏斗404，雾化效果检测装置用于检测雾化室403内物质的雾化颗粒度以及累积分布情况。本实施例输送热解焦油的第一管路209和输送气体的第二管路310为两个独立的管路，通过储油罐101的加热装置改变热解焦油的温度、通过油泵206改变热解焦油的压力、通过加热室307改变空气的温度、通过空压机301改变空气的压力，将不同温度、压力条件的热解焦油和空气通过不同的雾化喷头401喷入至雾化室403，通过雾化效果检测装置检测不同条件下的雾化效果，可以研究热解焦油温度、热解焦油压力、空气温度、空气压力、热解焦油改良剂和雾化喷头401对热解焦油雾化的影响，为热解焦油的充分燃烧提供数据支撑。

在本发明中，储油罐101与油泵206之间的第一管路209上设置有第一热解焦油手动阀216、第二热解焦油手动阀203、第一y型过滤器204和第一篮式过滤器205，第一y型过滤器204和第一篮式过滤器205对管路中的热解焦油进行过滤清洁、除尘、除杂、除焦，油泵206与雾化喷头401的第一端口之间的第一管路209上设置有油压表208和第一热解焦油电磁阀212，油压表208用于检测管路中的热解焦油的压力。

本发明还包括第四管路210，第四管路210的一端与第一热解焦油手动阀216和第二热解焦油手动阀203之间的第一管路209连通，第四管路210的另一端与第一篮式过滤器205和油泵206之间的第一管路209连通，第四管路210上设置有第三热解焦油手动阀213、第二y型过滤器214和第二篮式过滤器215，第二y型过滤器214和第二篮式过滤器215对管路中的热解焦油进行过滤清洁、除尘、除杂、除焦。第四管路210上的第三热解焦油手动阀213、第二y型过滤器214和第二篮式过滤器215可以在第一管路209上的第二热解焦油手动阀203、第一y型过滤器204和第一篮式过滤器205无法正常使用时，进行替换工作，保证装置能够正常工作。

本发明还包括第五管路211，第五管路211的一端与第一热解焦油手动阀216和第二热解焦油手动阀203之间的第一管路209连通，第五管路211的另一端与外界连通，第五管路211上设置有第四热解焦油手动阀217。关闭第二热解焦油手动阀203和第三热解焦油手动阀213，打开第一热解焦油手动阀216和第四热解焦油手动阀217，可以将储油罐101内的热解焦油排出。

本发明还包括第三管路201，第三管路201的一端与储油罐101连通，第三管路201的另一端与第一管路209连通，第三管路201上设置有第二热解焦油电磁阀207；第一管路209和第三管路201外侧均包裹有保温装置202，保温装置202包括电热丝和石棉保温层，电热丝缠绕在第一管路209和第三管路201上，石棉保温层包裹在电热丝外侧，保温装置202保证第一管路209和第三管路201的热解焦油在输送过程中不会因为温度降低而堵塞管路。

在本发明中，储油罐101外侧设置有加热套104，加热套104套设在储油罐101外侧且与储油罐101可拆卸连接，储油罐101上端设置有端盖102，端盖102与储油罐101密封连接，端盖102上设置有加药口，加药口用于向储油罐101内添加改良剂，储油罐101上设置有搅拌装置103，搅拌装置103包括搅拌轴、搅拌桨和驱动电机，搅拌轴穿过端盖102伸入储油罐101内，搅拌桨设置在搅拌轴的下端，驱动电机设置在搅拌轴的上端且位于储油罐101外，驱动电机用于驱动搅拌桨转动，搅拌桨可以促使热解焦油和改良剂均匀混合，还可以强化液体与固体壁面之间的传热，使热解焦油受热均匀，加热套104采用具有加热和保温功能的电加热套，配合搅拌桨可以保持热解焦油的均质液体状态；端盖102上设置有粘度计105，粘度计105穿过端盖102用于测量储油罐101内的粘度，粘度计105采用数字旋转粘度计，可进行连续测量，液晶屏直接显示粘度、转速等数据；储油罐101内还设置有热电偶106，热电偶106用于测量储油罐101内的热解焦油的温度；储油罐101、端盖102、搅拌轴和搅拌桨均采用不锈钢制成，具有耐腐蚀、易清洗的特点。

在本发明中，储气罐302与加热室307之间的第二管路310上设置有第一气体手动阀303、气体减压阀304、流量计305和气压表306，加热室307与雾化喷头401的第二端口之间的第二管路310上设置有第一气体手动控制阀309，气体减压阀304用于空气的减压，流量计305用于测量第二管路310中气体的流量，气压表306用于测量第二管路310中气体的压力。第二管路310上的结构保证精确定量的气体准确地输送到雾化室403。加热室307将经过过滤的空气进行加热，避免冷空气与热解焦油混合后使热解焦油冷凝。第二管路310上还设置有空气滤清器，用于空气的过滤。

本发明还包括第六管路311，第六管路311的一端与第一管路209连通，第六管路311的另一端与第二管路310连通，第六管路311上设置有第二气体手动控制阀308。本实施例中，各管路均为不锈钢管路，能够防止腐蚀且易清洗。

在本发明中，雾化室403采用透明玻璃制成，便于观察，雾化室403的上端设置有滑盖402，滑盖402通过雾化室403上端的滑槽与雾化室403滑动连接，滑盖402的中部设置气孔，气孔能够平衡雾化室403内的压力，雾化器下方设置有容器，通过雾化室403下方的回收漏斗404将热解焦油收集至容器中。

在本发明中，雾化效果检测装置包括粒度分析仪和三维移动平台503，粒度分析仪为现有技术，粒度分析仪包括粒度分析仪发射器501和粒度分析仪接收器502，粒度分析仪与电脑相连，可在电脑界面生成粒度分布图。本实施例的三维移动平台503可以使雾化效果检测装置在三维空间内移动，可以全程测量雾化截面粒度分布。三维移动平台503包括水平结构和竖直结构，粒度分析仪发射器501和粒度分析仪接收器502相对设置且位于同一水平线，雾化室403位于粒度分析仪发射器501和粒度分析仪接收器502之间，粒度分析仪发射器501和粒度分析仪接收器502分别位于水平结构的两端，竖直结构下端设置有万向轮，通过万向轮可以改变雾化效果检测装置的位置。本实施例中，水平结构和竖直结构均为可伸缩结构，水平结构能够根据雾化室403的大小进行调节，竖直结构能够根据雾化室403的高度及雾化喷头401的高度进行调节，

本发明中，雾化喷头401为可拆卸结构，能够根据不同的需要更换不同的雾化喷头401，得到不同的雾化效果，可根据需要更换压力雾化喷嘴或空气雾化喷嘴，其中压力雾化喷嘴油压1.2～2.0mpa，雾化角45°～60°，空气雾化喷嘴油压0.05～0.1mpa，气压>0.5mpa。

本发明的热解焦油雾化水平测评试验方法使用时，首先在密封性良好的储油罐101中加入热解焦油及相关改良剂进行预热，加热套104将热解焦油温度控制在100℃左右，搅拌装置103将混合物搅拌均匀，粘度计105对热解焦油的粘度进行测量；随后打开第一热解焦油手动阀216、第二热解焦油手动阀203，热解焦油从储油罐101流入第一管路209中，经过第一y型过滤器204与第一篮式过滤器205的过滤清洁，由油泵206把一定量的热解焦油输送到管路末端；同时，打开第二管路310的第一气体手动阀303，空气在空压机301的作用下由储气罐302输送入空气滤清器进行过滤，之后由流量计305控制气体流量，气压表306和气体减压阀304控制气体压力，加热室307对空气进行加热，使一定压力、流量和温度的空气与经过第一管路209输送来的液态热解焦油一同经雾化喷头401射入雾化室403；粒度分析仪通过三维移动平台503在不同的方位和角度透过雾化室403玻璃室壁对雾化室403内雾化情况进行分析，并将数据信息上传到电脑终端，最终研究人员通过对数据的分析得到测评结果；雾化后的热解焦油通过回收漏斗404流入油桶进行回收。

为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的热解焦油雾化水平测评试验方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

一种热解焦油雾化水平评测试验方法，在图1～3所示的装置中进行，包括以下步骤：

1热解焦油预处理及伴热输送工序，包括改良处理、油温调节、双重双路过滤、油压调节和伴热输送环节，用于热解焦油处理及供给。

按重量比，在5l热解焦油中加入15％(质量比)的乙醇，再加入20％(质量比)的柴油，置于50℃恒温环境中，机械搅拌5min，待各组分充分溶解混匀后冷却至室温，即得到均一稳定，性能更为优越的热解焦油乳化液，粘度计对粘度进行测量，随后打开手动阀，焦油从储油罐流入焦油伴热输送装置的管道中，在油温调节环节将油温加热到80℃，获得较好的流动性。热解焦油进入右路后，为防止焦油冷凝堵塞管道，通过对管道伴热保温，使油温维持加热后温度不变。热解焦油中杂质较多，双重过滤环节(y型过滤器与篮式过滤器)去除热解焦油中的杂质，将杂质粒径控制在40μm以下。经过过滤，热解焦油在油压调节环节通过齿轮泵等油泵将油压控制在1.5mpa送入雾化工序。

2空气预处理及输送工序，用于空气处理及供给

储气控压、空气滤清、气温调节，油路清扫环节。

储气控压环节中空压机对稳压罐充压，稳压罐设有安全阀，达到设定压力后调节减压阀，将空气压力控制在1mpa以下，空气流量：20l/min。随后空气滤清环节去除气体中大分子颗粒(≥1mm)，滤清效率≥97.5％。气温调节预热炉设定温度为80℃。预热器后设有压力表和压力传感器，预热后的空气进入雾化喷头。油路清扫环节为实验完成后储油装置残存液体由底部放空阀排出，油路残留液体由齿轮泵打出后，由空气吹扫。

3热解焦油雾化工序，用于雾化

油气进入雾化工序后，高压力空气(>0.5mpa)带出低压力液体(0.05～0.1mpa)进入雾化室进行雾化。

4热解焦油雾化分析工序，包括数据采集和数据分析环节

通过在热解焦油预处理及伴热输送工序安置的流量计、压力表和温度计进行粘度检测、流量检测、油压检测、油温检测；也包括在空气预处理及输送工序上进行的气压检测、流量检测、气温检测；

同时，热解焦油雾化稳定后，通过激光粒度分析仪检测雾化界面粒度分布情况。将激光粒度仪放置于三维移动平台上，使激光粒度仪在雾化室外可以环绕雾化室上下左右移动，对雾化粒度分布进行定点测量，并将数据信息上传到电脑终端，数据采集结束之后，计算机根据数据结果制作区间粒度分布(即微分分布)图以及粒度累计分布图并出具分析报告，得到测评结果。

雾化后的焦油通过焦油收集漏斗流入油桶进行回收。

本发明创新了热解焦油雾化效果试验流程，集成了热解焦油改良处理技术，热解焦油油温调节技术、热解焦油双重过滤技术、热解焦油油压调节技术以及雾化技术实现了多点多效的控制试验变量，有益于探究雾化技术的优化方案。

本发明的热解焦油雾化工序包含两种雾化方式，考察压力雾化和空气雾化两种方式对热解焦油雾化的影响，更便于研究经过不同预处理的热解焦油的喷射情况。压力雾化时只进液体，高液体的压力经过雾化喷头后雾化；空气雾化靠高压力空气(>0.5mpa)带出低压力液体(0.05～0.1mpa)进行雾化。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。