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摘 要

生物质燃气是生物质能的一种，作为一种新能源在未来的发展中十分重要。然而这种新兴能源在生产的时候，会因为生物质的不完全裂解气化，从而出现焦油物质，焦油的产生会损坏生产设备，引发如管道和阀门堵塞，是大规模工业应用主要障碍之一。

为了解决生物质燃气的焦油Plus问题，本文以油洗脱焦为核心设计了一套处理能力为40000Nm³/h生物质燃气脱焦系统。选用大豆油作为吸收剂，以甲苯、苯酚和萘作为焦油模拟物，利用 平台模拟运行了该脱焦平台，由此作为对比和参考。并进行了物料和热量衡算，同时对该系统中涉及的部分单元设备进行了相应的设计和选型，并且进行了管道设计和布置设计，完成了经济性分析。

本文设计的油洗脱焦系统选用大豆油作为吸收剂，在液气质量之比为1.21的工况之下，可将生物质燃气中的中轻质焦油从2530mg/Nm³降至75mg/Nm³以下。使得燃气满足内燃机、压缩机和其他动力设备的使用要求。通过经经济性分析，计算油洗脱焦系统的设备建设成本，再结合运行成本及产品收入，可计算出出系统的年盈利为80万元，不考虑资金利息，约7年左右收回成本。

关键词：生物质燃气；油洗脱焦；工艺系统设计；液气比；吸收效果

Design of 40000 Nm³/h biogas oil washing and decoking system

Abstract

Biomass gas,as an important part of renewable energy,has also received great attention. However,in the gasification process of biomass gas,tar is not fully generated due to the cracking and gasification of biomass, and tar will cause blockage of the pipelines and valves of production equipment,which is one of the main obstacles for large-scale industrial application.

In order to solve the tar problem of biomass gas,this paper designed a set of biomass gas decoking system with a processing capacity of 40000Nm³/h with oil eluting coke as the core.Oleic acid and linoleic acid were selected as the absorbent,and C₇H₈, C₆H₆O and C₁₀H₈ were used as tar simulants. software was used to simulate the system .The results are used for comparison and reference.Material and energy balance calculations were run on the computer system.At the same time, some unit devices involved in the system were correspondingly designed and selected,and pipeline design and layout design were carried out to complete the economic analysis.

The oil-eluting coke system designed in this paper uses soybean oil as the absorbent.Under the condition of liquid-gas mass ratio of 1.21,it can reduce the medium and light tar in biomass gas from 2530mg/Nm³ to below 75mg/Nm³.Meet the general requirements of internal combustion engines and compressors.By comprehensively calculating the construction cost, operating cost and product income of the oil-eluting coke system,it can be concluded that the system's annual income is 800,000 yuan,and the cost is recovered in about 7 years without considering the capital interest.

Key words: biomass gas; oil washing and decoking; process system design; liquid gas ratio; absorption effect

目录

摘要 II

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 生物质气脱焦的发展背景 1

1.2 焦油的特征与分类 2

1.3 国内外生物质燃气油洗脱焦进展 4

1.4 主要研究内容 6

第2章 油洗脱焦系统设计 7

2.1 工艺流程设计 7

2.2 物料衡算 7

2.2.1. 吸收塔 7

2.2.2. 解吸塔 8

2.3 热量衡算 9

2.3.1. 吸收剂解吸热量衡算 9

2.3.2. 吸收剂回流热量衡算 10

2.4 吸收塔设计 11

2.4.1. 吸收塔的工艺计算 11

2.4.2. 吸收塔的结构设计 11

2.5 解吸塔设计 15

2.5.1. 解吸塔的工艺计算 15

2.5.2. 解吸塔的结构设计 15

2.6 换热器设计 17

2.6.1. 换热器的工艺计算 17

2.6.2. 换热器的结构设计 18

2.7 动设备选型 19

2.8 管道设计 19

2.8.1. 吸收塔管道尺寸计算 19

2.8.2. 解吸塔管道尺寸计算 20

第3章 经济性分析 21

3.1 投资和运营成本分析 21

3.2 系统盈利分析 22

3.3 环境效益分析 23

第4章 结论 24

参考文献 25

致谢 27

绪论

生物质气脱焦的发展背景

在21世纪，中国经济迅速发展，能源短缺、环境污染等问题日益突出，目前全世界能源结构主体仍为化石能源，人类的发展依然无法轻易离开这种短期利益极大的有限资源，但是随着有限的化石能源不断被消耗，温室效应等问题的日益突出，环境污染的日趋严重，我国在实现全面现代化发展的道路上，对于能源的需求是不可或缺的，所以需要开发效能高，无污染的新能源，而开发新能源也是我国未来的重要课题^[1]。所以新能源需要大力被推广和应用，而在其中发挥重要作用的生物质能，在这种情况下更是受到了重视。

煤、石油和天然气在经济发展中都扮演着十分重要的角色，而生物质能在其之后，被列为第四大能源^[2]，同时与太阳能，水电，核能等能源，生物质能可以更为便捷地进行转移和运输。生物相比与煤、石油、天然气相比具有反应活性高、反应温度低等优势，使其可以更加容易地进行气化，因此生物质气化这种转化方式受到研究者的青睐。在将来化石能源枯竭之时，作为其唯一替代品的生物质能可以转化为如生物质燃气，生物汽油等的燃料，实现碳资源循环利用^[3]。

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