高温热解气旋风分离—移动床颗粒过滤复合除尘机理与性能研究

Pyrolysis of biomass, coal or oil shale is a thermochemical conversion technology to produce liquid fuels. The development and application of this technology are very important for the shortage of oil and gas. The clean-up performance of pyrolysis gas with dust which produced by these technologies will influence the quality and yield of pyrolysis oil directly. So it is necessary to develop dust removal technology for high temperature pyrolysis gas. In this study, a combined dust removal technology of cyclone separating-moving bed granular filtering is proposed to solve this problem. Some critical issues will be studied in this project, such as the flow pattern and separation performance in outer vortex, the method of controlling dust cake formation and growth, and the matching relation of cyclone separating and moving bed granular filtering. Firstly, the simulation and experiment of flow pattern and separation performance in outer vortex will be studied to determine the basis structure of filter. The formation and growth of dust cake in the interfacial region, and the condition and control method of formation steady dust cake will be studied to obtain the performance of the granular bed filter. Then, experiment of the matching relation of two separating mechanisms will be studied. At last, the mechanism of the combined dust removal technology is revealed and thus to provide some fundamental for the development of pyrolysis gas dust removal technology.

生物质、煤或油页岩热解生产液体燃料技术的研发与应用，对于缓解我国油气资源短缺问题具有重要意义。其中，热转化加工产生的高温热解气除尘问题，直接影响热解产品质量和收率，是热解过程中亟需解决的关键问题。针对高温热解气除尘，本项目提出一种新型的旋风分离—移动床颗粒过滤复合除尘技术方案。本项目将围绕复合除尘器中外旋流的流动及分离规律、控制颗粒床滤饼生成及长大方法、确定旋流场离心分离与颗粒床多孔介质过滤之间匹配关系等关键问题展开研究。主要研究内容包括：通过外旋流区域流场结构数值模拟和分离性能实验，获得旋流分离规律并确定复合除尘器基本结构尺寸；通过研究颗粒床表面粉尘滤饼生成长大规律、稳定滤饼层条件及控制方法，考察颗粒床过滤特性；确定旋流离心分离与颗粒床多孔介质过滤之间的匹配原则；揭示旋风分离—移动床颗粒过滤复合除尘机理，为高温热解气除尘技术的研发提供理论指导。

本项目针对高温热解气除尘问题，建立了旋风分离—颗粒床过滤复合除尘装置，采用数值模拟与实验研究相结合的方法较全面的分析了复合除尘过程中的流动规律、粉尘沉积特性、匹配关系和除尘性能，取得了一些具有重要意义和参考价值的研究成果。.本项目设计搭建的旋流—过滤复合除尘装置，解决了复合除尘操作过程中恒速过滤和滤料自动控制的关键问题。基于宏观现象学方法建立了颗粒床非稳态过滤理论模型，该模型捕捉到了由于颗粒床中粉尘沉积作用，过滤效率出现随时间先升高后下降的变化规律。通过CFD数值模拟的方法研究了旋流—过滤复合除尘器旋流空间的流场特征，获得了流动形态、速度和压力分布等气固流动规律的基本认识。通过颗粒床内多点压力测量的方法，研究了粉尘滤饼形成和长大过程，提出了临界孔隙率的概念，并以此定义了滤饼过滤和深层过滤及其转变过程的特征；分析了入口气速、过滤气速、入口含尘浓度和滤料粒径等对沉积过程和分离性能的影响。本项目研究了不同入口气速和过滤气速对除尘性能的影响，确定两者合理的匹配关系；分析了旋流和过滤两级之间连接结构的匹配，及其对颗粒床过滤气流分布的影响。通过CFD数值模拟方法，定性分析了温度对旋流—过滤复合除尘器性能的影响。.通过本项目的研究，对旋流—过滤复合除尘有了更全面深入的认识和理解，为热解气的高温除尘技术研发提供理论指导，对控制热解过程颗粒污染物排放，提高热解产品质量和收率具有重要意义。