專利名稱：一種用垃圾和生物質制取原料氣的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用流化床氣化爐以垃圾、生物質為原料，制備甲醇、合成氨 原料氣及民用燃氣原料氣的方法。
背景技術：
目前垃圾處理是困擾我們的一大難題，其一是產生量大；其二是處理十分困 難，而且花費大量的人力和物力。目前采用的焚燒方法因產生二噁英致癌物質而被叫 停。同時，對生物質能(主要指森林資源、農作物秸桿、果殼等)開發利用的研究是我 國可持續發展技術的重要內容之一，被列入我國21世紀發展議程，生物質能具有可再生 性，低污染性，廣泛分布性特點。如何利用這些富碳清潔的可再生資源是我國能源可持 續發展的一個主要方向。因此，以氣化方式實現低質生物質原料的利用，部分替代礦物 燃料的供應量，緩解直接燃用生物質給環境帶來的嚴重污染，提高我國農村生活水平， 改善生態環境，保證國家能源安全等方面都具有重要意義。
發明內容
本發明的目的是針對背景技術中存在的缺點和問題加以改進和創新，提供一種 利用流化床將垃圾和生物質為原料高溫氣化制得工業用氣或民用燃氣的新方法。本發明采用的技術方案是一種用垃圾和生物質制取原料氣的方法，其特征在 于包括如下步驟
⑴將為流化床氣化爐所用的垃圾先壓干外在水，切成片、粉碎、磨成所需的粒度； 或將植物切成片、粉碎、磨成所需的粒度作為原料；
⑵原料在流化床氣化爐中氣化用加熱的氧或富氧空氣和過熱的水蒸汽為一次氣化 劑將原料粉粒送入流化床氣化爐內燃燒反應生成煤氣；以氧氣和弛放氣(燃氣)作二次 氣化劑從爐壁切線方向噴入氣化爐內，原料在高溫、撓動、均勻的反應中產生煤氣；
⑶氣渣、塵分離在氣化段生成的煤氣進入氣化爐分離段，利用重力和慣性作用， 渣灰在分離段被分離，煤氣經旋風除塵器分離粉塵后進入余熱回收系統回收余熱后成原 料氣。所述的余熱回收系統包括廢熱鍋爐利用煤氣的余熱在內生產飽和蒸汽并在蒸 汽加熱器內將飽和蒸汽加熱成過熱蒸汽作為氣化爐的氣化劑；利用蒸汽、軟水加熱爐和 氧氣或富氧空氣加熱爐燃燒氣的余熱作熱源，烘干進爐原料。本發明利用水蒸汽、氧氣(作合成氨原料氣時為富氧空氣)作一次氣化劑，將 已加工的上述原料粉粒(小于2mm)，用超過火焰擴散速度從氣化爐頂部噴入爐內；用 余下的氣化劑氧化、水蒸汽+燃氣(合成弛放氣、自產煤氣)以“二次氣化劑”的形式 沿爐壁水平切線方向噴入爐內，與原料形成較高速度的旋轉、撓動。較細的粉末就在爐 中懸浮均勻燃燒，而較大的顆粒會由于離心力的作用被甩向爐壁，由于“二次氣化劑” 切向地吹入，這些粉末所能在爐壁上很快地反應完全，爐內溫度達1000-1100°C，不能燃燒的渣粉與反應氣一起進入渣氣分離。 由于此種物料揮發份含量高，固定碳含量低且化學活性好，因此物料在此高溫 下很快反應完全生成煤氣。灰渣中只含有微量能降低灰熔點的硫、鐵，因此在上述反應 溫度下灰渣只會軟化而不會熔融結塊。本發明設置了利用合成弛放氣燃氣爐，利用空氣與弛放氣燃燒的熱量加熱氧氣 和過熱蒸汽。在燃氣蒸汽加熱爐內，過熱蒸汽被加熱至60(TC，送往氣化爐；在氧氧
(或富氧空氣)在燃氣加熱爐內，加熱到40(TC，送往氣化爐作為氣化劑之用。為了安 全起見，在富氧空氣進入氣化爐之前，加入少量蒸汽，其壓力始終高于氧氣(富氧)， 以防止氣體倒流引起爆炸。本發明在二次氣化劑中加入合成弛放氣(氨合成、甲醇合成工段的廢氣)和氧 氣的目是提高爐溫一是高溫使原料進一步反應完全；二是高溫防止二惡英產生；三是 高爐溫可把合成氨(甲醇)無用的弛放氣(廢氣)中甲烷在高溫下裂解成合成有用的一 氧化碳和氫氣。本發明的優點及有益效果
本發明將已烘干磨碎的垃圾或生物質原料顆粒(小于2mm)在1000-1100°C條件下 通過流化床氣化，生成煤氣。煤氣經除塵、回收顯熱后送氣體凈化工段，精煉后送合 成。噸氨耗煤氣量為2969.33Nm3。因反應是在高溫、撓動、均勻的條件下進行的，所以 在煤氣中不含有二惡英。只要氣化劑中富氧改為純氧，本裝置可生產甲醇合成原料氣。 用純氧氣化的原料氣經一氧化碳變換和二氧化碳脫除后即為居民用的燃氣。
圖1為本發明的工藝流程其中，1、氣化爐氣化段，2、氣化爐渣氣分離段，3、氣化爐渣鎖，4、氣化爐渣 池，5、旋風分離器，6、分離器灰鎖，7、分離器灰池，8，廢熱鍋爐，9、蒸汽過熱器， 10、冷卻除塵塔,，11軟水、蒸汽加熱爐，12、富氧加熱爐，13、原料烘干爐，14、燃燒 氣引風機，15、旋風水膜除塵器，16煙囪。
具體實施例方式下面根據附圖和具體實施方式
對本發明作進一步說明 從圖1可知，本發明方法主要包括下面幾個步驟。⑴、原料制備
在現場將為流化床氣化爐所用的垃圾經擠壓切割機擠壓切割，壓干外在水份，并將 其切割成便于烘干的塊狀，(生物質不須擠壓，只須切割。)經原料鏈式燃燒氣烘干爐 13烘干，經粉碎機粉碎，再在磨機中磨成小于2_的顆粒，存于由氮氣加壓的氣化爐料 倉中。(2)流體氣化爐制氣進入爐內的物料為下列成份(表1)_
I全水份(H20) I揮發份CnHm |灰份|固定炭(C) |熱值 % 113.63|62.20|8.08 113.09|.22397。 33KJ/kg
本發明利用一次氣化劑水蒸汽、氧氣(作合成氨原料時為富氧空氣)作一次氣化 齊U，將已加工的原料粉粒(小于2_)，用超過火焰擴散速度從氣化爐1頂部燒嘴a噴入爐內。用余下的氣化劑(氧化+水蒸汽+燃氣(合成弛放氣，生活用燃氣時為自產煤 氣)以“二次氣化劑”的形式通過燒嘴b沿爐壁水平切線方向噴入爐內，與原料形成較 高速度的旋轉、撓動。較細的粉末就在爐中懸浮均勻燃燒，而較大的顆粒會由于離心力 的作用被甩向爐壁，由于“二次氣化劑”切向地吹入，這些粉末所能在爐壁上很快地燃 燒反應完全，爐內溫度達1000-1100°C，不能燃燒的渣粉與反應氣一起從爐下部中心管進 入氣化爐1下部渣氣分離段2內。(3)、氣渣分離
I、氣化爐渣氣分離段2 流化床下部設有渣氣分離段2。氣化段下端中心圓筒直 插分離段內，此中心圓筒管下端有數個缺口。由于慣性和重力作用，爐渣直入分離段下 端，分離段下端設有排渣渣鎖裝置3，將渣排入氣化爐渣池4中。分離了灰渣的煤氣從中 心圓筒管下端缺口折流到中心管外，煤氣從分離段上部側面出口 c引出進旋風除塵器5。II、煤氣旋風除塵器5:由分離段出來的煤氣，溫度約1000°C左右導入到旋風
分離器5入口，在離心力的作用下，氣體中夾帶細粉塵末進一步分離，細粉塵末在旋風
分離后落至旋風分離器底部，經出口管上的灰鎖裝置6排入爐外循環水槽7中，分離細粉
末后的高溫煤氣進入廢熱鍋爐8內將脫鹽熱水產生低壓飽和蒸汽。煤氣溫度降至450°C，
再進入蒸汽過熱器9，在蒸過熱器內飽和蒸汽過熱至350°C，煤氣溫度隆至150-20(TC，
送往除塵冷卻器10除塵降溫，煤氣冷卻凈化后溫度為35°C送往煤氣氣柜或經高溫陶瓷過
濾器送往一氧化碳變換工段。煤氣的成份見表2:
煤氣成份(干基)表2
成份 |co Ih2 Ico2 Ich2 In2 |合計
%"丨29. 80丨34. 37丨13: 87丨0. 97丨20. 99丨100_
⑷、余熱利用
I、廢熱鍋爐8:廢熱鍋爐用以回收煤氣顯熱副產蒸汽的裝置。采用臥式火管鍋 爐。爐體由鋼板卷焊的圓筒，兩端為管板，筒體上設有汽包，兩管板間是一定長度的無 縫鋼管。高溫煤氣通過管內與管外的熱軟水進行熱交換，軟水被蒸發成蒸汽，煤氣溫度 降低。II、蒸汽過熱器9:廢熱鍋爐出口煤氣進入到蒸汽過熱器9內，蒸汽過熱器將廢 鍋產生的飽和蒸汽加熱為過熱蒸氣。蒸汽過熱器為U型管式換熱器，它是將管子彎成U 形，管子兩端分別固定在兩個管板上。管束可以從管殼體內抽出。蒸汽走管內，煤氣走 管外。(5)、氣化劑的預熱與原料的烘干
I、蒸汽、軟水加熱爐11:蒸汽、軟水加熱爐分別由兩盤管組與燃氣爐膛組成，用 合成弛放氣(或自產煤氣)在爐膛與空氣燃燒產生的高溫燃燒氣將蒸汽、軟水加熱。下 層換熱管束是蒸汽加熱器，上層換熱管束是軟水加熱器。過熱蒸汽在蒸汽加熱器內進一 步提高溫度后送往氣化爐燒嘴；由除鹽站來的軟水，由軟水加熱器加熱后送廢熱鍋爐。II、氧氣加熱爐12:氧氣加熱爐由盤管換熱管束和燃氣爐膛組成。用合成弛放 氣(或自產煤氣)與空氣在爐膛燃燒產生的高溫燃氣將氧氣加熱，加熱后送往氣化爐噴 嘴。III、原料鏈式燃燒氣烘干爐13 垂直之字形的鏈條將原料塊從上而下傳遞，燃 燒氣由下而上依次通過各層，烘干鏈條上的料塊然后由引風機引出。
(6)、氣體的除塵與冷卻
I旋風水膜除塵器15 由溢流水槽將水從塔壁縫隙沿塔壁流下形成水膜，煙氣從切 線方向入塔，由于離心力的作用，灰塵被甩向塔壁而被水膜捕獲隨水帶走。除掉了煙塵 的氣體送往煙囪16排放。II、煤氣除塵塔冷卻塔10，除塵冷卻塔為普通填料塔。本發明每噸合成氨耗此精煉氣理論量為2653.69 Nm3,若將合成弛放氣中甲烷設 為19%，則每噸合成弛放氣量為167.21Nm3，每噸合成氨耗此精煉氣量為2820.90 Nm3。 每噸合成氨制氣中各輔助工段耗弛放氣量具體情況見表3。表3 每噸合成氨制氣中各輔助工段耗弛放氣量
權利要求
1.一種用垃圾和生物質制取原料氣的方法，其特征在于包括以下步驟⑴將為氣化爐所用的垃圾先壓干外在水，切成片、粉碎、磨成所需的粒度；或將植 物切成片、粉碎、磨成所需的粒度作為原料；⑵原料在流化床氣化爐中氣化用加熱的氧或富氧空氣和過熱的水蒸汽為一次氣化 劑將原料粉粒送入流化床爐氣化內燃燒反應生成煤氣；以氧氣和弛放氣(燃氣)作二次 氣化劑從爐壁切線方向噴入氣化爐內，原料在高溫、撓動、均勻的反應中產生煤氣；⑶氣渣、塵分離在氣化段生成的煤氣進入氣化爐分離段，利用重力和慣性作用， 渣灰在分離段被分離，煤氣經旋風除塵器分離粉塵后進入余熱回收系統回收余熱后成原 料氣。
2.根據權利要求1所述的用垃圾和生物質制取原料氣的方法，其特征在于所述的 余熱回收系統包括廢熱鍋爐利用煤氣的余熱在內生產飽和蒸汽并在蒸汽加熱器內將飽 和蒸汽加熱成過熱蒸汽作為氣化爐的氣化劑；利用蒸汽、軟水加熱爐和氧氣(或富氧空 氣)加熱爐燃燒氣的余熱作熱源，烘干進爐原料。
3.根據權利要求1所述的用垃圾和生物質制取原料氣的方法，其特征在于 ⑴所述流化床氣化爐分為氣化段和渣氣分離段，一次氣化劑從氣化段頂部將已加工的原料顆粒噴入爐內的燒嘴a, 二次化劑從燒嘴b與爐內壁成垂直切線方向向爐內噴射 入爐；氣化段下部有一中心圓筒管伸入渣氣分離段內，中心圓筒壁下端有數個缺口，分 離段上部側面有出口 c，氣化爐分離段底層，分離段灰渣出口管上的灰鎖裝置和爐外水 槽；所述廢熱鍋爐為臥式火管鍋爐，爐體由鋼板卷焊的圓筒，兩端為管板，兩管板間 是一定長度的無縫鋼管，筒體上設有汽包；(3』所述蒸汽過熱器為U型管式換熱器，是將管子彎成U形，管子兩端分別固定在兩 個管板上，管束可以從管殼體內抽出，蒸汽走管內，煤氣走管外。
全文摘要
本發明公開了一種用垃圾和生物質制取原料氣的方法，用被預熱的“一次氣化劑”(氧氣或富氧空氣，過熱水蒸汽)、將烘干磨碎的垃圾或生物質顆粒(小于2mm)從氣化爐頂部燒嘴噴入流化床內，再用“二次氣化劑”(合成弛放氣和氧氣)從側面燒嘴以切線方向噴入流化床內，在1000-1100℃發生旋轉、撓動、均勻燃燒的條件下進行化學反應，生成工業和民用所需的原料氣。本發明方法為解決垃圾處理及生物質的利用，新能源開發提供了一條新途徑，特別適合小氮肥和單醇企業采用。
文檔編號C10J3/72GK102010758SQ20101060459
公開日2011年4月13日 申請日期2010年12月24日 優先權日2010年12月24日
發明者程培勝 申請人:程培勝