專利名稱：一種可燃固體廢棄物氣化制取富烴可燃氣的方法
技術領域：
本發明涉及ー種可燃固體廢棄物氣化制取富烴可燃氣的方法，屬于固體廢棄物資源化處置領域。
背景技術：
近年來，由于經濟發展和氣候變化，我國居民城市煤氣用量大幅攀升，多個城市出現煤氣供應緊張的情況，使得固體燃料氣化制取可燃氣技術受到廣泛關注。傳統氣化制氣以煤氣化為主，但針對目前城市生活垃圾、農林廢棄物等可燃固體廢棄物產量激増、處理能カ明顯不足的情況，可燃固體廢棄物氣化制取可燃氣、實現廢物資源化利用更具吸引力。由于可燃固體廢棄物氣化特性與煤相差較大，煤氣化技術不能直接應用在可燃固體廢棄物上。國內外現有的可燃固體廢棄物氣化技術存在氣化結焦、產氣熱值低、CO和焦油含量高等問題，滿足不了國家人工煤氣標準，故而制約了可燃固體廢棄物氣化技術推廣使用。因此， 如何改善可燃固體廢棄物氣化可燃氣品質，提升氣體熱值并降低其中CO、焦油含量，獲得可替代城市煤氣使用的高品質可燃氣，已成為我國城市發展中亟需解決的重大問題。
發明內容
技術問題針對目前可燃固體廢棄物氣化系統產氣熱值低、CO/焦油含量高、系統熱效率低等問題，本發明提出了ー種可燃固體廢棄物氣化制取富烴可燃氣的方法，旨在通過提升可燃氣熱值，降低CO及焦油濃度，實現可燃固體廢棄物氣化產物作為城市煤氣類燃氣直接使用。技術方案本發明的可燃固體廢棄物氣化制取富烴可燃氣的方法為流化床氣化反應器以富氧為氣化劑，可燃固體廢棄物原料經加料斗、鎖料倉、儲料倉由第一給料器送入流化床氣化反應器，空分裝置分離出的富氧氣體預熱后由進風ロ通入流化床氣化反應器的底部，經風室和布風板進入流化床氣化反應器的氣化反應區；脫硫脫氯劑經加料斗由第ニ給料器送入流化床氣化反應器的氣化反應區；氣化得到的粗質可燃氣由流化床氣化反應器上部輸送至旋風熔融爐，底渣經第一排渣ロ排出；
富氧氣體由旋風熔融爐進風ロ給入，粗質可燃氣在高溫環境下實現焦油、碳顆粒二次裂解和灰分熔融，并徹底破壞ニ噁英及呋喃類有毒物質；高溫熔融產生的熔渣由第二排渣ロ排出，經熔渣急冷室冷卻后回收于密封渣斗；
浄化后的高溫可燃氣由旋風熔融爐上部排出，進入水蒸汽重整反應器發生蒸汽重整反應，高溫水蒸汽由進汽ロ噴入，生成的高溫富氫可燃氣依次流經過熱器、省煤器進行余熱利用，省煤器出來的富氫可燃氣進入烴類合成反應器，反應合成的富烴可燃氣進入熱管換熱器預熱富氧氣體后，依次流經布袋除塵器、氣體洗滌塔和脫水塔進ー步浄化，浄化可燃氣再由引風機送至壓縮裝置壓縮后收集在儲氣罐中；
給水一部分經烴類合成反應器吸收反應放熱生成高溫水蒸汽用于水蒸汽重整；另一部分給水經省煤器預熱后進入過熱器，加熱產生的水蒸汽通入水蒸汽重整反應器，多余水蒸汽供給系統外用戶；
富氧氣體流經熱管換熱器后分別通入流化床氣化反應器和旋風熔融爐。所述的富氧氣體中氧氣濃度為25、8% ;流化床氣化反應器溫度45(T750°C，壓カ為O. Γ2. 5MPa，旋風熔融爐溫度110(Tl450°C，水蒸汽重整反應器溫度80(Tl00(TC，烴類合成反應器溫度25(T600°C。有益效果采用現有的氣化技術進行可燃固體廢棄物氣化時產氣熱值和系統整體熱效率偏低，無法實現投資成本與產氣品質的平衡，經濟可行性較差。同吋，氣化產物中焦油和焦炭含量高，不僅帶走了大量熱量、降低了碳轉化率，也容易造成管道堵塞和設備磨損，并引起環境的二次污染。此外，可燃氣中毒性氣體CO濃度偏高，不符合城市煤氣的使用標準，影響了可燃固體廢棄物氣化的商業化推廣應用。本發明結合富氧氣化、水蒸汽重整、飛灰熔融及烴類合成等多項技術的優點，提出了ー種可燃固體廢棄物氣化制取富烴可燃氣的方法，可用于可燃固體廢棄物的高值化能量利用。 針對可燃固體廢棄物組分復雜、能量密度低、含硫和含氯較多等特點，本技術采用了以富氧為氣化劑的低溫加壓流化床氣化方法，并進行爐內噴鈣脫硫和脫氯，其主要優勢為①由于富氧氣體含氮量較少，富氧氣化反應速率高、碳轉化率大，產氣熱值遠大于空氣氣化；②加壓可有效提高氣化產氣能力，增強單位面積的氣化強度，并為氣體產物的輸送提供足夠的壓力低溫氣化不僅能降低反應器結渣的可能性，還能在未被氧化的純凈狀態下直接回收鐵、銅、鋁等金屬，實現資源的合理利用；④爐內噴入CaCO3、CaO, Ca (OH) 2和白云石等脫硫脫氯劑，有效阻止爐內H2S、HCl的形成，并限制了下游ニ噁英的產生，操作簡單、成本低、收效好；⑤采用傾斜布風板，加強流化床內部循環，促使大顆粒物料在流化床底部形成定向流動，方便氣化灰洛及時排出。⑥氣化反應器溫度控制在45(T750°C左右，這主要是因為當氣化溫度低于450°C時，由于熱解氣化反應過于緩慢，氣體發生量受到抑制，未分解物在床內堆積量増大，焦炭、焦油和氣化氣產量均減少；當氣化溫度高于750°C時，低熔點灰分逐漸熔化，反應器內容易發生結渣影響流化床氣化的正常進行。本方法所采用的高溫旋風熔融爐在提高燃氣品質、降低氣化污染方面效果顯著，主要表現為①焦油及焦炭在1100°C以上的高溫下二次裂解后完全轉化為可燃氣，避免了焦油堵塞設備的風險，也解決了以往氣化技術中碳顆粒流失嚴重，產氣能力低的問題；②灰分高溫熔融后與可燃氣完全分離，可燃固體廢棄物中有毒重金屬固定于液態熔渣中，并可作為建筑材料；③采用粗質可燃氣與富氧氣體燃燒為熔融爐供熱，不需添加復雜的供熱設備，節約了投資成本，提高了能量利用率；④ニ噁英及呋喃等有毒物質在1100°c以上的高溫下完全裂解破壞，系統可實現ニ噁英的近零排放。由于旋風熔融爐出ロ處可燃氣CO含量較高，超出了國家人工煤氣標準的要求，不能直接用于城市居民使用。為使氣化產物能作為城市煤氣類燃氣使用，本發明結合了水蒸汽重整與烴類合成反應，實現了以CO為主的高溫可燃氣向以甲烷為代表的富烴可燃氣的轉變，主要優點在于①水蒸汽重整反應可有效提升可燃氣h2/co比例，為后續烴類合成提供足夠H2，烴類合成反應中無需額外通入純氫氣，不僅節約了成本也增強了系統安全性 級富氫可燃氣進行烴類合成反應后，CO濃度可有效控制在國家人工煤氣標準范圍內；③富烴可燃氣性質穩定、能量密度高，滿足國家人工煤氣標準對熱值的要求，氣體的儲存輸送更加安全；④烴類合成反應器通入給水回收反應放熱，生成高溫水蒸汽，既保證烴類合成反應中催化劑不會由于溫度過高而失活，又提高了系統能量利用率。系統設有換熱單元回收利用高溫可燃氣顯熱，采用過熱器、省煤器及熱管換熱器進行熱量梯級利用，不僅實現了可燃氣的冷卻降溫，也預熱了氣化所需的水蒸汽和富氧氣體，減少了系統能量損失。在富氧與可燃氣換熱過程中，由于可燃氣和富氧氣體容易發生反應爆炸，因此本發明采用兩者互不接觸的熱管換熱器，確保了系統的安全性。最后，采用布袋除塵器、氣體洗滌塔以及脫水塔進行可燃氣的進一步凈化除塵，脫除C02、H2S等酸性氣體，提升富烴可燃氣的純度，得到中高熱值的清潔可燃氣。
圖I為本發明的可燃固體廢棄物氣化制取富烴可燃氣的方法流程示意圖。
圖中有流化床氣化反應器I、加料斗1-1、鎖料倉1-2、儲料倉1-3、第一給料器1-4、加料斗1-5、第二給料器1-6、進風ロ 1-7、風室1-8、布風板1_9、第一排渣ロ 1_10、旋風熔融爐2、旋風熔融爐進風ロ 2-1、第二排渣ロ 2-2、熔渣急冷室2-3、密封渣斗2-4、水蒸汽重整反應器3、進汽ロ 3-1、過熱器4、省煤器5、烴類合成反應器6、熱管換熱器7、布袋除塵器8、氣體洗滌塔9、脫水塔10、引風機11、壓縮裝置12、儲氣罐13、空分裝置14。可燃固體廢棄物原料A、富氧氣體B、脫硫脫氯劑C、底渣D、粗質可燃氣E、熔渣F、高溫可燃氣G、富氫可燃氣H、水蒸汽I、富烴可燃氣J、粉塵K、浄化可燃氣L、給水M、空氣N。
具體實施例方式本發明主要由流化床氣化反應器I、旋風熔融爐2、水蒸汽重整反應器3、過熱器4、省煤器5、烴類合成反應器6、熱管換熱器7、布袋除塵器8、氣體洗滌塔9、脫水塔10、引風機
11、壓縮裝置12、儲氣罐13、空分裝置14組成。本發明的可燃固體廢棄物氣化制取富烴可燃氣的方法為流化床氣化反應器進行可燃固體廢棄物的低溫富氧加壓氣化，旋風熔融爐進行焦炭、焦油的二次裂解和飛灰高溫熔融，可燃氣經水蒸汽重整形成富氫氣體。過熱器、省煤器和熱管換熱器回收利用可燃氣顯熱，烴類合成反應器對富氫可燃氣進行催化重整，提高單位體積可燃氣熱值。烴類合成反應器出來的富烴可燃氣再經布袋除塵器、氣體洗滌塔和脫水塔進ー步浄化處理，得到的可燃氣經壓縮后由儲氣罐收集。流化床氣化反應器由氣化反應區和底部的風室兩部分組成，風室與氣化反應區之間設置有布風板，風室的側壁和底端分別設置有進風口和排渣ロ ；流化床氣化反應器的氣化反應區上部與旋風熔融爐的進ロ連接；旋風熔融爐的側壁和底部分別設置有進風口和排渣ロ ；旋風熔融爐的可燃氣出口與水蒸汽重整反應器的進氣ロ連接；水蒸汽重整反應器的可燃氣出ロ依次與過熱器、省煤器連接；省煤器的出口與烴類合成反應器的進氣ロ相連接；烴類合成反應器的出氣ロ依次與熱管換熱器、布袋除塵器、氣體洗滌塔、脫水塔、引風機、壓縮裝置和儲氣罐連接。為了制備富氧氣體，本發明系統中還包括空分裝置，空分裝置的出口分為兩條支路，一條支路經過熱管換熱器后與旋風熔融爐的進風ロ連接，另一條支路經過熱管換熱器后與流化床氣化反應器的進風ロ連接。
為充分回收利用旋風熔融爐出口高溫可燃氣顯熱，省煤器上設置有進水口，通過進水管道依次經過省煤器和過熱器后制得高溫水蒸汽。為回收利用烴類合成反應放熱，給水通入烴類合成反應器對高溫可燃氣進行冷卻降溫，制得高溫水蒸汽。高溫水蒸汽一路與水蒸汽重整反應器的進汽ロ連接，一路向系統外提供水蒸汽。本發明融合了富氧氣化、飛灰熔融、水蒸汽重整及烴類合成等多項技術的優勢。氣化部分的具體特征是以富氧氣體為氣化劑的加壓流化床低溫氣化，采用傾斜布風板進行非均勻布風，并在爐內噴鈣脫硫和脫氯。加壓富氧氣化在降低氮氣影響的同時增大了氣化反應速率，提高了氣化處理能力，使得焦炭和焦油裂解轉化率提高，可燃氣熱值増大。富氧氣體由空分裝置制取，氧濃度為25 98%，并預熱至200°C以上送入溫度為45(T750°C、壓カO. Γ2. 5MPa的流化床氣化反應器。可燃固體廢棄物在反應器內的低溫氣化可有效降低反應器結渣的可能性，同時回收鐵、銅、鋁等金屬，實現廢棄物的資源化利用。富氧氣體由風室側壁的進風ロ通入，經傾斜布風板，在流化床下部形成大顆粒定向流動，氣化灰渣容易順利排出。CaC03、CaO、Ca(OH)2和白云石等脫硫脫氯劑由氣化反應區加入，在爐內脫除HCl和H2S等，提聞氣化氣的清潔度。
旋風熔融爐進行焦油、焦炭的二次裂解及灰分的熔融分離，通過粗質可燃氣與富氧氣體反應放熱形成高溫還原性熔融氣氛，不需要復雜的外供熱源，降低了設備成本和復雜程度。攜帯著焦油、焦炭和大量灰分的粗質可燃氣由流化床氣化反應器上部直接通入旋風熔融爐，在助燃富氧的作用下發生反應，熔融爐內維持1100 1450で的高溫還原性氣氛，保證灰分能充分熔融并與氣體分離。粗質可燃氣中的焦油和焦炭發生二次高溫裂解生成小分子氣體，ニ噁英和呋喃等有毒物質也在高溫下徹底分解破壞。裂解產物均隨著可燃氣由熔融爐上部排出，并進入出口處水蒸汽重整反應器發生水蒸汽重整反應，水蒸汽重整反應器溫度控制在80(Ti00(rc。通過水蒸汽重整可有效降低可燃氣溫度、提升可燃氣的h2/co比例。熔融爐中，灰分高溫熔融并在強旋流和離心作用下被爐膛內壁捕獲并由排渣ロ流出，經熔渣急冷室冷卻后收集于密封渣斗中。可燃固體廢棄物中有毒重金屬穩定包裹在熔渣中，熔渣可按照普通固體廢棄物填埋，也可作為建筑和路基材料。由水蒸汽重整反應器出來的富氫可燃氣通過過熱器、省煤器進行放熱后，通入烴類合成反應器進行烴類合成反應，得到以甲烷為代表的富烴可燃氣。烴類合成反應器溫度在25(T600°C，給水通入烴類合成反應器內回收合成反應放熱，生成高溫水蒸汽。出ロ富烴可燃氣再經熱管換熱器放熱，預熱富氧氣體。在富氫氣氛下，CO參與烴類合成反應后濃度降低，可燃氣毒性減小，能夠滿足城市煤氣CO的指標。高溫水蒸汽一路用于水蒸汽重整反應，一路可供給系統外用戶。烴類合成反應器中產生的富烴可燃氣首先進入布袋除塵器去除殘余的細小粉塵，之后進入氣體洗滌塔利用冷甲醇等吸收溶劑脫除富烴可燃氣中的C02、H2S, COS等酸性氣體，最后經脫水塔脫除水分，得到富烴可燃氣。氣化產物經引風機送至壓縮裝置壓縮后收集在儲氣罐中備用，或直接輸送至用氣場所。
權利要求
1.一種可燃固體廢棄物氣化制取富烴可燃氣的方法，其特征在于流化床氣化反應器(I)以富氧為氣化劑，可燃固體廢棄物原料(A)經加料斗(1-1)、鎖料倉(1-2)、儲料倉(1-3)由第一給料器(1-4)送入流化床氣化反應器(1)，空分裝置(14)分離出的富氧氣體(B)預熱后由進風口( 1-7)通入流化床氣化反應器(I)的底部，經風室(1-8)和布風板(1-9)進入流化床氣化反應器(I)的氣化反應區；脫硫脫氯劑(C)經加料斗(1-5)由第二給料器(1-6)送入流化床氣化反應器(I)的氣化反應區；氣化得到的粗質可燃氣(E)由流化床氣化反應器(I)上部輸送至旋風熔融爐(2)，底渣(D)經第一排渣口( 1-10)排出； 富氧氣體(B)由旋風熔融爐進風口(2-1)給入，粗質可燃氣(E)在高溫環境下實現焦油、碳顆粒二次裂解和灰分熔融，并徹底破壞二噁英及呋喃類有毒物質；高溫熔融產生的熔渣(F)由第二排渣口( 2-2 )排出，經熔渣急冷室(2-3 )冷卻后回收于密封渣斗(2-4 ); 凈化后的高溫可燃氣(G)由旋風熔融爐(2)上部排出，進入水蒸汽重整反應器(3)發生蒸汽重整反應，高溫水蒸汽(I)由進汽口(3-1)噴入，生成的高溫富氫可燃氣(H)依次流經過熱器(4)、省煤器(5)進行余熱利用，省煤器(5)出來的富氫可燃氣進入烴類合成反應器(6)，反應合成的富烴可燃氣(J)進入熱管換熱器(7)預熱富氧氣體后，依次流經布袋除塵器(8)、氣體洗滌塔(9)和脫水塔(10)進一步凈化，凈化可燃氣L再由引風機(11)送至壓縮裝直(12)壓縮后收集在儲氣iil(13)中； 給水(M) —部分進入烴類合成反應器(6)吸收反應放熱生成高溫水蒸汽用于水蒸汽重整；另一部分給水經省煤器(5)預熱后進入過熱器(4)，加熱產生的水蒸汽(I)通入水蒸汽重整反應器(3)，多余水蒸汽供給系統外用戶； 富氧氣體(B)經熱管換熱器(7)后分別通入流化床氣化反應器(I)和旋風熔融爐(2)。
2.根據權利要求I所述的一種可燃固體廢棄物氣化制取富烴可燃氣的方法，其特征在于所述的富氧氣體中氧氣濃度為25 98% ;流化床氣化反應器溫度45(T750°C，壓力為O.Γ2. 5MPa，旋風熔融爐溫度110(Tl450°C，水蒸汽重整反應器溫度80(Tl00(TC，烴類合成反應器溫度25(T600°C。
全文摘要
本發明的一種可燃固體廢棄物氣化制取富烴可燃氣的方法可用于制備富烴的高品質可燃氣，系統由流化床氣化反應器、旋風熔融爐、水蒸汽重整反應器、過熱器、省煤器、烴類合成反應器、熱管換熱器、布袋除塵器、氣體洗滌塔、脫水塔、引風機、壓縮裝置、儲氣罐和空分裝置等組成。本發明是一種專門針對可燃固體廢棄物能源化高效清潔利用的熱轉換技術，能制取富含烴類氣體的可燃氣，并能有效降低燃氣中焦油、碳顆粒含量，回收可燃固體廢棄物中的金屬資源，實現二噁英等污染物的近零排放。系統最大限度地降低了制氣成本，實現了資源的有效回收利用，整體熱效率高，環境污染小，經濟性強且安全可靠。
文檔編號C10J3/72GK102816606SQ20121028253
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月10日 優先權日2012年8月10日
發明者黃亞繼, 金保昇, 牛淼淼, 孫宇, 王昕曄, 王永興 申請人:東南大學