CN109609190A - 一种垃圾气化及焦油催化气化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垃圾气化及焦油催化气化装置，在高温部位布置了焦油催化层，可适用市面上所有焦油催化剂，比如石灰石、白云石、橄榄石、菱镁矿、碱金属、生物炭等；催化剂的存在既可以降低气化合成气中的焦油含量，也可以调整可燃组分的含量比重、提高气化合成气的品质。中的气化装置对气化剂进行多级分配，一级气化剂直接和垃圾进行气化反应，二级气化剂布置在焦油催化层下方，促使焦油催化裂解；气化炉所使用的气化剂包括空气、富氧、水蒸气、二氧化碳等，依据垃圾品质、焦油催化剂和气化合成气共同决定所使用的气化剂。垃圾气化及焦油催化气化装置，对垃圾进行热化学处理‑‑垃圾气化，将垃圾蕴藏的能源高效、清洁、无害化利用，有效规避重金属、二噁英等污染问题。

Description

一种垃圾气化及焦油催化气化装置

技术领域

本发明属于垃圾处理技术领域，涉及一种垃圾气化及焦油催化气化装置。

背景技术

随着经济的快速增长，我国对能源需求量日益增多，目前面临传统化石能源逐渐匮乏和环境污染的严峻形势，开发可再生、绿色可持续的新能源是能源领域亟待解决的重大问题。随着城市化进度加深，城市生活垃圾年产生量急剧增大，在2015年全国城市生活垃圾产生量达到1.91419亿万吨。我国各大城市生活垃圾主要组分大体一致，有机质组分高达80％以上，餐厨垃圾所占比例高达50～60％。生活垃圾中，有机可燃物组分的挥发分含量都很高，均在70％以上，属于含有较多可燃C、H元素的可再生资源，各有机可燃组分的热值基本是标准煤的一半。因此，有效利用生活垃圾中的热能是开发蕴含垃圾中能量资源的合理方法。

目前我国生活垃圾的处理方法主要有填埋法、堆肥法和焚烧法，在无害化处理中，卫生填埋占64％，焚烧占34％，堆肥和其他占2％；但均无法实现生活垃圾无害化处理及资源化利用的要求。其一，填埋法。我国填埋处理垃圾占垃圾处理总量的85％以上，极易产生富含富含CH₄的填埋气，填埋场产生的垃圾渗漏液中含有重金属、有毒有害的有机化学污染物、病菌病原菌等，渗入地下后造成水资源严重污染。其二，堆肥法。堆肥法可实现垃圾的资源化利用，但是堆肥处理时间长、处理量少和占地面积大，而且由于垃圾分类不彻底使得垃圾肥料的肥效远低于化肥。其三，焚烧法。焚烧可以有效地利用垃圾的中热能，但是焚烧过程产生剧毒性致癌物质“二噁英”，并且飞灰中含有挥发性重金属，导致严重的二次污染。

常规气化炉主要包括流化床气化炉和固定床气化炉。流化床气化炉混合均匀，反应速率快，气固接触面积大，传质、传热系数高，反应温度均匀，但热效率较低，设备复杂，维修成本高，且对生物质燃料粒径要求严格。流化床气化相对于固定床气化炉而言，气化温度均匀，气化强度高，原料粒度要求高，燃料粒度细小，可连续运转，气化温度较低，但气化合成气中焦油含量高，杂质含量也高，燃气净化***复杂，***投资、运行及维修成本高昂，气流流速大，床壁容易磨损。常规固定床气化炉结构简单、气化温度高、处理量小，适用于中、小规模的工业化应用；但是在连续反应过程中，反应温度、停留时间及气化剂流量控制困难。固定床气化炉容易出现气化物料堆积现象，气化物料本身携带水分，水分的存在致使受热不均、进而影响物料热解过程中挥发分的析出、热解焦炭与气化剂有效接触进行气化过程。除此之外，气化原料的组分种类越复杂，气化过程越复杂，产生的焦油越多，使用单一气化剂越加不能使得焦油进行高效气化效果。目前，气化炉普遍使用一级空气气化，有较少部分使用水蒸汽气化，而能够在热解气化过程之前进行预热、并且多级气化剂使得焦油有效进行气化的固定床气化炉则基本没有报导。

因此，开发出一种在热解气化之前进行对物料进行预热、并且多级气化剂对焦炭和焦油实现高效气化的固定床气化炉，对于垃圾热解气化能源化利用具有重要意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种垃圾气化及焦油催化气化装置，该装置结构设计合理，能够实现对垃圾进行气化反应并且在气化过程加强对气化合成气中焦油的催化，提高气化合成气的品质，使垃圾得到彻底无害化、资源化、减量化处理及利用。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开的一种垃圾气化及焦油催化气化装置，包括气化炉以及设置在气化炉内部的焦油催化层、垃圾物料层及两级气化剂布置单元；在气化炉的顶部开设气化合成气出口，底部开设灰渣出口，气化炉一侧还设有垃圾输送单元，用于将待处理垃圾输送至垃圾物料层处；所述两级气化剂布置单元包括设置在垃圾物理层下方的一级气化剂布置装置和设置于焦油催化层下方的二级气化剂布置装置。

优选地，在二级气化剂布置装置下方设有喇叭状的回热挡板，回热挡板的喇叭端开口朝上。

优选地，所述垃圾输送单元包括垃圾给料斗和给料通道，给料通道内设有与电机相连的螺旋给料杆，垃圾给料斗的底部出口与给料通道连通，通过电机转动带动螺旋给料杆推动垃圾物料至气化炉底部的垃圾物理层。

进一步优选地，给料通道外部还安装有用于干燥垃圾物料的螺旋加热段。

优选地，所述两级气化剂布置单元中所用气化剂种类相同或不同。

优选地，一级气化剂布置装置和二级气化剂布置装置的结构相同；

包括多层环形布风管道，环形布风管道之间通过均匀布置的布风管道连接，且在连接处设置布风帽，在最外层的形布风管道上设置2个气化剂进气口，气化剂通过气化剂进气口进入气化剂布置装置。

优选地，气化炉为圆筒状结构，气化合成气出口设置在气化炉顶部中心处，焦油催化层设置于中部高温区。

优选地，气化炉底部的灰渣出口为漏斗状结构。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明在高温部位布置了焦油催化层，可适用市面上所有焦油催化剂，比如石灰石、白云石、橄榄石、菱镁矿、碱金属、生物炭等；催化剂的存在既可以降低气化合成气中的焦油含量，也可以调整可燃组分的含量比重、提高气化合成气的品质。中的气化装置对气化剂进行多级分配，一级气化剂直接和垃圾进行气化反应，二级气化剂布置在焦油催化层下方，促使焦油催化裂解；气化炉所使用的气化剂包括空气、富氧、水蒸气、二氧化碳等，依据垃圾品质、焦油催化剂和气化合成气共同决定所使用的气化剂。垃圾气化及焦油催化气化装置，对垃圾进行热化学处理--垃圾气化，将垃圾蕴藏的能源高效、清洁、无害化利用，有效规避重金属、二噁英等污染问题。

进一步地，在向气化炉内供给垃圾物料的螺旋给料通道外部安装螺旋加热段，根据螺旋给料杆供入气化炉垃圾物料量，通过控制开关对螺旋加热装置的加热功率，实现对垃圾物料中水分含量的控制。

进一步地，本发明中的气化装置在焦油催化层下方布置了回热挡板，具有增强气化合成气内部的扰动、延长气化合成气的停留时间，使得炉内温度更加均匀，提高能源利用率。

进一步地，一级气化剂布置装置和二级气化剂布置装置的结构相同；包括多层环形布风管道，环形布风管道之间通过均匀布置的布风管道连接，且在连接处设置布风帽，以确保气化剂均匀分配到气化炉截面各处；在最外层的形布风管道上设置2个气化剂进气口；气化剂通过气化剂进气口进入气化剂布置装置，在经过均匀的布风管道分配到炉截面各处，最后从布风帽喷出、进入炉内参与气化反应。

附图说明

图1为本发明的垃圾气化及焦油催化气化装置结构示意图；

图2为本发明的布气装置结构示意图。

其中：1、气化合成气出口；2、气化炉；3、焦油催化层；4、二级气化剂布置装置；5、回热挡板；6、垃圾物料层；7、一级气化剂布置装置；8、灰渣出口；9、环形布风管道；10、垃圾给料斗；11、电机；12、螺旋加热段；13、螺旋给料杆；14、布风帽；15、进气口；16、布风管道。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，一种垃圾气化及焦油催化气化装置，包括气化炉2以及设置在气化炉2内部的焦油催化层3、垃圾物料层6及两级气化剂布置单元；在气化炉2的顶部开设气化合成气出口1，底部开设灰渣出口8，气化炉一侧还设有垃圾输送单元，用于将待处理垃圾输送至垃圾物料层6处；所述两级气化剂布置单元包括设置在垃圾物理层6下方的一级气化剂布置装置7和设置于焦油催化层3下方的二级气化剂布置装置4。

垃圾气化炉2为圆筒形状，气化合成气出口1设置在其顶部围绕中心处，中部高温部位布置焦油催化层3，焦油催化层3的正下方布置了两级气化剂布置单元，二级气化剂布置装置4的下方安装了“喇叭”外形的回热挡板5；是类似“喇叭”型缩口的筒套，不仅具有延长气化合成气在炉内的停留时间、使炉内温度更加的均匀；而且加强气化合成气的扰动，有利于提高焦油催化效率，气化炉2底部的灰渣出口8为漏斗状结构。

所述垃圾输送单元包括垃圾给料斗10和给料通道，给料通道内设有与电机11相连的螺旋给料杆13，垃圾给料斗10的底部出口与给料通道连通，通过电机11转动带动螺旋给料杆13推动垃圾物料至气化炉2底部的垃圾物理层6。垃圾物料是通过垃圾给料斗10落入螺旋给料杆13，转动的电机11带动螺旋给料杆13推动垃圾物料送入气化炉2底部，根据螺旋给料杆供入气化炉垃圾物料量，通过控制开关对螺旋加热装置的加热功率，实现对垃圾的干燥。

螺旋给料通道外部安装螺旋加热段12，起到干燥垃圾物料的作用；焦油催化层3上面堆放一层颗粒状的催化剂，气化合成气中的焦油通过该部位的时候得到催化裂解，不仅可以降低气化合成气中焦油含量，而且调整了气化合成气的成分。

多级气化剂布置***是由一级气化剂布置装置7和二级气化剂布置装置4构成，一级气化剂布置装置7和二级气化剂布置装置4的结构相同，参见图2，包括若干层环形布风管道9，环形布风管道9之间通过均匀布置的布风管道16连接，且在连接处设置布风帽14，用以确保气化剂均匀分配到气化炉截面各处。在最外层的形布风管道9上设置2个气化剂进气口15，气化剂通过气化剂进气口15进入气化剂布置装置的环形布风管道9，再经过均匀的布风管道16分配到炉截面各处，最后从布风帽14喷出、进入炉内参与气化反应。

一级和二级气化剂可以是相同的气化剂，亦可以是不同的气化剂；气化炉底部安装一级气化剂布置装置7，一级气化剂与垃圾物料进行一次气化反应得到一级气化合成气；高温部位安装二级气化剂布置装置4，二级气化剂和一级气化合成气中的大分子有机物混合，经过焦油催化层3时，二级气化剂和催化层上的焦油催化剂具有协同作用，提高对大分子有机物的催化反应。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种垃圾气化及焦油催化气化装置，其特征在于，包括气化炉(2)以及设置在气化炉(2)内部的焦油催化层(3)、垃圾物料层(6)及两级气化剂布置单元；在气化炉(2)的顶部开设气化合成气出口(1)，底部开设灰渣出口(8)，气化炉一侧还设有垃圾输送单元，用于将待处理垃圾输送至垃圾物料层(6)处；所述两级气化剂布置单元包括设置在垃圾物理层(6)下方的一级气化剂布置装置(7)和设置于焦油催化层(3)下方的二级气化剂布置装置(4)。

2.根据权利要求1所述的垃圾气化及焦油催化气化装置，其特征在于，在二级气化剂布置装置(4)下方设有喇叭状的回热挡板(5)，回热挡板(5)的喇叭端开口朝上。

3.根据权利要求1所述的垃圾气化及焦油催化气化装置，其特征在于，所述垃圾输送单元包括垃圾给料斗(10)和给料通道，给料通道内设有与电机(11)相连的螺旋给料杆(13)，垃圾给料斗(10)的底部出口与给料通道连通，通过电机(11)转动带动螺旋给料杆(13)推动垃圾物料至气化炉(2)底部的垃圾物理层(6)。

4.根据权利要求3所述的垃圾气化及焦油催化气化装置，其特征在于，给料通道外部还安装有用于干燥垃圾物料的螺旋加热段(12)。

5.根据权利要求1所述的垃圾气化及焦油催化气化装置，其特征在于，所述两级气化剂布置单元中所用气化剂种类相同或不同。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的垃圾气化及焦油催化气化装置，其特征在于，一级气化剂布置装置(7)和二级气化剂布置装置(4)的结构相同；

包括多层环形布风管道(9)，环形布风管道(9)之间通过均匀布置的布风管道(16)连接，且在连接处设置布风帽(14)，在最外层的形布风管道(9)上设置2个气化剂进气口(15)，气化剂通过气化剂进气口(15)进入气化剂布置装置。

7.根据权利要求1～5中任意一项所述的垃圾气化及焦油催化气化装置，其特征在于，气化炉(2)为圆筒状结构，气化合成气出口(1)设置在气化炉顶部中心处，焦油催化层(3)设置于中部高温区。

8.根据权利要求1～5中任意一项所述的垃圾气化及焦油催化气化装置，其特征在于，气化炉(2)底部的灰渣出口(8)为漏斗状结构。