CN101225318A

CN101225318A - 把农林废弃物和生活垃圾转化成汽油的工艺及设备

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Publication number: CN101225318A
Application number: CNA2008100025234A
Authority: CN
Inventors: 杜新国
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-01-11
Filing date: 2008-01-07
Publication date: 2008-07-23

Abstract

把农林废弃物和生活垃圾转化成汽油的工艺，是将生活垃圾中可燃物和生物质以原粒度、原水分状态在固定(移动)床气化炉中用氧气作气化介质进行气化，得到含水蒸气的可燃性气体再与粉煤+氧气+水蒸气在一个气流床气化炉中，在1600～2000℃高温下共气化，制成不含焦油的粗合成气。合成气经三级全干法净化工艺，脱除对下游合成催化剂有毒的含硫含氯气体。在浆态床三相反应器中，用既具有甲醇合成功能，又具有甲醇脱水功能的双功能催化剂，由合成气合成二甲醚。出浆态床三相反应器的二甲醚气体，在一个装有ZSM－5沸石分子筛的固定床反映器中进一步进行脱水反应和合成反应，在反应器压力2～10MPa，温度200～300℃，反应时间2～60min条件下，二甲醚在ZSM－5分子筛催化剂上转化为汽油。

Description

把农林废弃物和生活垃圾转化成汽油的工艺及设备

技术领域化工

背景技术以CO和H2为主要成分；并且脱除了对下游工艺中合成催化剂有害成分的气体称为合成气。目前工业生产中用液态烃、天然气和煤制合成气比较成熟，而用生物质和生活垃圾中的有机物造合成气，在技术上有些障碍。生物质是植物现时固定的太阳能，其化学成分以C、H、O为主，是煤炭等化石燃料的始祖。与煤炭相比，生物质具有更高的化学活性且有害成分较少，应该是非常理想的制合成气的原料。生活垃圾中含有大量有机物，是燃料的“富矿”。其中一部分是原生生物质，一部分是有机化学品，含有大量烃类及烃类衍生物<如塑料橡胶化纤等>，也是非常好的造合成气的原料。只是其组成成分复杂多变，给气化和净化工艺的管理带来不便。本人在设计用生活垃圾和生物质制液体燃料，借鉴了现有的煤化工工艺，所采用的工艺与煤的间接液化工艺相似，即原料-气化-净化气-合成的路线。

发明内容：1.把农林废弃物和生活垃圾转化为汽油的工艺

本发明把农林废弃物和生活垃圾转化为汽油的工艺的主要特征为：生活垃圾经过筛分和风选，分选出密度较轻的有机可燃物和密度大的无机不燃物，有机可燃物作气化原料，无机不燃物填埋。生物质原料(包括各种农林废弃物如树枝、树叶、锯末、麦秸杆、玉米秸杆、稻壳、稻秧、花生秧、花生壳、杂草等)可以不经预处理。生活垃圾中有机物和生物质原料可以任意比混合。除特殊情况(如体积太大进不了设备，含水大于50％等)外，以原粒度、原湿度状态进入一个固定(移动)床气化炉中，与来自空分系统、高速(30～280m/s)喷入炉内的氧气<含氧70～100％>气化剂反应，在1000-1600℃高温下进行气化。物料受热依次经历脱水、分解成气体和炭质，并逐渐失去原有的形状，在炭质气化析出灰分的同时，得到一个含有水蒸气、焦油、烃类和CO2、CO、H2为主要成分，也含有少量有害成份(如HCL、H2S、有机氯化物、有机硫化物)的可燃性气体。紧接着，该气体再进入一个气流床气化炉中，与粉煤+氧气+水蒸气共气化。在气流床气化炉中，根据气化温度调解供煤量；控制氧煤比：0.7～1.2kg/kg煤；补加水蒸气与煤比：0～0.2kg/kg煤；利用粉煤(60～100％-200目)+氧气(含氧80～100％)气化时产生的热能使气化温度达到1400～2000℃，气化反应时间3～15s。在共气化过程中，利用粉煤析出挥发分后生成的炭对焦油等有机物的催化裂化作用，促使焦油、烃类、H2O、CO2、有机氯化物、有机硫化物的分解，得到CO+H2为主要成分(含量≥75％)的粗合成气。

出气化炉的粗合成气，经过一个低压锅炉，温度降为100～500℃后，进入一个移动床颗粒层过滤器中进行第一步净化。因为高温氯腐蚀，低压锅炉的材质可用钢制，也可用陶瓷或玻璃制。在移动床颗粒层过滤器中，+0.5-5mm粒级的滤料同时也是吸附剂和反应剂。粗合成气的第一步净化是在自然压力(指粗合成气出气化炉后没再加压)、较高的温度(400～700℃)、空速100～1000h^-1、表观过滤速度0.0002～1.0m/s、滤料颗粒层向下移动速率0.0001～0.1m/s的条件下进行。在移动床颗粒层过滤器中，粗合成气中的粉尘、水分、酸性气体如CO₂、H₂S、HCL同时被脱除98％以上，重金属蒸气及其化合物脱除70％以上。滤料一次性使用，不再生。

初步净化后的气体进入一个换热器，被降温为100℃以下，再经过一个袋式收尘器进行第二步净化。该次净化以精脱尘为目的。由致密滤布把关。

出袋式收尘器后的合成气加入少量(0～0.05m³/m³合成气)水蒸气，然后进入固定床过滤器，在较低温度(常温～120℃)和低过滤速度(0.0001～0.8m/s)下，由分层装入的各种特种活性炭完成对气体中的各种有害成分进行第三步把关。

经过三次净化后的合成气体含尘量≤0.05mg/m³；全氯含量≤0.1mg/m³；全硫含量≤0.1mg/m³；重金属含量(以砷计)≤0.05mg/m³。合成气有效成分CO+H2≥90％，体积比CO∶H2＝2～4。含水蒸气1～5％。

经过净化精制的合成气，压缩至1.6～10Mpa。该压缩机的进气口接活性炭固定床过滤器的出口，使整个净化系统和气流床气化炉形成负压。达到工作压力的合成气经换热，被加热至180～260℃，依次进入几台串联的浆态床三相反映器中进行复杂的反应。在浆态床三相反应器中，液相是反应介质，它可以是沸点高于360℃的石蜡(包括液体石蜡)，也可以是矿物油(如Witco40、Witco70)。固相是由多种具有不同催化功能的催化剂组合而成，其中有合成醇类的催化剂两种或两种以上，即有甲醇合成催化剂，也有低炭混合醇合成催化剂，还有醇类脱水催化剂。这些固体催化剂按一定比例混合，组合成一个即具有一氧化碳变换功能，又具有低炭醇合成功能，还具有低碳醇脱水生成混合醚或烃功能的多功能催化体系。这些固体催化剂的粒度范围：0～74微米，它与液相介质混合成浆态，固体催化剂的浓度18～45％。在反应压力1.6～10Mpa，反应温度180～350℃下，浆态床三相反应器中气相在各自的反应器中作全返混后出反应器。合成气在催化剂上发生如下主要反应：

H2+CO→(CH3)_nOH

(CH3)_n-OH→CH3-O-(CH3)_x+H2O

2CH3-OH→CH3-O-CH3+H2O

CH3-O-CH3→--CH--+H2O

在足够的反应时间(3min～120min)下，出浆态床三相反应器的催化反应产物呈气态，生成物主要成分是二甲醚、混合醚、低炭烃和二氧化碳。

在浆态床三相反应器的催化反应中，生成的水是中间产物，入反应器前合成气中虽然也加入少量水，但水参与一氧化碳变换反应，被消耗，生成的氢具有很高活性，也立即被利用了，产物中没有水。醇也是中间产物，合成气在催化剂上转化成醇，但立即在脱水催化剂上生成了醚，醇类合成不受化学平衡的限制，故转化率较高。

浆态床三相反应器中的反应热，被设在器内的移热系统转化为蒸汽移出。由此可控制浆态床三相反应器工作在最佳温度200～340℃，并保持恒温状态。

反应器中的催化剂会逐渐失活，生产中定期(每24h～每240h)从反应器中放出0.1～10％的催化剂，保温浓缩后进行蒸馏，分出的催化剂在400～500℃下烧去积炭，重新还原再生。反应器中同时加入等量的再生催化剂以维持反应活性。

离开浆态床三相反应器的气体，经过换热(出固定床反应器气体加热入固定床反应器的气体)，被加热到260～420℃，依次进入三台串联的固定床反应器，固定床反应器内部装有择形催化固体酸分子筛催化剂。在绝热和反应压力2～10Mpa的条件下，气体在反应器中呈平推流，经过0.2min～60min的反应时间，入反应器时以醚类为主的气体，在具有择形催化功能的固体酸分子筛上，发生脱水反应，先生成轻质烯烃，而后进一步在催化剂的孔道里重整为重烯烃、脂肪烃、环烷烃和芳香烃，这些烃的碳原子数受分子筛催化剂孔道直径限制不大于10，催化反应产物主要为C5～C10的烃，其沸点范围恰为汽油馏分。转化反应为放热反应，出反应器时产品流温度比入时升高30～60℃。

固体酸催化剂因积炭会逐渐失活，需要定期再生。工艺中安装四台反应器，其中三台工作，一台在再生。再生方法是往反应器中通入400～600℃的热空气烧去催化剂上的积碳。再生周期约20～30天。催化剂寿命1～2年。

出固定床反应器的产品气流依次进入换热器和高压冷凝器，在高压冷凝器中被冷却水降温为30～60℃，进入高压产品分离器，分离出水、粗汽油和气体。分离出的水入蓄水池，酌情加入生物质原料中消耗掉；分离的气体返回气化炉作制合成气的原料；粗汽油减压进入低压分离器和稳定塔，精制出汽油和液化气。合成汽油清亮透明，不含杂质，含少量醇、醚、酯类含氧化合物，其沸点范围与优质汽油的相同，不但不影响汽油的质量，反而改善汽油的燃烧性能。合成汽油的辛烷值92～93.5。在产品中，汽油占约85％，液化气约13％。

附图说明附图1是把农林废弃物和生活垃圾转化成汽油的工艺示意图。

该工艺可以产生如下效果：(1)用农林废弃物、生活垃圾和煤共同作原料，生产出优质汽油和液化气。产品总热效率可达35％以上。(2)生产过程无废水、废气排放，产生的废渣可被再利用。基本不产生二次污染。(3)生产费用较低，处理生活垃圾有经济效益。

具体实施方式生活垃圾经过筛分和风选，分选出密度较轻的有机可燃物和密度大的无机不燃物，有机可燃物作气化原料，无机不燃物填埋。生物质原料(包括各种农林废弃物如树枝、树叶、锯末、麦秸杆、玉米秸杆、稻壳、稻秧、花生秧、花生壳、杂草等)可以不经预处理。生活垃圾中有机物和生物质原料可以任意比混合。除特殊情况(如体积太大进不了设备，含水大于50％等)外，以原粒度、原湿度状态进入一个固定(移动)床气化炉中，与来自空分系统、高速(30～280m/s)喷入炉内的氧气<含氧70～100％>气化剂反应，在1000-1600℃高温下进行气化。物料受热依次经历脱水、分解成气体和炭质，并逐渐失去原有的形状，在炭质气化析出灰分的同时，得到一个含有水蒸气、焦油、烃类和CO2、CO、H2为主要成分，也含有少量有害成份(如HCL、H2S、有机氯化物、有机硫化物)的可燃性气体。紧接着，该气体再进入一个气流床气化炉中，与粉煤+氧气+水蒸气共气化。在气流床气化炉中，根据气化温度调解供煤量；控制氧煤比：0.7～1.2kg/kg煤；补加水蒸气与煤比：0～0.2kg/kg煤；利用粉煤(60～100％-200目)+氧气(含氧80～100％)气化时产生的热能使气化温度达到1400～2000℃，气化反应时间3～15s。在共气化过程中，利用粉煤析出挥发分后生成的炭对焦油等有机物的催化裂化作用，促使焦油、烃类、H2O、CO2、有机氯化物、有机硫化物的分解，得到CO+H2为主要成分(含量≥75％)的粗合成气。

出气化炉的粗合成气，经过一个换热器，温度降为100～500℃后，进入一个移动床颗粒层过滤器中进行第一步净化。因为高温氯腐蚀，换热器的材质可用钢制，也可用陶瓷或玻璃制。在移动床颗粒层过滤器中，+0.5-5mm粒级的滤料同时也是吸附剂和反应剂。粗合成气的第一步净化是在自然压力(指粗合成气出气化炉后没再加压)、较高的温度(400～700℃)、空速100～1000h^-1、表观过滤速度0.0002～1.0m/s、滤料颗粒层向下移动速率0.0001～0.1m/s的条件下进行。在移动床颗粒层过滤器中，粗合成气中的粉尘、水分、酸性气体如CO₂、H₂S、HCL同时被脱除98％以上，重金属蒸气及其化合物脱除70％以上。滤料一次性使用，不再生。

出袋式收尘器后的合成气加入少量(0～0.05m³/m³合成气)水蒸气，然后进入固定床过滤器，在较低温度(常温～120℃)和低过滤速度(0.0001～0.8m/s)下，由分层装入的各种特种活性炭完成对气体中的各种有害成分进行第三步把关。针对氧化钙不易脱除的有机硫，固定床反应器中分层装人用于精脱H₂S、精脱COS、精脱CS₂的特种活性炭，这些活性炭在操作条件下对重金属蒸气、氯化氢等有害气体也有精脱作用。

经过三次净化后的合成气含尘量≤0.05mg/m³；全氯含量≤0.1mg/m³；全硫含量≤0.1mg/m³；重金属含量(以砷计)≤0.05mg/m³。合成气有效成分CO+H2≥90％，体积比CO∶H2＝2～4。含水蒸气1～5％。

经过净化精制的合成气，压缩至1.6～10Mpa。该压缩机的进气口接活性炭固定床过滤器的出口，使整个净化系统和气流床气化炉形成负压。达到工作压力的合成气经换热，被加热至180～260℃，依次进入三台串联的浆态床三相反应器中进行复杂的反应。在浆态床三相反应器中，液相是反应介质，它可以是沸点高于360℃的石蜡(包括液体石蜡)，也可以是矿物油(如Witco40、Witco70)。固相是由多种具有不同催化功能的催化剂组合而成，其中有合成醇类的催化剂两种，即有铜锌铝甲醇合成催化剂，也有非负载超细改性铁催化剂，还有ZSM--5脱水催化剂。这些固体催化剂按一定比例混合，组合成一个即具有一氧化碳变换功能，又具有低炭醇合成功能，还具有低碳醇脱水生成混合醚或烃功能的多功能催化体系。这些固体催化剂的粒度范围：0～74微米，它与液相介质混合成浆态，固体催化剂的浓度18～45％。在反应压力1.6～10Mpa，反应温度180～350℃下，浆态床三相反应器中气相在各自的反应器中作全返混后出反应器。合成气在催化剂上发生如下主要反应：

H2+CO→(CH3)_nOH

(CH3)_n-OH→CH3-O-(CH3)_x+H2O

2CH3-OH→CH3 O CH3+H2O

CH3-O-CH3→-CH2→+H2O

离开浆态床三相反应器的气体，经过换热(出固定床反应器气体加热入固定床反应器的气体)，被加热到260～420℃，依次进入三台串联的固定床反应器，固定床反应器内部装有ZSM-5择形催化固体酸分子筛催化剂。在绝热和反应压力2～10Mpa的条件下，气体在反应器中呈平推流，经过0.2min～60min的反应时间，入反应器时以醚类为主的气体，在ZSM-5分子筛上，发生脱水反应，先生成轻质烯烃，而后进一步在催化剂的孔道里重整为重烯烃、脂肪烃、环烷烃和芳香烃，这些烃的碳原子数受分子筛催化剂孔道直径限制不大于10，催化反应产物主要为C5～C10的烃，其沸点范围恰为汽油馏分。转化反应为放热反应，出反应器时产品流温度比入时升高30～60℃。

ZSM--5催化剂因积炭会逐渐失活，需要定期再生。工艺中安装四台反应器，其中三台工作，一台在再生。再生方法是往反应器中通入400～600℃的热空气烧去催化剂上的积碳。再生周期约20～30天。催化剂寿命1～2年。

出固定床反应器的产品气流依次进入换热器和高压冷凝器，在高压冷凝器中被冷却水降温为30～60℃，进入高压产品分离器，分离出水、粗汽油和气体。分离出的水入蓄水池，酌情加入生物质原料中消耗掉；分离的气体返回气化炉作制合成气的原料；粗汽油减压进入低压分离器和稳定塔，精制出汽油和液化气。

合成汽油清亮透明，不含杂质，含少量醇、醚、酯类含氧化合物，其沸点范围与优质汽油的相同，不但不影响汽油的质量，反而改善汽油的燃烧性能。合成汽油的辛烷值92～93.5。在产品中，汽油占约85％，液化气约13％。

2.生物质原料两段法制合成气的工艺

该工艺的主要特征是：：生物质原料(包括生活垃圾的可燃物与农林废弃物如树枝、树叶、锯术、麦秸杆、玉米秸杆、稻壳、稻秧、花生秧、花生壳、杂草等原料)，除特殊情况(如体积太大进不了设备，含水大于50％等)外，以原粒度、原湿度状态首先在一个固定(移动)床气化炉中，用高速(30～280m/s)喷入炉内的氧气<含氧70～100％>作气化介质，在1000-1600℃高温下进行气化。物料受热依次经历脱水、分解成气体和炭质，并逐渐失去原有的形状，在炭质气化析出灰分的同时，得到一个含有水蒸气、焦油、烃类和CO2、CO、H2为主要成分，也含有少量有害成份(如HCL、H2S、有机氯化物、有机硫化物)的可燃性气体。该气体再进入一个气流床气化炉中，与粉煤+氧气+水蒸气共气化。在气流床气化炉中，根据气化温度调解供煤量；控制氧煤比：0.7～1.2kg/kg煤；补加水蒸气与煤比：0～0.2kg/kg煤；利用粉煤(60～100％-200目)+氧气(含氧80～100％)气化时产生的热能使气化温度达到1400～2000℃，气化反应时间3～15s。在共气化过程中，利用粉煤析出挥发分后生成的炭对焦油等有机物的催化裂化作用，促使焦油、烃类、H2O、CO2、有机氯化物、有机硫化物的分解，得到CO+H2为主要成分的粗合成气。

生物质与煤共制合成气的方法有两种实施方式：一种是生物质用固定床上吸式气化炉气化，气化气进入另一台气流床气化炉与粉煤+氧气共气化制成合成气，两炉分别排出液态渣；另一种方式是在一台炉子的上部是生物质下吸式固定床气化炉，中部是粉煤+氧气气流床气化炉，底部是两炉产物的出口，生物质用氧气气化产生的粗燃气、水蒸汽、二氧化碳、残炭和灰渣共同进入气流床气化炉与粉煤+氧气共气化制成合成气，液态渣和合成气并流从底部出口排出。

该方法能产生如下效果：(1)简化工艺。生活垃圾中常含有较多的水分，有些物料难于烘干<如菜叶>，垃圾中也含有较多韧性物料<如纤维、橡胶、塑料>极难破碎，事实上现在也没有可靠的工业破碎设备能有效地粉碎垃圾。该方法对生活垃圾和生物质原料以原粒度、原湿度利用，简化了这些原料的前处理工序。也有效地利用了垃圾或生物质中所含的水份，作为自身气化和粉煤气化时的气化介质，减少了煤气化时水蒸气的加量，在整个气化工艺中可省去专用的蒸汽锅炉，由气化炉副产的蒸汽可满足生产需求，因此可以减少投资和生产费用。<2>消除污染。生活垃圾燃烧中会产生有机氯化物(如二恶英)和重金属粉尘的二次污染是其能源化利用中的最大障碍。本方法由于在气流床气化炉中是高温下气化，能把重金属最大限度地固化在熔融渣里，冷却后成为一种惰性的玻璃体，有机氯化物在气化温度下几乎全部分解，它消除了生活垃圾在利用时对环境产生二次污染。(3)制成合成气。本方法把生活垃圾和生物质经两次高温气化，最终制成不含焦油和烃类的合成气，净化后用于液体燃料的合成。可促使人们实现使用可再生能源，减少对化石能源的依赖。

具体实施方式以两炉分别排渣的方式为例。生活垃圾经过筛分和风选，分选出密度较轻的有机可燃物和密度大的无机不燃物。垃圾可燃物可单独入炉，也可与农林废弃物等生物质原料以任意比例混合处理。物料由机械推料装置推入一固定床气化炉中，气化炉入口处设有料封装置，在固定床气化炉的炉箅上方，氧气高速从喷口喷入炉内，与已经被烘干并析出挥发分后生成的炭层发生氧化反应，反应温度可达1600℃，生成的液态渣经由炉算滴下；产生的气体(CO2+H2O)向上经物料的炭层被还原为CO+H2的气体，再向上经物料的分解层、干燥层冷却为100℃～300℃，与物料分解产生的焦油和干燥层产生的水蒸气一起进入另一个气流床气化炉。气流床气化炉用粉煤作原料、氧气+水蒸气作气化介质，气流床气化炉为负压操作，生活垃圾或生物质气化产生的可燃气从炉顶吸入，粉煤和氧气也从炉顶以大于30m/s的高速喷入炉内，在高温辐射下迅速起火反应，根据气化温度调节供煤量，同时调节氧气和水蒸汽的补给量，控制反应温度在1400℃～2000℃范围内、反应时间在15s内，所有有机物基本上分解完全。控制出口气体温度≥1600℃，基本上可保证合成气的质量。气流床气化炉内各气化产物并流向下，经1～15s，从下部喷出液渣和粗合成气。

该方法产生的粗合成气中，CH4的含量可低于0.5％，有效成分CO+H2的含量可大于80％，净化后可作合成气。

3.生活垃圾和生物质与煤共造合成气的气化炉

该炉的主要构造特征是：由上炉和下炉构成，上炉是生活垃圾和生物质为原料的固定床下吸式气化炉，下炉是粉煤为原料的气流床气化炉。两炉一体相通，中间由一层炉算隔开。炉体是两个直立的同心圆柱体，由钢板卷焊而成。外圆的外壁包一层50～500mm厚的保温材料；两圆环间是一个蒸汽锅炉；内圆的内壁向火部分敷30～90mm厚的耐火材料，耐火层内的圆柱形空间是炉膛。炉膛竖向中部是一个水平放置的炉萆，炉萆上部空间是上炉，下部空间是下炉。

炉顶用一个钢制的圆盖封死。炉顶盖上装有防爆装置，防爆装置是用法兰压紧一个0.2～0.5mm厚的铝片或塑料片。

在炉体上部靠近炉顶的一侧，设有上炉的给料装置。该给料装置是一个长1.5～10米的圆筒或方筒，一端通入上炉内，另一端连接一个推料的活塞，活塞的往复运动可由液压油缸，也可用曲轴连杆结构传动。给料筒体可以水平安装，也可以与水平线呈0～70°夹角倾斜安装，倾斜向上推料。上炉给料筒体具有料封作用。

上炉的氧气供风口布置在炉萆上方的炉体圆周上，风口距炉萆0.1～1.2米，风口数2～12个，可以均匀地设在一个平面上，也可以上下交错，间距均匀地对称分布。风管的中心线与水平面呈0～30°的夹角，风管可以水平也可以向上或向下倾斜往炉中心吹氧。风口区设有用水冷却的玻璃观察孔。

炉萆是厚壁(6～18mm)的无缝钢管外敷30～90mm厚的一层耐火材料。钢管焊接在炉体内圆上，其两端都与锅炉相通。

在炉萆下部的炉体圆周上，布有2～8个粉煤和氧气的喷嘴。喷嘴距炉萆0.1～0.8米，可以均匀地设在一个平面上，也可以上下交错，间距均匀地对称分布。氧煤喷枪插入喷嘴。喷枪一般水平安装，也可以稍向上或向下倾斜，喷枪中心线与水平线的夹角0～30°。氧煤喷枪是两套管结构，内管喷氧气和水蒸汽，两管环间喷粉煤，出口处内管稍长，可避免氧气倒流入煤管。

下炉炉腔的底部是气化产物的共同出口，采用缩口结构。具断面形状为

形。上部收缩角为120～160°。底部端盖呈双层，上层是倒圆锥形，下层是水平放置的圆形，都用钢板制成，焊接在炉体内圆上，其间与锅炉相通。其上面和中心喷口敷一层30～90mm厚的耐火材料。

中心喷口下部有一个扩大的导向筒，导向筒下口接近淬冷沉渣池的水面，导向筒是双层，中间通水，也是锅炉的组成部分。合成气出口的里端是导向筒外圆的上部。

淬冷沉渣池和捞渣螺旋的下端设在地面以下。

该炉的工作特征为：上炉是个固定床(移动床)气化炉，生活垃圾的可然物和生物质原料在上炉气化，氧气(含氧80～100％)作气化介质。上炉气化的产物通过炉萆全部进入下炉进行二次反应。下炉是个气流床气化炉，以上炉的气化产物+粉煤+氧气+水蒸气为气化原料，进行高温(1600～2000℃)反应。

在操作时，调节上炉氧气的加入量，就能有效地调节上炉的气化速度。凋节下炉粉煤的加入量，控制氧煤比：0.7～1.2kg/kg煤，补加水蒸气与煤比：0～0.2kg/kg煤，就能控制下炉的气化温度。只要出口气体温度大于1600℃，气体中基本上不含焦油和烃类。操作管理较易。

上炉和下炉都在常压工作，下炉压力略小于上炉，上炉是下吸式。下炉底部缩小的出口，使气体和液态渣高速喷出，避免阻塞。

采用水冷壁结构，炉膛内向火部分仅涂敷一层较薄的耐火材料，工作时以渣抗渣，以渣扩壁。使用时间较长。锅炉产生低压蒸汽供气化炉自用，钢制炉体只承受锅炉水温和低压，安全可靠。

从炉腔喷出的气化产物，经过一个由导向筒和炉体组成的惯性除灰装置，出炉气体的含尘量减，温度降低。

附图说明附图2是生活垃圾和生物质与煤共造合成气的气化炉的示意图。该气化炉能将生活垃圾中可燃物和常规农林废弃物，以原粒度、原湿度状念与粉煤共气化，制成基本不含焦油和烃类的粗合成气。

具体实施方式生活垃圾经过筛分，风选等筒单处理，分选出可燃有机物作为气化原料，可直接入炉，也可与农林废弃物原料以任意比例混合入炉处理。物料由上炉的给料装置通过推料活塞挤压送入上炉内的料室，物料由炉壁支撑。给料装置的挤压段具有料封作用，它阻断炉内外的气体流通，可使上炉内呈微正压。

在炉萆上方，氧气从炉体圆周以大于30m/s的速度向中心喷入，与被炉内高温辐射此时已经析出挥发分成为炭质的物料发生气化反应，物料失去了原有的形态，炭质与氧或水反应逐渐成为气体，残炭和灰分在氧气的高度湍流下被吹动离开固定床物料反应层，细粒固体颗粒之间被气流隔开，与产生的气体并流向下进入炉萆下的气流床气化炉，在下炉中继续参与气化反应。

粉煤和氧气+补加水蒸气从位于炉萆下的喷口高速喷入下炉，由于喷口是相对的，气流、煤粉与从炉萆上落入的炭渣、灰粉等混合物高度湍流，在高温辐射下，煤粉被快速干馏和热分解，并瞬间着火，在火焰中进行气化反应。生成的合成气连同液态渣和未反应的煤、炭并流向下，经缩小的出口，喷出炉膛，在导向筒中向下运动，由于惯性，液态渣大部分落入水渣池的水中被淬冷，气体则经导向筒的下部、由沉渣池水面的上方转弯向上运动经气体出口出炉。

炉渣由捞渣螺旋从沉渣池捞出炉外。

4.适应生活垃圾造气的全干法三步除尘脱毒净化工艺

生活垃圾或生活垃圾与煤共造的粗合成气，在利用时，对下游设备或下游工艺中催化剂有害成分的含量和种类，都随生活垃圾中所含成分的变化而变化。通常，生活垃圾的成分变化莫测，气化后也引起粗合成气所含的有害成分复杂多变，其中不但时时产生不同含量的含S、CL、F成分的酸性气体或有机有害气体，也不时产生含有重金属蒸气和重金属化合物组成的飞灰。这些特点，使现有工业上常使用的一些用于煤制气的净化工艺难以适应或难以彻底消除污染。

本发明适应生活垃圾造气的全干法三步除尘脱毒净化工艺的主要特征为：出气化炉的粗合成气，经过一个换热器，温度降为100～500℃后，进入一个移动床颗粒层过滤器中进行第一步净化。因为高温氯腐蚀，换热器的材质可用钢制，也可用陶瓷或玻璃制。在移动床颗粒层过滤器中，+0.5-5mm粒级的滤料同时也是吸附剂和反应剂。粗合成气的第一步净化是在自然压力(指粗合成气出气化炉后没再加压)、较高的温度(400～700℃)、空速100～1000h^-1、表观过滤速度0.0002～1.0m/s、滤料颗粒层向下移动速率0.0001～0.1m/s的条件下进行。在移动床颗粒层过滤器中，粗合成气中的粉尘、水分、酸性气体如CO2、H2S、HCL同时被脱除98％以上，重金属蒸气及其化合物脱除70％以上。滤料一次性使用，不再生。

出袋式收尘器后的合成气进入固定床过滤器，在较低温度(常温～120℃)和低过滤速度(0.01～0.8m/s)下，由分层装入的各种特种活性炭完成对气体中的各种有害成分进行第三步把关。

该工艺能产生如下效果：(1)能把用生活垃圾为原料造气产生的粗合成气，达到下列净化目标：气体含尘量≤0.05mg/m³；全氯含量≤0.1mg/m³；全硫含量≤0.1mg/m³；重金属含量(以砷计)≤0.05mg/m³。可以满足化学合成工艺要求。(2)对环境影响小，不造成二次污染。净化工艺中产尘的固体废弃物可被水泥工业再利用，扑集了粉尘和少量重金属的滤料，仍是含CaO为主要成分，它以少量掺入可作烧制水泥的原料，不影响水泥质量，并可以把重金属封闭在水泥制品里。(3)基本上消除了高温氯对生产设备的腐蚀。

具体实施方式出气化炉的粗合成气，经过一个换热器，温度降为100～500℃后，进入一个移动床颗粒层过滤器中进行第一步净化。因为高温氯腐蚀，换热器的材质可用钢制，也可用陶瓷或玻璃制。在移动床颗粒层过滤器中，装有+0.5-5mm粒级的CaO(完全煅烧的石灰石)或CaO·MgO(完全煅烧的白云石)作滤料。新烧制的石灰是多孔物质，对于含有水分、酸性气体和重金属蒸气的粗合成气来说，这种碱性滤料同时也是吸附剂和反应剂。粗合成气的第一步净化是在自然压力(指出气化炉后没再加压)、较高的温度(400～700℃)、空速100～1000h、气体呈水平方向穿过一定厚度的颗粒料层，表观过滤速度0.0002～1.0m/s、滤料颗粒层向下移动，移动速率0.001～0.1m/s的条件下进行。在移动床颗粒层过滤器中，粗合成气中的粉尘与滤料碰撞失去动能被颗粒层捕集；水分、酸性气体CO2、H2S、HCl与CaO发生化学反应而同时被消除；重金属蒸气被多孔的CaO吸附。粉尘、水分、CO2、H2S、HCl脱除率大于98％，重金属蒸气在CaO中的吸附率70％以上。滤料一次性使用，不再生。

离开移动床颗粒层过滤器净化后的气体进入一个换热器，被降温为100℃以下，再经过一个袋式收尘器进行第二步净化。该次净化以精细脱尘为目的。由致密滤布把关。没有被颗粒滤料层捕集的微细粒(多数小于9um)，在致密滤布的表面聚集，通过定期振打脱落再排出收尘器外，与气体分离。

出袋式收尘器的合成气，用固定床过滤器，在较低温度(常温～120℃)和低过滤速度(0.01～0.8m/s)下，由分层装入的各种特种活性炭对气体中的各种有害成分把关。针对氧化钙不易脱除的有机硫，固定床过滤器中分层装人用于精脱H2S、精脱COS、精脱CS2的特种活性炭，这些活性炭在操作条件下对重金属蒸气、氯化氢等有害气体也有精脱作用。固定床反应器中的活性炭更换周期一般一年，设置两台，一台生产，另一台备用。

Claims

1.把农林废弃物和生活垃圾转化为汽油的工艺

本发明把农林废弃物和生活垃圾转化为汽油的工艺的主要特征为：生活垃圾经过筛分和风选，分选出密度较轻的有机可燃物和密度大的无机不燃物，有机可燃物作气化原料，无机不燃物填埋。生物质原料(包括各种农林废弃物如树枝、树叶、锯末、麦秸杆、玉米秸杆、稻壳、稻秧、花生秧、花生壳、杂草等)可以不经预处理。生活垃圾中有机物和生物质原料可以任意比混合。除特殊情况(如体积太大进不了设备，含水大于50％等)外，以原粒度、原湿度状态进入一个固定(移动)床气化炉中，与来自空分系统、高速(30～280m/s)喷入炉内的氧气<含氧70～100％>气化剂反应，在1000-1600℃高温下进行气化。物料受热依次经历脱水、分解成气体和炭质，并逐渐失去原有的形状，在炭质气化析出灰分的同时，得到一个含有水蒸气、焦油、烃类和CO2、CO、H2为主要成分，也含有少量有害成份(如HCL、H2S、有机氯化物、有机硫化物)的可燃性气体。紧接着，该气体再进入一个气流床气化炉中，与粉煤+氧气+水蒸气共气化。在气流床气化炉中，根据气化温度调解供煤量；控制氧煤比：0.7～1.6kg/kg煤；补加水蒸气与煤比：0～0.2kg/kg煤；利用粉煤(60～100％-200目)+氧气(含氧80～100％)气化时产生的热能使气化温度达到1400～2000℃，气化反应时间3～15s。在共气化过程中，利用粉煤析出挥发分后生成的炭对焦油等有机物的催化裂化作用，促使焦油、烃类、H2O、CO2、有机氯化物、有机硫化物的分解，得到CO+H2为主要成分(含量≥75％)的粗合成气。

出气化炉的粗合成气，经过一个低压锅炉，温度降为100～500℃后，进入一个移动床颗粒层过滤器中进行第一步净化。因为高温氯腐蚀，低压锅炉的材质可用钢制，也可用陶瓷或玻璃制。在移动床颗粒层过滤器中，+0.5-5mm粒级的滤料同时也是吸附剂和反应剂。粗合成气的第一步净化是在自然压力(指粗合成气出气化炉后没再加压)、较高的温度(400～700℃)、空速100～1000h^-1、表观过滤速度0.0002～1.0m/s、滤料颗粒层向下移动速率0.0001～0.1m/s的条件下进行。在移动床颗粒层过滤器中，粗合成气中的粉尘、水分、酸性气体如CO2、H2S、HCL同时被脱除98％以上，重金属蒸气及其化合物脱除70％以上。滤料一次性使用，不再生。

出袋式收尘器后的合成气加入少量(0～0.05m³/m³合成气)水蒸气，然后进入固定床过滤器，在较低温度(常温～120℃)和低过滤速度(0.0001～0.8m/s)下，由分层装入的各种特种活性炭完成对气体中的各种有害成分进行第三步把关。特种活性炭是指用于精脱H2S、精脱COS、精脱CS₂的专用活性炭制品，也包括用于精脱HCl的活性炭制品。

经过净化精制的合成气，压缩至1.6～10Mpa该压缩机的进气口接活性炭固定床过滤器的出口，使整个净化系统和气流床气化炉形成负压。达到工作压力的合成气经换热，被加热至180～260℃，依次进入几台串联的浆态床三相反映器中进行复杂的反应。在浆态床三相反应器中，液相是反应介质，它可以是沸点高于360℃的石蜡(包括液体石蜡)，也可以是矿物油(如Witco40、Witco70)。固相是由多种具有不同催化功能的催化剂组合而成：其中有合成醇类的催化剂两种或两种以上，即有甲醇合成催化剂，也有低炭混合醇合成催化剂；还有醇类脱水催化剂。这些固体催化剂按一定比例混合，组合成一个即具有一氧化碳变换功能，又具有低炭醇合成功能，还具有低碳醇脱水生成混合醚或烃功能的多功能催化体系。这些固体催化剂的粒度范围：0～74微米，它与液相介质混合成浆态，固体催化剂的浓度18～45％。在反应压力1.6～10Mpa，反应温度180～350℃下，浆态床三相反应器中气相在各自的反应器中作全返混后出反应器。合成气在催化剂上发生如下主要反应：

H₂+CO→(CH₃)_nOH

(CH₃)_nOH→CH₃-O-(CH₃)_x+H₂O

CH₃-O-CH₃→-CH₃-+H₂O

2.生物质原料两段法制合成气的工艺

该工艺的主要特征是：生物质原料(包括生活垃圾的可燃物与农林废弃物如树枝、树叶、锯末、麦秸杆、玉米秸杆、稻壳、稻秧、花生秧、花生壳、杂草等原料)，除特殊情况(如体积太大进不了设备，含水大于50％等)外，以原粒度、原湿度状态首先在一个固定(移动)床气化炉中，用高速(30～280m/s)喷入的氧气<含氧70～100％>作气化介质，在1000-1600℃高温下进行气化。物料受热依次经历脱水、分解成气体和炭质，并逐渐失去原有的形状，在炭质气化析出灰分的同时，得到一个含有水蒸气、焦油、烃类和CO2、CO、H2为主要成分，也含有少量有害成份(如HCl、H2S、有机氯化物、有机硫化物)的可燃性气体。该气体再进入一个气流床气化炉中，与粉煤+氧气+水蒸气共气化。在气流床气化炉中，根据气化温度调解供煤量；控制氧煤比：0.7～1.2kg/kg煤；补加水蒸气与煤比：0～0.2kg/kg煤；利用粉煤(60～100％-200目)+氧气(含氧80～100％)气化时产生的热能使气化温度达到1400～2000℃，气化反应时间3～15s。在共气化过程中，利用粉煤析出挥发分后生成的炭对焦油等有机物的催化裂化作用，促使焦油、烃类、H2O、CO2、有机氯化物、有机硫化物的分解；得到CO+H2为主要成分的粗合成气。

生物质与煤共制合成气的方法有两种实施方式：一种生物质用固定床上吸式气化炉气化，气化气进入另一台气流床气化炉再与粉煤+氧气共气化制成合成气，两炉分别排出液态渣；另一种方式是在一台炉子的上部是生物质下吸式固定床气化炉，中部是粉煤+氧气气流床气化炉，底部是两炉产物的出口。生物质用氧气在上部固定床炉气化产生的粗燃气、水蒸汽、二氧化碳、残炭和灰渣等共同进入中部气流床气化炉与粉煤+氧气共气化制成合成气，液态渣和粗合成气并流从底部出口排出。

3.生活垃圾中可燃物和生物质与煤共造合成气的气化炉

该炉的主要构造特征是：由上炉和下炉构成，上炉是生活垃圾和生物质为原料的固定床下吸式气化炉，下炉是粉煤为主要原料的气流床气化炉。两炉一体相通，中间由一层炉算隔开。炉体是两个直立的同心圆柱体，由钢板卷焊而成。外圆的外壁包一层50～500mm厚的保温材料；两圆环间是一个蒸汽锅炉；内圆的内壁向火部分敷30～90mm厚的耐火材料，耐火材料层内的圆柱形空间是炉膛。炉膛竖向中部(中线上下各一米)是一个水平放置的炉萆，炉萆上部空间是上炉，下部空间是下炉。

炉顶用一个钢制的圆盖封死，园盖可以是平面，也可以是抛物面形。炉顶盖上装有防爆装置，防爆装置是用法兰压紧一个0.2～0.5mm厚的铝片或塑料片。

在炉萆下部的炉体圆周上，布有2～8个粉煤和氧气的喷嘴。喷嘴距炉萆0.1～0.8米，可以均匀地设在一个平面上，也可以上下交错，间距均匀地对面形称分布。氧煤喷枪插入喷嘴。喷枪一般水平安装，也可以稍向上或向下倾斜，喷枪中心线与水平线的夹角0～30°。氧煤喷枪是两套管结构，内管喷氧气，两管环间喷粉煤，出口处内管稍长，可避免氧气倒流入煤管。补加水蒸气加入氧气中。

下炉炉腔的底部是气化产物的共同出口，采用缩口结构。其断面形状为

形。上部收缩角为100～160°。底部端盖呈双层，上层是倒圆锥形，下层是水平放置的圆形，都用钢板制成，焊接在炉体内圆上，其间与锅炉相通。其上面和中心喷口表面敷一层30～190mm厚的耐火材料。

淬冷沉渣池和捞渣螺旋的下端设在地面以下。

耐火材料指的是：含氧化铝80％以上的高铝黏土、含氧化铝80％以上的耐火混凝土、含铬耐火混凝土、刚玉和炭化硅。

在操作时，调节上炉氧气的加入量，就能有效地调节上炉的气化速度。调节下炉粉煤的加入量，控制氧煤比：0.7～1.2kg/kg煤，补加水蒸气与煤比：0～0.2kg/kg煤，就能控制下炉的气化温度。只要出口气体温度大于1600℃，气体中基本上不含焦油和烃类。操作管理较易。

上炉和下炉都在常压工作，常压指大气压加减100kpa范围的气压。下炉压力略小于上炉，上炉是下吸式。下炉底部缩小的出口，使气体和液态渣高速(30～100米/秒)喷出，避免阻塞。

采用水冷壁结构，炉膛内向火部分仅涂敷一层较薄的耐火材料。工作时耐火材料上挂渣，以渣抗渣，以渣护壁。使用时间较长。锅炉产生低压蒸汽供气化炉自用，钢制炉体只承受锅炉水温(120～220℃)和低压(50pa～100kpa)，安全可靠。

从炉腔喷出的气化产物，经过一个由导向筒和锅炉组成的惯性除灰装置，出炉气体在出炉前经过初步除灰和冷却。

4.适应生活垃圾造气的全干法三步除尘脱毒净化工艺

本发明适应生活垃圾造气的全干法三步除尘脱毒净化工艺的主要特征为：出气化炉的粗合成气，经过一个换热器，温度降为100～500℃后，进入一个移动床颗粒层过滤器中进行第一步净化。因为高温氯腐蚀，换热器的材质可用钢制，也可用陶瓷或玻璃制。在移动床颗粒层过滤器中，+0.5-5mm粒级的滤料同时也是吸附剂和反应剂。滤料是指能符合此工艺要求的碱金属或碱土金属制品。粗合成气的第一步净化是在自然压力(指出气化炉后没再加压)、较高的温度(400～700℃)、空速100～1000h^-1、表观过滤速度0.002～1.0m/s、滤料颗粒层向下移动速率0.001～0.1m/s的条件下，除尘、脱水、脱二氧化碳和脱毒同时进行。在移动床颗粒层过滤器中，粗合成气中的粉尘、水分、酸性气体CO2、H₂S、HCl同时被脱除99％以上，重金属蒸气及其化合物脱除80％以上。滤料一次性使用，不再生。

出移动床颗粒层过滤器净化后的气体进入一个换热器，被降温为100℃以下，再经过一个袋式收尘器进行第二步净化。该次净化以精密脱尘为目的。由致密滤布把关。致密滤布是指由各种纤维(包括植物纤维、化学和合成纤维、天然矿物纤维)纺织的，具有1mm以上厚度，空隙不大于2um的滤布。

出袋式收尘器的合成气，进入固定床过滤器，在较低温度(常温～120℃)和低过滤速度(0.001～0.8m/s)下，由分层装入的各种特种活性炭第三步对气体中的各种有害成分把关。特种活性炭是指用于精脱H2S、精脱COS、精脱CS2的专用活性炭制品，也包括用于精脱HCl的活性炭制品。