CN101402885A - 利用高温冶金熔融渣气化可燃固体废物并制备液体燃料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用高温冶金熔融渣气化可燃固体废物并制备液体燃料的方法，属于能源与冶金技术领域。主要由高温催化气化反应装置、气体分离器、合成气液化器、高温冶金熔融渣储存罐及一套液体燃料分离提纯装置构成。高温冶金熔融渣和经破碎的生活垃圾从反应器顶部加入，在高温熔融渣同固体废弃物混合进行接触反应，反应后生成的合成气通过顶部导气管进入产品气回收系统。该方法把高温冶金熔融渣的余热和固体废弃物同时加以利用，实现了余热与固体废物资源一体化利用，既解决了高温冶金熔融渣的余热利用问题，提高了能源利用率，同时还实现了固体废弃物资源最大化，达到节能减排的目的，整个工艺流程短、操作简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用高温冶金熔融渣气化可燃固体废物并制备液体燃料的方法，属于能源与冶金技术领域。
背景技术
钢铁生产过程中产生的大量高温熔融渣(高炉渣、转炉渣等)，温度高达1300～1600℃，每吨渣有1.2GJ的显热(相当于41kg标准煤完全燃烧后所产生的热量)，都没有被利用，白白排放掉。2005年我国钢产量达3.5亿吨/年，可回收高炉渣、转炉渣显热的节能量将达到560万吨标准煤。而每年冶金工业所产出的熔融炉渣约450万t以上，温度一般都在1200～1500℃，带走的热量达到840×1010KJ以上。
由于冶金炉渣是一种高温熔融状态的物质，粘度大、导热性差，冷却过程中其物理性质往往发生变化，炉渣排放为周期放渣，放渣口一般都较为分散，给渣热利用带来很大困难。
国内外对冶金高温熔融渣热量的回收利用均有不同的研究，但尚在起步阶段。水淬熔渣可将渣中热量转换为热水用于加热或采暖，但热效率极低，不仅浪费大量高品质余热资源和水资源，而且严重污染环境。若利用炉渣余热转换为热空气，却由于高温熔融渣易粘结，使用渣-空气换热器或渣和空气直接接触换热有许多困难。
我国城市生活垃圾产生量已达1.4亿t，城市生活垃圾存量约达60多亿t，垃圾侵占土地面积超过6亿m2，已有300多个城市被垃圾包围。我国现有秸秆等农林废弃物3亿t/a，大都被白白烧掉，不仅浪费了大量宝贵的能源，而且严重污染了环境。
目前我国这些可燃固体废弃物处理技术主要有填埋、堆肥、焚烧处理。这些方法均存在占用土地、污染环境、无法实现资源的循环再利用等问题。
可燃固体废弃物气化是垃圾处理较好的方向，该气化过程是一个吸热过程，需要不断加热、升温，确保气化所需的反应温度；高温冶金熔融渣则在处理过程中需要快速冷却，放出大量热量。
如果能发明一种将高温冶金熔融渣与可燃固体废弃物气化并制备液体燃料的方法，在利用高温冶金熔融渣余热的同时，不仅能提高能源利用效率，减少环境污染，还可实现可燃固体废弃物的资源化，获得优质的液体燃料。将高温冶金熔融渣的余热和可燃固体废弃物同时加以利用，这将是我国冶金行业可持续发展与固体废弃物资源化处理的一条有效途径。
发明内容：
本发明的目的是提供一种利用高温冶金熔融渣气化可燃固体废物并制备液体燃料的方法，高温冶金熔融渣不仅为固体废弃物的气化提供了热源，并且冶金渣起到催化气化生活垃圾气化的功能，既利用了高温冶金熔融渣高品位高质量的热量，又利用了它的催化性，还实现了生活垃圾资源化利用，达到了节能降耗和固体废弃物资源化的目的，并且又避免反应过程热点和三废的产生。该系统在简化生活垃圾气化及合成液体燃料的生产工艺、降低生产成本的同时获得了极有应用价值的新能源——液体燃料。
本发明的目的是这样实现的：本发明主要由一个高温催化气化反应装置、一个气体分离器、一个合成气液化器、一个高温冶金熔融渣储存罐及一套液体燃料分离提纯装置构成。其特征在于该方法为：将高炉或冶金炉排出的熔融渣用熔融渣储罐装运到气化反应器边，倾倒在反应器内，同时加入固体废弃物生成合成气，当高温冶金熔融渣的热量被固体废弃物吸收热量后，逐渐冷却并以熔融态形式沉于反应器底部，反应进行到一定的程度后，将熔融渣同反应后的固体废弃物渣的混合物一同移出反应器后，送渣厂做建筑材料；反应器导出来合成气经过净化与分离，进入液化反应器内，再采用催化剂催化液化该合成气，液化合成气的催化反应在液化反应器中均相进行，依据不同的催化剂、不同的温度和压力，选择性的合成不同的液体燃料，并经过脱水、分离、提纯等过程，最终得到优质的液体燃料。
所述的方法所用的装置主要由高温催化气化反应装置、气体分离器、合成气液化器、高温冶金熔融渣储存罐及一套液体燃料分离提纯装置构成。
在熔融渣催化气化反应装置中，反应器内可以通过加入的生活垃圾量来调节气化反应温度，通过反应器的设计和反应条件的优化可以得到只含氢气(H2)和一氧化碳(CO)的合成气。
所述的高温冶金熔融渣可采用高炉渣、冶金渣等。
所述的催化剂是采用甲醇合成催化剂和甲醇脱水催化剂复合的双功能催化剂。
所述的催化剂是Gu-ZnO-Al2O3-Zr作为甲醇合成催化剂，HZSM-5脱水催化剂。
所用的高温冶金熔融渣可采用高炉渣、冶金渣等。在熔融渣催化气化反应装置中，高温冶金熔融渣和经破碎的生活垃圾从反应器顶部加入，在高温熔融渣同固体废弃物混合进行接触反应，反应后生成的合成气通过顶部导气管进入产品气回收系统；高温熔融渣的热量被固体废弃物气化反应所吸收而降低，逐渐冷却，当反应进行到一定程度后，把反应器底部的反应产物清离反应器，反应器内可以通过加入的生活垃圾量来调节气化反应温度。通过反应器的设计和反应条件的优化可以得到只含氢气(H2)和一氧化碳(CO)的合成气。
合成气在反应器中通过高温熔融渣对固体废弃物的高温加热与催化作用，可一步气化获得。具体工艺操作过程表述如下：①将高炉或冶金炉排出的熔融渣用熔融渣储罐装运到气化反应器边，倾倒在反应器内，同时加入固体废弃物，固体废弃物一经加入，立刻吸收熔融渣的高温，由于是液固接触，熔融渣所具备的催化性立刻起到了催化气化固体废弃物的作用，使固体废弃物催化气化成合成气。②当高温冶金熔融渣的热量被固体废弃物吸收热量后，逐渐冷却并以熔融态形式沉于反应器底部，反应进行到一定的程度后，将熔融渣同反应后的固体废弃物渣的混合物一同移出反应器后，送渣厂做建筑材料。
反应器导出来合成气经过净化与分离，进入液化反应器内，再采用催化剂催化液化该合成气，催化剂采用是甲醇合成催化剂和甲醇脱水催化剂复合的双功能催化剂.这里选用Gu-ZnO-Al 2O3-Zr作为甲醇合成催化剂，HZSM-5脱水催化剂。
液化合成气的催化反应在液化反应器中均相进行，依据不同的催化剂、不同的温度和压力，选择性的合成甲醇、脂、醚、烃等液体燃料，并经过脱水、分离、提纯等过程，最终得到优质的液体燃料。
该方法是采用高温冶金熔融渣，利用它的显热和潜热，并利用它的催化性，在反应装置内将生活垃圾催化气化为合成气，即氢气(H2)和一氧化碳(CO)的混合气体，再在另一反应器内将合成气液化为可燃液体。该反应不但打破了多步合成中的化学平衡限制，提高了单程转化率，而且可将反应中产生的大量反应热迅速移去，在一定程度上避免了合成催化剂由于超温而引起的失活.液化反应器由于存在导热性能好、热容大的惰性液相载体，可及时移走反应热并维持反应气温度及压力。
本发明具有以下优点：
(1)把高温冶金熔融渣的余热和固体废弃物同时加以利用，实现了余热与固体废物资源一体化利用，既解决了高温冶金熔融渣的余热利用问题，提高了能源利用率，同时还实现了固体废弃物资源最大化，达到节能减排的目的；
(2)利用了高温冶金熔渣的催化性能，定向气化固体废弃物，得到了合成气；
(3)再对合成气进行催化液化并分离，得到了优质的液体燃料。
(4)整个工艺流程短，操作简单。
附图说明
图1是本发明利用高温冶金熔融渣气化可燃固体废物并制备液体燃料的方法的工艺流程示意图。
具体实施方式
实施例1：某年产量为400万t的钢铁厂高炉产出的渣量约为72万t/a，出渣时液态高炉渣温度为1450左右，现在采用的是水淬方式处理，冲渣水量约1200吨/小时。将收集来的周边城市生活垃圾自然干燥至含水率低于15％，，经机械分选除去部分不可燃物质并破碎为平均粒径小于5mm的颗粒(热值达11093kJ/kg)，在气化炉内按4660kg垃圾/t渣的比例混合气化，气化炉压力在45.5～55.5kPa之间调节。气化产生的气体经由气化炉顶部进入气体净化装置净化提纯后再经由冷却器降温，得到优质的合成气，成分为CO：37.33％，H2：26.93％，热值达5329kJ/m3。将该合成气送到液化炉内，液化炉操作温度为220℃～260℃，压力为3.0MPa～7.0MPa，空速1000～5000h-1空，H2∶CO＝0.7∶1，得到的液体燃料为二甲醚：30％，甲醇：43％。被降温至500℃左右的固态渣经气化冷却粉碎装置破碎降温，温度降至45℃，冷却粉碎后得到的废渣送建材厂生产水泥。该方案回收利用的高炉熔渣热量约为4.3万t标准煤。
实施例2：某炼铜厂排出的铜渣中每吨铜渣含有2.16×106KJ的余热。首先将温度达1185℃的熔融渣与粉碎(20mm以下)、干燥后的秸秆在气化炉内按3644kg废物/t渣的比例混合气化，采用H-ZSM-5做催化剂，气化炉压力控制在33.7～52.5kPa间。气化产生的气体经由气化炉顶部进入气体净化装置净化提纯后再经由冷却器降温，得到优质的合成气，成分为CO：47.56％，H2：36.22％，热值达5763kJ/m3，通入液化炉内，液化炉操作温度为250℃～280℃，压力为2.0MPa～6.0MPa，空速1500～5400h-1空，H2∶CO＝0.75∶1.5，得到的液体燃料为甲醇：43％，羟基乙醛16.4％，乙二醇9.3％，乙酸23.1％。渣温度降至638℃左右的固态渣经气化冷却粉碎后，温度降至67℃左右，降温粉碎过程所产生的水蒸气输送至气化炉作为气化介质，冷却粉碎后的废渣，可用作筑路材料。
Claims (6)
1、一种利用高温冶金熔融渣气化可燃固体废物并制备液体燃料的方法，其特征在于该方法为：将高炉或冶金炉排出的熔融渣用熔融渣储罐装运到气化反应器边，倾倒在反应器内，同时加入固体废弃物生成合成气，当高温冶金熔融渣的热量被固体废弃物吸收热量后，逐渐冷却并以熔融态形式沉于反应器底部，反应进行到一定的程度后，将熔融渣同反应后的固体废弃物渣的混合物一同移出反应器后，送渣厂做建筑材料；反应器导出来合成气经过净化与分离，进入液化反应器内，再采用催化剂催化液化该合成气，液化合成气的催化反应在液化反应器中均相进行，依据不同的催化剂、不同的温度和压力，选择性的合成不同的液体燃料，并经过脱水、分离、提纯等过程，最终得到优质的液体燃料。
2、根椐权利要求1所述的利用高温冶金熔融渣气化可燃固体废物并制备液体燃料的方法，其特征在于：所述的方法所用的装置主要由高温催化气化反应装置、气体分离器、合成气液化器、高温冶金熔融渣储存罐及一套液体燃料分离提纯装置构成。
3、根椐权利要求1所述的利用高温冶金熔融渣气化可燃固体废物并制备液体燃料的方法，其特征在于：在熔融渣催化气化反应装置中，反应器内可以通过加入的生活垃圾量来调节气化反应温度，通过反应器的设计和反应条件的优化可以得到只含氢气(H2)和一氧化碳(CO)的合成气。
4、根椐权利要求1所述的利用高温冶金熔融渣气化可燃固体废物并制备液体燃料的方法，其特征在于：所述的高温冶金熔融渣可采用高炉渣、冶金渣等。
5、根椐权利要求1所述的利用高温冶金熔融渣气化可燃固体废物并制备液体燃料的方法，其特征在于：所述的催化剂是采用甲醇合成催化剂和甲醇脱水催化剂复合的双功能催化剂。
6、根椐权利要求1所述的利用高温冶金熔融渣气化可燃固体废物并制备液体燃料的方法，其特征在于：所述的催化剂是Gu-ZnO-Al2O3-Zr作为甲醇合成催化剂，HZSM-5脱水催化剂。
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