CN101565629B - 垃圾生物质多联产处理的工艺、系统及设备 - Google Patents
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Abstract
垃圾生物质多联产处理的工艺、系统及设备，涉及到垃圾生物质气化、液化处理系统，把垃圾生物质进行气化处理，气体用来生产清洁能源和化工原料，炉渣用来生产建材或肥料，余热用来发电和供热，实现环境友好的处理城市生活垃圾，保护生态环境。系统主要由气相循环气化炉、烟气循环风管、烟气循环风机、除尘/净化塔和合成反应器组成，其特征是把气化炉内的烟气、水蒸汽和热解生成的气态物进行气相循环反应，生成富氢合成气，同时瓦解剧毒物二恶英；富氢合成气通过后级处理，生产城市煤气或甲醇或二甲醚或氢气。本系统固态原料气化完全，无污染物排放，废气排放量极低，容易进行净化处理，设备大小灵活，易于普及。
Description
所属技术领域
本发明涉及垃圾、生物质处理的工艺及系统设备，特别涉及到垃圾、生物质的气化和液化设备。
背景技术
当前，能源紧张，环保形势严峻，垃圾泛滥成灾。垃圾随着我国国民经济的发展及城市规模的不断扩大而迅速增加，并且其有害成分的含量也越来越高，如处理不好，将会污染环境，威胁人民的身体健康，这不仅会制约社会的进步，也影响到国民经济的可持续发展。当前，我国处理城市生活垃圾主要有卫生填埋技术、堆肥(生化)技术和焚烧技术，大部分地区采用卫生填埋法处理城市生活垃圾，这不但需占用大量的土地、浪费资源，而且容易污染土地及地下水；采用堆肥法仅利用40％左右的有机物，还要严格控制堆肥制品中重金属的含量，防治污染土壤和进入食品链作物，存在堆肥制品的销售问题，需建设配套的焚烧工艺设备、配套的烟气净化系统，还需要有卫生填场相配套，同样存在二次污染的隐患；采用焚烧发电法来处理城市生活垃圾，可以做到减量化、资源化处理生活垃圾，但焚烧法处理生活垃圾所追求的主要目标是把垃圾在焚烧炉内充分燃烧，其次才是能量的回收，由于生活垃圾焚烧烟气具有含水量大、氯化氢浓度高，对材料有较大的腐蚀性，不能把热能回收装置设置在强辐射区，使热能回收受到影响，所以，垃圾焚烧发电存在下列缺点：1.以处理垃圾为主要目标，能量利用率仅为20％左右；2.烟气、二氧化碳排放量大，烟气中污染物有粉尘、氯化氢、氟化氢、硫氧化物、氮氧化物、致癌剧毒物(二恶英、呋喃)、重金属(汞、铅、铬等)，虽有烟气净化系统，但难以完全消除，特别是二恶英、呋喃超标排放，目前还缺乏技术可靠的NOx和二恶英等的末端净化工艺；3.只能在经济发达的大城市建垃圾焚烧发电厂，中小城市的垃圾资源量不适宜建垃圾发电厂，因而不能普及应用。综上所述，卫生填埋法、堆肥(生化)法或焚烧发电法处理城市生活垃圾都存在资源得不到充分利用和二次污染环境问题，还存在处理成本过高，建设项目和运行要依靠财政拨款，给政府财政造成负担。
我国是一个农业大国，生物质资源非常丰富，仅稻草、麦草、芦苇、竹子等非木材纤维就年产超过10亿吨，加上大量木材加工剩余物，都是巨大的能源“仓库”。生物质能在使用过程中几乎不产生污染，没有SO2排放，产生的CO2气体与植物生长过程中需要吸收的CO2在数量上保持平衡，被称之为CO2中性的燃料。用生物质能代替化石燃料，不仅可永续利用，而且环保和生态效果突出，对改善大气酸雨环境、减轻温室效应都有极大的好处。然而，我国目前的农林剩余物质资源浪费惊人，除小部分农村用来发酵生产沼气外，大部分都被直接燃烧、填埋、腐烂掉了。把垃圾、生物质通过气化或液化的方法转化为清洁的二次能源，可以取得双重的有益效果，一是可以解决环境污染问题，二是可以减少对石油煤炭资源的依赖。由于生活垃圾的特点是含水率高、热值低、含氯物多易生成剧毒物二恶英，因此，对生活垃圾的焚烧处理技术要求高，工艺及设备复杂，而生物质同样存在含水率高、热值低的特点，用一般的工艺设备只能生产热值不高的合成气或生物油，再把这种低热值的合成气或生物油进行提炼成满足使用要求的产品，将会使生产成本大幅提高，过高的生产成本限制了垃圾生物质转化项目的商业化应用。
二甲醚作为燃料应用是最近几年提出来的，二甲醚很容易液化，稍加压即为液体易贮存，作为民用燃料及车用燃油的替代燃料，二甲醚液化气的性质比石油液化气优越，二甲醚其自身含氧，能够充分燃烧不冒黑烟，不析碳、无残液，在使用过程中没有SO2排放，污染物及CO2排量低、对臭氧层无损害，是一种理想的清洁燃料。当前，石油液化气的使用已相当普及，作为汽车燃料和民用燃料替代领域，二甲醚有着非常美好的市场前景。当前，国内外生产二甲醚主要由煤、天然气等不可再生能源转化而来，仍没有摆脱对煤炭、天然气等化石能源的依赖，在转换过程中浪费了近一半的能量，未来煤或天然气的消耗压力将会加大，从而无法从根本上解决能源问题。如用垃圾、生物质为原料生产二甲醚，就可以取得双重的有益效果，一是可以解决环境污染问题，减少大气中二氧化碳含量，从而减轻温室效应；二是能代替化石燃料，可以减少对石油煤炭资源的依赖。
针对当前能源紧张、环保形势严峻的局面，我国政府的相关部门及科技工作者都致力于可再生新能源的研发，生物质能的开发应用及城市垃圾的资源化应用成为研发的热点，并有许多成果问世，但都是单一化的处理工艺，存在资源不能充分利用、处理成本过高、目标产物品位不高的缺点，还存在废气、废水、废渣的处理问题。
发明内容
本发明的目的是要克服现有垃圾、生物质处理技术的缺点，提出一种垃圾、生物质多联产处理的工艺、系统及设备，垃圾生物质原料气化的气体用来生产清洁能源和化工原料，包括生产城市煤气、氢气、甲醇、二甲醚、碳酸氢钾或二氧化碳产品；炉渣用来生产建材或肥料；余热用来发电，发电后的废汽用来供暖和生活热水；实现环境友好的处理城市生活垃圾，保护生态环境。所述的垃圾原料包括城市生活垃圾、医疗垃圾和工业高分子废弃物，所述的生物质原料包括农业废弃物、林业废弃物、木材加工废弃物、水生植物、野生植物以及建筑装璜工地的木基质废料，把上述的废弃物进行多联产处理，包括跨企业、跨行业多联产处理系统，实现资源合理使用与环境保护的和谐协调。
为了达到上述目的，本发明采取的垃圾、生物质多联产处理工艺，包括垃圾、生物质、煤的气化技术和间接液化技术，其特征是把垃圾、生物质或煤作为气化原料送入气相循环气化炉内进行烘干、热解、还原和残炭氧化燃烬，同时把氧气或空气或水蒸汽作为氧化剂及气化剂送入炉内，控制氧化区的温度在1000～1600℃，还原区的温度在700～1000℃，热解区的温度在500～800℃，烘干区的温度≥120℃，烟/气/汽出口处和烘干区的操作压力为负压20～30Pa；对炉内产生的烟气、水蒸汽、氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、气态烃和气态焦油混合的气态物通过循环回路返回到炉内的氧化区进行循环处理，用氧化区燃烧残炭产生的1000～1600℃高温来裂解混合气态物中的气态烃和焦油、化解烟气、瓦解剧毒物二恶英，用还原区700～1000℃的高温把二氧化碳还原为一氧化碳，用热解区500～800℃的温度使固态原料中的挥发分逸出，用气化反应余热把进入炉内的原料进行烘干，烘出的水蒸汽作为反应所需的气化剂，通过气相循环反应，把固态原料转化为富氢合成气或富甲烷合成气。其中：在氧化区以垃圾生物质残炭与氧气进行氧化放热反应为主，同时伴有水蒸汽与炭进行水煤气反应、水蒸汽与甲烷重整反应及水蒸汽与焦油重整反应，生成一氧化碳和氢气；在还原区进行以炭与二氧化碳还原反应为主，并伴有水煤气反应和一氧化碳变换反应；在热解区除固态原料分解出挥发分外，还伴有一氧化碳变换反应。气化炉内固态物流程和气态物的流程是：固态原料由喂料口进入气相循环气化炉内，固态物料充满自喂料口至氧化区的炉腔，固态物料在炉内以自身重力进行垂直运动或由喂料机推送进行横向运动，通过烘干、热解、还原和残炭氧化，燃烬的灰渣排入水封式渣仓；氧气/空气由鼓氧/鼓风接口进入气相循环气化炉内的风室，再由风室进入氧化区，或水蒸汽通过等离子体喷枪喷入炉内的氧化区，炉内氧化生成的热能、二氧化碳、一氧化碳和热解产生的氢气、甲烷、气态烃、气态焦油、烟气和水蒸汽混合的气态物通过固态物料间的空隙与固态原料逆向而行，由氧化区依次向还原区、热解区、烘干区运行，然后由烟气出口经炉外的烟气循环回路返回炉内的氧化区进行气相循环处理，生成以氢气、一氧化碳为主要成分的富氢合成气或以甲烷、一氧化碳、氢气为主要成分的富甲烷合成气，把富氢合成气或富甲烷合成气从气相循环气化炉的热解区与还原区结合部位抽出，送到后续处理工序。
上述工艺流程中，在氧化区进行反应的化学式有：
C(s)+O2(g)→CO2(g) ΔH＝+406.96kj/mol
C(s)+H2O(g)→CO(g)+H2(g) ΔH＝-131.2kj/mol
CnHm(g)+nH2O(g)→nCO(g)+(n+m/2)H2(g) 吸热反应
CH4(g)+H2O(g)→CO(g)+3H2(g) ΔH＝-205.8kj/mol
CH4(g)+CO2(g)→2CO(g)+2H2(g) ΔH＝-247.8kj/mol
CnHm(g)→nC+m/2H2(g) 吸热
CO(g)+H2O(g)→CO2(g)+H2(g) ΔH＝+42kj/mol
……
在还原区进行反应的化学式有：
C(s)+CO2(g)→2CO(g) ΔH＝-172.2kj/mol
CO(g)+H2O(g)→CO2(g)+H2(g) ΔH＝+42kj/mol
在热解区进行热解的化学式有：
(C6H10O5)n(s)→gC(s)+xC6H10O5(s)+zCnHm(g)+…… 吸热
(C6H10O5)n(s)→nC6H10O5(s) 吸热
C6H10O5(s)→C(s)+CO(g)+H2(g)+CH4(g)+…… 吸热
(C6H10O5)n(s)→gC(s)+kCO(g)+pH2(g)+tCH4(g)+vCO2(g)+xCnHm(g)+…… 吸热
CO(g)+H2O(g)→CO2(g)+H2(g) ΔH＝+42kj/mol
……
上述的在气相循环气化炉内的气化反应包括采取氧化-气化技术或采取等离子体气化技术，当采取氧化-气化技术时，用空气分离设备制取氧气，把氧气送入炉内的氧化区，与垃圾生物质残炭进行氧化放热反应，或直接把空气送入炉内的氧化区进行氧化放热反应；当采取等离子体气化技术时，用等离子体喷枪把水蒸汽加热到＞3100℃的温度后再喷入气相循环气化炉内的氧化区，取代氧气与垃圾生物质残炭进行氧化反应、甲烷化反应、水煤气反应，向炉内提供水煤气反应、还原反应、热解和原料烘干所需的热能，同时生成二氧化碳、一氧化碳、甲烷和氢气，二氧化碳再与炭进行还原反应成为一氧化碳，甲烷再与水蒸汽反应或与二氧化碳反应生成一氧化碳和氢气。采取等离子体气化技术在氧化区进行反应的化学式有：
C(s)+O2(g)→CO2(g) ΔH＝+406.96kj/mol
C(s)+2H2(g)→CH4(g) ΔH＝+75.6kj/mol
C(s)+H2O(g)→CO(g)+H2(g) ΔH＝-131.2kj/mol
C(s)+1/2O2(g)→CO(g) ΔH＝+203.48kj/mol
CH4(g)+H2O(g)→CO(g)+3H2(g) ΔH＝-205.8kj/mol
CH4(g)+CO2(g)→2CO(g)+2H2(g) ΔH＝-247.8kj/mol
CnHm(g)→nC(s)+m/2H2(g) 吸热
CnHm(g)+nH2O(g)→nCO(g)+(n+m/2)H2(g) 吸热反应
CO(g)+H2O(g)→CO2(g)+H2(g) ΔH＝+42kj/mol
C(s)+CO2(g)→2CO(g) ΔH＝-172.2kj/mol
……
从气相循环气化炉抽出的富氢合成气或富甲烷合成气通过下列工序中的一种或几种进行后级处理：
a.把富氢合成气或富甲烷合成气直接送入锅炉、窑炉，输入氧气或空气进行燃烧；
b.把富氢合成气或富甲烷合成气通过除尘/净化处理，送入锅炉或窑炉或内燃机作燃料使用；
c.把富氢合成气或富甲烷合成气通过余热锅炉回收热能降温、除尘/净化处理后，再经过压缩，贮存在气柜内，作为城市煤气使用；
d.把富氢合成气通过余热锅炉回收热能降温、除尘/净化处理后，送入甲醇合成反应器或二甲醚合成反应器内，催化合成甲醇产品或二甲醚产品；
e.把富氢合成气通过余热锅炉回收热能降温、除尘/净化处理后，送入一氧化碳变换反应器，用水蒸汽和一氧化碳反应，使合成气中氢气与一氧化碳的摩尔比例达到2∶1，再送入二氧化碳吸收塔内用碳酸钾溶液脱去二氧化碳，再把富氢合成气送入甲醇合成反应器或二甲醚合成反应器内，催化合成甲醇产品或二甲醚产品；
f.把富氢合成气或富甲烷合成气通过余热锅炉回收热能降温、除尘/净化处理后，送入电催化合成反应设备内，在操作压力为0～1Mpa、操作温度为120～450℃的低压宽温条件下，采用低温等离子体催化，合成二甲醚产品或甲醇产品；
g.把富氢合成气通过余热锅炉回收热能降温、除尘/净化处理后，送入加氢混合器，同时把氢气送入加氢混合器，使合成气中氢气与一氧化碳的摩尔比例达到2∶1，再送入甲醇合成反应器或二甲醚合成反应器内，合成甲醇产品或二甲醚产品；
h.把富氢合成气通过余热锅炉回收热能降温、除尘/净化处理后，送入一氧化碳变换反应器，用水蒸汽和一氧化碳反应，生成二氧化碳和氢气，再把含二氧化碳和氢气的合成气送入变压分离/净化设备除去二氧化碳、氮气和杂质后，生产氢气产品。
上述的后级处理工序中，当以城市生活垃圾、医疗垃圾或工业高分子废弃物为原料时，把从气相循环气化炉内抽出的富氢合成气或富甲烷合成气先通过余热锅炉降温至800℃后，再进行迅速降温至200℃以下，以避免合成气中含氯有机物重新生成二恶英，然后再把富氢合成气送入除尘/净化工序。合成气在除尘/净化工序中除去灰尘并进行脱氯/脱硫/脱氟/脱二氧化碳，用氢氧化钠(烧碱溶液)或氢氧化钙(石灰浆)作吸收剂，当采用氢氧化钠作吸收剂时，氢氧化钠与氯化氢反应，生成氯化钠和水，反应式为：
NaOH(ι)+HCl(g)＝NaCl(s)+H2O
氢氧化钠与硫化合物反应，生成亚硫酸钠和水或生成硫酸钠和水，反应式为：
2NaOH(ι)+SO2(g)＝Na2SO3(s)+H2O
2NaOH(ι)+H2SO3(ι)＝Na2SO3(s)+2H2O
2NaOH(ι)+SO3(g)＝Na2SO4(s)+H2O
2NaOH(ι)+H2SO4(ι)＝Na2SO4(s)+2H2O
氢氧化钠与氟化氢反应，生成氟化钠和水，反应式为：
NaOH(ι)+HF(g)＝NaF(s)+H2O
氢氧化钠与二氧化碳反应，生成碳酸钠和水，反应式为：
2NaOH(ι)+CO2(g)＝Na2CO3(s)+H2O
当采用氢氧化钙作吸收剂时，氢氧化钙与氯化氢反应，生成氯化钙和水，反应式为：
Ca(OH)2(ι)+2HCl(g)＝CaCl2(s)+2H2O
氢氧化钙与硫化合物反应，生成亚硫酸钙和水或生成亚硫酸氢钙和水，反应式为：
Ca(OH)2(ι)+SO2(g)＝CaSO3(s)+H2O
Ca(OH)2(ι)+2SO2(g)＝Ca(HSO3)2(s)
Ca(OH)2(ι)+2H2SO3(ι)＝Ca(HSO3)2(s)+2H2O
氢氧化钙与氟化氢反应，生成氟化钙和水，反应式为：
Ca(OH)2(ι)+2HF(g)＝CaF2(s)+2H2O
氢氧化钙与二氧化碳的反应为：
Ca(OH)2(ι)+CO2(g)＝CaCO3(s)+H2O
除尘/净化工序在进行除尘/脱氯/脱硫/脱氟/脱二氧化碳的同时，对去除重金属、二恶英、呋喃也有很好的效果。
当以农林废弃物和薪柴之类的生物质为原料时，把从气相循环气化炉内抽出的富氢合成气或富甲烷合成气通过余热锅炉按常规热交换法进行降温，后续处理工序中不进行脱氯/脱硫。尾部废气中，主要含有二氧化碳、氮气和发生副反应生成的不明气体，其中一部分氮气是从固态原料中分解出来的，还有一部分氮气是随原料进炉时混入的空气中带入的，把氮气分离出来排空或进行净化处理作为副产品，把二氧化碳和不明气体反馈进气化炉内进行还原处理。
上述工艺中，合成设备采用常规合成塔时，合成甲醇工艺采用Cu/Zn/Al催化剂，合成塔内的操作压力为3～15Mpa，操作温度为210～280℃；合成二甲醚工艺选用CuO/ZnO/Al2O3和改性ZSM-5双功能催化剂，合成塔内的操作压力为2～5Mpa，操作温度为230～270℃；当合成设备采用电催化合成反应器生产甲醇产品或二甲醚产品时，反应器内的操作压力为0～1Mpa，操作温度为120～400℃，用低温等离子体协同催化。原料气在合成塔内进行缩合反应，甲醇的反应式为：CO+2H2＝CH3OH+102.5kj/mol，二甲醚的反应式为：2CO+4H2＝(CH3)2O+H2O+200.2kj/mol或3CO+3H2＝(CH3)2O+CO2+237.44kj/mol。
上述工艺中，当气化炉内的水蒸汽含量过低不利于气化反应时，把垃圾渗沥水或洗涤废水喷入气相循环气化炉内进行汽化，产生的蒸汽作为气化剂。
本发明的一种实施上述工艺的系统，包括垃圾、生物质或煤的气化处理设备，其特征是系统主要由喂料机(6)、气相循环气化炉(7)、烟气循环风管(8)、烟气循环风机(9)、除尘/净化塔(14)、产物压缩机(22)和气柜(24)构成，其中：喂料机(6)上有料斗(4)，喂料机(6)的输料口连接到气相循环气化炉(7)的喂料口；气相循环气化炉(7)的烟/气/汽出口通过烟气循环风管(8)连接到烟气循环风机(9)的吸风口，烟气循环风机(9)的出风口连接到气相循环气化炉(7)的氧化区或风室；气相循环气化炉(7)的合成气输出接口连接到除尘/净化塔(14)，除尘/净化塔(14)连接到产物压缩机(22)，产物压缩机(22)连接到气柜(24)。为了实现余热回收利用，在气相循环气化炉(7)与除尘/净化塔(14)之间有余热锅炉(12)和引气风机(13)；当系统作为制氢设备时，在除尘/净化塔(14)与气柜(24)之间有一氧化碳变换反应器(15)和变压分离/净化设备(21)；气相循环气化炉(7)的合成气输出接口连接到余热锅炉(12)，余热锅炉(12)连接到引气风机(13)的吸风口，引气风机(13)的出风口连接到除尘/净化塔(14)，除尘/净化塔(14)连接到一氧化碳变换反应器(15)，一氧化碳变换反应器(15)连接到变压分离/净化设备(21)，变压分离/净化设备(21)连接到气柜(24)。
本发明的另一种实施上述工艺的系统，包括垃圾、生物质或煤的气化及间接液化处理设备，其特征是系统主要由喂料机(6)、气相循环气化炉(7)、烟气循环风管(8)、烟气循环风机(9)、余热锅炉(12)、除尘/净化塔(14)、合成反应器(18)、分离塔(19)和贮罐(24b)构成，其中：喂料机(6)上有料斗(4)，喂料机(6)的输料口连接到气相循环气化炉(7)的喂料口；气相循环气化炉(7)的烟/气/汽出口通过烟气循环风管(8)连接到烟气循环风机(9)的吸风口，烟气循环风机(9)的出风口连接到气相循环气化炉(7)的氧化区或风室；气相循环气化炉(7)的合成气输出接口连接到余热锅炉(12)，余热锅炉(12)连接到除尘/净化塔(14)，除尘/净化塔(14)通过原料气压缩机(16)连接到合成反应器(18)的原料气进口，合成反应器(18)的混合物出口连接到分离塔(19)的进口；分离塔(19)的产物出口连接到贮罐(24b)，分离塔(19)的未反应物出口通过循环压缩机(20)连接到合成反应器(18)的原料气进口接头。为了使除尘/净化塔(14)内的压力保持在常压范围，在余热锅炉(12)与除尘/净化塔(14)之间有引气风机(13)，余热锅炉(12)通过引气风机(13)连接到除尘/净化塔(14)；当系统为二甲醚生产设备时，在分离塔(19)与贮罐(24b)之间有产物压缩机(22)和冷却器(23)，分离塔(19)的产物出口连接到产物压缩机(22)，产物压缩机(22)连接到冷却器(23)，冷却器(23)连接到贮罐(24b)。为了调整合成气中氢气与一氧化碳的比例达到2∶1，降低合成反应设备的压缩功耗，在除尘/净化塔(14)与原料气压缩机(16)之间有一氧化碳变换反应器(15)和二氧化碳吸收塔(17)，除尘/净化塔(14)连接到一氧化碳变换反应器(15)，一氧化碳变换反应器(15)连接到二氧化碳吸收塔(17)，二氧化碳吸收塔(17)连接到原料气压缩机(16)；或者在除尘/净化塔(14)与原料气压缩机(16)之间有加氢混合器(15b)，除尘/净化塔(14)连接到加氢混合器(15b)的进料口，加氢混合器(15b)的出料口连接到原料气压缩机(16)，氢气通过加氢混合器(15b)加入到原料气中，使之达到配比要求、提高目标产物的产量、减少或不产生二氧化碳。氢气由制氢装置(44)提供，采取电解水制氢或生物质制氢，不会污染环境及不消耗化石能源。
上述系统中，由制氧设备(35)分离空气制取氧气提供给气相循环气化炉(7)做氧化剂及气化剂。
上述系统中，在气相循环气化炉(7)的氧化区侧墙上安装等离子体喷枪(46)，把水蒸汽送入等离子体喷枪(46)加热分解后再喷入气相循环气化炉(7)的氧化区，取代氧气作为氧化剂及气化剂。用水蒸汽通过等离子体喷枪加热分解来取代氧气时将增加合成气中的氢气摩尔分数，减少二氧化碳含量，获得高热值的合成气，有利于提高目标产物的产量、简化后级处理及环境保护。
上述系统中，气化炉内原料中分解出的氮气和随原料进炉时混入空气而产生的氮气将通过尾气净化设备脱去，尾气中的二氧化碳通过循环装置返回气化炉内进行还原处理；系统中还有垃圾渗沥水处理装置，通过水泵(37)把垃圾渗沥水或洗涤废水喷进气化反应炉内，用炉内的高温使垃圾渗沥水汽化为水蒸汽，水蒸汽作为气化剂使用，即处理了垃圾渗沥水，又使炉内获得了气化剂；系统中还有汽轮发电机组(11)，利用气化反应炉的余热和合成反应器移出的热能发电。
上述系统中，其中的气化炉(7)应用本发明的气相循环气化炉设备；其中的喂料机(6)、余热锅炉(12)、除尘/净化塔(14)、一氧化碳变换反应器(15)、二氧化碳吸收塔(17)、制氢装置(44)、变压分离/净化设备(21)、分离塔(19)、贮罐(24b)和制氧设备采用公知的成熟技术设计制造；其中的合成反应器(18)应用本发明的电催化合成反应器设备或采用其他专利技术或采用公知的成熟技术制造。
上述的垃圾生物质多联产处理系统，当垃圾生物质处理量大于100吨/天的规模时，通过控制操作中心(32)进行智能化自动控制操作，由主计算机为核心进行系统集中监控管理，并通过专用计算机对破碎进料、气化炉的操作控制、除尘/净化、分离冷却、辅机设备控制操作、发电用电、产品计量灌装等进行分散控制，自动控制系统通过监视各设备的运行，将各操作自动化、最优化。这部分的设备采用垃圾焚烧发电厂的成熟技术。
本发明的一种实施上述工艺或构成上述系统的设备，包括氧化-气化技术，其特征是气相循环气化炉(7)的烟气循环出口(704)通过烟气循环风管(8)和烟气循环风机(9)串联连接到氧化区(7-V)的烟气循环入口(709)，设备主要由喂料机(6)、气相循环气化炉(7)、烟气循环风管(8)和烟气循环风机(9)组成，其中：气相循环气化炉(7)为隧道式或高炉式结构，炉内有烟/气/汽混合区(7-I)、烘干区(7-II)、热解区(7-III)、还原区(7-IV)、氧化区(7-V)和风室(7-VII)，烟/气/汽混合区(7-I)、烘干区(7-II)、热解区(7-III)、还原区(7-IV)、氧化区(7-V)和风室(7-VII)之间依次前后相邻相通或上下相邻相通，烟/气/汽混合区(7-I)在烘干区(7-II)的上方，与烘干区(7-II)相邻的是热解区(7-III)，与热解区(7-III)相邻的是还原区(7-IV)，与还原区(7-IV)相邻的是氧化区(7-V)，与氧化区(7-V)相邻的是风室(7-VII)；气相循环气化炉(7)的前部端面上或烘干区(7-II)的上部有喂料口(701)，喂料机(6)的输料口连接到喂料口(701)上，喂料机(6)上有料斗(4)；烟气循环出口(704)从烟/气/汽混合区(7-I)的上部接出，烟气循环入口(709)从氧化区(7-V)的上部接入；鼓氧/鼓风接口(712)在风室(7-VII)部位接入；合成气出口(706)从热解区(7-III)与还原区(7-IV)的结合部位接出。为了利用灰渣的余热来加热氧气或空气，在氧化区(7-V)与风室(7-VII)之间有冷渣区(7-VI)。本设备中；当设备为高炉式气化炉时，在氧化区(7-V)与风室(7-VII)之间或冷渣区(7-VI)与风室(7-VII)之间有摇动炉排(717)；在烘干区(7-II)的炉墙上有低料位传感器(719)和高料位传感器(720)，用来监控炉内原料的高度；在氧化区(7-V)的炉墙上有温度传感器(708)和视镜，在热解区(7-III)的炉墙上有温度传感器(705)和视镜，通过检测到的温度数据来控制热解区(7-III)和氧化区(7-V)的温度。本设备集烘干、热解、变换反应、还原反应、残炭氧化燃烧为一体，把垃圾、生物质或煤作为气化原料进入炉内，同时氧气或空气由鼓氧/鼓风接口(712)进入到风室(7-VII)，再由风室(7-VII)进入到氧化区(7-V)，在氧化区(7-V)的尾部区域形成富氧环境，把残炭燃烬，氧化反应产生的热能提供给炉内气化反应所需的能量；把炉内产生的含有水蒸汽、煤烟、焦油、一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷和CnHm混合的烟气从炉的烟气循环出口(704)抽出，然后送回炉内的氧化区(7-V)，在氧化区(7-V)1000～1600℃的环境中通过气相循环反应，使水蒸汽与煤烟作用生成一氧化碳和氢气，把烟气中的焦油、甲烷、CnHm进行重整，转化为一氧化碳和氢气；用水蒸汽与一氧化碳进行变换反应，生成二氧化碳和氢气；彻底瓦解剧毒物二恶英；二氧化碳在还原区与炭作用还原为一氧化碳，通过气相循环反应，获得以一氧化碳和氢气为主要成分的富氢合成气；富氢合成气从合成气出口(706)抽出，送入后级工序处理。本设备不排放烟气，采用烟气循环气化，不仅减少对大气的污染，而且避免排烟热损失及气体不完全燃烧热损失，提高原料的转化率。
本发明的另一种实施上述工艺或构成上述系统的设备，包括等离子体气化设备，其特征是把水蒸汽通过等离子体喷枪加热后喷入气相循环气化炉(7)的氧化区，取代氧气与残炭进行氧化反应及气化反应，气相循环气化炉(7)的烟气循环出口(704)通过烟气循环风管(8)和烟气循环风机(9)串联连接到风室(7-VII)的烟气循环入口(712b)；设备主要由喂料机(6)、气相循环气化炉(7)、烟气循环风管(8)、烟气循环风机(9)和等离子体喷枪(46)组成，其中：气相循环气化炉(7)为高炉式或隧道式结构，内有烟/气/汽混合区(7-I)、烘干区(7-II)、热解区(7-III)、氧化区(7-V)和风室(7-VII)，烟/气/汽混合区(7-I)、烘干区(7-II)、热解区(7-III)、氧化区(7-V)之间依次前后相邻相通或上下相邻相通，烟/气/汽混合区(7-I)在烘干区(7-II)的上方，与烘干区(7-II)相邻的是热解区(7-III)，与热解区(7-III)相邻的是氧化区(7-V)；氧化区(7-V)的下面是风室(7-VII)，氧化区(7-V)与风室(7-VII)之间有布风板(717b)；等离子体喷枪(46)安装在氧化区(7-V)的侧墙上；气相循环气化炉(7)的前部端面上或烘干区(7-II)的上部有喂料口(701)，喂料机(6)的输料口连接到喂料口(701)上，喂料机(6)上有料斗(4)；烟气循环出口(704)从烟/气/汽混合区(7-I)的上部接出，烟气循环入口(712b)从风室(7-VII)部位接入；合成气出口(706)从热解区(7-III)与氧化区(7-V)的结合部位接出。本设备采用等离子体喷枪把水蒸汽加热到3100℃以上，使水分子分解为氧和氢，取代氧气作为氧化剂和气化剂，使生成的合成气中氢的摩尔分数提高，减少二氧化碳的生成量。用常规的加热方式在常压条件下很难达到水的分解温度，而使用等离子体喷枪来加热就很容易达到，等离子体加热的方法有：欧姆加热，它是利用等离子体的阻抗来加热的；磁压缩加热，外磁场加到等离子体上会对它产生压缩作用，因而引起升温，这种方法加在已加热的等离子体上可使它继续升温；中性原子注入法加热，将高能中性原子注入磁场中获得高温；利用等离子体中存在静波、等离子体波、磁声波、磁流体力学波和电磁波的不稳定性质来加温；还有磁泵加热和离子回旋共振波加热；利用激光束、强的高能粒子束、微波辐射和利用激震波产生等离子体加热。本发明的把水蒸汽加热到＞3100℃，只要利用等离子体的某些性质就很容易做到。用等离子体喷枪的热能输入到炉内的氧化区，在氧化区的温度达到1300℃以上，燃烬的灰渣成熔融状态，熔融灰渣落入水封式渣仓即成为玻璃体物质，可直接作建筑材料使用。
本发明的一种实施上述工艺或构成上述系统的设备，包括电催化合成技术，其特征是合成器在操作压力为0～1Mpa、操作温度为120～450℃的低压宽温条件下，采用低温等离子体催化进行合成反应，电催化合成反应器(18)主要由原料气分配室(1803)、催化室(1815)、冷却剂室(1805)、产物集合室(1812)、中心电极(1808)、外电极管束(1807)和壳体(1806)组成，其中：原料气分配室(1803)由封头(1819)、隔板(1817)、原料气进口(1818)和壳体(1806)的一部分构成，封头(1819)上有绝缘塞(1802)，原料气进口(1818)从壳体(1806)的一侧接入，隔板(1817)的另一侧是冷却剂室(1805)；冷却剂室(1805)由隔板(1817)、隔板(1813)、冷却剂进口(1814)、冷却剂出口(1804)和壳体(1806)的一部分构成，冷却剂进口(1814)从冷却剂室低端的壳体(1806)一侧接入，冷却剂出口(1804)从冷却剂室高端的壳体(1806)一侧接出，隔板(1813)的另一侧是产物集合室(1812)；外电极管束(1807)穿过冷却剂室(1805)把原料气分配室(1803)与产物集合室(1812)进行连通；产物集合室(1812)由封头(1811)、隔板(1813)、产物出口(1810)和壳体(1806)的一部分构成，产物出口(1810)从壳体(1806)的一侧接出；外电极管束(1807)的管内空间构成催化室(1815)，催化室(1815)内有中心电极(1808)，中心电极(1808)通过原料气分气室封头上的绝缘塞(1802)进行定位并引出，然后通过高压导线连接到工作电源；中心电极(1808)用不锈钢棒状材料制作，在中心电极(1808)的表面沉积催化剂介质或把中心电极(1808)套上石英管(1809)进行封装。本设备采用石英管(1809)封装在中心电极(1808)上成为放电阻挡介质，在运行时，12～50KV的直流或交流工作电源施加在中心电极(1808)与外电极管束(1807)之间，在催化室(1815)内形成低温等离子体，低温等离子体与催化剂协同进行催化反应。所述的低温等离子体也称非平衡等离子体，在非平衡等离子体的体系内，电子的温度可以高达数万度以上，而重粒子的温度接近室温，因而在放电场内的温度接近室温；在等离子体的内部和表面都存在着强大的静电场，电场向反应腔体内的气体分子直接传递能量，产生大量的活性分子、激发态分子、活性原子、激发态原子等，同时加速电子与气体分子进行碰撞，把能量传递给参加反应的气体分子，使得通常需要在极其苛刻的条件才能发生的化学反应变得在接近常压和室温条件下就容易进行，因而所需能耗极低。另外，电催化的优点是易于控制反应速度、选择性好，电催化室置于冷却剂中，反应器内温差小，可以提高目标产物的产出率，从而大大提高催化效率，使得生产成本降低。
本发明的有益效果是：把垃圾、生物质通过多联产处理，综合处理费用低，产出价值高，变废为宝，不但消除了垃圾的污染，减排CO2，环保和生态效果突出，主产品为清洁能源，规模化生产后可以缓解能源紧张的局面。本发明与垃圾焚烧发电相比，具有如下优点：固态原料气化完全，能量转化率高；主产品为清洁能源，资源化利用程度高；废气排放量极低，容易进行净化处理，没有二次污染现象。本发明以把垃圾转化为二次清洁能源为主要目标，真正实现垃圾处理的无害化、减量化和资源化，系统规模可大可小，省、市级以上的大中城市和县级、乡镇级的城镇都可建设生产线，而且产品不存在销路问题，因而易于普及。
附图说明
本发明提供下列附图作进一步的说明，但各附图及以下的具体实施方式均不构成对本发明的限制：
图1是本发明的一种垃圾生物质多联产处理的示意方框图。
图2是本发明的另一种垃圾生物质多联产处理的示意方框图。
图3是本发明的一种主产品为城市煤气的垃圾生物质多联产处理工艺的流程方框图。
图4是本发明的一种主产品为甲醇的垃圾生物质多联产处理工艺的流程方框图。
图5是本发明的一种主产品为二甲醚的垃圾生物质多联产处理工艺的流程方框图。
图6是本发明的另一种主产品为甲醇或二甲醚的垃圾生物质多联产处理工艺的流程方框图。
图7是本发明的一种垃圾生物质多联产处理的系统图。
图8是本发明的另一种垃圾生物质多联产处理的系统图。
图9是本发明的又一种垃圾生物质多联产处理的系统图。
图10是本发明的一种氧化-气化反应炉设备结构图。
图11是本发明的另一种氧化-气化反应炉设备结构图。
图12是本发明的又一种氧化-气化反应炉设备结构图。
图13是图10～12所示设备的气化流程示意图。
图14是本发明的一种等离子体气化反应炉设备结构图。
图15是图14所示设备的气化流程示意图。
图16是本发明的电催合成反应器设备结构图。
图中：1.输送带，2.抓斗，3.吊车控制室视窗，4.料斗，5.破碎机，6.喂料机，7.气相循环气化炉，8.烟气循环风管，9.烟气循环风机，10.蒸汽缸，11.汽轮发电机组，12.余热锅炉，13.引气风机，14.除尘/净化塔，15.一氧化碳变换反应器，15b.加氢混合器，16.原料气压缩机，17.二氧化碳吸收塔，18.合成反应器，19.分离塔，20.循环压缩机，21.变压分离/净化设备，22.产物压缩机，23.冷却器，24.气柜，24b.贮罐，25.吸收剂仓，26.吸收剂泵，27.消防监控中心，28.吸收剂仓/水箱，29.吸收剂泵/水泵，30.高压配电室，31.低压配电室，32.控制操作中心，33.贮渣坑，34.灰渣输送带，35.制氧设备，36.推渣机，37.水泵，38.垃圾渗沥水，39.垃圾贮坑，40.卸料平台，41.风幕，42.风幕机，43.垃圾卸料控制室视窗，44.制氢装置，45.等离子喷枪工作电源，46.等离子体喷枪，47.无机物贮坑，48.废金属贮坑，49.输送带，50.磁选机，51.风选机，52.尾气反馈回路，701.喂料口，702.壳体，703.防爆阀，704.烟气循环出口，705.温度传感器，706.合成气出口，707.保温层，708.温度传感器，709.烟气循环入口，709b.辅助供氧接口，710.耐火层，711.隔热层，712.鼓氧/鼓风接口，712b.烟气循环入口，713.点火/检修门，714.出渣口，715.水封，716.视镜，717.炉排，717b.布风板，718.挡灰器，719.低料位传感器，720.高料位传感器，721.水蒸汽接口，722.辅助鼓氧/鼓风接口，1801.电极帽，1802.绝缘塞，1803.原料气分配室，1804.冷却剂出口，1805.冷却剂室，1806.壳体，1807.外电极管束，1808.中心电极，1809.石英管，1810.产物出口，1811.产物集合室封头，1812.产物集合室，1813.隔板，1814.冷却剂进口，1815.催化室，1816.催化剂，1817.隔板，1818.原料气进口，1819.原料气分气室封头，1820.压力表接口，1821.温度传感器接口，7-I.烟/气/汽混合区，7-II.烘干区，7-III.热解区，7-IV.还原区，7-V.氧化区，7-VI.冷渣区，7-VII.风室，7-VIII.辅助风室，IX.固态混合原料，X.气态混合物，XI.富氢合成气，XII.氧气或空气，XIIb.通过等离子体加热到3100～3300℃的水蒸汽及其分解物，XIII.灰渣，XIIIb.熔融灰渣，XIV.固体炭及灰分，XV.固态物料。
具体实施方式
图1所示的垃圾生物质多联产处理的方案中，用城市生活垃圾添加生物质或煤为原料通过氧化-气化反应炉进行气化后，合成气用来生产城市煤气或氢气或甲醇或二甲醚产品，炉渣用来生产建材或肥料，余热用来发电和供热，分离出的二氧化碳作化工原料，实现环境保护以及生产清洁能源、建材、化工原料、发电和供热的多联产处理。方案中，采用空气分离设备把空气分离为氧气和氮气，氧气送入氧化-气化反应炉作为氧化剂或气化剂，氮气直接排空或进行净化处理后作为产品。
图2所示的垃圾生物质多联产处理的方案中，固体废弃物包括城市生活垃圾、医疗垃圾和工业高分子废弃物，添加生物质或煤为原料通过等离子气化炉进行气化后，合成气用来生产城市煤气或甲醇或二甲醚产品，熔融炉渣直接用作筑路材料，非熔融炉渣用来生产水泥，余热用来发电和供热，实现环境保护以及生产清洁能源、建材、化工原料、发电和供热的多联产处理。方案中，采用等离子体喷枪加热水蒸汽后喷入气化炉作为氧化剂或气化剂，气化炉内生成高热值的合成气，使城市煤气的热值提高，或甲醇、二甲醚的产量提高；在生产甲醇或二甲醚的原料气中采取加氢的措施，不但提高目标产物的产量，还可减少二氧化碳的生成或不生成二氧化碳，有利于后级处理，氢气用电解水的方法制取，电解水制氢的电能使用电网谷电或通过水力发电提供，不会有环境污染问题及不消耗常规能源。当不采用向原料气加氢的方法时，通过一氧化碳变换的措施来调高原料气中氢气的摩尔分数。本实施例包括跨企业、跨行业多联产处理。
图3所示的垃圾生物质多联产处理系统的工艺流程中，主产品为城市煤气，副产建材或肥料、发电和供热。其工艺流程为：垃圾生物质送入气相循环气化炉，氧气或空气/水蒸汽作为氧化剂或气化剂同时送入炉内进行氧化反应或气化反应，炉内氧化区的温度控制在1000～1200℃，还原区的温度控制在700～1000℃，热解区的温度控制在500～800℃，炉内生成的烟、汽、气混合物沿烟气循环回路进行气相循环反应；炉内反应生成的含有CO、H2和CH4的富氢合成气经过余热回收利用、降温至200℃以下，再经过除尘/净化后，由压缩机输入到气柜贮存，作为城市煤气使用；把气相循环气化炉排出的灰渣用于生产建材或肥料；余热锅炉产生的蒸汽用来发电，发电后的废热用来采暖供热或供生活热水。
图4所示的垃圾生物质多联产处理系统的工艺流程中，主产品为甲醇，副产建材或肥料、发电、供热、碳酸氢钾或二氧化碳化工原料。其工作流程为：垃圾生物质送入气相循环气化炉，氧气或水蒸汽作为氧化剂或气化剂同时送入炉内进行氧化反应或气化反应，炉内氧化区的温度控制在1000～1200℃，还原区的温度控制在700～1000℃，热解区的温度控制在500～800℃，炉内生成的烟、汽、气混合物沿烟气循环回路进行气相循环反应；炉内反应生成含有CO、H2的富氢合成气经过余热回收利用、降温至200℃以下，再经过除尘/净化后，通过一氧化碳变换工序，再送入二氧化碳吸收塔，用K2CO3溶液与CO2结合为KHCO3，回收KHCO3或CO2作化工原料；合成气脱去CO2后作为原料气送入甲醇合成塔，在操作压力3～15Mpa、操作温度210～280℃的环境中，用Cu/Zn/Al催化剂，通过CO+H2＝CH3OH+102.5kj/mol反应，合成甲醇；再把甲醇混合物进行分离，把未反应的合成气返回合成塔进行循环反应，把甲醇产品输入贮罐贮存；把气相循环气化炉排出的灰渣用于生产建材或肥料；余热锅炉和合成塔产生的蒸汽用来发电，发电后的废热用来采暖供热或供生活热水。
图5所示的垃圾生物质多联产处理系统的工艺流程中，主产品为二甲醚，副产建材、发电和供热，其工作流程为：垃圾生物质送入气相循环气化炉，水蒸汽通过等离子体喷枪加热后作为氧化剂或气化剂同时送入炉内进行氧化反应或气化反应，炉内氧化区的温度控制在1300～1600℃，还原区的温度控制在800～1200℃，热解区的温度控制在500～800℃，炉内生成的烟、汽、气混合物沿烟气循环回路进行气相循环反应；炉内反应生成含有CO、H2的富氢合成气经过余热回收利用、降温至200℃以下，再经过除尘/净化后，送入二甲醚合成塔，在操作压力2～5Mpa、操作温度230～270℃的环境中，用CuO/ZnO/Al2O3+ZSM-5催化剂，通过3CO+3H2＝(CH3)2O+CO2+237.44kj/mol或CO+H2O→CO2+H2+42kj/mol、2CO+4H2＝(CH3)2O+H2O+200.2kj/mol反应，合成二甲醚；再把二甲醚混合物进行分离，获得二甲醚产品，把未反应物通过脱氮处理后返回合成塔进行循环反应，尾气反馈进气化炉进行循环处理；把气相循环气化炉排出的熔融灰渣直接用于建筑材料；余热锅炉和合成塔产生的蒸汽用来发电，发电后的废热用来采暖供热或供生活热水。
图6所示的垃圾生物质多联产处理系统的工艺流程中，主产品为二甲醚，副产建材、发电和供热。其工作流程为：垃圾生物质送入气相循环气化炉，水蒸汽通过等离子体喷枪加热后作为氧化剂或气化剂同时送入炉内进行氧化反应和气化反应，炉内氧化区的温度控制在1300～1600℃，还原区的温度控制在800～1200℃，热解区的温度控制在500～800℃，炉内生成的烟、汽、气混合物沿烟气循环回路进行气相循环反应；炉内反应生成含有CO、H2的富氢合成气经过余热回收利用、降温至200℃以下，再经过除尘/净化后，通过加氢混合器加入氢气，使合成气中氢气与一氧化碳的摩尔比例达到2∶1，送入电催化合成反应器，在操作压力0～1Mpa、操作温度120～400℃的环境中，采用低温等离子体协同催化，通过2CO+4H2＝(CH3)2O+H2O+200.2kj/mol反应，合成二甲醚；再把二甲醚混合物进行分离，获得二甲醚产品，把未反应物及催化剂经脱氮处理后返回合成反应器进行循环反应；把气相循环气化炉排出的熔融灰渣直接用于建筑材料；余热锅炉和合成塔产生的蒸汽用来发电，发电后的废热用来采暖供热或供生活热水。用电网谷电或水力发电的电能来电解水制取氢气，氢气加入合成气中生产二甲醚，提高产量，在生产过程中减少生成二氧化碳或不产生二氧化碳，减少废气量。
图7所示的实施方式是以农林废弃物之类生物质为原料的多联产气化处理系统，主产品为氢气，主要由输送带(1)、料斗(4)、喂料机(6)、气相循环气化炉(7)、烟气循环风管(8)、烟气循环风机(9)、余热锅炉(12)、引气风机(13)、除尘/净化塔(14)、一氧化碳变换反应器(15)、变压分离/净化设备(21)、气柜(24)和控制操作中心(32)构成，其中：料斗(4)在喂料机(6)上，喂料机(6)的出料口连接到气相循环气化炉(7)的喂料口；气相循环气化炉(7)的烟/气/汽出口通过烟气循环风管(8)连接到烟气循环风机(9)的吸风口，烟气循环风机(9)的出风口连接到气相循环气化炉(7)的氧化区；气相循环气化炉(7)的合成气输出接口连接到余热锅炉(12)，余热锅炉(12)通过管道连接到引气风机(13)的吸风口；引气风机(13)的出风口通过管道连接到除尘/净化塔(14)，除尘/净化塔(14)连接到一氧化碳变换反应器(15)，一氧化碳变换反应器(15)连接到变压分离/净化设备(21)，变压分离/净化设备(21)连接到气柜(24)。本实施例的除尘/净化塔(14)集除尘、洗涤净化为一体，除下来的灰尘杂质由塔底排出，配套设备有水箱(28)和水泵(29)，洗涤水循环使用。本实施例的工作流程是：生物质原料由输送带(1)送进料斗(4)，再由喂料机(6)把原料推送进气相循环气化炉(7)内，使进料口至氧化区的炉腔内充满物料，点燃氧化区的物料，把制氧设备(35)制取的氧气送入炉内的氧化区，炉内便进行氧化-气化反应，通过气相循环反应，炉内生成富氢合成气；富氢合成气在气相循环气化炉(7)的还原区与热解区结合位置被引出，通过余热锅炉(12)交换热能降温后，进入到除尘/净化塔(14)进行净化处理，除去灰尘和杂质，再经一氧化碳变换反应器(15)把合成气中的一氧化碳与水蒸汽进行反应，生成二氧化碳和氢气，二氧化碳通过变压分离/净化设备(21)脱出，变压分离/净化设备(21)还把气体中含有的氮气其它杂质分离出来，把氢气净化后送入气柜(24)贮存。从气相循环气化炉(7)内抽出的富氢合成气温度高达1000℃以上，通过余热锅炉(12)交换出热量，用来生产蒸汽，蒸汽输送到汽轮发电机组(11)进行发电，供给系统使用或并入电网；从气相循环气化炉(7)排出的灰渣作为肥料使用。上述的工作过程通过控制操作中心(32)进行智能化操作，将各操作集中化、自动化、最优化。本实施例用于生产城市煤气时，系统中不安装一氧化碳变换反应器(15)和变压分离/净化设备(21)设备，把富氢合成气或富甲烷合成气从气相循环气化炉(7)内抽出，通过余热锅炉(12)交换热能降温后，再经除尘/净化塔(14)除去灰尘杂质，由产物压缩机(22)压缩送入气柜(24)，供应用户使用。
图8所示的实施例是以垃圾、生物质或煤为原料的多联产间接液化处理系统，主产品为二甲醚液化气，主要由卸料平台(40)、垃圾贮坑(39)、抓斗(2)、料斗(4)、破碎机(5)、喂料机(6)、气相循环气化炉(7)、烟气循环风管(8)、烟气循环风机(9)、余热锅炉(12)、引气风机(13)、除尘/净化塔(14)、一氧化碳变换反应器(15)、二氧化碳吸收塔(17)、原料气压缩机(16)、合成反应器(18)、分离塔(19)、产物压缩机(22)、冷却器(23)、贮罐(24b)、汽轮发电机组(11)和控制操作中心(32)构成，其中：破碎机(5)在料斗(4)与喂料机(6)之间，喂料机(6)的出料口连接到气相循环气化炉(7)的喂料口；气相循环气化炉(7)的烟/气/汽出口通过烟气循环风管(8)连接到烟气循环风机(9)的吸风口，烟气循环风机(9)的出风口连接到气相循环气化炉(7)的氧化区；气相循环气化炉(7)的合成气输出接口连接到余热锅炉(12)，余热锅炉(12)连接到引气风机(13)的吸风口；引气风机(13)的出风口连接到除尘/净化塔(14)，除尘/净化塔(14)连接到一氧化碳变换反应器(15)，一氧化碳变换反应器(15)连接到二氧化碳吸收塔(17)；二氧化碳吸收塔(17)连接到原料气压缩机(16)，原料气压缩机(16)连接到合成反应器(18)的原料气进口，合成反应器(18)的混合物出口连接到分离塔(19)的进口；分离塔(19)的未反应物出口通过循环压缩机(20)连接到合成反应器(18)的原料气入口，分离塔(19)的产物出口连接到产物压缩机(22)，产物压缩机(22)连接到冷却器(23)，冷却器(23)连接到二甲醚贮罐(24b)。本实施例的工作流程是：垃圾车在卸料平台(40)上把垃圾卸入垃圾贮坑(39)，吊机行车操纵抓斗(2)把垃圾抓进料斗(4)，垃圾原料通过喂料机(6)进入到气相循环气化炉(7)内，使进料口至氧化区的炉腔内充满物料，点燃氧化区的物料，把制氧设备(35)制取的氧气送入炉内的氧化区，炉内便进行氧化-气化反应，通过气相循环反应，炉内生成以氢气和一氧化碳为主要成分的富氢合成气；富氢合成气在气相循环气化炉(7)的还原区与热解区结合的位置被引出，通过余热锅炉(12)交换热能降温至800℃后，再迅速冷却至200℃以下，以防止含氯有机物重新生成二恶英，然后进入到除尘/净化塔(14)进行净化处理，除去灰尘，同时用氢氧化钠溶液或石灰浆进行脱氯/脱硫/脱氟/脱二氧化碳，除下来的固体废弃物由除尘/净化塔(14)的底部排出，经除尘/净化后的富氢合成气进入到一氧化碳变换反应器(15)内，用水蒸汽与一氧化碳进行变换反应，生成二氧化碳和氢气，提高合成气中氢气的摩尔分数，再把富氢合成气送入二氧化碳吸收塔(17)，用碳酸钾溶液吸收剂脱去合成气中的二氧化碳，净化后的富氢合成气通过原料气压缩机(16)进入到合成反应器(18)内，在操作压力2～5Mpa、操作温度230～270℃的环境中，用CuO/ZnO/Al2O3+ZSM-5催化剂，通过2CO+4H2＝(CH3)2O+H2O+200.2kj/mol反应，合成二甲醚，或把原料气送入电催化合成反应器内，在操作压力0～1Mpa、操作温度120～400℃的环境中，采用低温等离子体协同催化，合成二甲醚；二甲醚产物从合成反应器(18)的产物出口输出，经分离塔(19)进行分离，未反应物通过循环压缩机(20)返回合成反应器(18)内进行循环反应，二甲醚产品经产物压缩机(22)压缩后再经冷却器(23)冷却后，送入贮罐(24b)贮存。从气相循环气化炉(7)内抽出的富氢合成气温度高达1000℃以上，通过余热锅炉(12)交换出热能，用来生产蒸汽，合成反应器(18)内产生的大量反应热通过热交换器移出反应器后生产蒸汽，余热锅炉(12)生产的过热蒸汽和合成反应器(18)内移出的热能生产的蒸汽由蒸汽缸(10)输送到汽轮发电机组(11)进行发电；把从气相循环气化炉(7)中排出的炉渣用来生产水泥或生产保温砖。本实施例在合成反应器之前把原料气通过一氧化碳变换处理、脱去二氧化碳，使合成反应的压缩功耗大为降低，有利于降低生产成本；除尘/净化塔(14)的配套设备有吸收剂仓(28)和吸收剂泵(29)，吸收剂循环使用；二氧化碳吸收塔(17)的配套设备有吸收剂仓(25)和吸收剂泵(26)，吸收剂循环使用；通过水泵(37)把垃圾渗沥水或洗涤废水喷进气化反应炉内，用炉内的高温使垃圾渗沥水汽化，汽化的水蒸汽作为气化剂使用。上述的工作过程通过控制操作中心(32)进行智能化自动控制操作，自动控制系统通过监视各设备的运行，将各操作自动化、最优化。应用本实施例生产甲醇产品时，系统中不需安装产物压缩机(22)和冷却器(23)，把一体积的一氧化碳与二体积的氢气送进合成反应器(18)内，在操作压力3～15Mpa、操作温度210～280℃的环境中，用Cu/Zn/Al催化剂，通过CO+H2＝CH3OH+102.5kj/mol反应，合成甲醇，甲醇混合物再经分离塔(19)分离出产品，送入贮罐(24b)贮存。
图9所示的是另一例以垃圾、生物质或煤为原料的多联产间接液化处理系统，主产品为二甲醚液化气，主要由卸料平台(40)、垃圾贮坑(39)、抓斗(2)、料斗(4)、破碎机(5)、喂料机(6)、气相循环气化炉(7)、烟气循环风管(8)、烟气循环风机(9)、等离子体喷枪(46)、余热锅炉(12)、引气风机(13)、除尘/净化塔(14)、加氢混合器(15b)、原料气压缩机(16)、合成反应器(18)、分离塔(19)、产物压缩机(22)、冷却器(23)、贮罐(24b)、汽轮发电机组(11)和控制操作中心(32)构成，其中：破碎机(5)在料斗(4)与喂料机(6)之间，喂料机(6)的出料口连接到气相循环气化炉(7)的喂料口；气相循环气化炉(7)的烟/气/汽出口通过烟气循环风管(8)连接到烟气循环风机(9)的吸风口，烟气循环风机(9)的出风口连接到气相循环气化炉(7)的风室；等离子体喷枪(46)安装在气相循环气化炉(7)的氧化区侧墙上，等离子体喷枪(46)的配套设备有工作电源(45)，等离子体喷枪(46)上的工作气接口连接到蒸汽缸(10)；气相循环气化炉(7)的合成气输出接口连接到余热锅炉(12)，余热锅炉(12)连接到引气风机(13)的吸风口；引气风机(13)的出风口连接到除尘/净化塔(14)，除尘/净化塔(14)连接到加氢混合器(15b)、加氢混合器(15b)连接到原料气压缩机(16)，原料气压缩机(16)连接到合成反应器(18)的原料气进口，合成反应器(18)的混合物出口连接到分离塔(19)的进口；分离塔(19)的未反应物出口通过循环压缩机(20)连接到合成反应器(18)的原料气入口，分离塔(19)的产物出口连接到产物压缩机(22)，产物压缩机(22)连接到冷却器(23)，冷却器(23)连接到二甲醚贮罐(24b)；从循环压缩机(20)的出口管道上接出尾气反馈回路(52)，把尾气脱去氮气后送回气化炉进行还原反应。本实施例的工作流程是：垃圾车在卸料平台(40)上把垃圾卸入垃圾贮坑(39)，吊机行车操纵抓斗(2)把垃圾抓进料斗(4)，垃圾原料通过喂料机(6)进入到气相循环气化炉(7)内，使进料口至氧化区的炉腔内充满物料，点燃氧化区的物料，待炉内升温后把水蒸汽输入等离子体喷枪(46)，用等离子体把水蒸汽加热到3100℃以上，再送入气相循环气化炉(7)内的氧化区，与炉内的炭进行氧化反应和甲烷化反应，同时把等离子体产生的高温能量送入炉内，提供给还原反应、水煤气反应、固体原料热解及原料烘干所需的热能；通过气相循环反应，炉内生成以氢气和一氧化碳为主要成分的富氢合成气；富氢合成气在气相循环气化炉(7)的氧化区与热解区结合的位置被引出，通过余热锅炉(12)交换热能降温至800℃后，再迅速冷却至200℃以下，以防止含氯有机物重新生成二恶英，然后进入到除尘/净化塔(14)进行净化处理，除去灰尘，同时用氢氧化钠溶液或石灰浆进行脱氯/脱硫/脱氟/脱二氧化碳，除下来的固体废弃物由除尘/净化塔(14)的底部排出，经除尘净化后的富氢合成气进入到加氢混合器(15b)，同时把制氢装置(44)生产的氢气送入加氢混合器(15b)与合成气进行混合，使氢气与一氧化碳的比例达到2∶1，再把富氢合成气通过原料气压缩机(16)进入到合成反应器(18)内，在操作压力2～5Mpa、操作温度230～270℃的环境中，用CuO/ZnO/Al2O3+ZSM-5催化剂，通过2CO+4H2＝(CH3)2O+H2O+200.2kj/mol反应，合成二甲醚，或把原料气送入电催化合成反应器内，在操作压力0～1Mpa、操作温度120～400℃的环境中，采用低温等离子体协同催化，合成二甲醚；二甲醚产物从合成反应器(18)的产物出口输出，经分离塔(19)进行分离，未反应物通过循环压缩机(20)返回合成反应器(18)内进行循环反应，二甲醚产品经产物压缩机(22)压缩再经冷却器(23)冷却后，送入贮罐(24b)贮存。从气相循环气化炉(7)内抽出的富氢合成气温度高达1000℃以上，通过余热锅炉(12)交换出热能，用来生产蒸汽，合成反应器(18)内产生的大量反应热通过热交换器移出反应器后生产蒸汽，余热锅炉(12)生产的过热蒸汽和合成反应器(18)内移出的热能生产的蒸汽由蒸汽缸(10)输送到汽轮发电机组(11)进行发电；从气相循环气化炉(7)中排出的熔融炉渣直接用作建筑材料。通过水泵(37)把垃圾渗沥水或洗涤废水喷进气化反应炉内，用炉内的高温使垃圾渗沥水汽化，汽化的水蒸汽作为气化剂使用。上述的工作过程通过控制操作中心(32)进行智能化自动控制操作，由主计算机为核心进行系统集中监控管理，自动控制系统通过监视各设备的运行，将各操作自动化、最优化。应用本实施例生产甲醇产品时，系统中不需安装产物压缩机(22)和冷却器(23)，把一体积的一氧化碳与二体积的氢气送进合成反应器(18)内，在操作压力3～15Mpa、操作温度210～280℃的环境中，用Cu/Zn/Al催化剂，通过CO+H2＝CH3OH+102.5kj/mol反应，合成甲醇，甲醇混合物再经分离塔(19)分离出产品，送入贮罐(24b)贮存。
图10所示的实施例为隧道式气相循环气化炉设备，主要由料斗(4)、喂料机(6)、气相循环气化炉(7)、烟气循环风管(8)和烟气循环风机(9)组成，其中：气相循环气化炉(7)的炉体由壳体(702)、保温层(707)、隔热层(711)和耐火层(710)构成，耐火层(710)在最里层，耐火层(710)的外层为隔热层(711)，隔热层(711)的外层为保温层(707)，保温层(707)的外层为壳体(702)，气相循环气化炉(7)内有烟/气/汽混合区(7-I)、烘干区(7-II)、热解区(7-III)、还原区(7-IV)、氧化区(7-V)、冷渣区(7-VI)和风室(7-VII)，烘干区(7-II)在炉的前端，烟/气/汽混合区(7-I)在烘干区(7-II)的上方，与烘干区(7-II)相邻的是热解区(7-III)，与热解区(7-III)相邻的是还原区(7-IV)，与还原区(7-IV)相邻的是氧化区(7-V)，与氧化区(7-V)相邻的是冷渣区(7-VI)，与冷渣区(7-VI)相邻的是风室(7-VII)；喂料口(701)在气相循环气化炉(7)的前端，喂料机(6)的输料口连接到喂料口(701)上，料斗(4)在喂料机(6)上；烟气循环出口(704)从烘干区(7-II)的上方接出，烟气循环入口(709)从氧化区(7-V)的上方接入；鼓氧/鼓风接口(712)接进风室(7-VII)；合成气出口(706)从热解区(7-III)与还原区(7-IV)的结合部位接出；气相循环气化炉(7)的烟气循环出口(704)通过烟气循环风管(8)和烟气循环风机(9)串联连接到氧化区(7-V)的烟气循环入口(709)上。本实施例中，在氧化区(7-V)的炉墙上有温度传感器(708)，在热解区(7-III)的炉墙上有温度传感器(705)，通过检测到的温度数据来控制热解区(7-III)和氧化区(7-V)的温度；在烘干区(7-II)、热解区(7-III)、还原区(7-IV)、氧化区(7-V)、冷渣区(7-VI)的侧墙上有视镜(716)，用来观察炉内的情况。本实施例的工作流程是：原料在喂料机(6)推送下由气相循环气化炉(7)前端进入炉内，然后被推动向炉后运动，使喂料机(6)至氧化区(7-V)的炉腔内充满物料，点燃氧化区(7-V)的物料，通入氧气助燃，设备运行正常时，控制氧化区(7-V)的温度在1000～1200℃范围，还原区(7-IV)的温度在700～1000℃范围，热解区(7-III)的温度在500～800℃范围，控制炉内烟/气/汽混合区(7-I)为负压20～30Pa；氧气通过鼓氧/鼓风接口(712)进入炉内的风室(7-VII)，然后从冷渣区(7-VI)的灰渣空隙中穿过到达氧化区(7-V)的尾部，在氧化区(7-V)尾部形成富氧环境，氧气与炭进行氧化放热反应，生成二氧化碳，随着反应进行，炉内氧化区(7-V)的前部形成贫氧环境，还原区(7-IV)及热解区形成无氧环境，使氧化-气化反应能够按设计的方向进行；固态原料进入炉内后，在烘干区(7-II)进行烘干和挥发物逸出，在热解区(7-III)继续进行挥发物逸出，在还原区(7-IV)进行还原反应，残炭在氧化区(7-V)进行氧化燃烧直至燃烬，燃烬的灰渣在冷渣区(7-VI)把余热提供给助燃的氧气或空气，灰渣冷却后由出渣口(714)排入水封式渣仓；氧化区(7-V)的氧化反应产生的热气流与炉内产生的水蒸汽、煤烟、焦油、一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷、CnHm的混合烟气往炉的前端运行，把热能提供给还原反应、热解和原料烘干后，集聚在烟/气/汽混合区(7-I)，然后由烟气循环出口(704)通过循环风管(8)及循环风机(9)返回到氧化区(7-V)，在氧化区1000～1200℃的环境中，彻底瓦解剧毒物二恶英，同时使水蒸汽与煤烟作用生成一氧化碳和氢气，二氧化碳与炭作用还原为一氧化碳，把烟气中的焦油、甲烷、CnHm转化为一氧化碳和氢气，获得以一氧化碳和氢气为主要成分的富氢合成气。本实施例中，喂料机(6)为螺旋进料器或柱式进料器，利用进料器和料斗内的原料，可以阻挡外界空气进入炉内，也可防止炉内的气态物外泄；在烟/气/汽混合区(7-I)的侧墙上有防爆阀(703)；在炉的尾部还有点火/检修门(713)，方便设备停炉时出料及开炉时点火及维修使用。在设备运行时，通过控制进料速度、配合输氧量、调节烟气水蒸汽混合物的循环量及产物的流量来进行调整炉内的负压及操作温度。
图11所示的实施例为另一种隧道式气相循环氧化-气化炉设备，与图10所示的实施例不同之处为：在氧化区(7-V)和冷渣区(7-VI)的下面增加了辅助风室(7-VIII)，辅助风室(7-VIII)与氧化区(7-V)和冷渣区(7-VI)之间有炉排(717)，在辅助风室(7-VIII)的侧墙上有辅助鼓氧/鼓风接口(722)。
图12所示的实施例是一种高炉式的气相循环氧化-气化炉设备，主要由料斗(4)、喂料机(6)、气相循环气化炉(7)、烟气循环风管(8)和烟气循环风机(9)组成，其中：气相循环气化炉(7)由壳体(702)、保温层(707)、隔热层(711)和耐火层(710)构成，耐火层(710)在最里层，耐火层(710)的外层为隔热层(711)，隔热层(711)的外层为保温层(707)，保温层(707)的外层为壳体(702)，气相循环气化炉(7)内有烟/气/汽混合区(7-I)、烘干区(7-II)、热解区(7-III)、还原区(7-IV)、氧化区(7-V)、冷渣区(7-VI)和风室(7-VII)，烟/气/汽混合区(7-I)、烘干区(7-II)、热解区(7-III)、还原区(7-IV)、氧化区(7-V)和冷渣区(7-VI)之间依次相连相通，烟/气/汽混合区(7-I)在炉的顶部，烟/气/汽混合区(7-I)的下面是烘干区(7-II)，烘干区(7-II)的下面是热解区(7-III)，热解区(7-III)的下面是还原区(7-IV)，还原区(7-IV)的下面是氧化区(7-V)，氧化区(7-V)的下面是冷渣区(7-VI)；风室(7-VII)在冷渣区(7-VI)的下面，在冷渣区(7-VI)与风室(7-VII)之间有摇动炉排(717)；烘干区(7-II)的上部有喂料口(701)，喂料机(6)的输料口连接到喂料口(701)上，料斗(4)在喂料机(6)上；烟气循环出口(704)从烟/气/汽混合区(7-I)的上部接出，烟气循环入口(709)从氧化区(7-V)的上部侧面接入，烟气循环出口(704)通过烟气循环风管(8)和烟气循环风机(9)串联连接到氧化区(7-V)的烟气循环入口(709)上；鼓氧/鼓风接口(712)接进风室(7-VII)；合成气出口(706)从热解区(7-III)与还原区(7-IV)的结合部位接出，在合成气出口(706)上还有挡灰器(718)，设备运行时，挡灰器(718)把固体颗粒物挡回炉内。本实施例中，在氧化区(7-V)炉墙上有温度传感器(708)，在热解区(7-III)的炉墙上有温度传感器(705)，通过检测到的温度数据来控制热解区(7-III)和氧化区(7-V)的温度；在烘干区(7-II)的炉墙上有低料位传感器(719)和高料位传感器(720)，用来监控炉内原料的高度；在烘干区(7-II)、热解区(7-III)、还原区(7-IV)、氧化区(7-V)、冷渣区(7-VI)的侧墙上有视镜(716)，用来观察炉内的运行情况。本实施例的工作流程是：把垃圾、生物质或煤为原料投入炉内进行气化，炉内由运行工况自然形成烟/气/汽混合区(7-I)、烘干区(7-II)、热解区(7-III)、还原区(7-IV)、氧化区(7-V)和冷渣区(7-VI)，在喂料机(6)至氧化区(7-V)的炉腔内充满物料，设备运行正常时，控制氧化区(7-V)的温度在1000～1200℃范围，还原区(7-IV)的温度在700～1000℃范围，热解区(7-III)的温度在500～800℃范围，控制炉内烟/气/汽混合区(7-I)为负压20～30Pa；氧气通过鼓氧/鼓风接口(712)进入炉内的风室(7-VII)，然后从冷渣区(7-VI)的灰渣空隙中穿过到达氧化区(7-V)的尾部，在氧化区(7-V)尾部形成富氧环境，氧气与炭进行氧化放热反应，生成二氧化碳，随着反应进行，炉内氧化区(7-V)的上部形成贫氧环境，还原区(7-IV)及热解区形成无氧环境，使氧化-气化反应能够按设计的方向进行；固态原料进入炉内后，在烘干区(7-II)进行烘干和挥发物逸出，在热解区(7-III)继续进行挥发物逸出，在还原区(7-IV)进行还原反应，残炭在氧化区(7-V)进行氧化燃烧直至燃烬，燃烬的灰渣在冷渣区(7-VI)把余热提供给助燃的氧气或空气，灰渣冷却后由出渣口(714)排入水封式渣仓；氧化区(7-V)生成的二氧化碳及反应热由下往上运行，提供水煤气反应、还原反应、热解和原料烘干所需的热能；炉内产生的含有水蒸汽、煤烟、焦油、一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷和CnHm混合的烟气从炉的烟/气/汽混合区(7-I)抽出，然后送回炉内的氧化区(7-V)，在氧化区1000～1200℃的环境中，彻底瓦解剧毒物二恶英，同时使水蒸汽与煤烟作用生成一氧化碳和氢气，二氧化碳与炭作用还原为一氧化碳，把烟气中的焦油、甲烷、CnHm转化为一氧化碳和氢气，获得以一氧化碳和氢气为主要成分的富氢合成气。本实施例在设备运行时，通过控制进料速度、配合输氧量、调节烟气水蒸汽混合物的循环量及产物的流量来进行调整炉内的负压及操作温度。
图13是图10～12所示实施例的气化流程示意图，其中：固态原料(IX)由气化炉前端的喂料口进入到炉内，在烘干区(7-II)烘出H2O(水蒸汽)；被烘干的固态物料(X V)向炉后运行，在热解区(7-III)挥发出H2、C(烟气)、CO、CH4、CnHm，同时伴有CO+H2O→CO2+H2+42kj/mol反应，固态物料(XV)热解后，成为固体炭(XIV)及灰分；固体炭(XIV)及灰分继续向炉后运行，在还原区(7-IV)与二氧化碳进行还原反应；残炭继续向炉后运行，在氧化区(7-V)前段的贫氧环境中与循环气态物进行水煤气反应和一氧化碳变换反应，在氧化区(7-V)后段的富氧环境中与氧气进行氧化放热反应；残炭燃烬后的炉渣(XIII)在冷渣区(7-VI)用来加热进入炉内的氧气或空气(XII)，灰渣(XIII)交换出余热后排入渣仓；在炉内生成的H2O(水蒸汽)及H2、C(烟气)、CO、CO2、CH4、CnHm混合的气态混合物(X)由烟/气/汽混合区(7-I)被抽出，通过烟气循环回路从氧化区(7-V)的前端进入到炉内；氧气或空气(XII)进入到气化炉内的风室(7-VII)，再穿过冷渣区(7-VI)的炉渣空隙，受到炉渣预热后进入到氧化区(7-V)的后段，形成富氧环境，在这一段中主要进行残炭与氧气的氧化放热反应，反应式为C+O2→CO2+406.96kj/mol，生成的CO2向炉的前端运行，进入到氧化区(7-V)的前段；在氧化区(7-V)的前段为贫氧环境，气态混合物(X)进入到这一环境中，与炭进行反应，生成合成气，反应的化学式为C+H2O→CO+H2-131.2kj/mol、CH4+H2O→CO+3H2-205.8kj/mol、CH4+CO2→2CO+2H2-247.8kj/mol、CnHm+nH2O→nCO+(n+m/2)H2、CnHm→nC+m/2H2，合成气通过炭的空隙向炉前运行，进入到还原区(7-IV)；在还原区(7-IV)进行反应的化学式为C+CO2→2CO-172.2kj/mol、CO+H2O→CO2+H2+42kj/mol。通过气相循环反应，在气化炉内生成以H2和CO为主要成分的富氢合成气(XI)。
图14所示的实施例是一种高炉式的气相循环等离子气化炉设备，主要由料斗(4)、喂料机(6)、气相循环气化炉(7)、烟气循环风管(8)、烟气循环风机(9)和等离子体喷枪(46)组成，其中：气相循环气化炉(7)由壳体(702)、保温层(707)、隔热层(711)和耐火层(710)构成，耐火层(710)在最里层，耐火层(710)的外层为隔热层(711)，隔热层(711)的外层为保温层(707)，保温层(707)的外层为壳体(702)，气相循环气化炉(7)内有烟/气/汽混合区(7-I)、烘干区(7-II)、热解区(7-III)、氧化区(7-V)和风室(7-VII)，烟/气/汽混合区(7-I)在炉的顶部，烟/气/汽混合区(7-I)的下面是烘干区(7-II)，烘干区(7-II)的下面是热解区(7-III)，热解区(7-HI)的下面是氧化区(7-V)；风室(7-VII)在氧化区(7-V)的下面，在氧化区(7-V)与风室(7-VII)之间有布风板(717b)；等离子体喷枪(46)安装在氧化区(7-V)的侧墙上，等离子体喷枪(46)上有水蒸汽接口(721)，水蒸汽接口(721)连接到蒸汽缸上(图中未示出)；烘干区(7-II)的上部有喂料口(701)，喂料机(6)的输料口连接到喂料口(701)上，料斗(4)在喂料机(6)上；烟气循环出口(704)从烟/气/汽混合区(7-I)的上部接出，烟气循环入口(712b)接入风室(7-VII)，烟气循环出口(704)通过烟气循环风管(8)和烟气循环风机(9)串联连接到风室(7-VII)的烟气循环入口(712b)上；在氧化区(7-V)的底位还有辅助供氧接口(709b)，在气化炉点火升温或停用等离子体喷枪时输入氧气助燃；合成气出口(706)从热解区(7-III)与氧化区(7-V)的结合部位接出，在合成气出口(706)上还有挡灰器(718)，设备运行时，挡灰器(718)把固体颗粒物挡回炉内。本实施例的工作流程是：把垃圾、生物质或煤为原料投入炉内进行气化，炉内由运行工况自然形成烟/气/汽混合区(7-I)、烘干区(7-II)、热解区(7-III)、氧化区(7-V)和风室(7-VII)，固态原料在炉内依自身的重力由上往下运行，在烘干区(7-II)进行烘干和挥发物逸出，在热解区(7-III)继续进行挥发物逸出，固体炭在氧化区(7-V)进行还原反应和氧化燃烧直至燃烬，燃烬的灰渣排入水封式渣仓；等离子体喷枪(46)把水蒸汽加热到3100℃以上的温度喷入炉内的氧化区(7-V)，与炭进行氧化放热反应，生成一氧化碳、二氧化碳、氢气和甲烷，同时向炉内提供水煤气反应、还原反应、热解和原料烘干所需的热能，氧化区(7-V)下部的操作温度为1300～1600℃，氧化区(7-V)上部的操作温度为1000～1300℃，热解区(7-III)的操作温度为500～1000℃，烘干区(7-II)的操作温度在120℃以上；炉内产生的含有水蒸汽、煤烟、焦油、一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷和CnHm混合的烟气从炉的烟/气/汽混合区(7-I)抽出，然后送回炉内的风室(7-VII)，再通过布风板(717b)进入氧化区(7-V)，在氧化区1300～1600℃的环境中，彻底瓦解剧毒物二恶英，同时使水蒸汽与煤烟作用生成一氧化碳和氢气，二氧化碳与炭作用还原为一氧化碳，把烟气中的焦油、甲烷、CnHm转化为一氧化碳和氢气，获得以一氧化碳和氢气为主要成分的富氢合成气。本实施例的设备运行时，通过控制进料速度、配合等离子体喷枪的工作电流或辅助供氧量、调节烟气水蒸汽混合物的循环量及产物的流量来进行调整炉内的负压及操作温度。
图15是图14所示实施例的气化流程示意图，其中：固态原料(IX)由气化炉上部的喂料口进入到炉内，在烘干区(7-II)烘出H2O(水蒸汽)；被烘干的固态物料(XV)由上往下运行，在热解区(7-III)挥发出H2、C(烟气)、CO、CH4、CnHm，同时伴有CO+H2O→CO2+H2+42kj/mol反应，固态物料(XV)热解后，成为固体炭(XIV)及灰分，固体炭(XIV)及灰分继续向下运行，在氧化区(7-V)与被等离子体加热到3100～3300℃的水蒸汽及其分解物(XIIb)进行反应及与循环气态混合物(X)进行反应，残炭燃烬后的熔融灰渣(XIIIb)排入水封式渣仓；在炉内生成的H2O(水蒸汽)及H2、C(烟气)、CO、CO2、CH4、CnHm混合的气态混合物(X)由烟/气/汽混合区(7-I)被抽出，通过烟气循环回路进入到风室(7-VII)内，再通过布风板进入到氧化区(7-V)。等离子体喷枪把加热到3100～3300℃的水蒸汽及其分解物(XIIb)送入到气化炉内的氧化区(7-V)的下部，其中：分解的氧气与残炭进行氧化放热反应C+O2→CO2+406.96kj/mol、C+1/2O2→CO+203.48kj/mol，氢气与残碳进行甲烷化放热反应C+2H2→CH4+75.6kj/mol，未分解的高温水蒸汽与残炭进行水煤气反应C+H2O→CO+H2-131.2kj/mol，生成的甲烷又与水蒸汽反应或与二氧化碳反应CH4+H2O→CO+3H2-205.8kj/mol、CH4+CO2→2CO+2H2-247.8kj/mol；在氧化区(7-V)的下部同时进行循环气态混合物(X)与残炭的反应，反应式为C+H2O→CO+H2-131.2kj/mol、CH4+H2O→CO+3H2-205.8kj/mol、CH4+CO2→2CO+2H2-247.8kj/mol、CnHm+nH2O→nCO+(n+m/2)H2、CnHm→nC+m/2H2。在氧化区(7-V)下部进行化学反应的生成物及热能通过炭的空隙由下往上运行，进入氧化区(7-V)的上部，在这里进行反应的化学式为C+CO2→2CO-172.2kj/mol、CH4+H2O→CO+3H2-205.8kj/mol、CH4+CO2→2CO+2H2-247.8kj/mol、CO+H2O→CO2+H2+42kj/mol。通过气相循环反应，在气化炉内生成以H2和CO为主要成分的富氢合成气(XI)。
图16所示的一种实施垃圾生物质多联产处理工艺的合成设备中，电催化合成反应器主要由原料气进口(1818)、原料气分配室(1803)、催化室(1815)、中心电极(1808)、外电极管束(1807)、冷却剂室(1805)、冷却剂进口(1814)、冷却剂出口(1804)、产物集合室(1812)、产物出口(1810)和壳体(1806)组成，其中：原料气分配室(1803)由封头(1819)、隔板(1817)、原料气进口(1818)和壳体(1806)的一部分构成，封头(1819)上有绝缘塞(1802)，原料气进口(1818)从壳体(1806)的一侧接入，隔板(1817)的另一侧是冷却剂室(1805)；冷却剂室(1805)由隔板(1817)、隔板(1813)、冷却剂进口(1814)、冷却剂出口(1804)和壳体(1806)的一部分构成，冷却剂进口(1814)从冷却剂室低端的壳体(1806)一侧接入，冷却剂出口(1804)从冷却剂室高端的壳体(1806)一侧接出，隔板(1813)的另一侧是产物集合室(1812)；外电极管束(1807)穿过冷却剂室(1805)把原料气分配室(1803)与产物集合室(1812)进行连通；产物集合室(1812)由封头(1811)、隔板(1813)、产物出口(1810)和壳体(1806)的一部分构成，产物出口(1810)从壳体(1806)的一侧接出；外电极管束(1807)的管内空间构成催化室(1815)，催化室(1815)内有中心电极(1808)，中心电极(1808)通过原料气分气室封头上的绝缘塞(1802)进行定位，通过高压导线连接到工作电源，中心电极(1808)用不锈钢棒状材料制作，中心电极(1808)用石英管(1809)作为放电的阻挡介质进行封装；外电极管束(1807)用不锈钢圆管制作，管束的两端分别焊接在隔板(1813)和隔板(1817)上，隔板(1813)和隔板(1817)焊接在圆筒壳体(1806)内，壳体(1806)通过连接导线进行电气接地，并连接到工作电源；循环媒水由冷却剂进口(1814)进入到冷却剂室(1805)，吸收热量后由冷却剂进口(1814)输出，通过余热锅炉把反应热回收利用；原料气分配室(1803)的壳体上有压力表接口(1820)，产物集合室(1812)的壳体上有温度传感器接口(1821)，在产物输出管道上安装有流量装置(图中未示出)。本实施例采用石英管(1809)封装在中心电极(1808)上成为放电阻挡介质，在运行时，直流或交流工作电源施加在中心电极(1808)与外电极管束(1807)之间，在催化室(1815)内形成低温等离子体，低温等离子体与催化剂协同进行催化合成反应；催化室置于冷却剂中，反应器内温差小，可以提高目标产物的产出率，从而大大提高催化效率，使得生产成本降低。本实施例中，在催化室(1815)内有催化剂(1816)；石英管(1809)的外壁与外电极管束(1807)之间的放电间隙为5～20mm，工作电源为25000～50000V的交流或直流电源。设备运行时，通过调节循环媒水的流量可以控制反应器内的温度，通过调节原料气的流量、反应温度、工作电流，使合成反应达到最佳状况，获得最高产量。本实施例的工作原理是：小颗粒或粉状催化剂以流化方式与原料气进入到电催化合成反应器内，工作电源施加到中心电极(1808)和外电极管束(1807)之间，在催化室(1815)内建立起电场，在介质阻挡放电下形成低温等离子体，催化剂与原料气混合通过催化室(1815)时，原料气被合成了目标产物，目标产物与未反应的原料气和催化剂相混合从产物出口(1810)输出，对混合物进行分离，把催化剂和未反应物返回电催化合成反应器进行循环反应，把甲醇产物送入贮罐贮存或把二甲醚产物通过压缩、冷却后送入贮罐贮存，作液化气使用。本实施例中，反应器内的操作压力为0～1Mpa，操作温度为120～400℃，合成甲醇时采用Cu/Zn/Al催化剂，反应式为CO+2H2＝CH3OH+102.5kj/mol；合成二甲醚时选用CuO/ZnO/Al2O3和改性ZSM-5双功能催化剂，反应式为2CO+4H2＝(CH3)2O+H2O+200.2kj/mol或3CO+3H2＝(CH3)2O+CO2+237.44kj/mol。在原料气合成为目标产物的同时放出热量，热量传递到外电极管束的管壁，被冷却剂室内的循环媒水吸收，通过循环媒水把反应热移出反应器，对从反应器内移出的热量进行回收利用。
Claims (10)
1.一种垃圾生物质多联产处理的工艺，包括垃圾、生物质、煤的气化技术和间接液化技术，其特征是把垃圾、生物质或煤作为气化原料送入气相循环气化炉内进行烘干、热解、还原和残炭氧化，同时把氧气或空气或水蒸汽作为氧化剂及气化剂送入炉内，控制氧化区的温度在1000～1600℃，还原区的温度在700～1000℃，热解区的温度在500～800℃，烘干区的温度≥120℃，烟气出口处和烘干区的操作压力为负压20～30Pa；对炉内产生的烟气、水蒸汽、氢气、一氧化碳、二氧化碳、包含甲烷的气态烃和气态焦油混合的气态物通过循环回路返回到炉内的氧化区进行循环处理，用氧化区燃烧残炭产生的1000～1600℃高温来裂解混合气态物中的气态烃和焦油、化解烟气、瓦解剧毒物二恶英，同时进行水煤气反应，用还原区700～1000℃的高温把二氧化碳还原为一氧化碳，同时伴有水煤气反应和一氧化碳变换反应，用热解区500～800℃的温度使固态原料中的挥发分逸出，用反应余热把进入炉内的原料进行烘干，烘出的水蒸汽作为反应所需的气化剂，通过气相循环反应，把固态原料转化为富氢合成气或富甲烷合成气；其中：固态原料由喂料口进入气相循环气化炉内，固态物料充满自喂料口至氧化区的炉腔，固态物料在炉内以自身重力进行垂直运动或由喂料机推送进行横向运动，通过烘干、热解、还原和残炭氧化，燃烬的灰渣排入水封式渣仓；氧气/空气由鼓氧/鼓风接口进入气相循环气化炉内的风室，再由风室进入氧化区，或水蒸汽通过等离子体喷枪喷入炉内的氧化区，炉内氧化生成的热能、二氧化碳、一氧化碳和热解产生的氢气、包含甲烷的气态烃、气态焦油、烟气和水蒸汽混合的气态物通过固态物料间的空隙与固态原料逆向而行，由氧化区依次向还原区、热解区、烘干区运行，然后由烟气出口经炉外的烟气循环回路返回到炉内的氧化区进行气相循环处理，生成以氢气、一氧化碳为主要成分的富氢合成气或以甲烷、一氧化碳、氢气为主要成分的富甲烷合成气，把富氢合成气或富甲烷合成气从气相循环气化炉的热解区与还原区结合部位抽出；
从气相循环气化炉抽出的富氢合成气或富甲烷合成气通过下列工序中的一种或几种进行后级处理：
把富氢合成气或富甲烷合成气直接送入锅炉、窑炉，输入氧气或空气进行燃烧；
把富氢合成气或富甲烷合成气通过除尘/净化处理，送入锅炉或窑炉或内燃机作燃料使用；
把富氢合成气或富甲烷合成气通过余热锅炉降温、除尘/净化处理后，再经过压缩，贮存在气柜内，作为城市煤气使用；
把富氢合成气通过余热锅炉降温、除尘/净化处理后，送入甲醇合成反应器或二甲醚合成反应器内，催化合成甲醇产品或二甲醚产品；
把富氢合成气通过余热锅炉降温、除尘/净化处理后，送入一氧化碳变换反应器，用水蒸汽和一氧化碳反应，使合成气中氢气与一氧化碳的摩尔比例达到2：1，再送入二氧化碳吸收塔内用碳酸钾溶液脱去二氧化碳，再把富氢合成气送入甲醇合成反应器或二甲醚合成反应器内，催化合成甲醇产品或二甲醚产品；
把富氢合成气或富甲烷合成气通过余热锅炉降温、除尘/净化处理后，送入电催化合成反应设备内，在操作压力为0～1MPa、操作温度为120～450℃的低压宽温条件下，采用低温等离子体催化，合成二甲醚产品或甲醇产品；
把富氢合成气通过余热锅炉降温、除尘/净化处理后，送入加氢混合器，同时把氢气送入加氢混合器，使合成气中氢气与一氧化碳的摩尔比例达到2：1，再送入甲醇合成反应器或二甲醚合成反应器内，合成甲醇产品或二甲醚产品；
把富氢合成气通过余热锅炉降温、除尘/净化处理后，送入一氧化碳变换反应器，用水蒸汽和一氧化碳反应，生成二氧化碳和氢气，再把含二氧化碳和氢气的合成气送入变压分离/净化设备除去二氧化碳、氮气和杂质后，生产氢气产品。
2.根据权利要求1所述的一种垃圾生物质多联产处理的工艺，其特征是用等离子体喷枪把水蒸汽加热到＞3100℃的温度后再喷入气相循环气化炉的氧化区，与垃圾生物质炭进行反应，生成二氧化碳、一氧化碳、甲烷和氢气，二氧化碳再与炭进行还原反应成一氧化碳，甲烷再与水蒸汽反应或与二氧化碳反应生成一氧化碳和氢气。
3.一种实施权利要求1所述工艺的系统，包括垃圾、生物质或煤的气化处理设备，其特征是系统主要由喂料机（6）、气相循环气化炉（7）、烟气循环风管（8）、烟气循环风机（9）、除尘/净化塔（14）、产物压缩机（22）和气柜（24）构成，其中：喂料机（6）上有料斗（4），喂料机（6）的输料口连接到气相循环气化炉（7）的喂料口；气相循环气化炉（7）的烟气出口通过烟气循环风管（8）连接到烟气循环风机（9）的吸风口，烟气循环风机（9）的出风口连接到气相循环气化炉（7）的氧化区或风室；气相循环气化炉（7）的合成气输出接口连接到除尘/净化塔（14），除尘/净化塔（14）连接到产物压缩机（22），产物压缩机（22）连接到气柜（24）。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征是在气相循环气化炉（7）与除尘/净化塔（14）之间有余热锅炉（12）和引气风机（13），气相循环气化炉（7）的合成气输出接口连接到余热锅炉（12），余热锅炉（12）连接到引气风机（13）的吸风口，引气风机（13）的出风口连接到除尘/净化塔（14）；
在除尘/净化塔（14）与气柜（24）之间有一氧化碳变换反应器（15）和变压分离/净化设备（21），除尘/净化塔（14）连接到一氧化碳变换反应器（15），一氧化碳变换反应器（15）连接到变压分离/净化设备（21），变压分离/净化设备（21）连接到气柜（24）。
5.一种实施权利要求1所述工艺的系统，包括垃圾、生物质或煤的气化及间接液化处理设备，其特征是系统主要由喂料机（6）、气相循环气化炉（7）、烟气循环风管（8）、烟气循环风机（9）、余热锅炉（12）、除尘/净化塔（14）、合成反应器（18）、分离塔（19）和贮罐（24b）构成，其中：喂料机（6）上有料斗（4），喂料机（6）的输料口连接到气相循环气化炉（7）的喂料口；气相循环气化炉（7）的烟气出口通过烟气循环风管（8）连接到烟气循环风机（9）的吸风口，烟气循环风机（9）的出风口连接到气相循环气化炉（7）的氧化区或风室；气相循环气化炉（7）的合成气输出接口连接到余热锅炉（12），余热锅炉（12）连接到除尘/净化塔（14），除尘/净化塔（14）通过原料气压缩机（16）连接到合成反应器（18）的原料气进口，合成反应器（18）的混合物出口连接到分离塔（19）的进口；分离塔（19）的产物出口连接到贮罐（24b），分离塔（19）的未反应物出口通过循环压缩机（20）连接到合成反应器（18）的原料气进口接头。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征是在余热锅炉（12）与除尘/净化塔（14）之间有引气风机（13），余热锅炉（12）通过引气风机（13）连接到除尘/净化塔（14）；
在除尘/净化塔（14）与原料气压缩机（16）之间有加氢混合器（15b），除尘/净化塔（14）连接到加氢混合器（15b）的进料口，加氢混合器（15b）的出料口连接到原料气压缩机（16）；或者在除尘/净化塔（14）与原料气压缩机（16）之间有一氧化碳变换反应器（15）和二氧化碳吸收塔（17），除尘/净化塔（14）连接到一氧化碳变换反应器（15），一氧化碳变换反应器（15）连接到二氧化碳吸收塔（17），二氧化碳吸收塔（17）连接到原料气压缩机（16）；
在分离塔（19）与贮罐（24b）之间有产物压缩机（22）和冷却器（23），分离塔（19）的产物出口连接到产物压缩机（22），产物压缩机（22）连接到冷却器（23），冷却器（23）连接到贮罐（24b）。
7.根据权利要求3或5所述的系统，其特征是在气相循环气化炉（7）的氧化区侧墙上安装等离子体喷枪（46），把水蒸汽送入等离子体喷枪（46）加热分解后再喷入气相循环气化炉（7）的氧化区，取代氧气作为氧化剂及气化剂。
8.一种实施权利要求1所述工艺的设备，包括氧化气化技术，其特征是气相循环气化炉（7）的烟气循环出口（704）通过烟气循环风管（8）和烟气循环风机（9）串联连接到氧化区（7-Ⅴ）的烟气循环入口（709），设备主要由喂料机（6）、气相循环气化炉（7）、烟气循环风管（8）和烟气循环风机（9）组成，其中：气相循环气化炉（7）为隧道式或高炉式结构，内有烟/气/汽混合区（7-Ⅰ）、烘干区（7-Ⅱ）、热解区（7-Ⅲ）、还原区（7-Ⅳ）、氧化区（7-Ⅴ）和风室（7-Ⅶ），烟/气/汽混合区（7-Ⅰ）、烘干区（7-Ⅱ）、热解区（7-Ⅲ）、还原区（7-Ⅳ）、氧化区（7-Ⅴ）和风室（7-Ⅶ）之间依次前后相邻相通或上下相邻相通，烟/气/汽混合区（7-Ⅰ）在烘干区（7-Ⅱ）的上方，与烘干区（7-Ⅱ）相邻的是热解区（7-Ⅲ），与热解区（7-Ⅲ）相邻的是还原区（7-Ⅳ），与还原区（7-Ⅳ）相邻的是氧化区（7-Ⅴ），与氧化区（7-Ⅴ）相邻的是风室（7-Ⅶ）；气相循环气化炉（7）的前部端面上或在烘干区（7-Ⅱ）的上部有喂料口（701），喂料机（6）的输料口连接到气相循环气化炉（7）的喂料口（701）上；烟气循环出口（704）从烟/气/汽混合区（7-Ⅰ）的上部接出，烟气循环入口（709）从氧化区（7-Ⅴ）的上部接入；鼓氧/鼓风接口（712）在风室（7-Ⅶ）部位接入；合成气出口（706）从热解区（7-Ⅲ）与还原区（7-Ⅳ）的结合部位接出。
9.一种实施权利要求1所述工艺的设备，包括等离子体气化技术，其特征是把水蒸汽通过等离子体喷枪加热后喷入气相循环气化炉（7）的氧化区，取代氧气与残炭进行氧化反应及气化反应，气相循环气化炉（7）的烟气循环出口（704）通过烟气循环风管（8）和烟气循环风机（9）串联连接到风室（7-Ⅶ）的烟气循环入口（712b）；设备主要由喂料机（6）、气相循环气化炉（7）、烟气循环风管（8）、烟气循环风机（9）和等离子体喷枪（46）组成，其中：气相循环气化炉（7）为高炉式或隧道式结构，内有烟/气/汽混合区（7-Ⅰ）、烘干区（7-Ⅱ）、热解区（7-Ⅲ）、氧化区（7-Ⅴ）和风室（7-Ⅶ），烟/气/汽混合区（7-Ⅰ）、烘干区（7-Ⅱ）、热解区（7-Ⅲ）和氧化区（7-Ⅴ）之间依次前后相邻相通或上下相邻相通，烟/气/汽混合区（7-Ⅰ）在烘干区（7-Ⅱ）的上方，与烘干区（7-Ⅱ）相邻的是热解区（7-Ⅲ），与热解区（7-Ⅲ）相邻的是氧化区（7-Ⅴ）；风室（7-Ⅶ）在氧化区（7-Ⅴ）的下面，氧化区（7-Ⅴ）与风室（7-Ⅶ）之间有布风板（717b）；等离子体喷枪（46）安装在氧化区（7-Ⅴ）的侧墙上；气相循环气化炉（7）的前部端面上或烘干区（7-Ⅱ）的上部有喂料口（701），喂料机（6）的输料口连接到气相循环气化炉（7）的喂料口（701）上；烟气循环出口（704）从烟/气/汽混合区（7-Ⅰ）的上部接出，烟气循环入口（712b）从风室（7-Ⅶ）部位接入；合成气出口（706）从热解区（7-Ⅲ）与氧化区（7-Ⅴ）的结合部位接出。
10.一种实施权利要求1所述工艺的设备，包括电催化合成技术，其特征是在操作压力为0～1MPa、操作温度为120～450℃的低压宽温条件下，采用低温等离子体催化进行合成反应，电催化合成反应器（18b）主要由原料气分配室（1803）、催化室（1815）、冷却剂室（1805）、产物集合室（1812）、中心电极（1808）、外电极管束（1807）和壳体（1806）组成，其中：原料气分配室（1803）由封头（1819）、第一隔板（1817）、原料气进口（1818）和壳体（1806）的一部分构成，封头（1819）上有绝缘塞（1802），原料气进口（1818）从壳体（1806）的一侧接入，第一隔板（1817）的另一侧是冷却剂室（1805）；冷却剂室（1805）由第一隔板（1817）、第二隔板（1813）、冷却剂进口（1814）、冷却剂出口（1804）和壳体（1806）的一部分构成，冷却剂进口（1814）从冷却剂室低端的壳体（1806）一侧接入，冷却剂出口（1804）从冷却剂室高端的壳体（1806）一侧接出，第二隔板（1813）的另一侧是产物集合室（1812）；外电极管束（1807）穿过冷却剂室（1805）把原料气分配室（1803）与产物集合室（1812）进行连通；产物集合室（1812）由封头（1811）、第二隔板（1813）、产物出口（1810）和壳体（1806）的一部分构成，产物出口（1810）从壳体（1806）的一侧接出；外电极管束（1807）的管内空间构成催化室（1815），催化室（1815）内有中心电极（1808），中心电极（1808）通过原料气分配室封头上的绝缘塞（1802）进行定位并引出，然后通过高压导线连接到工作电源；中心电极（1808）用不锈钢棒状材料制作，在中心电极（1808）的表面沉积催化剂介质或把中心电极（1808）套上石英管（1809）进行封装。
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