CN101671005A - 利用城市生活垃圾及填埋气制取合成气的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用城市生活垃圾及填埋气制取合成气的装置及方法，该装置包括填埋气分离装置、上吸式固定床、气流床，填埋气分离装置与填埋气管道连通，填埋气分离装置上设有CO2输出口及CH4输出口；上吸式固定床上设有垃圾输入口、气化剂入口、气体产物出口及灰渣出口，气流床上设有进气口、出气口及位于气流床下方的冷却室；CO2输出口及O2输出口均与气化剂入口相通，气体产物出口及CH4输出口均与气流床进气口相通，气流床出气口与冷却室相通，冷却室的底部为冷却水槽，在冷却室内出气口位置设有冷却剂喷口，冷却室上设有合成气出口。本发明同时考虑到对城市生活垃圾及现有垃圾填埋气的回收利用，环保、节能、资源利用率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用城市生活垃圾及填埋气制取合成气的装置及方法。
背景技术
目前我国城市生活垃圾总量为1.5亿吨，且以8-10％的年增长率递增，对于经济快速发展中的城市，垃圾产量增长快，组分复杂，缺乏建设资金，管理体制薄弱，源头分类回收实施困难，垃圾无害化处理率仍较低，填埋处理技术为主，资源利用率低，环境污染大。我国垃圾填埋场已高达1000多座，其中大多数没有考虑填埋气的回收利用，在污染环境的同时也极大浪费了资源。
可持续发展要求将垃圾强调为一种“资源”及强调“保存能量和原料”，鼓励将垃圾的预防、再利用、原料和热能的回收作为选择，最后只对那些经过稳定化处理的垃圾使用填埋法，由此可见，垃圾利用新技术正朝着无害化、减量化和资源化有机结合的综合利用方向发展，基于该发展趋势，后来出现了如下两种垃圾处理技术：
一、将垃圾原料加入到上吸式固定床中，在700-800℃裂解，气化生成含有焦油的空气煤气，再经过850-950℃高温区，使焦油裂解，得到不含焦油的煤气；
二、回转窑垃圾气化、炭灰共融的多级焚烧方法及其系统，该技术从根本上消除二噁英和重金属生成反应起触媒作用的飞灰源，而且能够在基本不增加能耗条件下提高系统燃烧的碳转化率，同时也对金属资源进行单体回收；
三、城市生活垃圾气化熔融焚烧处理方法及其系统，可以在少加辅助燃料或不加辅助燃料条件下稳定运行，成本低，且能实现零污染排放。
众所周知，由于在传统垃圾处理过程中，均是将垃圾进行填埋处理，上述技术均未考虑对填埋垃圾的处理及回收利用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种利用城市生活垃圾及填埋气制取合成气的装置及方法，由于本发明考虑对现有填埋垃圾的回收与利用，更为环保、节能、资源利用率高。
其技术方案如下：
利用城市生活垃圾及填埋气制取合成气的装置，该装置包括填埋气分离装置、上吸式固定床、气流床，填埋气分离装置与填埋气管道连通，填埋气分离装置上设有CO2输出口及CH4输出口；上吸式固定床上设有垃圾输入口、气化剂入口、气体产物出口及灰渣出口，气流床上设有进气口、出气口及位于气流床下方的冷却室；CO2输出口及O2输出口均与气化剂入口相通，气体产物出口及CH4输出口均与进气口相通，出气口与冷却室相通，冷却室的底部为冷却水槽，在冷却室内出气口位置设有冷却剂喷口，冷却室上设有合成气出口。
本发明中，利用城市生活垃圾及填埋气制取合成气的方法包括如下步骤：
A、将城市生活垃圾投入上吸式固定床，从垃圾填埋气中分离出CO2及CH4，将CO2与O2混合后输入上吸式固定床，城市生活垃圾在上吸式固定床内气化，城市生活垃圾气化后生成的灰渣从灰渣口输出；
B、在前述A步骤中，从垃圾填埋气中分离出的CH4及城市生活垃圾气化后生成的气化气输入气流床内，使混合气在高温下进行部分氧化重整生成化学合成气，该合成气输入冷却室内；
C、向冷却室内喷入冷却剂，冷却气中的熔渣落入冷却水槽，并将冷却后的合成气输出。
本发明由于对传统垃圾填埋气进行了回收利用，将垃圾填埋气与城市生活垃圾进行了高效低污染的共利用处理，经过高温裂解、气体组分变换、净化处理后，可以获得合适的化学合成气产物，提高了资源的利用率，减少了环境污染。
在所述A步骤之前，还有一个步骤A0：对城市生活垃圾进行预选，并去除城市生活垃圾中的大块不可燃物。
在所述A步骤中，通过调节CO2与O2混合比例，来调节上吸式固定床内的温度。
在所述A步骤中，所述CO2与O2的摩尔比为0至6之间。
在所述A步骤中，所述上吸式固定床内的温度控制在600℃至1100℃之间，优选为600℃至900℃之间。
在所述B步骤中，所述气流床内的温度控制在1100℃至1600℃之间。
在所述C步骤中，喷入所述冷却室中的冷却剂为碱性冷却剂。碱性冷却剂，可以吸收垃圾气化气中的少量含氯、硫、氟等有害气体。
前述该装置的进一步结构是：
该装置还包括有料斗、星型进料阀，该料斗通过星型进料阀与所述上吸式固定床的垃圾输入口相通。由于料斗与上吸式固定床之间设有星型进料阀，在向上吸式固定床内投放垃圾的同时，可以保证上吸式固定床与外界的相对隔绝，有利于使上吸式固定床内保持微正压。
所述进气口为多通道喷嘴。设置多通道喷嘴后，从垃圾填埋气中分离出的CH4及城市生活垃圾气化后生成的气化气可以从各自独立的通道以较高的速度喷射进入气流床内，在气流床内进行射流混合，充分反应。
在所述灰渣出口处设有由驱动机构带动的螺旋卸料器，螺旋卸料器旋转时，可以将灰渣平稳、顺畅的向外排出。
所述出气口设于所述气流床的底部，所述冷却室设于所述气流床的下方。
综上所述，本发明的优点是：由于本发明考虑对现有填埋垃圾的回收与利用，更为环保、节能、资源利用率高。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明：
图1是本发明实施例所述装置的结构图；
附图标记说明：
1、填埋气分离装置，2、上吸式固定床，3、气流床，4、冷却室，5、CO2输出口，6、CH4输出口，7、垃圾输入口，8、气化剂入口，9、气体产物出口，10、灰渣出口，11、进气口，12、出气口，13、O2输出口，14、冷却水槽，15、冷却剂喷口，16、合成气出口，17、料斗，18、星型进料阀，19、螺旋卸料器。
具体实施方式
如图1所示，利用城市生活垃圾及填埋气制取合成气的装置，该装置包括填埋气分离装置1、上吸式固定床2、气流床3，填埋气分离装置1与填埋气管道连通，填埋气分离装置1上设有CO2输出口5及CH4输出口6；上吸式固定床2上设有垃圾输入口7、气化剂入口8、气体产物出口9及灰渣出口10，气流床3上设有进气口11、出气口12及位于气流床3正下方的冷却室4；CO2输出口5及O2输出口13均与气化剂入口8相通，气体产物出口9及CH4输出口6均与进气口11相通，出气口12与冷却室4相通，冷却室4的底部为冷却水槽14，在冷却室4内出气口12位置设有冷却剂喷口15，冷却室4上设有合成气出口16。
该装置还包括有料斗17、星型进料阀18，该料斗17通过星型进料阀18与所述上吸式固定床2的垃圾输入口7相通，所述进气口11为多通道喷嘴，在灰渣出口10处设有由驱动机构带动的螺旋卸料器19。
本实施例中，利用城市生活垃圾及填埋气制取合成气的方法包括如下步骤：
A、将城市生活垃圾投入上吸式固定床2，从垃圾填埋气中分离出CO2及CH4，将CO2与O2混合后输入上吸式固定床2，城市生活垃圾在上吸式固定床2内气化，城市生活垃圾气化后生成的灰渣从灰渣口输出；
B、在前述A步骤中，从垃圾填埋气中分离出的CH4及城市生活垃圾气化后生成的气化气输入气流床3内，使混合气在高温下进行部分氧化重整生成化学合成气，该合成气输入冷却室4内；
C、向冷却室4内喷入冷却剂，冷却气中的熔渣落入冷却槽，并将冷却后的合成气输出。
在所述A步骤之前，还有一个步骤A0：对城市生活垃圾进行预选，并去除城市生活垃圾中的大块不可燃物。
在所述A步骤中，通过调节CO2与O2混合比例，来调节上吸式固定床2内的温度。
在所述A 步骤中，所述CO2与O2的摩尔比为0至6之间。
在所述A步骤中，所述上吸式固定床2内的温度控制在600℃至1100℃之间。
在所述B步骤中，所述气流床3内的温度控制在1100℃至1600℃之间。
在所述C步骤中，喷入所述冷却室4中的冷却剂为碱性冷却剂。
具体而言，可以采用如下方案：
采用填埋气分离装置1对填埋气进行分离得到CH4和CO2，分离出来的CO2通过气化剂入口8通入上吸式固定床2内，分离出来的CH4通过气流床3进气口11(即多通道喷嘴)通入气流床3内。
经分选去除大块不可燃物的城市生活垃圾储存在料斗17内，在星型进料阀作用下连续均匀的进入上吸式固定床2内，进入上吸式固定床2内的城市生活垃圾在掉落过程中在炉壁的对流换热及上行气化气的对流换热加热下，干燥脱水，干燥后的城市生活垃圾掉落到上吸式固定床2中下部，在上吸式固定床2底部气化剂入口8通入的O2和CO2共同作用下气化，通入炉内的O2与CO2的混合气预热到150℃，上吸式固定床2内当量比控制在0.3，上吸式固定床2温度维持在700℃±20℃。气化残渣通过炉篦掉落到上吸式固定床2底部，然后通过螺旋卸料器排出，垃圾气化气和干燥水从上吸式固定床2上部的气体产物出口9流出，气体产物出口9所输出混合气的成分见表1。
表1：城市生活垃圾气化结果
气流床3的进气口11采用通道喷嘴，从内到外四个通道分别通入O2、垃圾气化气、垃圾填埋气和水蒸气，O2喷射速度控制在120m/s，垃圾气化气和垃圾填埋气控制在80m/s，水蒸气喷射速度控制在60m/s。气流床3内温度在1450℃附近，火焰温度在1800℃。夹带在城市生活垃圾气化气中的飞灰在火焰高温作用下熔融，熔渣聚集成小颗粒进入冷却室4，并最终掉落到冷却水槽14中形成水冷渣，水冷渣可以直接填埋或作为建筑材料进行资源化利用，冷却剂入口通入的冷却剂为CaO和Ca(HO)2的混合物，用于吸收合成气中的少量HCl及SO2有害气体，经初步净化的合成气从合成气出口16进入下一个工序作进一步利用。在两个不同工况下，气流床3产气成份如表2所示。
表2：气流床部分氧化气化产气结果
本实施例的优点是：
1、由于城市生活垃圾和城市生活垃圾气化气成逆流布置，可以在城市生活垃圾进入上吸式固定床2下部前利用较高温度城市生活垃圾气对城市生活垃圾进行加热及干燥，适用于我国城市生活垃圾含水率高，热值低，随季节波动大的特点，垃圾适应范围广；
2、垃圾填埋气中分离出来的CO2与一定比例的O2混合后，从气化剂入口8通入上吸式固定床2内。通过调节CO2与O2的体积比可以方便的调节上吸式固定床2的气化温度，同时充分的利用了现有资源；
3、垃圾气化产生的飞灰在气流床3中利用高温火焰熔融，并掉落到水冷室冷却水槽中形成水冷渣，飞灰中的有害重金属被稳定在水冷渣内，避免了垃圾处理可能带来的二次重金属污染；
4、垃圾气化产生的大量焦油和微量二噁英(Dioxin)在气流床3内火焰高温加热及足够长停留时间(＞2s)下充分分解，可满足日益严格的环保要求；
5、通过调整供给的城市生活垃圾气化气、填埋气中分离出来的CH4、氧化剂(水蒸汽、O2等)的比例可以实现最终制得的化学合成气中H2/CO在1～3之间可调，可以满足不同合成工艺的需要；
6、必要时，垃圾气化灰渣可以通过多通道喷嘴随气体一起喷射进气流床3内，对城市生活垃圾灰渣中的残碳进行利用，同时利用气体部分氧化的高温对灰渣进行熔融，实现垃圾处理的最大限度的减容减量和资源化；
7、该系统适应性较强，且结构简单、紧凑，易于放大。
以上仅为本发明的具体实施例，并不以此限定本发明的保护范围；在不违反本发明构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本发明的保护范围。
Claims (10)
1、利用城市生活垃圾及填埋气制取合成气的装置，其特征在于，该装置包括填埋气分离装置、上吸式固定床、气流床，填埋气分离装置与填埋气管道连通，填埋气分离装置上设有CO2输出口及CH4输出口；上吸式固定床上设有垃圾输入口、气化剂入口、气体产物出口及灰渣出口，气流床上设有进气口、出气口及位于气流床下方的冷却室；CO2输出口及O2输出口均与上吸式固定床气化剂入口相通，上吸式固定床气体产物出口及CH4输出口均与气流床进气口相通，气流床出气口与冷却室相通，冷却室的底部为冷却水槽，在冷却室内出气口位置设有冷却剂喷口，冷却室上设有合成气出口。
2、如权利要求1所述利用城市生活垃圾及填埋气制取合成气的装置，其特征在于，该装置还包括有料斗、星型进料阀，该料斗通过星型进料阀与所述上吸式固定床的垃圾输入口相通。
3、如权利要求1所述利用城市生活垃圾及填埋气制取合成气的装置，其特征在于，所述进气口为多通道喷嘴。
4、利用城市生活垃圾及填埋气制取合成气的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
A、将城市生活垃圾投入上吸式固定床，从垃圾填埋气中分离出CO2及CH4，将CO2与O2混合后输入上吸式固定床，城市生活垃圾在上吸式固定床内气化，城市生活垃圾气化后生成的灰渣从灰渣口输出；
B、从垃圾填埋气中分离出的CH4及城市生活垃圾气化后生成的气化气输入气流床内，使混合气在高温下进行部分氧化重整生成化学合成气，该合成气输入冷却室内；
C、向冷却室内喷入冷却剂，冷却气中的熔渣落入冷却水槽，并将冷却后的合成气输出。
5、如权利要求4所述利用城市生活垃圾及填埋气制取合成气的方法，其特征在于，在所述A步骤之前，还有一个步骤A0：对城市生活垃圾进行预选，并去除城市生活垃圾中的大块不可燃物。
6、如权利要求4所述利用城市生活垃圾及填埋气制取合成气的方法，其特征在于，在所述A步骤中，通过调节CO2与O2混合比例，来调节上吸式固定床内的温度。
7、如权利要求1所述利用城市生活垃圾及填埋气制取合成气的方法，其特征在于，在所述A步骤中，所述CO2与O2的摩尔比为0至6之间。
8、如权利要求4所述利用城市生活垃圾及填埋气制取合成气的方法，其特征在于，在所述A步骤中，所述上吸式固定床内的温度控制在600℃至1100℃之间。
9、如权利要求4所述利用城市生活垃圾及填埋气制取合成气的方法，其特征在于，在所述B步骤中，所述气流床内的温度控制在1100℃至1600℃之间。
10、如权利要求4所述利用城市生活垃圾及填埋气制取合成气的方法，其特征在于，在所述C步骤中，喷入所述冷却室中的冷却剂为碱性冷却剂。
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