CN102277202B - 一种高温裂解垃圾和生物质制煤气的方法 - Google Patents

一种高温裂解垃圾和生物质制煤气的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高温裂解垃圾和生物质制煤气的方法，其特征在于：将甲、乙两台结构完全相同制气裂解炉，相邻平行垂直地面安装，其炉膛上段用气管连通；用经处理后的垃圾及生物质作为原料，和无烟块煤及同等粒度的石英块从炉顶连续或间歇加入；用蒸汽和氧气或蒸汽和富氧空气为气化剂；同上，乙炉制气从甲炉引出，循环交替进行。本发明由于甲炉制的混合气经过了乙炉高温层，或乙炉制的混合气经过了甲炉高温层，使氧气与未裂解的原料不直接接触，防止了二恶英的产生；同时高分子有机物都有会分解，有效地防止了二恶英的产生；且有效地减少原料粉尘的带出。

Description

一种高温裂解垃圾和生物质制煤气的方法
技术领域
本发明涉及一种高温裂解垃圾和生物质制煤气、或水煤气和裂解气的混和气的方法。
背景技术
目前垃圾处理是困扰我们的一大难题：其一是产生量大；其二是处理十分困难，而且花费大量的人力和物力。目前采用的焚烧方法因产生二噁英致癌物质而被叫停，而填埋方法对环境污染很大。同时，对生物质能开发利用的研究是我国可持续发展技术的重要内容之一，被列入我国21世纪发展议程，生物质能具有可再生性，低污染性，广泛分布性特点。如何利用这些富碳清洁的可再生资源是我国能源可持续发展的一个主要方向。利用垃圾、生物质为原料高温裂解制原料气或燃气的方法是很重要的方法之一。但是这些方法都有一个如何有效提供裂解所需的热量及如何处理气体带出物的问题。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进和创新，提供一种提供垃圾和生物质高温裂解制煤气所需的热量及防止煤气中带出原料的高温裂解垃圾和生物质制煤气的方法。
本发明采用的技术方案如下：一种高温裂解垃圾和生物质制煤气的方法，其特征在于：将甲、乙两台结构完全相同制气裂解炉，相邻平行垂直地面安装，其炉膛上段用气管连通；用经处理后的垃圾及生物质作为原料，和无烟块煤及同等粒度的石英块从炉顶连续或间歇加入；用蒸汽和氧气或蒸汽和富氧空气为气化剂，气化剂从甲炉底部进入炉并与炉下部的焦、煤进行氧化还原反应生成水煤气或半水煤气，高温的水煤气或半水煤气上行过程中使原料裂解产生裂解气，由上述水煤气和裂解气组成的混合气从甲炉上部出口引出而进入乙炉上部，混合气从上至下通过乙炉的原料层、气化层、灰渣层后从乙炉下部出口引出；同上，乙炉制气从甲炉引出，循环交替进行。
本发明的制气工艺说明如下：
（1）甲炉制气：从甲炉底通入水蒸汽，水蒸汽从炉下部的炉篦气体分布孔吹净炉底煤气，接着向炉底通入氧气（或富氧空气），水蒸汽和氧气（以下间称气化剂）与炉下部原料裂解后炽热剩焦残碳和无烟块煤（或无烟粉煤加工的型煤）反应，生成水煤气（或半水煤气）。高温水煤气所带显热使炉上部的原料裂解，产生的裂解气和水煤气合二为一的混合煤气（简称混合气）从甲炉上部出口管引出经联通管而进入乙炉的上部，混合气沿乙炉从上到下通过乙炉内的裂解层、炽热焦煤层、灰渣层而经乙炉下部的炉篦气体分布孔而从炉底引出乙炉。
甲炉所制的混合气进入乙炉的目的是：
Figure 63961DEST_PATH_IMAGE001
混合气带出的物料在乙炉通过各层时被拦截下来；减少了物料带出。
Figure 292686DEST_PATH_IMAGE002
甲炉来的混合气中的裂解气甲烷含量是较高的，而甲烷是氨、醇合成原料气中不需要的气体，甲烷含量高，产品气体消耗增大；而当混合气通过乙炉高温炽热焦煤层时甲烷气与水蒸汽生成一氧化碳和氢气；因此混合气通过乙炉后甲烷含量会降低；
Figure 72423DEST_PATH_IMAGE003
使乙炉炽热焦煤层温度稳定在一个区间内。因为乙炉在上个循环制气时焦煤层的火层是上移的，而当甲炉所制的混合气从上至下通过乙炉时使已上移的火层下移恢复到原来的区间。使下部碳反应完全。
Figure 467633DEST_PATH_IMAGE004
甲炉出口的混合气通过乙炉炽热焦煤层时混合气中的裂解气含有高分子物质及焦油等会在乙炉炽热焦煤层内继续裂解为简单分子。这里要特别说明的是这样设置流程能有效地防止二恶英的产生。氧气与未裂解的原料不直接接触反应，防止了二恶英的产生；同时甲炉出口的混合气在通过乙炉的高温层时，一切高分子有机物都会分解。
（2）乙炉制气：当甲炉制气时间完成后转入乙炉制气。其过程和甲炉制气完全一样。先用蒸汽从乙炉下部通入，扫尽乙炉下部煤气，然后通入氧气，蒸汽和氧气（或富氧空气）与炉下部原料裂解后炽热剩焦残碳和无烟块煤反应，生成水煤气。高温水煤气所带显热使炉上部的原料裂解，产生裂解气和水煤气的混合气从乙炉上部出口管引出而进入甲炉的上部，混合气沿甲炉从上到下通过甲炉内的裂解层、炽热焦煤层、灰渣层而从甲炉下部的炉篦气体分布孔而从炉底引出甲炉。
上述两步为一循环，步骤（2)完成后转入步骤（1)，进入下一个循环。
上述步骤中的各步时间先人工设定后由电脑执行控制，采用的阀门是自身带油压活塞缸的座板阀，阀门活塞缸与油压机连接，阀门活塞由油压机油流推动的，油压机油流换向阀由电脑控制。炉中安装有温度传感器，传感器把测得数据传给温控器，温控器根据该数据与预先输入的标准值比较后作出调节温度的反应。
在裂解炉中加入垃圾和生物质总质重的0-15%的15-25mm无烟块煤的目的是：
Figure 344322DEST_PATH_IMAGE001
原料裂解要吸收热量，而原料裂后的殘焦炭所制的水煤气量有限，不能完全提供其相应原料裂解所需的热量及系统的热损失的热量。需要加入碳与气化剂反应生成高温水煤气补充热量。
Figure 166784DEST_PATH_IMAGE002
原料相对煤来说其比重较轻，其裂解后的焦炭颗粒小，此焦炭和氧气、水蒸汽反应后残渣很少。而无烟块煤反应后残渣较大且量较多，因此分布在下部的炉篦上起过滤层的作用，减少炉下部出口气的带出物。
在无烟块煤中掺和粒度与煤同等大小的石英块为的是改善原料的通气性及减少气体带出物（起过滤作用）。其石英块量视原料的通气性和带出物多少而定。石英石熔点1300℃以上，石英块可回收重复使用。
气体带出的粉尘分离及余热的利用。
从制气炉下部出口的带有粉尘的高温混合气送入旋风分离器进行除尘分离，分离后的高温气体被送入到余热锅炉的管内，气体将热量传给管外的热水而产生供制气用的蒸汽。温度降低了的气体进入到软水加热器，加热进余热锅炉的软水。
Figure 445767DEST_PATH_IMAGE006
.气体的洗涤和冷却。
回收了余热后的气体，经安全水封引入到冷却洗涤塔，气体由塔下部进入，与自上而下的冷却水逆流接触，气体在被冷却过程的同时进一步得到了净化。净化后的气体被引入气柜。
附图说明
图1是设备及工艺流程图；
图中：1是原料贮斗， 2是块煤及石英块贮斗 ，3是加料装置，4是炉体，5是炉内保温耐火材料，6是加料导筒，7是料耙，8是水夹套，9是炉篦，10是灰渣犁，11是灰渣箱，12是灰渣池，13是炉条机减速箱，14是两炉联通管，15是炉水夹套蒸汽包，16甲（乙）是入炉氧气座板阀，17甲（乙）是炉混合气出口座板阀，18甲（乙）是入炉蒸汽座板阀，19甲（乙）是氧气（或富氧空气）贮罐，20甲（乙）是旋风分离器，21甲（乙）是余热锅炉蒸汽包，  22甲（乙）是余热锅炉，23甲（乙）是软水加热器，24甲（乙）是安全水封，25甲（乙）是冷却洗涤塔，26甲（乙）是溢流水封，27是气柜入口水封，     28是气柜。    
具体实施方式
下面根据附图1和具体实施方式对本发明作进一步说明：
见附图1，本发明采用的方法包括以下步骤：
Figure 176963DEST_PATH_IMAGE007
，备料：原料、块煤、石英石块
名称 全水份 CnHm 固定碳 灰份 合计
质量（%） 13.63 62.20 13.09 8.08 100
入炉原料：将可回收垃圾（金属和玻璃除外）和生物质分别凉干至无可见水。切割成15-25mm的条块状然后按比例混合成混合物料。
成份及热值如下：
入炉原料热值为22397kj/kg，粒度为15-25mm。
Figure 236240DEST_PATH_IMAGE009
入炉无烟块煤，垃圾及生物质质重的8%，组成及热值：
名称 水份 固定碳 挥发分 灰份 硫分 合计
质量（%） 5．58 60．63 8．14 23．41 0．24 100
无烟块煤热值为22912kj/kg
Figure 973252DEST_PATH_IMAGE005
石英块，粒度为15-25mm。加入量为原料体积的5%
生产时将已备好的原料和无烟块煤、石英石混合分别加入两斗，两斗物料连续地（或间歇）通过加料器加入到炉中.
2，甲炉制气：
在两炉炉内炉篦上铺有一定厚度的煤渣，在渣上铺一层无烟块煤，打开灰箱的小门和两炉通联管上的放空阀，封住气柜进口水封。用木柴点火将块煤烧旺后关灰箱小门和两炉连通管上放空阀，打开冷却洗涤塔塔顶放空阀，气柜顶上放空阀并用蒸汽置换从各炉底出口至气柜的管道及设备。开始开炉。打开18甲入炉蒸汽座板阀，从甲炉底通入水蒸汽，水蒸汽从炉下部的炉篦9的气体分布孔吹净炉底煤气，18甲入炉蒸汽座板阀打开5秒钟后接着打开16甲入炉氧气座板阀向炉底通入氧气（或富氧空气），水蒸汽和氧气（以下简称气化剂）与炉下部原料裂解后的炽热剩焦残碳和无烟块煤反应，温度控制在950-1050℃，生成水煤气（或半水煤气）。高温水煤气所带显热使炉上部的原料裂解，产生的裂解气和水煤气合二为一的混合气温度为300-400℃从甲炉上部出口经两炉联通管14而进入乙炉的上部，混合气沿乙炉从上到下通过乙炉内的裂解层、炽热焦煤层、灰渣层，温度为250-350℃的混合气通过乙炉下部的炉篦气体分布孔而从炉底引出乙炉。出乙炉的混合气经20乙旋风除尘器分离灰尘后进入到22乙余热锅炉回收热量，每100kg原料产0。2Mpa的饱和蒸汽123kg ,混合气温度降为150℃而进入23乙软水加热器, 130 kg 软水被加热到90℃后送往余热锅炉，混合气的温度降至80℃后进入到24乙安全水封。混合气冲破水封而进到25乙冷却洗涤塔，混合气自下而上与冷却水自上而下逆流接温度降至30℃，然后混合气经27气柜入口水封入28气柜。甲炉制气时间持续90秒。然后转入乙炉制气。
（3）乙炉制气：当甲炉制气时间完成后转入乙炉制气。其过程和甲炉制气完全一样。先开水蒸汽吹扫尽炉底部混合气5秒钟后再同时开氧气座板阀。制气时间也是90秒。各放空阀气体采样分析合格后关闭洗涤塔塔顶放空阀，气柜顶上放空阀。系统正式投入运行。
上述两步为一循环，步骤完成后转入下一个循环。步骤中的各步时间先人工设定后由电脑执行控制，采用的阀门自身带油压活塞缸的座板阀，阀门活塞缸与油压机连接，阀门活塞由油压机油流推动的，油压机油流换向由电脑控制。炉中安装有温度传感器，传感器把测得数据传给温控器，温控器根据该数据与预先输入的标准值比较后作出调节温度的反应。温度由固定氧气用量后调节蒸汽用量。
每100kg原料和8kg块煤，30kg(0.2Mpa)的饱和水蒸汽制得如下表的混合煤气：
  CO H2 CO2 N2 CH4 合计
混合煤气体积 75．14 105．34 37．78 1．81 1．8 221．87
% 33．86 47．48 17．03 0．82 0．81 100
合成每吨精甲醇耗上述混合煤气2882标准立方米，混合煤气中硫化氢含量每每标准立方米0。1克。吨精甲醇消耗如下：
原料：1300kg
块煤：130 kg
工业氧气：482标准立方米
向外提供0.2Mpa饱和水蒸汽1208 kg（产0.2Mpa饱和水蒸汽1598 kg，自用389.7 kg）。
本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (4)

1.一种高温裂解垃圾和生物质制煤气的方法，其特征在于：将甲、乙两台结构完全相同制气裂解炉，相邻平行垂直地面安装，其炉膛上段用气管连通；用经处理后的垃圾及生物质作为原料，和无烟块煤及同等粒度的石英块从炉顶连续或间歇加入；用蒸汽和氧气或蒸汽和富氧空气为气化剂，气化剂从甲炉底部进入炉并与炉下部的焦、煤进行氧化还原反应生成水煤气或半水煤气，高温的水煤气或半水煤气上行过程中使原料裂解产生裂解气，由上述水煤气或半水煤气和裂解气组成的混合气从甲炉上部出口引出而进入乙炉上部，混合气从上至下通过乙炉的原料层、气化层、灰渣层后从乙炉下部出口引出；同上，乙炉制气从甲炉引出，循环交替进行。
2.根据权利要求1所述高温裂解垃圾和生物质制煤气的方法，其特征在于：所述无烟块煤的加入量大于0,小于或等于垃圾和生物质总质量的15%。
3.根据权利要求1所述高温裂解垃圾和生物质制煤气的方法，其特征在于：所述混合气出炉带出的显热是由余热锅炉和软水加热器两级回收的，余热锅炉为列管式，混合气走管内。
4.根据权利要求1所述高温裂解垃圾和生物质制煤气的方法，其特征在于：采用的阀门是自身带油压活塞缸的座板阀，阀门活塞缸与油压机连接，阀门活塞由油压机油流推动的，油压机油流换向由电脑控制的，裂解炉中安装有温度传感器，传感器把测得数据传给温控器，温控器根据该数据与预先输入的标准值比较后作出调节温度的反应。
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