CN102899091B

CN102899091B - 一种系统自供热源裂解生物质、城市废弃物制煤气的方法

Info

Publication number: CN102899091B
Application number: CN201210454637.9A
Authority: CN
Inventors: 程培胜
Original assignee: Individual
Current assignee: Shenzhen City Baitai New Energy Equipment Co ltd
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2032-11-14
Also published as: CN102899091A

Abstract

本发明公开了一种系统自供热源高温裂解生物质、城市废弃物制煤气的方法，A、B两台制气炉结构完全相同，每炉的上部设有气体进口和出口，用两根装有阀门的气体管道将两炉连通，一炉上部出口接另一炉上部进口，制气过程中两炉相互交替作用，生物质和废弃物作为原料从炉顶连续或间歇加入；由纯氧或富氧空气与系统自产煤气或利用该煤气的生产系统的尾气、弛放气经燃烧器产生高温燃烧气加入炉内，与加入炉内的水蒸汽与裂解残碳发生水煤气反应，原料裂解后的残碳与燃烧气中二氧化碳发生还原成一氧化碳的反应，反应后高温气体为原料裂解提供热能。本发明不用外供热源就可高温裂解生物质和城市废弃物制取煤气，同时还可以防止煤气带出原料。

Description

一种系统自供热源裂解生物质、城市废弃物制煤气的方法

技术领域

本发明涉及一种系统自供热源裂解生物质和城市废弃物制煤气的方法。

背景技术

目前城市废弃物的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重要方向。利用城市废弃物、生物质为原料高温裂解制煤气的方法是很重要的方法之一。而高温裂解需要供给热量，且生物质、城市废弃物密度比较小，炉内裂解时很容易被气体带出。因此这些方法都有一个如何有效提供裂解所需的热源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，提供一种不用外供热源，用自产煤气或利用该煤气的生产系统的尾气、弛放气和外供氧气或富氧空气通过燃烧器产生高温燃烧气，供裂解生物质和城市废弃物制煤气的方法。

本发明采用的技术方案如下：一种系统自供热源裂解生物质、城市废弃物制煤气的方法，其特征在于：包括如下制气炉和制气步骤：

1、制气炉：将A、B两台结构完全相同的制气炉，相邻平行垂直地面安装。每炉上部设有煤气进口和煤气出口，两炉用两根在出口管上装有阀门的气体管道连通。A炉上部出口接B炉上部进口，B炉上部出口接A炉上部进口。每炉下段都设双层炉篦，上层炉篦为原料炉篦，此炉篦托住原料和大粒颗残炭；下层为残碳炉篦，此炉篦托住小颗粒残碳，只让灰渣和气体通过，两炉篦间距根据炉径而定。每层炉篦下都设有高温燃烧器的高温燃烧气进口。炉上段气体出口上设有过滤器；从煤气罗茨风机或从应用该煤气生产的系统的尾气、弛放气贮气罐出口引出两条用阀门控制的燃气管分别与两炉高温燃烧器的煤气入口连接；每炉下部设蓄热耐火球层，回收气体带出的热量。每炉蓄热耐火球层下部设有水蒸汽进口；

2、制气步骤：

（1）将已加工的生物质和废弃物作为原料从炉顶连续或间歇加入，A炉上行制气时，从A炉残碳炉篦下部燃烧器和原料炉篦下部燃烧器同时送入高温燃烧气入炉内，与此同时A炉下部送入水蒸汽，此水蒸汽通过蓄热层被加热后与高温燃烧气汇合通过残炭炉篦，与残炭炉篦上的残炭发生如下生成水煤气的化学反应：

H₂O+C=H₂+CO-Q₂

2H₂O+C=2H₂+CO₂-Q

燃烧气中CO₂与残碳相遇发生还原反应：

C+CO₂ =2CO-Q

反应生成的煤气和未反应的水蒸汽与原料炉篦下部燃烧器送出的高温燃烧气汇合通过原料炉篦并与原料炉篦上的原料发生高温裂解反应和CO₂还原反应。

在A炉内生成的煤气和裂解气混合将A炉上部的原料干燥，进入A炉上部出口管，气体夹带的原料被出口管上的过滤器拦住，只让气体进入B炉，在B炉内从上至下通过的原料层和带着原料炉篦上的残炭通过原料炉篦，此时B炉原料炉篦下部燃烧器送入的高温燃烧气与原料炉篦上带下的的残炭与干燥原料时产生的水蒸汽、A炉未反应的水蒸汽在高温条件下发生如下反应：

H₂O+C=H₂+CO-Q

2H₂O+C=2H₂+CO₂-Q

燃烧气中CO₂与C相遇发生还原反应：

C+CO₂ =2CO-Q

气体中的焦油等杂质也在此高温燃气中裂解。

高温重整后气体下行通过残碳炉篦，气体的余热在下行的过程中蓄在B炉下段的耐火球蓄热层；

（2）当A炉原料炉篦上原料裂解层炉温达一定温度后，转入B炉上行制气。此时A炉残碳炉篦下部燃烧器、炉蒸汽进口阀关闭；A炉原料炉篦下部燃烧器继续送燃烧气。B炉残碳炉篦下部燃烧器和B炉原料炉篦下部燃烧器送高温燃烧气，与此同时从B炉炉底通入蒸汽，B炉底部送入水蒸汽通过蓄热层被加热后与高温燃烧气混合通过B炉残炭炉篦，水蒸汽与残炭炉篦上的残炭发生水煤气反应，残炭使燃烧气中部分CO₂起还原反应。反应生成的煤气、未反应的水蒸汽和B炉原料炉篦下部燃烧器送入的燃烧气混合通过原料炉篦并与原料炉篦上的原料发生高温裂解反应。

在B炉内生成的煤气和裂解气混合将B炉上部的原料干燥，气体进入B炉出口管，气体夹带的原料被出口管上的过滤器拦住，只让气体进入A炉，在A炉内从上至下通过的原料层和带着原料炉篦上的残炭通过原料炉篦，此时A炉原料炉篦下燃烧器送入的高温燃烧气，原料炉篦上带下的的残炭与干燥原料生成的水蒸汽、B 炉未反应的水蒸汽发生生成水煤气反应；残炭使高温燃烧气中部分CO₂发生还原反应。气体中的焦油等杂质也在此高温燃烧气中裂解。

高温重整后气体下行通过A炉残碳炉篦，气体的余热在下行的过程中蓄在A炉下段的耐火球蓄热层中。

（3）当B炉原料炉篦上裂解层炉温达一定温度时，转入A炉上行制气，重复上述步骤（1）、（2）。A炉煤气上行，B炉即为煤气下行；B炉煤气上行，A炉即为下行。

（4）用改变入炉蒸汽的量和调节燃烧气量和温度来调节炉内温度。增加入炉水蒸汽量可降低炉温，减少水蒸汽量可提高炉温。

3、辅助工序和辅助设备：

（1）用气体带出裂解及残炭反应后的灰渣。

生物质裂解后的残炭及残炭反应后剩下的灰渣为小颗粒粉状物，很容易被气流带走。因此本装置一般情况下不另设排渣装置，而让气体将灰渣从炉底部带出。

（2）设旋风分离器扑捉气体带出的灰渣

旋风分离器由一圆柱体和一圆锥体组成。气体从圆柱体切线方向进入，气体在圆柱体内以螺旋方向旋转，由于重力和向心力的作用。灰渣被甩向筒壁，然后沿筒壁下滑而入锥斗，由锥斗下的灰渣锁间歇排出。分离了灰渣的气体由圆锥体中心引出。

（3）设余热锅炉回收气体余热。余热锅炉是一列管换热器。气体中带的少量灰尘在下部聚集，由灰渣锁间歇排出。

（4）设置冷却洗涤除尘装置。

余热锅炉底部出来的气体温度还较高，并带有少量小颗粒粉尘，设止逆水封和冷却洗涤塔，气体由止逆水封进入塔下部，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。净化后的煤气被引入煤气罗茨风机，大部分送入气柜，少部分煤气送制气炉燃烧器。

（5）上述步骤中的各步运行时间由人工设定后电脑执行控制，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，油压机油流换向阀由电脑控制。

本发明采用2个相联的裂解制气炉互换交替作用；用自产的煤气或利用该煤气的生产系统的尾气、弛放气和外供的氧气通过燃烧器产生高温燃烧气，在供给水蒸汽的条件下与原料裂解后所剩的残碳发生水煤气反应和燃烧气中二氧化碳的还原反应，反应后气体所带热量供裂解生物质和城市废弃物制煤气，由于没有氧气直接与废弃物反应，因此不会有二恶英产生；在A炉裂解产生的焦油在B炉中高温燃烧气中裂解，而B炉裂解产生的焦油也会在A炉高温燃烧气中裂解，煤气产品不带焦油等杂质；系统生产煤气时无原料带出。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图中：1、下料器；2、下料导筒；3、制气炉；301、制气炉上部气体进口； 302、制气炉原料炉篦下部燃气进口； 303、制气炉残炭炉篦下部燃气进口；304、制气炉上部煤气出口；305、制气炉原料炉篦；306、制气炉残炭炉篦；307、蓄热耐火球；308、制气炉水蒸汽进口；4、制气炉原料炉篦下部燃烧器；5、制气炉残炭炉篦下部燃烧器；6、原料炉篦下部燃烧器氧气进口阀；7、残炭炉篦下部燃烧器氧气进口阀；8、原料炉篦下部燃烧器煤气进口阀；9、残炭炉篦下部燃烧器煤气进口阀；10、制气炉上行煤气出口阀；11、制气炉水蒸汽进口；12、制气炉下行煤气出口阀；13、旋风分离器；14、旋风分离器排渣锁；15、余热锅炉；16、余热锅炉排渣锁；17、洗气塔；18、洗气塔上水阀；19、洗气塔排水水封；20、煤气罗茨鼓风机；21煤气罗茨机近路阀； 22、系统放空阀；23、煤气罗茨机出口阀； 24、燃烧器煤气进口调节阀；25、煤气入气柜阀；26、煤气气柜。

具体实施方式

下面根据附图1和具体实施例本对发明作进一步说明：

具体实施例包括以下步骤：

，备料：

入炉原料：将可回收废弃物（金属、玻璃、混凝土等建筑废料除外）和生物质分别凉干至无可见水。切割成10-15mm的条块状，然后按比例混合成混合物料。

2，制气：

制气时阀门开关状况：

从图1可知，由加料器1向两炉内加一定高度的物料，正常制气运行时，系统阀门开、关状况如下：煤气罗茨鼓风机出口阀23开、燃烧器煤气进口调节阀24开、罗茨机近路阀21开、气柜煤气进口阀25开、洗气塔上水阀18开，系统放空阀22关。

A炉上行制气运行时阀门状况如下：

下列阀门打开：A炉：制气炉残炭炉篦下部燃烧器5A、原料炉篦下部燃烧器4A启动运行（相关的煤气入口阀8A、9A、氧气入口阀6A、7A、打开）、入炉水蒸汽阀11A开。A煤气炉上行出口阀10A开。B炉：原料炉篦下部燃烧器4B启动运行（相关的煤气入口阀8B、氧气阀入口阀6B、打开）、下行炉气出口阀12B开。

下列阀门关闭：A炉：下行煤气出口阀12A关闭。B炉：入炉水蒸汽阀11B关，B煤气炉上行出口阀10B关闭。残炭炉篦下部燃烧器5B关闭（相关的氧气阀入口阀7B、煤气入口阀9B关闭）。

B炉上行制气阀门状况如下：

下列阀门打开：B炉：残炭炉篦下部燃烧器5B、原料炉篦下部燃烧器4B启动运行（相关的煤气入口阀8B、 9B、氧气阀入口阀6B、7B、打开）、入煤气炉水蒸汽阀11B开。B煤气炉上行出口阀10B开。A炉：原料炉篦下部燃烧器4A继续运行（相关的氧气阀入口阀6A、煤气入口阀8A开）、下行炉气出口阀12A开。下列阀门关闭：B炉下行煤气出口阀12B；A炉：入炉水蒸汽阀11A关，A煤气炉上行出口阀10A关闭。残炭炉篦上部燃烧器5A关闭（相关的氧气阀入口阀7A、煤气入口阀9A关闭）。

制气流程简述：

A炉上行制气流程简述：

A炉下部残炭炉篦下燃烧器5A喷出的950-1100℃高温烧燃气与A炉下部的来的水蒸汽混合后通过残炭炉篦306A与裂解后的残炭在炉中相遇发生水煤气反应和CO2的还原反应。反应后气体温度降低，继续上行时与原料炉篦下燃烧器4A喷出的高温气体混合通过原料炉篦305A后与原料相遇，则原料发生高温裂解反应生成裂解气，上行气体温度降低。降低了温度的混合气（未完全反应的水蒸汽、水煤气、裂解气）通过炉上部原料层，使原料得到干燥，气体温度降低至300℃左右，此混合气经A炉上部上行煤气出口304A，气体所带物料被过滤层拦住，气体经煤气出口阀10A从B炉上部煤气进口301B入B炉上部，气体经B炉干燥层、裂解层，将裂解层中残炭带出通过原料炉篦与B炉原料炉篦下燃烧器4B送来的高温燃烧气相遇，气体中的水蒸汽在高温条件下与残炭生成水煤气反应，C使部分CO2还原反应。煤气中所带A 炉裂解时产生的焦油也在B炉燃烧气中裂解，温度降至400℃。带着残渣的气体通过残炭炉篦306B进入蓄热耐火球307B，气体将热量传给耐火球而本身温度降至250℃，带着残渣的气体从B炉底部出来进入旋风分离器13B，在旋风分离器内分离残渣后进入余热锅炉15，气体在余热锅炉内把热量传给水产生水蒸汽，本身温度降至150℃进入洗气塔17，除尘降温分离水滴后送去煤气罗茨机20。罗茨机20出口气体大部分送气柜26，少部分送去燃烧器和空分来的氧气在燃烧器内产生高温燃烧气。

B炉上行制气流程简述：

当A炉原料炉篦上裂解层温度达750-900℃时，转入B炉上行制气。B炉下部残炭炉篦下部燃烧器5B喷出的950-1100℃高温燃烧气与B炉下部的来的水蒸汽通过残炭炉篦306B在炉中相遇，残炭发生水煤气反应和二氧化碳还原反应，高温气体温度下降，混合气体继续上行与原料炉篦下部燃烧器4B送来的高温燃烧气汇合通过原料炉篦305B后与原料相遇，则原料发生高温裂解反应生成裂解气，气体温度降低。降低了温度的混合气（未完全反应的水蒸汽、水煤气、裂解气混合）通过炉上部原料层，使原料得到干燥，气体温度降低至300℃，此混合气经炉上部煤气出口304B，气体所带物料被过滤层拦住，气体经煤气出口阀10B从A炉上部煤气进口301A入A炉上部，气体经A炉干燥层、裂解层，将裂解层中残炭带出通过原料炉篦305A与A炉原料炉篦下部燃烧器4A送来的高温燃烧气相遇，气体中的水蒸汽在高温条件下与发生水煤气反应，残炭使部分CO2发生还原反应，B炉裂解时产生的焦油也在A炉高温燃烧气中裂解，温度降至400℃。带着残渣的气体通过残炭炉篦306A进入蓄热耐火球层307A，气体将热量传给耐火球而本身温度降至250℃，带着残渣的气体从A炉底部出来进入旋风分离器13A，在旋风分离器内分离残渣后进入余热锅炉15，气体在余热锅炉内把热量传给水产生蒸汽，本身温度降至150℃进入洗气塔17，除尘降温分离水滴后送去煤气罗茨机20。罗茨机20出口气体大部分送气柜26，少部分送去炉原料炉篦下部燃烧器4和残炭炉篦下部燃烧器5与空分来的氧气在燃烧器内产生高温燃烧气。

旋风分离器下部的灰渣由旋风分离器13分离，旋风分离器底部灰渣由排渣锁14排出。余热锅炉下部的灰尘由余热锅炉排渣锁16排出。

制气炉运行正常后由手动转入计算机自动控制，系统正式投入运行。运行时系统保持压力3000-4000Pa（表压）。洗气塔的水及残渣通过安全溢流水封排出，送去水处理系统，冷却沉淀后循环使用。

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

1.一种系统自供热源裂解生物质、城市废弃物制煤气的方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）将生物质和废弃物加工后作为原料从炉顶连续或间歇加入制气炉内，A炉上行制气时，A炉残碳炉篦下部燃烧器和原料炉篦下部燃烧器同时向炉内通入高温燃烧气，与A炉底部送入水蒸汽汇合，通过残炭炉篦后与残炭发生生成水煤气的化学反应，燃烧气中部分CO₂与残炭相遇发生生成CO的还原反应；通过原料炉篦使原料发生裂解反应；

在A炉内生成的煤气和裂解气混合上行时将A炉上部的原料干燥，混合气通过干燥层进入A炉上部出口管，经出口管上的过滤器进入B炉，在B炉内从上至下通过的原料层、裂解层后带着原料炉篦上的残炭通过原料炉篦，此时B炉原料炉篦下部燃烧器送入的高温燃烧气与原料炉篦上带下的的残炭与水蒸汽生成水煤气反应，燃烧气中部分CO₂与残炭相遇发生还原成CO的反应，气体中所带焦油等杂质在此高温燃烧气中裂解；

高温重整反应后气体下行通过残碳炉篦，气体的余热在下行的过程中蓄在B炉下段的耐火球蓄热层中；

（2）当A炉原料炉篦上裂解层炉温达一定温度时，转入B炉上行制气，B炉上行制气时与A炉制气过程与原理相同；

（3）当B炉原料炉篦上裂解层炉温达一定温度时，转入A炉上行制气，重复上述步骤（1）、（2），两炉相互交替制气过程，A炉煤气上行，B炉即为煤气下行；B炉煤气上行，A炉即为下行；

（4）用气体带出反应后的灰渣：不另设排渣装置，而让气体从炉底部带出入炉外分离器；

（5）用改变入炉蒸汽的量和调节燃气量和温度来调节炉内温度，加入炉水蒸汽量可降低炉温，减少气水蒸汽量可提高炉温；

其中所述制气炉为两台制气炉，A、B两台制气炉的结构完全相同，相邻平行垂直地面安装；其炉上部用两根装有阀门的气体管道连通；每炉都设双层炉篦，制气炉底部设有耐火球蓄热段；炉上段气体出口设过滤器，炉下部设有蒸汽进口。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述制气炉的燃烧器的燃气是系统自产煤气或利用该煤气生产系统的尾气、弛放气。