CN104774650B - 具有焦油降解功能的u型固定床气化-催化反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开的具有焦油降解功能的U型固定床气化‑催化反应装置主要包括下吸式固定床气化反应器、上吸式催化裂解反应器和旋风分离器。下吸式固定床气化反应器具有给料装置和配风系统，烟气在炉内的走向呈U字形，而整个U型反应器均处于高温加热区域并且由保温层保护，以保证气化后的焦油成分不会在沿程管道冷却凝结，从而以气态的形式进入催化裂解反应器并在催化反应器内进行充分分解。本发明解决了目前废弃物气化后产品气中焦油以及颗粒物含量过高而引起的产品气净化成本增大等问题。

Description

具有焦油降解功能的 U 型固定床气化 - 催化反应装置

技术领域

本发明涉及一种U型固定床气化-催化反应装置，尤其是具有焦油降解功能的U型固定床气化-催化反应装置，属于固体废弃物能源化清洁利用技术领域。

背景技术

据统计，2013年我国城市固体废弃物清运量超过了1.7亿吨，而废弃物的直接焚烧处理方式所带来的二噁英及重金属的二次污染等问题依然是目前面临的一大难题。气化工艺由于具有热效率高、清洁低污染等优点成为了专家学者研究的热点，目前生活垃圾气化工艺有很多种，如循环流化床气化工艺、固定床气化工艺、移动床气化炉以及回转窑等。循环流化床气化炉由于气化后烟气中携带有大量的颗粒物，导致尾气净化处理的负担加重；固定床气化反应器气化后的烟气中焦油含量过高，不但大大降低了合成气的品质，而且冷却后容易粘附在尾部烟道中，造成管道堵塞。因此，急需要开发一种气化工艺系统，使得产品气在离开炉膛之前已经完全脱除了颗粒物和焦油组分，这样不仅提升了合成气品质，而且大大降低了合成气的净化处理成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有焦油降解功能的U型固定床气化-催化反应装置，以解决目前废弃物气化后产品气中焦油以及颗粒物含量过高而引起的产品气净化成本增大等问题。

本发明的具有焦油降解功能的U型固定床气化-催化反应装置，主要包括下吸式固定床气化反应器、上吸式催化裂解反应器和旋风分离器，下吸式固定床气化反应器呈圆筒状，圆筒的外壁自壁向外依次包覆第一加热层和第一保温层，在下吸式固定床气化反应器的顶部有给料装置，底部设有排渣口；上部有与壁面呈切向布置的气化风配风口，下部有管式炉排，管式炉排由平行排列、彼此间留有间隙的钢管组成，在排渣口与管式炉排之间设有水平烟道，上吸式催化裂解反应器紧靠安装在下吸式固定床气化反应器的一侧，上吸式催化裂解反应器的外壁自壁向外依次包覆第二加热层和第二保温层，在上吸式催化裂解反应器的顶部有出气口，底部有进气口，旋风分离器位于上吸式催化裂解反应器的下方，并与水平烟道垂直布置，旋风分离器的进气口与水平烟道连通，旋风分离器的出气口与上吸式催化裂解反应器底部的进气口连通，旋风分离器的底部有出灰口。

本发明具有以下技术特点：简单处理过的可燃固体废弃物从炉膛顶部由给料装置送入炉内，在下落的过程中与气化空气进行充分混合并且在高温条件下发生热解并析出挥发分；气化风配风口的气化空气沿炉膛壁面的切向进入，从而在炉内形成一个旋流区域，有助于延长物料在高温段的停留时间。经过热解和部分气化的固相产物下落后在管式炉排上堆积起来，形成一定高度的堆积床层。气化后的烟气在引风机的抽力作用下穿过堆积床层和水平烟道进入旋风分离器，烟气中的细小颗粒在旋风分离器的作用下从烟气中脱离出来落入分离器的底部，而净化后的烟气进入上部催化裂解反应器。此时，烟气中的焦油成分在催化剂的作用下在800℃以上的高温下发生裂解反应从而生成小分子气体组分。在该系统中，整个烟气流程呈U字形，烟气在进入催化裂解反应之前均处于高温加热和保温过程中，避免了因冷却造成的焦油在管壁上的粘附和堵塞。旋风分离器和催化裂解反应装置的使用完全消除了出气口处的合成气中的颗粒物和焦油组分，大大提升了合成气的品质，降低了气化气的后期净化处理成本。

附图说明

图1为本发明的具有焦油降解功能的U型固定床气化-催化反应装置示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的具有焦油降解功能的U型固定床气化-催化反应装置，主要包括下吸式固定床气化反应器3、上吸式催化裂解反应器10和旋风分离器8，下吸式固定床气化反应器3呈圆筒状，圆筒的外壁自壁向外依次包覆第一加热层4和第一保温层5，在下吸式固定床气化反应器3的顶部有给料装置1，底部设有排渣口7；上部有与壁面呈切向布置的气化风配风口2，下部有管式炉排6，管式炉排6由平行排列、彼此间留有间隙的钢管组成，在排渣口7与管式炉排6之间设有水平烟道9，上吸式催化裂解反应器10紧靠安装在下吸式固定床气化反应器3的一侧，上吸式催化裂解反应器10的外壁自壁向外依次包覆第二加热层11和第二保温层12，在上吸式催化裂解反应器10的顶部有出气口13，底部有进气口，旋风分离器8位于上吸式催化裂解反应器10的下方，并与水平烟道9垂直布置，旋风分离器8的进气口与水平烟道9连通，旋风分离器8的出气口与上吸式催化裂解反应器10底部的进气口连通，旋风分离器8的底部有出灰口。

本发明中，给料装置1可以采用螺旋蛟龙给料机，将物料连续均匀的送入气化炉内。排渣口7布置在气化反应器的底部，以方便收集底渣。采用管式炉排，气化后的合成气以及底渣可以从间隙中出来，从而方便出气和出渣。气化风配风口成切圆布置，可以在炉内形成旋流的烟气，从而延长烟气和物料在炉内的停留时间，有利于热解和气化反应充分进行。由于上吸式催化裂解反应器10紧靠下吸式固定床气化反应器3，旋风分离器8与水平烟道9紧密连接，因此水平烟道9的长度很短，烟气可以快速通过水平烟道，防止了烟气中的焦油组分在沿程管道上冷却。旋风分离器的使用可以将烟气中的细小颗粒物通过离心作用留在分离器内，进而实现集中收集处理，而分离后的烟气通过旋风的出口进入上吸式催化裂解反应器10。颗粒状的催化剂放置在上吸式催化裂解反应器内并堆积成一定高度的床层，在床层内部形成蜂窝状的空隙，不仅可以使烟气顺利通过催化裂解反应器，而且大大增加了催化剂表面和烟气中焦油的接触面积，加快了焦油的裂解反应。包覆在上吸式催化裂解反应器外的第二加热层11和第二保温层12可以将上吸式催化裂解反应器内的温度升高并维持在催化剂的最佳效果温度范围内，以保证催化剂处于最佳的催化效果。

该装置正常工作时，物料经给料装置1进入气化炉，并在下降的过程中与切向布置的气化空气混合，物料在下降的过程中经过干燥、热解和部分气化，剩余的固体颗粒堆积在管式炉排6上，并形成一定高度的堆积床层。气化后的烟气在引风机的抽力作用下穿过堆积床层，烟气中的部分组分（主要为氧气和二氧化碳）在经过堆积床层时与固相中未反应的碳再次进行氧化反应，从而提高碳转化率和燃气的热值。反应后的灰渣从管式炉排6的间隙中落下并进入排渣口7。出来的烟气经水平烟道9进入旋风分离器8，旋风分离器可以将烟气中95%以上的颗粒物脱除，从而大大降低了烟气中的颗粒物浓度。从旋风分离器出来的烟气进入催化裂解反应器10，由于反应器内堆放有一定高度的催化剂，因此烟气中的焦油成分在催化剂的作用下可以充分裂解，生成小分子的可燃气体组分。烟气在整个气化-催化裂解反应装置内的走向呈U字形，并且烟气在离开炉膛之前均处于加热层和保温层之中，从而使烟气在离开炉膛之前均处于高温环境中，阻止了焦油在进入催化裂解反应器之前冷却。旋风分离器和催化裂解反应器大大降低了烟气中的固体颗粒物和焦油组分，从而提升了合成气的品质，降低了尾气净化工艺成本。

Claims (1)

1.具有焦油降解功能的U型固定床气化-催化反应装置，其特征在于整个装置主要包括下吸式固定床气化反应器（3）、上吸式催化裂解反应器（10）和旋风分离器（8），下吸式固定床气化反应器（3）呈圆筒状，圆筒的外壁自壁向外依次包覆第一加热层（4）和第一保温层（5），在下吸式固定床气化反应器（3）的顶部有给料装置（1），底部设有排渣口（7）；上部有与壁面呈切向布置的气化风配风口（2），下部有管式炉排（6），管式炉排（6）由平行排列、彼此间留有间隙的钢管组成，在排渣口（7）与管式炉排（6）之间设有水平烟道（9），上吸式催化裂解反应器（10）紧靠安装在下吸式固定床气化反应器（3）的一侧，上吸式催化裂解反应器（10）的外壁自壁向外依次包覆第二加热层（11）和第二保温层（12），在上吸式催化裂解反应器（10）的顶部有出气口（13），底部有进气口，旋风分离器（8）位于上吸式催化裂解反应器（10）的下方，并与水平烟道（9）垂直布置，旋风分离器（8）的进气口与水平烟道（9）连通，旋风分离器（8）的出气口与上吸式催化裂解反应器（10）底部的进气口连通，旋风分离器（8）的底部有出灰口。