CN104946312A - 一种新型气化-焚烧耦合熔融联产燃气和无机材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型气化-焚烧耦合熔融联产燃气和无机材料的方法，针对现有有机物气化和无机物料熔融分别存在燃气品质差和熔融过程能耗高等问题，本工艺采用三个多功能反应器、高效换热器、熔融渣卸料罐等单元装置，通过程序式控制，实现气化-焚烧耦合熔融联产燃气和无机材料。具体过程包括：煤或生物质等有机物料首先进入多功能反应器，部分自产气化气为气化介质进行气化反应，另一部分作为外供燃气利用；气化后的残渣与外源无机矿物进行固相高效焚烧熔融，熔融物用以制备微晶玻璃、无机纤维棉、陶瓷材料等高附加值的无机材料。该方法可以实现联产高热值燃气和高附加值无机材料的目的，同时有效避免过程中的污染和废物产生的问题。

Description

一种新型气化-焚烧耦合熔融联产燃气和无机材料的方法

技术领域

本发明属于能源利用和固体废物资源化领域，涉及一种新型有机质气化-焚烧耦合熔融联产高热值燃气和高附加值无机材料的方法。

背景技术

煤及生物质等有机资源的高效、清洁利用，是我国经济和社会可持续发展的战略选择，是保证我国能源稳定可靠供应以及可持续发展的重要科技基础。传统的焚烧为代表的有机物利用途径具体简单方便，操作灵活，适用性强等特点，可以实现以热能利用为主的资源化利用。但是，由于部分有机物料存在成分波动大，成份复杂、有害成分多、热值低等问题，如城市混合生活垃圾，造成传统的焚烧过程的能源利用率低和污染控制困难等问题。另外，传统的焚烧过程主要以热利用为主，规模大的可进行焚烧发电的资源化利用，其作为能源或材料载体的利用途径受限，因此，目前开发新型高效的有机质的高效热化学转化技术成为当前研究和应用的热点。

气化技术是以煤或生物质等有机资源为原料，以氧气(空气、富氧或工业纯氧)、水蒸气或氢气等作气化剂(或气化介质)，在高温条件下通过化学反应将有机质中的可燃部分转化为可燃气体的工艺过程，该可燃气体为气化气(或称合成气、工艺气)。该气体可以作为燃气进行利用，另外也可以作为原料气合成甲醇、液体燃料等。如进行气化-焚烧技术结合可以实现能源回收的同时，通过高效的气相解耦燃烧实现能源的高效利用和污染物的高效控制。但是传统的气化过程中，出炉气化气的组分以CO，H₂，CO₂，H₂O为主，CH₄含量较低，热值相对较低，作为燃气利用品质较差，在气化过程中，往往需要加入水蒸气，使其在高温条件下与炭发生强吸热的水煤气反应，增加煤气中H₂，CO的含量，控制炉温不致过高，能降低氧耗量，蒸汽的循环注入过程中不可避免的会冷凝成水，造成一定的热量损失，且使得操作繁琐，影响经济性；另外，加入空气作为气化介质不仅导致部分有机物的氧化损失，残留的氮气也导致最终的燃气被进一步稀释而降低燃气的品质。如能利用气化后的燃气中含有相当含量的二氧化碳的特点，以产生的初级气化气为气化介质，可望降低最终生成的二氧化碳含量，提高一氧化碳等可燃组分的含量，从而提高了热值，同时也有效避免了过量氧气的引入导致的有机物的消耗和空气中氮气的稀释作用。

气化之后的残渣含有相当量的高热值的焦炭类有机物，如直接排放不仅将造成环境污染，同时了有机物资源的损失；另外，煤或生物质气化残渣中也含有相当量的有机矿物，如直接排放也造成资源的浪费。如将气化残渣与无机原料进行合理配比，采用高效的固相燃烧技术，实现无机物料的熔融，同时制备微晶玻璃、无机纤维棉、陶瓷材料等高附加值的无机材料，将提高整个工艺的经济性。高效固相燃烧技术可以改变传统的无机物料熔融过程中的低效和高能量消耗的弊端，同时过程中产生的高温烟气也可以通过换热回收用于气化过程，实现整个工艺的能量自持。基于此思路，开发了一种新型有机质气化-焚烧耦合熔融联产高热值燃气和高附加值无机材料的方法，有效解决了传统气化和熔融工艺中存在的不足。

发明内容

本发明提供了一种新型气化-焚烧耦合熔融联产燃气和无机材料的方法。

本发明采用的技术方案如下：

该方法所用的装置包括三级反应器、高效换热器、熔融渣卸料罐以及相应的连接阀门，相关部件均采用保温处理，并通过程序式控制；

第一级反应器1的连接阀：从第一级反应器1出来的第一燃烧烟气排出阀A1和第一气化气排出阀A2直接连接高效换热器4；原料通过第一矿物原料进口阀A3直接进入第一级反应器1；经过高效换热器4后的高温燃气通过第一高温燃气进气阀A4进入第一级反应器1；第一级反应器1通过第一融渣卸料阀A5熔连接融渣卸料罐5，外界空气通过第一燃烧空气进气阀A6进入第一级反应器1；

第二级反应器2的连接阀：从第二级反应器2出来的第二燃烧烟气排出阀B2和第二气化气排出阀B3直接连接高效换热器4；原料通过第二矿物原料进口阀B1直接进入第二级反应器2；经过高效换热器4后的高温燃气通过第二高温燃气进气阀B4进入第二级反应器2；第二级反应器2通过第二融渣卸料阀B5连接熔融渣卸料罐5，外界空气通过第二燃烧空气进气阀B6进入第二级反应器2；

第三级反应器3的连接阀：从第三级反应器3出来的第三燃烧烟气排出阀C2和第三气化气排出阀C3直接连接高效换热器4；原料通过第三矿物原料进口阀C1直接进入第三级反应器3；经过高效换热器4后的高温燃气通过第三高温燃气进气阀C4进入第三级反应器3；第三级反应器3通过第三融渣卸料阀C5进入熔融渣卸料罐5，外界空气通过第三燃烧空气进气阀C6进入第三级反应器3。

一种新型气化-焚烧耦合熔融联产燃气和无机材料的方法，该处理工艺包括三个多功能反应器，即第一级反应器1、第二级反应器2和第三级反应器3，高效换热器4，熔融渣卸料罐5以及相应的连接阀门和管线，相关部件均采用保温处理，并通过程序式控制，具体过程包括：第一阶段：首先待处理的煤或生物质等有机物料进入第一级反应器1，并打开第一高温燃气进气阀A4和第一气化气排出阀A2并进入高温换热器进行换热，部分气化气外送作为高温燃气，另一部分作为气化介质通过第一高温燃气进气阀A4进入第一级反应器1，其间其他阀门处于关闭状态，经过一定时间完成气化反应阶段；第二阶段：第一高温燃气进气阀A4和第一气化气排出阀A2关闭，矿物原料经第一过矿物原料进口阀A3进入第一级反应器1，同时打开第一燃烧空气进口阀A6和第一燃烧烟气出口阀A1，进行固相高效燃烧阶段，气化半焦充分燃烧，燃烧反应后期反应体系温度蓄积最终实现物料的熔融；第三阶段：熔融物料卸料阶段，打开第一融渣卸料阀A5，将第一级反应器1中的熔融物料排入熔融渣卸料罐5。

第二级反应器2和第三级反应器3的运行周期与第一级反应器1的模式一致，但运行阶段与第一级反应器1交错进行。当第一级反应器1处于气化阶段的时候，第二级反应器2处于燃烧阶阶段，燃烧产生的高温烟气与第一级反应器1中产生的气化气经过高效换热器4进行换热，在降低燃烧烟气排放温度的同时回收高温烟气中的热量加热第一级反应器1中产生的气化气。第三级反应器3运行阶段，与第一级反应器1和第二级反应器2处于互补阶段，便于调节由于物料特点不同而导致的气化阶段和焚烧阶段不能有效匹配的问题，避免第一级反应器1和第二级反应器2进出料期间导致的第一级反应器1中的气化阶段和第二级反应器2中的焚烧阶段不能有效耦合。

第一级反应器1、第二级反应器2和第三级反应器3都采用气化、焚烧和装卸料等不同阶段的循环周期运行模式，各反应器之间采用互锁式联动控制，保证系统中的三个反应器中焚烧和气化同时进行。

第一级反应器1、第二级反应器2或第三级反应器3气化阶段运行时产生的气化器与同时处于第一级反应器1、第二级反应器2或第三级反应器3中反应器处于燃烧阶段的换热器通过高效换热器进行换热。

焚烧熔融阶段的无机原料的添加比例，根据有机物料的无机成分和最终熔融产品的需求进行调整，以制备特定性能的产品。

本发明的效果和益处：本发明采用有机质自身气化产生的气化气为气化介质，同时通过气化残渣的高效焚烧产生的高温烟气经过高效热交换器进行换加热气化介质供给气化能量，提高了气化气的品质同时实现能量的自给；另外高热值的气化残炭与合理配比的无机原料直接混合高效燃烧，达到有效去除有机残炭和同时实现固体物料的熔融制备用以制备微晶玻璃、无机纤维棉、陶瓷材料等高附加值的无机材料。该方法有效解决传统气化气品质低，无机残渣熔融能耗高的问题，实现了有机物料中的全组分的高值利用，有效避免过程中的污染和废物产生问题。

附图说明

附图是一种新型气化-焚烧耦合熔融联产燃气和无机材料工艺流程图。

图中：1第一级反应器；2第二级反应器；3第三级反应器；4高效换热器；5熔融渣卸料罐；A1第一燃烧烟气排出阀；A2第一气化气排出阀；A3第一矿物原料进口阀；A4第一高温燃气进气阀；A5第一融渣卸料阀；A6第一燃烧空气进气阀；B1第二矿物原料进口阀；B2第二燃烧烟气排出阀；B3第二气化气排出阀；B4第二高温燃气进气阀；B5第二融渣卸料阀；B6第二燃烧空气进气阀；C1第三矿物原料进口阀；C2第三燃烧烟气排出阀；C3第三气化气排出阀；C4第三高温燃气进气阀；C5第三融渣卸料阀；C6第三燃烧空气进气阀；过程中的物质流：空气；燃烧烟气；无机矿物燃料；熔融无机物料；高热值燃气。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细说明本发明的具体实施方式。

一种新型气化-焚烧耦合熔融联产燃气和无机材料的方法，该处理工艺包括三个多功能反应器，即第一级反应器1、第二级反应器2和第三级反应器3，高效换热器，熔融渣卸料罐以及相应的连接阀门和管线，相关部件均采用保温处理，并通过程序式控制，具体过程包括：第一阶段：首先待处理的煤或生物质等有机物料进入第一级反应器1，并打开高温燃气进气阀A4和气化气排出阀A2并进入高温换热器进行换热，部分气化气外送作为高温燃气，另一部分作为气化介质通过高温燃气进气阀A4进入第一级反应器1，其间其他阀门处于关闭状态，经过一定时间完成气化反应阶段；第二阶段：高温燃气进气阀A4和气化气排出阀A2关闭，矿物原料经过矿物原料进口阀A3进入第一级反应器1，同时打开燃烧空气进口阀A6和燃烧烟气出口阀A1，进行固相高效燃烧阶段，气化半焦充分燃烧，燃烧反应后期反应体系温度蓄积最终实现物料的熔融；第三阶段：熔融物料卸料阶段，打开融渣卸料阀A5，将第一级反应器1中的熔融物料排入熔融渣卸料罐。

第二级反应器2和第三级反应器3的运行周期与第一级反应器1的模式一致，但运行阶段与第一级反应器1交错进行。当第一级反应器1处于气化阶段的时候，第二级反应器2处于燃烧阶阶段，燃烧产生的高温烟气与第一级反应器1中产生的气化气经过高效换热器进行换热，在降低燃烧烟气排放温度的同时回收高温烟气中的热量加热第一级反应器1中产生的气化气。第三级反应器3运行阶段，与第一级反应器1和第二级反应器2处于互补阶段，便于调节由于物料特点不同而导致的气化阶段和焚烧阶段不能有效匹配的问题，避免第一级反应器1和第二级反应器2进出料期间导致的第一级反应器1中的气化阶段和第二级反应器2中的焚烧阶段不能有效耦合。

第一级反应器1、第二级反应器2和第三级反应器3都采用气化、焚烧和装卸料等不同阶段的循环周期运行模式，各反应器之间采用互锁式联动控制，保证系统中的三个反应器中焚烧和气化同时进行。

第一级反应器1、第二级反应器2或第三级反应器3气化阶段运行时产生的气化器与同时处于第一级反应器1、第二级反应器2或第三级反应器3中反应器处于燃烧阶段的换热器通过高效换热器进行换热。

焚烧熔融阶段的无机原料的添加比例，根据有机物料的无机成分和最终熔融产品的需求进行调整，以制备特定性能的产品。

Claims (1)

1.一种新型气化‐焚烧耦合熔融联产燃气和无机材料的方法，其特征在于，该方法所用的装置包括三级反应器、高效换热器、熔融渣卸料罐以及相应的连接阀门，相关部件均采用保温处理，并通过程序式控制；

第一级反应器的连接阀：从第一级反应器出来的第一燃烧烟气排出阀和第一气化气排出阀直接连接高效换热器；原料通过第一矿物原料进口阀直接进入第一级反应器；经过高效换热器后的高温燃气通过第一高温燃气进气阀进入第一级反应器；第一级反应器通过第一融渣卸料阀熔连接融渣卸料罐，外界空气通过第一燃烧空气进气阀进入第一级反应器；

第二级反应器的连接阀：从第二级反应器出来的第二燃烧烟气排出阀和第二气化气排出阀直接连接高效换热器；原料通过第二矿物原料进口阀直接进入第二级反应器；经过高效换热器后的高温燃气通过第二高温燃气进气阀进入第二级反应器；第二级反应器通过第二融渣卸料阀连接熔融渣卸料罐，外界空气通过第二燃烧空气进气阀进入第二级反应器；

第三级反应器的连接阀：从第三级反应器出来的第三燃烧烟气排出阀和第三气化气排出阀直接连接高效换热器；原料通过第三矿物原料进口阀直接进入第三级反应器；经过高效换热器后的高温燃气通过第三高温燃气进气阀进入第三级反应器；第三级反应器通过第三融渣卸料阀进入熔融渣卸料罐，外界空气通过第三燃烧空气进气阀进入第三级反应器；

具体过程包括：第一阶段：首先待处理的煤或生物质等有机物料进入第一级反应器，并打开第一高温燃气进气阀和第一气化气排出阀并进入高温换热器进行换热，部分气化气外送作为高温燃气，另一部分作为气化介质通过第一高温燃气进气阀进入第一级反应器，其间其他阀门处于关闭状态，经过一定时间完成气化反应阶段；第二阶段：第一高温燃气进气阀和第一气化气排出阀关闭，矿物原料经第一过矿物原料进口阀进入第一级反应器，同时打开第一燃烧空气进口阀和第一燃烧烟气出口阀，进行固相高效燃烧阶段，气化半焦充分燃烧，燃烧反应后期反应体系温度蓄积最终实现物料的熔融；第三阶段：熔融物料卸料阶段，打开第一融渣卸料阀，将第一级反应器中的熔融物料排入熔融渣卸料罐；

第二级反应器和第三级反应器的运行周期与第一级反应器的模式一致，但运行阶段与第一级反应器交错进行；当第一级反应器处于气化阶段的时候，第二级反应器处于燃烧阶阶段，燃烧产生的高温烟气与第一级反应器中产生的气化气经过高效换热器进行换热，在降低燃烧烟气排放温度的同时回收高温烟气中的热量加热第一级反应器中产生的气化气；第三级反应器运行阶段，与第一级反应器和第二级反应器处于互补阶段，避免第一级反应器和第二级反应器进出料期间导致的第一级反应器中的气化阶段和第二级反应器中的焚烧阶段不能有效耦合；

第一级反应器、第二级反应器和第三级反应器都采用气化、焚烧和装卸料等不同阶段的循环周期运行模式，各反应器之间采用互锁式联动控制，保证系统中的三个反应器中焚烧和气化同时进行；

第一级反应器、第二级反应器或第三级反应器气化阶段运行时产生的气化器与同时处于第一级反应器、第二级反应器或第三级反应器中反应器处于燃烧阶段的换热器通过高效换热器进行换热。