CN105042596B - 一种有机固体燃料内除尘式热解气化装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种有机固体燃料内除尘式热解气化装置与方法。该装置包括反应炉、陶瓷膜管、燃烧器、热交换装置、冷凝装置、储气罐、反吹管路和温度控制装置。反应炉顶端固定一组或多组陶瓷膜管，有机固体燃料在反应炉内经热解、气化或者焚烧产生的烟气在通过陶瓷膜管后实现气固分离，气体由产气口排出反应炉，烟气中的固体小颗粒被陶瓷膜管阻挡在陶瓷膜管表层或掉落于灰斗中。产气经热交换器和冷凝装置冷却后，储存于储气罐中，冷凝而得的油收集于集油瓶。储气罐中储气既作为陶瓷膜管的反冲气体，又是反应炉有机固体燃料热解气化的助燃气体。该方法进一步提高有机固体燃料热解气化的能量利用率，并减少飞灰对周围环境的污染，达到节能减排的效果。

Description

一种有机固体燃料内除尘式热解气化装置与方法

技术领域

本发明属于飞灰清除、气体重整及回收气循环利用方法技术领域，具体涉及一种陶瓷膜管内置除尘、气体重整以及回收气循环利用装置与方法。特别涉及到将有机燃料包括煤、生物质、普通废弃物、工业有机废物、废塑料、废橡胶、垃圾衍生燃料等固体可燃物在热解、气化装置内进行热化学转化，对过程中产生的飞灰进行清除，对产生的粗可燃气体进行重整，对回收气进行循环利用的方法和装置。

背景技术

有机固体废弃物产量巨大，储量丰富，对其能源回收再利用具有重要意义。焚烧、热解及气化等热化学转化技术是处理有机固体废弃物的有效方法之一。热解、气化技术是固体废弃物热化学转化的主要方法。其原理是将有机固体废弃物在气化介质空气、氧气、水蒸气及其混合物的参与下热解是在无氧条件下，通过热化学的方法转化为可燃气体、焦油以及焦碳的过程，已经成为当前发展最为迅速的能源化利用技术之一。按照炉型分类主要有固定床、流化床、鼓泡床等。

但是在有机固体废弃物的热解、气化等热化学转化过程中存在很多问题，其主要表现为产生的可燃气体不纯净、含飞灰量大，热值较低等问题。飞灰是燃料燃烧过程中排出的微小灰粒，其粒径一般在0.5～100μm之间，易与水、焦油以及碳黑结合形成固体粘状或块状物，给过程设备、内燃机和汽轮机的运行带来严重问题，大量进入空气也会造成严重的大气污染；燃气热值较低导致燃气的高值利用降低，不能作为燃料大规模应用于工业生产、汽轮机、内燃机等设备。

发明内容

本发明的目的是提供一种有机固体燃料内除尘式热解气化装置与方法。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种有机固体燃料内除尘式热解气化装置，包括反应炉1、陶瓷膜管5、燃烧器12、热交换器14、冷凝装置17、储气罐26、反吹管路16和温度控制器3。反应炉1外侧设有进料口2和进气口13；炉内设有热电偶7，热电偶与炉外温度控制器3相连，反应炉底部设置灰斗8及点火装置12，反应炉顶端固定一组或多组陶瓷膜管5；反应炉1顶部设有进水口4、反冲气入口10与产气出口11。反应炉1的产气出口11、热交换器14、冷凝装置17、阀门I24、储气罐入口27依次相连。储气可由储气罐出口I30放出并经阀门II25、引风机20、三通阀门I15、热交换器14进入反应器1作为助燃气体。储气也可由储气罐出口II29放出，并经三通阀门II28和压力泵23，由反冲气入口10进入作为反吹气体。

上述有机固体燃料内除尘式热解气化装置可用于有机固体燃料热解和有机固体燃料气化。其具体过程是：由储气罐26向反应炉1中通入储气作为燃料，由点火装置12点燃后对反应炉1进行加热。温度控制器3可显示反应炉1炉内温度，当反应炉1炉内温度达到预设温度后，有机固体燃料由进料口2进入炉内。热解时，控制阀门II25和三通阀门I15状态，储气由引风机20抽入，经热交换器14与产气进行热交换，再由进气口13间歇性进入反应炉1以维持炉温；气化时，空气由三通阀门I15入口C进入，经热交换器14与产气进行热交换后温度达150～200℃，由进气口13进入反应炉1。水蒸气由反应炉1顶端进水口4进入。在一定温度下，有机固体燃料在反应炉1内经热解、气化或者焚烧产生的烟气在通过陶瓷膜管5后实现气固分离，气体由产气出口11排出反应炉，烟气中的固体小颗粒被陶瓷膜管5阻挡在陶瓷膜管5表层或掉落于灰斗8中。若陶瓷膜管5内表层或者外表层负载催化剂6，气体则在经过陶瓷膜管5的过程中与陶瓷膜管5表层上的催化剂6接触，在催化剂的作用下与氧气、空气、水蒸气以及由这些气体组成的混合气体进行接触反应，气体中的挥发性物质、烷烃类气体以及其他小分子气体在水蒸气和陶瓷膜催化剂6的作用下，于陶瓷膜管5内部发生重整反应生成H₂、CO、CO₂和CH₄，气体品质得到改善。根据反应炉1内压力的变化，利用储气罐26中储气经三通阀门II28CA通道和压力泵23对陶瓷膜管5进行反吹，反吹后附着于陶瓷膜管5表面的颗粒物脱落于灰斗8中，反应炉1内压力回落。灰斗8中的颗粒物由炉底集灰槽9收集。反应炉1产生的高温气体由产气出口11排出反应炉后，进入热交换器14与常温空气或常温储气进行热交换。换热后，气体进入冷凝装置17冷却，进行气液分离，冷凝而得的液体由集油瓶I19和集油瓶II22收集。冷凝水由冷凝水入口21进入，由冷凝水出口18排出。冷凝后的气体经阀门I24由储气罐入口27进入储气罐26储存。

上述陶瓷膜管5的孔径范围是0.5-200μm，气体通过阻力范围0-2000Pa。

本发明的效果和益处是：

①陶瓷膜具有分离效率高、效果稳定、化学稳定性好、耐酸碱、耐高温、抗污染、机械强度高、膜再生性能好、分离过程简单、能耗低、操作维护简便、膜使用寿命长等众多优势。

②通过截留反吹清除陶瓷膜管表面的飞灰，解决了出气不纯净、含灰量大的问题，从而避免了因飞灰排放而产生的污染问题。

③通过高温下产气催化重整，提高了产气热值，使产气具有一定的商用价值。

④回收气储藏于储气室，用于热解时燃烧维持炉温，节约了能源。

附图说明

附图是一种有机固体燃料内除尘式热解气化装置示意图。

图中：1反应炉；2进料口；3温度控制器；4进水口；5陶瓷膜管；6陶瓷膜负载催化剂层；7热电偶；8灰斗；9集灰槽；10反冲气入口；11产气出口；12燃烧器；13进气口；14热交换器；15三通阀门I；16反吹管路；17冷凝装置；18冷凝水出口；19集油瓶I；20引风机；21冷凝水入口；22集油瓶II；23压力泵；24阀门I；25阀门II；26储气罐；27储气罐入口；28三通阀门II；29储气罐出口II；30储气罐出口I；31储气出口。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施以及附图进一步阐明本发明具体实施方式。

本发明提供的一种有机固体燃料内除尘式热解气化装置，如附图所示：打开阀门II 25，将三通阀门I 15转至BA通道，储气从储气罐出口I 30经阀门II 25、由引风机20送入三通阀门I 15和热交换器14，再由进气口13进入反应炉1。运行燃烧器12，点燃储气，使储气燃烧加热反应炉1炉膛。温度控制器3显示反应炉1炉内温度，当反应炉1炉内温度达到预设温度时，由进料口2向反应炉1内输送有机固体燃料，由进水口4向反应炉1内加入水。若本装置用于固体燃料热解，控制阀门II 25和三通阀门I 15状态，间歇性向反应炉1内通入储气以维持炉温；若本装置用于固体燃料气化，关闭阀门II 25，将三通阀门I 15转至CA通道，常温空气经三通阀门I 15和热交换器14，由进气口13进入反应炉1。

向反应炉1进料后，将阀门I 24打开。反应炉1内所产生的高温气体经产气出口11到达热交换器14，在热交换器14中与常温空气或常温储气进行热交换，将常温空气或常温储气温度升至150～200℃后进入冷凝装置17。

向冷凝装置17中通入冷凝水，冷凝水与高温气体逆向流动，降低气体温度并使气液分离。冷凝水由冷凝水入口21进入，由冷凝水出口18排出。用集油瓶I 19和集油瓶II 22收集冷凝液，得到较为纯净的油品。降温后的气体经阀门I 24进入储气罐26储存。

当陶瓷膜管5表面飞灰需要反吹时，将三通阀门II 28转至CA通道，利用储气罐26中的储气对陶瓷膜管5表面进行反吹，使得附着于陶瓷膜管5表面的颗粒物脱落于灰斗8中，灰斗8中的颗粒物落入炉底集灰槽9。

上述仅为本发明的若干具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (3)

1.一种有机固体燃料内除尘式热解气化装置，其特征在于，有机固体燃料内除尘式热解气化装置包括反应炉、陶瓷膜管、燃烧器、热交换器、冷凝装置、储气罐、反吹管路和温度控制器；反应炉外侧设有进料口和进气口；炉内设有热电偶，热电偶与炉外温度控制器相连，反应炉底部设置灰斗及点火装置，反应炉顶端固定一组或多组陶瓷膜管；反应炉顶部设有进水口、反冲气入口与产气出口；反应炉的产气出口、热交换器、冷凝装置、阀门I、储气罐入口依次相连；储气可由储气罐出口I放出并经阀门II、引风机、三通阀门I、热交换器进入反应器作为助燃气体；储气也可由储气罐出口II放出，并经三通阀门II和压力泵，由反冲气入口进入反应炉作为反吹气体。

2.根据权利要求1所述的有机固体燃料内除尘式热解气化装置，其特征在于，所述的陶瓷膜管的孔径0.5-200μm，气体通过阻力0-2000Pa。

3.用权利要求1或2所述的有机固体燃料内除尘式热解气化装置的方法，其特征在于，由储气罐向反应炉中通入储气作为燃料，由点火装置点燃后对反应炉进行加热；温度控制器显示反应炉炉内温度，当反应炉炉内温度达到预设温度后，有机固体燃料由进料口进入炉内；热解时，控制阀门II和三通阀门I状态，储气由引风机抽入，经热交换器与产气进行热交换，再由进气口间歇性进入反应炉以维持炉温；气化时，空气由三通阀门I入口C进入，经热交换器与产气进行热交换后温度达150～200℃，由进气口进入反应炉；水蒸气由反应炉顶端进水口进入；在一定温度下，有机固体燃料在反应炉内经热解、气化或者焚烧产生的烟气在通过陶瓷膜管后实现气固分离，气体由产气出口排出反应炉，烟气中的固体小颗粒被陶瓷膜管阻挡在陶瓷膜管表层或掉落于灰斗中；若陶瓷膜管内表层或者外表层负载陶瓷膜负载催化剂层，气体则在经过陶瓷膜管的过程中与陶瓷膜管表层上的陶瓷膜负载催化剂层接触，在催化剂的作用下与氧气、空气、水蒸气以及由这些气体组成的混合气体进行接触反应，气体中的挥发性物质、烷烃类气体以及其他小分子气体在水蒸气和陶瓷膜催化剂的作用下，于陶瓷膜管内部发生重整反应生成H₂、CO、CO₂和CH₄，气体品质得到改善；根据反应炉内压力的变化，利用储气罐中储气经三通阀门II的C A通道和压力泵对陶瓷膜管进行反吹，反吹后附着于陶瓷膜管表面的颗粒物脱落于灰斗中，反应炉内压力回落；灰斗中的颗粒物由炉底集灰槽收集；反应炉产生的高温气体由产气出口排出反应炉后，进入热交换器与常温空气或常温储气进行热交换；换热后，气体进入冷凝装置冷却，进行气液分离，冷凝而得的液体由集油瓶I和集油瓶II收集；冷凝水由冷凝水入口进入，由冷凝水出口排出；冷凝后的气体经阀门I由储气罐入口进入储气罐储存。