CN105602626A - 气化炉及其生活垃圾无害气化能源工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气化炉，包括从下到上叠加设置的二次气化炉、一次气化炉，所述一次气化炉上设置有进料口和载体气体口，所述一次气化炉外部垂线方向设置有电机，所述电机的输出轴延伸到所述一次气化炉内并且设置有若干层托盘，所述一次气化炉的内壁设置有若干组加热体，所述一次气化炉与二次气化炉之间的通道内设置有单向传送带，所述二次气化炉的侧面与旋风除尘器连通，所述二次气化炉上设置有介质入口；还公开了一种生活垃圾无害气化能源工艺方法，通过本发明生产的气体热值高，能够达到4080Kcal/Nm3以上，生产气体时不产生焦油，生活垃圾无需分类处理，直接进入工艺循环，极大的为减少设备量、人工成本和能耗。

Description

气化炉及其生活垃圾无害气化能源工艺方法

技术领域

本发明属于固体废弃物处理技术领域，具体涉及一种气化炉及其生活垃圾无害气化能源工艺方法。

背景技术

生活垃圾是日常生活中或为日常生活提供服务的活动中产生的固体废弃物以及法律行政法视为垃圾的固体废弃物。其组成成分主要有厨余、废纸、织物、塑料、橡胶、金属、废旧电器、玻璃及渣土等。随着城市数量的增多和规模的扩大，我国生活垃圾的年产生量迅速增加。由垃圾数量的急剧增加导致的土地占用、环境污染等问题也日益突出，数量庞大的生活垃圾对城市及周边地区的生态环境构成极大威胁，垃圾堆放产生的有害气体及垃圾渗滤液对大气、水源及土壤造成污染，严重危害人体健康。

生活垃圾处理的目标是减量化、无害化和资源化。在目前生活垃圾处理的方法主要有填埋、堆肥和焚烧。在我国，采用填埋方式处理的生活垃圾约占垃圾处理总量的70%，堆肥约占20%，焚烧法不足10%，但是随着人们对生活垃圾无害化处理和对生活垃圾中蕴含能量的重视，焚烧法在城市生活垃圾处理中所占的比例将不断增大。

填埋法是我国生活垃圾处理的一个最主要的方式，具有技术成熟、一次性投资额低、处理量大以及可接受各种类型的生活垃圾而不需要对其进行分类等优点。但是填埋处理同样存在着处理周期长、场地占用逐年增大及存在潜在的二次污染等问题。填埋场的渗滤液中Cr，Cd，Cu，Zn，Pb，Co，Hg，Al等重金属含量很高，若处理不当会对填埋场周围的土地和水体造成严重污染。此外，填埋场占地量大，每填埋1吨垃圾大约需占地3m3，生活垃圾填埋不仅浪费了大量宝贵的土地资源，其中可利用的物质和能量也被填埋，造成了资源和能源的浪费。

堆肥是控制一定的条件，利用微生物促进生活垃圾发生生物稳定作用，使可被生物降解的有机物转化为稳定腐殖质的生物化学过程。堆肥处理是针对生活垃圾中可被微生物分解的有机成分的处理技术，而不是全部垃圾的最终处理技术，并且由于我国城市生活垃圾采取混合收集的方式，造成堆肥原料中无机组分的含量较高，并且堆肥过程中酸性物质能够使重金属离子可溶含量高，造成农产品危害。

生活垃圾焚烧技术是将待处理的生活垃圾与过量的空气或氧气在垃圾焚烧炉中进行氧化燃烧反应，同时释放出能量的过程。焚烧可以实现生活垃圾的减容、减量，焚毁垃圾中的有害微生物，并能部分回收垃圾中蕴含的能量，是一种可同时实现减量化、资源化的生活垃圾处理技术。但焚烧过程中会产生大量的酸性气体、未完全燃烧的有机组分、粉尘、灰渣等物质，如不进行必要的处理必然会造成严重的二次污染，其中二恶英类物质和重金属对生态环境及人体健康危害极大，HCl，NOx，SO₂等酸性气体也是产生酸雨的主要原因。并且由于生活垃圾热值低容易造成发电效率低下，或只能配合煤发电。

此外，现在市面上还有一种装置叫做生物质气化炉，其主要用于生物质气化工艺，对于生活垃圾气化还没有实例，并且其普遍存在气化气热值低，气化气酸度高等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种气化炉及其生活垃圾无害气化能源工艺方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种气化炉，该气化炉包括从下到上叠加设置的二次气化炉、一次气化炉，所述一次气化炉上设置有进料口和载体气体口，所述一次气化炉外部垂线方向设置有电机，所述电机的输出轴延伸到所述一次气化炉内并且设置有若干层托盘，所述一次气化炉的内壁设置有若干组加热体，所述一次气化炉与二次气化炉之间的通道内设置有单向传送带，所述二次气化炉的侧面与旋风除尘器连通，所述二次气化炉上设置有介质入口。

上述方案中，所述加热体位于上下相邻两层托盘之间间隙的侧面。

上述方案中，所述旋风除尘器上部的侧面与二次气化炉的灰气入口连通，所述旋风除尘器下部的侧面与二次气化炉的灰渣二次入口连通。

上述方案中，所述旋风除尘器的顶部设置有气体出口，底部设置有灰渣出口，所述灰渣出口内设置有水封。

上述方案中，所述二次气化炉的底部内设置有加热层，所述加热层上方设置有介质气嘴。

上述方案中，所述二次气化炉、一次气化炉外均套设有保温层。

本发明实施例还提供一种生活垃圾无害气化能源工艺方法，该方法通过以下步骤实现：

步骤1：前处理，将生活垃圾进行粉碎，制成40mm以下物料颗粒；

步骤2：干燥，将粉碎后的物料颗粒通过卧室传输干燥机进行干燥，干燥后的水分是含有气体分子的水分在步骤3中的二次气化炉中运用，其能量由步骤5提供；

步骤3：气化，干燥后的生活垃圾进入气化炉中，进行气化处理，气化炉分为上下两部分，上部分为一次气化炉，下部分为二次气化炉，干燥后的生活垃圾首先进入一次气化炉中进行气化，一定步骤后产生一次气化气和半焦颗粒，还有剩余的催化剂颗粒；一次气化气进入步骤4中运用，半焦颗粒和催化剂颗粒则进入二次气化炉中进行二次气化，步骤3中运用能量为外热介质炉提供，外加热炉可用电力，燃气，太阳能，生物质等提供能源；

步骤4：催化加氢，在催化加氢装置中利用二次气化气体，所述二次气化气体为55%以上的高氢含量，对一次气化气进行催化加氢，产物为加氢纯化气体，加氢纯化气体在步骤5中运用；

步骤5：换热，加氢纯化气体在换热器中将大于500℃的能量的热量传递给介质，气体成为冷却可燃器进入步骤6进行处理，加热后介质将能量传递给步骤2，为步骤2提供所有能量；

步骤6：除尘，冷却可燃气进入除尘器中进行除尘，得到除尘可燃气进入步骤7中处理；

步骤7：除酸，利用步骤3中产的灰分过滤材料，对除尘可燃气进行过滤除酸，得到除酸可燃气进入步骤8中处理；

步骤8：脱硫脱硝，利用脱硫脱硝装置对除酸可燃气进行脱硫脱硝，得到脱硫脱硝可燃气进入步骤9中处理；

步骤9：生物除多环芳烃物质，利用装有白腐霉菌等木腐菌的容器对脱硫脱硝可燃气进行除多环芳烃物质的去除，得到脱PAHs可燃气进入步骤10中处理；

步骤10：干燥，利用可循环化学品对脱PAHs可燃气进行干燥，得到冷干气，此时冷干气为等同于商品天然气的无害可燃气。

上述方案中，所述步骤3中催化剂颗粒选择以铁基和钙剂为最优，铁基和钙剂比例为0.2~2.8。

上述方案中，所述步骤3中所述一次气化炉操作描述，气化炉中需要添加8%~30%的催化剂颗粒，催化剂颗粒的粒径选择为13mm~43mm之间。在一次气化中温度曲线分为两个步骤，第一为升温段，是指在从一个温度区间上升到另一个温度区间中的过程控制，第二为保温段，是指需要物料在此温度区间充分反映的温度段；升温段的要求是每段升温必须满足加热速率需要保持在200~300℃/min，保温段的要求是满足如下过程——①300~500℃，25min~40min；②550~680℃，15min~30min；③730~800℃，20~40min；④800~900℃，5~15min，严格遵循以上升温段和保温段控制可以使整个装置的焦油产率趋近与零；所述二次气化炉操作描述，利用步骤2中含有气味分子的水分，经过炉底的加热层将其加热到500~800℃，对一次气化炉中产生的半焦进行二次气化，得到二次气化气和灰分，二次气化气送入步骤4中待用，灰分和催化剂分离后，催化剂分离回用加入一次气化炉，灰分分离后制成一定颗粒状的过滤材料，进入步骤7中待净化用。

上述方案中，所述步骤4中催化剂为氧化锌—氧化铝—氧化铬的组合，其比例为0.53~0.84:0.32~0.67:0.08~0.14。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1．本气化炉生产气体热值高，能够达到4080Kcal/Nm3以上；

2．气化炉生产气体时不产生焦油；

3．规避了一些气化介质的缺陷，例如：水蒸气气化时的焦油量大，二氧化碳气化时反应效率低等。

4．整套工艺对苯类芳香族物质（包括高毒性高致癌风险高异变性的二噁英、苯并a芘等）做了三重防护。第一重厌氧气化环境，厌氧气化时由于无氧的环境对二噁英的生成产生了阻碍；第二重催化加氢，对已产生的二噁英、苯并a芘等物质进行催化加氢裂解，使其最大程度减少；第三重，生物验证性去除，通过前两部的处理，可燃气中的有毒有害物质已经达倒国家标准范围，但有毒有害物质再少排泄也是排泄，最后利用装有白腐霉菌等木腐菌的容器对可燃气再进一步的过滤，最终达到对多环芳香烃的零含有标准。并且，工艺产生气体为可燃气体，运用时还要将其燃烧利用，所以相当于第四重防护，是真正的有毒有害有机物“零”排放。

5．整体工艺密闭。特别是针对烘干段，烘干水分中含有大量的气味分子，这些气味分子是由硫化氢、氨气、可挥发性有机物（雾霾主要形成物）等物质组成，它们最终被整个工艺净化，不会对环境造成污染。

6．能量系统性调配，工艺能耗少。工艺中循环式的能量利用为整体系统能耗水平降低做出贡献。例如干燥所用能量就是由加氢纯化气体所带能量提供，干燥段耗能一般占总能耗的35%以上的能量。

7．干燥水分的重复利用减轻工艺对水消耗的需求。工艺中二次气化用水利用干燥水分，减少工艺对外取水量。

8．生活垃圾无需分类处理，直接进入工艺循环，极大的为减少设备量、人工成本和能耗。

9．工艺易实现很高的全自动化，工艺连续生产性好。

10．产品气体纯净度高，对使用方无设备腐蚀和磨损。

附图说明

图1为本发明实施例提供一种气化炉的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种气化炉，如图1所示，该气化炉包括从下到上叠加设置的二次气化炉2、一次气化炉1，所述一次气化炉1上设置有进料口4和载体气体口18，所述一次气化炉1外部垂线方向设置有电机3，所述电机3的输出轴延伸到所述一次气化炉1内并且设置有若干层托盘7，所述一次气化炉1的内壁设置有若干组加热体6，所述一次气化炉1与二次气化炉2之间的通道内设置有单向传送带8，所述二次气化炉2的侧面与旋风除尘器9连通，所述二次气化炉2上设置有介质入口15。

所述加热体6位于上下相邻两层托盘7之间间隙的侧面。

所述旋风除尘器9上部的侧面与二次气化炉2的灰气入口10连通，所述旋风除尘器9下部的侧面与二次气化炉2的灰渣二次入口11连通。

所述旋风除尘器9的顶部设置有气体出口12，底部设置有灰渣出口14，所述灰渣出口14内设置有水封13。

所述二次气化炉2的底部内设置有加热层16，所述加热层16上方设置有介质气嘴17。

所述二次气化炉2、一次气化炉1外均套设有保温层5，所述保温层5遍布炉体，用来给炉体保温，其材料可选高新材料也可采用锅炉用保温材料，

本发明的一次气化炉1的炉体为外热式气化炉，炉体温度为800~1200℃，此温度是依靠通过热源接触加热体传导进入炉体和高温载体气体带入温度两个步骤保持的。

每层托盘7均和中央电机链接，中央电机通过差速运动将可脱离物料甩出托盘7，差速运动依靠电机变频来完成。重复以下步骤：①13~25赫兹运行5分钟；②45~50赫兹运行30秒。可根据物料的挥发分含量改变赫兹数，也可改变时长，但时长不超过定制的35%。所述托盘7数量可根据当地物料特性加减加减范围为3~9。所述托盘7直径为炉体直径的73%~89%。物料通过所有托盘7后，一次气化结束。

所述进料口4将粉碎、干燥后的物料投入托盘7内，所述托盘7保证垃圾中含焦油类物质未将焦油全部挥发的情况下，依靠焦油的粘性将其粘在底部不脱出。

由于炉体的高温和载体气体口18通入的载体气体将此时物料裂解的气体带出，载体气体可选取为可燃气或氢、一氧化碳等惰性气体。

所述单向传送带8将一次气化的剩余物料投入二次气化炉2中，并通过单向传送带8转动时的阻隔作用使二次气化和一次气化炉中间只有固体物质的传输没有气体的相互交流；所述单向传送带8的构成为由电机轴带动的弧轴伞型装置，其材质为金属，耐腐蚀程度根据当地物料腐蚀物等级筛选。

本发明的二次气化炉2的炉体为外加热式炉体，温度为700~1100℃，加热方式为加热层的辐射加热和加热层接触加热气化介质后，介质带温通过介质入口15进入炉体。介质为气化剂，可选则为氢气、二氧化碳、水蒸气或几种的混合气体，也可选用氧气或空气。

介质与从所述单向传送带8通过的固体物质反应后，携带剩余灰尘通过灰气出口10进入旋风除尘器9除去灰渣后气体从气体出口12进入下一工序，灰渣一部分重新进入炉体继续反应，剩余灰渣进入水封13，通过灰渣出口14排出炉体。

本发明还公开了一种生活垃圾无害气化能源工艺方法，该方法通过以下步骤实现：

步骤1：前处理，将生活垃圾进行粉碎，制成40mm以下物料颗粒；

步骤2：干燥，将粉碎后的物料颗粒通过卧室传输干燥机进行干燥，干燥后的水分是含有气体分子的水分在步骤3中的二次气化炉中运用，其能量由步骤5提供；

步骤3：气化，干燥后的生活垃圾进入气化炉中，进行气化处理，气化炉分为上下两部分，上部分为一次气化炉1，下部分为二次气化炉2，干燥后的生活垃圾首先进入一次气化炉1中进行气化，一定步骤后产生一次气化气和半焦颗粒，还有剩余的催化剂颗粒；一次气化气进入步骤4中运用，半焦颗粒和催化剂颗粒则进入二次气化炉2中进行二次气化，步骤3中运用能量为外热介质炉提供，外加热炉可用电力，燃气，太阳能，生物质等提供能源；

步骤4：催化加氢，在催化加氢装置中利用二次气化气体，所述二次气化气体为55%以上的高氢含量，对一次气化气进行催化加氢，产物为加氢纯化气体，加氢纯化气体在步骤5中运用。催化剂为氧化锌—氧化铝—氧化铬的组合，其比例为0.53~0.84:0.32~0.67:0.08~0.14；

步骤5：换热，加氢纯化气体在换热器中将大于500℃的能量的热量传递给介质，气体成为冷却可燃器进入步骤6进行处理，加热后介质将能量传递给步骤2，为步骤2提供所有能量；

步骤6：除尘，冷却可燃气进入除尘器中进行除尘，得到除尘可燃气进入步骤7中处理；

步骤7：除酸，利用步骤3中产的灰分过滤材料，对除尘可燃气进行过滤除酸，得到除酸可燃气进入步骤8中处理；

步骤8：脱硫脱硝，利用脱硫脱硝装置对除酸可燃气进行脱硫脱硝，得到脱硫脱硝可燃气进入步骤9中处理；

步骤9：生物除多环芳烃物质，利用装有白腐霉菌等木腐菌的容器对脱硫脱硝可燃气进行除多环芳烃物质的去除，得到脱PAHs可燃气进入步骤10中处理；

步骤10：干燥，利用可循环化学品（活性炭、硅胶等）对脱PAHs可燃气进行干燥，得到冷干气，此时冷干气为等同于商品天然气的无害可燃气。

所述步骤3中催化剂颗粒选择以铁基和钙剂为最优，铁基和钙剂比例为0.2~2.8。

所述步骤3中所述一次气化炉操作描述，气化炉中需要添加8%~30%的催化剂颗粒，催化剂颗粒的粒径选择为13mm~43mm之间。在一次气化中温度曲线分为两个步骤，第一为升温段，是指在从一个温度区间上升到另一个温度区间中的过程控制，第二为保温段，是指需要物料在此温度区间充分反映的温度段；升温段的要求是每段升温必须满足加热速率需要保持在200~300℃/min，保温段的要求是满足如下过程——①300~500℃，25min~40min；②550~680℃，15min~30min；③730~800℃，20~40min；④800~900℃，5~15min，严格遵循以上升温段和保温段控制可以使整个装置的焦油产率趋近与零；所述二次气化炉操作描述，利用步骤2中含有气味分子的水分，经过炉底的加热层将其加热到500~800℃，对一次气化炉中产生的半焦进行二次气化，得到二次气化气和灰分，二次气化气送入步骤4中待用，灰分和催化剂分离后，催化剂分离回用加入一次气化炉，灰分分离后制成一定颗粒状的过滤材料，进入步骤7中待净化用。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种气化炉，其特征在于，该气化炉包括从下到上叠加设置的二次气化炉、一次气化炉，所述一次气化炉上设置有进料口和载体气体口，所述一次气化炉外部垂线方向设置有电机，所述电机的输出轴延伸到所述一次气化炉内并且设置有若干层托盘，所述一次气化炉的内壁设置有若干组加热体，所述一次气化炉与二次气化炉之间的通道内设置有单向传送带，所述二次气化炉的侧面与旋风除尘器连通，所述二次气化炉上设置有介质入口。

2.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于：所述加热体位于上下相邻两层托盘之间间隙的侧面。

3.根据权利要求1或2所述的气化炉，其特征在于：所述旋风除尘器上部的侧面与二次气化炉的灰气入口连通，所述旋风除尘器下部的侧面与二次气化炉的灰渣二次入口连通。

4.根据权利要求3所述的气化炉，其特征在于：所述旋风除尘器的顶部设置有气体出口，底部设置有灰渣出口，所述灰渣出口内设置有水封。

5.根据权利要求4所述的气化炉，其特征在于：所述二次气化炉的底部内设置有加热层，所述加热层上方设置有介质气嘴。

6.根据权利要求5所述的气化炉，其特征在于：所述二次气化炉、一次气化炉外均套设有保温层。

7.一种生活垃圾无害气化能源工艺方法，其特征在于，该方法通过以下步骤实现：

步骤1：前处理，将生活垃圾进行粉碎，制成40mm以下物料颗粒；

步骤2：干燥，将粉碎后的物料颗粒通过卧室传输干燥机进行干燥，干燥后的水分是含有气体分子的水分在步骤3中的二次气化炉中运用，其能量由步骤5提供；

步骤3：气化，干燥后的生活垃圾进入气化炉中，进行气化处理，气化炉分为上下两部分，上部分为一次气化炉，下部分为二次气化炉，干燥后的生活垃圾首先进入一次气化炉中进行气化，一定步骤后产生一次气化气和半焦颗粒，还有剩余的催化剂颗粒；一次气化气进入步骤4中运用，半焦颗粒和催化剂颗粒则进入二次气化炉中进行二次气化，步骤3中运用能量为外热介质炉提供，外加热炉可用电力，燃气，太阳能，生物质等提供能源；

步骤4：催化加氢，在催化加氢装置中利用二次气化气体，所述二次气化气体为55%以上的高氢含量，对一次气化气进行催化加氢，产物为加氢纯化气体，加氢纯化气体在步骤5中运用；

步骤5：换热，加氢纯化气体在换热器中将大于500℃的能量的热量传递给介质，气体成为冷却可燃器进入步骤6进行处理，加热后介质将能量传递给步骤2，为步骤2提供所有能量；

步骤6：除尘，冷却可燃气进入除尘器中进行除尘，得到除尘可燃气进入步骤7中处理；

步骤7：除酸，利用步骤3中产的灰分过滤材料，对除尘可燃气进行过滤除酸，得到除酸可燃气进入步骤8中处理；

步骤8：脱硫脱硝，利用脱硫脱硝装置对除酸可燃气进行脱硫脱硝，得到脱硫脱硝可燃气进入步骤9中处理；

步骤9：生物除多环芳烃物质，利用装有白腐霉菌等木腐菌的容器对脱硫脱硝可燃气进行除多环芳烃物质的去除，得到脱PAHs可燃气进入步骤10中处理；

步骤10：干燥，利用可循环化学品对脱PAHs可燃气进行干燥，得到冷干气，此时冷干气为等同于商品天然气的无害可燃气。

8.根据权利要求7所述的生活垃圾无害气化能源工艺方法，其特征在于：所述步骤3中催化剂颗粒选择以铁基和钙剂为最优，铁基和钙剂比例为0.2~2.8。

9.根据权利要求7所述的生活垃圾无害气化能源工艺方法，其特征在于：所述步骤3中所述一次气化炉操作描述，气化炉中需要添加8%~30%的催化剂颗粒，催化剂颗粒的粒径选择为13mm~43mm之间；

在一次气化中温度曲线分为两个步骤，第一为升温段，是指在从一个温度区间上升到另一个温度区间中的过程控制，第二为保温段，是指需要物料在此温度区间充分反映的温度段；升温段的要求是每段升温必须满足加热速率需要保持在200~300℃/min，保温段的要求是满足如下过程——①300~500℃，25min~40min；②550~680℃，15min~30min；③730~800℃，20~40min；④800~900℃，5~15min，严格遵循以上升温段和保温段控制可以使整个装置的焦油产率趋近与零；所述二次气化炉操作描述，利用步骤2中含有气味分子的水分，经过炉底的加热层将其加热到500~800℃，对一次气化炉中产生的半焦进行二次气化，得到二次气化气和灰分，二次气化气送入步骤4中待用，灰分和催化剂分离后，催化剂分离回用加入一次气化炉，灰分分离后制成一定颗粒状的过滤材料，进入步骤7中待净化用。

10.据权利要求7所述的生活垃圾无害气化能源工艺方法，其特征在于：所述步骤4中催化剂为氧化锌—氧化铝—氧化铬的组合，其比例为0.53~0.84:0.32~0.67:0.08~0.14。