CN110616089A - 一种高含湿有机物料产生合成气的气化装置 - Google Patents

一种高含湿有机物料产生合成气的气化装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高含湿有机物料产生合成气的气化装置，属于气化装置领域。本发明提供的高含湿有机物料产生合成气的气化装置，包括：进料装置、1‑3个热解反应器、气化反应器、固体颗粒分离器、残焦箱、气体净化装置以及燃烧装置。其中，所述热解反应器竖直设置，所述气化反应器水平设置，二者呈L型设置。本发明避免了催化剂的老化、失效引起的系统运行不稳定的问题，同时充分利用了水蒸汽的潜热、挥发份和热解炭的显热与化学热，节约了能耗、提高了经济性，还可以在必要的情况下非常方便地加入便宜的白云石等活化剂于高含湿的物料中作为催化剂而不需要专门设置放置催化剂的昂贵反应器。

Description

一种高含湿有机物料产生合成气的气化装置
技术领域
本发明涉及一种气化装置，具体涉及一种高含湿有机物料产生合成气的气化装置，属于气化装置领域。
背景技术
由于较低的经济效益和严格的环境保护规定，目前对于垃圾、污泥、农业废弃物(如秸秆、稻壳等)处置方法一般为诸如填埋、堆肥和焚烧等，但这些传统的方法并没有实现废弃物清洁能源转换。
目前，热解和气化被认为是废弃物清洁能源技术。这些技术可以减少烟气体积并固定固体残余物中的重金属，同时生产有价值的油和合成气产品，在减量化、无害化和资源化方面具有较大优势。普通的气化技术和装置以空气为气化介质，主要产物是低品质的可燃气，包括CO2、O2、CO、H2,少量CH4及极少量的C2、C3的气体，热值一般在4-6MJ/Nm3，除燃烧外利用价值不高。而合成气是一种H2/CO的比例在2-3范围内的双气体混合物。合成气可用于生产燃料或化学品(如柴油、甲醇、乙醇)，用于代替常规燃料燃烧锅炉，也可以用燃气轮机发电。但是现有技术中，气化技术难以产生合成气，或者需要外供蒸汽作为气化介质才能产生以H2/CO为主、和其它气体的混合物。过程中会产生焦油且能耗也较大。因此，在常规的气化装置中，用于气化的原料的含水率需要严格控制，一般在25-30％以下。否则会因为物料的干燥导致所需的空/燃比增大，使得最终气体产物的品质更低。申请号为201610101851.4的中国发明专利申请“一种基于高炉渣余热回收的高湿污泥气化制取富氢燃气的方法”，也利用了污泥自身含湿量的回收到达气化污泥气化产富含氢气燃气的目的，但是高湿污泥需要经历干燥和气化两个步骤，两个步骤需要2种热源，依赖于液态高炉渣的余热、系统复杂，反应器的形式也未能提供，且离开了有高炉渣的地方无法实施。申请号为CN201120530868.4的实用新型专利“一种生物质热解气化系统”，同样以获得高值燃气为目的，且其直接将热解炭燃烧烟气作为干燥热源。但低品位的热解炭燃烧效率不高，往往需要补充外加燃料，如液化石油气，且浪费了生物质干燥水汽的显热。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种高含湿有机物料产生合成气的气化装置。
本发明提供了一种高含湿有机物料产生合成气的气化装置，具有这样的特征，包括：进料装置，用于加入高含湿有机物料；1-3个热解反应器，一端与进料装置连接，用于对高含湿有机物料进行干燥及热解反应；气化反应器，与热解反应器远离进料装置的一端连接，用于对热解反应产物进行气化反应；固体颗粒分离器，与气化反应器连接，用于分离气化反应产生的固体颗粒和气体；残焦箱，与气化反应器以及固体颗粒分离器连接，用于接收气化反应器以及固体颗粒分离器中产生的残焦；气体净化装置，与固体颗粒分离器连接，用于接收并净化气化反应器中产生的气体；以及燃烧装置，用于燃烧气体产生高温烟气，其中，热解反应器竖直设置，气化反应器水平设置，二者呈L型设置。
在本发明提供的高含湿有机物料产生合成气的气化装置中，还可以具有这样的特征：其中，高含湿有机物料为含水量不高于55wt％的有机物料。
在本发明提供的高含湿有机物料产生合成气的气化装置中，还可以具有这样的特征：其中，高含湿有机物料中含有白云石和/或硝酸镍活化剂。
在本发明提供的高含湿有机物料产生合成气的气化装置中，还可以具有这样的特征：其中，热解反应器上部设置有扰动装置，用于推送和扰动热解反应器中的物料。
在本发明提供的高含湿有机物料产生合成气的气化装置中，还可以具有这样的特征：其中，热解反应器的工作温度为450℃-650℃。
在本发明提供的高含湿有机物料产生合成气的气化装置中，还可以具有这样的特征：其中，气化反应器的工作温度为800℃-900℃。
在本发明提供的高含湿有机物料产生合成气的气化装置中，还可以具有这样的特征：其中，气体净化装置选自带有除沫措施的文丘里式碱液洗涤器、带有除沫措施的喷淋式碱液洗涤器、带有除沫措施的筛板塔式碱液洗涤器中的任意一种与活性焦吸附塔的组合。
在本发明提供的高含湿有机物料产生合成气的气化装置中，还可以具有这样的特征：其中，气化反应器选自螺旋推进式反应器或者回转窑反应器。
在本发明提供的高含湿有机物料产生合成气的气化装置中，还可以具有这样的特征：其中，燃烧装置包括：燃烧器，与气体净化装置直接或者间接连通，燃烧器以从气体净化装置排出的气体为燃料；以及燃烧室，用于燃烧气体并产生高温烟气，并将高温烟气通入气化反应器的外层和内侧、以及热解反应器的外侧。
在本发明提供的高含湿有机物料产生合成气的气化装置中，还可以具有这样的特征：其中，固体颗粒分离器选自旋风除尘器、泡沫金属过滤器、陶瓷过滤器中的任意一种。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的高含湿有机物料的气化装置，因为本装置中热解反应器中的炭会不断进入气化反应器中，从而气化反应器可以利用自产的热解炭作为催化剂，无需额外催化剂的输入，即产即用，所以，本发明避免了催化剂的老化、失效引起的系统运行不稳定的问题，同时充分利用了水蒸汽的潜热、挥发份和热解炭的显热与化学热，节约了能耗、提高了经济性，还可以在必要的情况下非常方便地加入便宜的活化剂如白云石于高含湿的物料中作为催化剂而不需要专门设置放置催化剂的昂贵反应器。
附图说明
图1是本发明的实施例1-3的高含湿有机物料产生合成气的气化装置的结构示意图；
图2是本发明的实施例4的高含湿有机物料产生合成气的气化装置的结构示意图；
图3是本发明的实施例1-2的扰动装置的结构示意图；以及
图4是本发明的实施例3-5的扰动装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。
<实施例1>
某一污水处理厂污水处理后获得的脱水的污泥经过加热板框压滤后含水率为54％，为避免再次干燥带来的较大能耗、设备投资和臭气控制的代价，所以没有采用传统的干燥后焚烧的方式，而是选择使用本发明提供的高含湿有机物料生产合成气的气化装置将其资源化，通过热处理获得较好品质的气体产物。
图1是本发明的实施例1-3的高含湿有机物料的气化装置的结构示意图。
如图1所示，本实施例提供的高含湿有机物料产生合成气的气化装置包括螺旋进料装置2、热解反应器3、扰动装置接口4、水蒸汽及挥发份混合物的保温输送管5、气化反应器6、固体颗粒分离器7、气体净化装置8、燃烧装置10以及高温烟气管道11、残焦箱12以及扰动装置14。
螺旋进料装置2与热解反应器3连接，外侧设置有螺旋进料装置烟气入口以及螺旋进料装置烟气出口。
热解反应器3使用燃烧装置10产生并直接通入的高温烟气(通过管道11)和从气化反应器6流入的高温烟气所得的混合烟气为热源，从热解反应器3的外侧流出烟气继续流入螺旋进料给料装置2的外侧设置的加热烟气通道入口，并最终从螺旋进料给料装置2的螺旋进料装置烟气出口排入烟囱。
热解反应器3竖直设置，通过热解炭的排出端、输送水蒸汽和挥发份混合物的保温管5与气化反应器6输入端连接。
水蒸汽和挥发份混合物的保温管5与热解反应器3上部连接处的取气口的上方有遮盖，避免将从螺旋进料装置2送入的物料颗粒吸入保温管5中。
图3是本发明的实施例1-2的扰动装置的结构示意图。
如图3所示，在热解反应器3与螺旋进料装置2的连接处下方125mm处设有扰动装置的接口4。扰动装置14设置在与扰动装置接口4相连的热解反应器3的内部，在本实施例中扰动装置14采用具有上下移动的环形梯扰动片。该刮片下运动的幅度与环形布置的梯形刮片的间隔一致，上下移动能实现内壁清理积垢，促进物料下落。
气化反应器6水平设置，与热解反应器3形成L型。气化反应器6输出端与固体颗粒分离器7和残焦箱12连接，气化反应器6的外侧设有气化反应器烟气进口和气化反应器烟气出口，气化反应器烟气进口连接燃烧装置10。气化反应器烟气出口连接热解反应器3外侧的烟气入口。在本实施例中，气化反应器6采用的是螺旋推进式反应器。
固体颗粒分离器12为旋风除尘器。固体颗粒分离器7分别与气化反应器6、残焦箱12、气体净化装置8连接。
残焦箱12与气化反应器6以及固体颗粒分离器7连接。
燃烧装置10由燃烧器和燃烧室构成；从气化净化装置8排出的干净的合成气9通过管道连接燃烧器，燃烧室提供燃烧空间，产生的高温烟气通过管道11分别连接到气化反应器6外侧烟气进口、气化反应器6与热解反应器3连接处的烟气内进口、以及热解反应器3下部外侧的烟气进口。
气体净化装置8为带有除沫措施的筛板塔式碱液洗涤器与活性焦吸收塔的组合。气体净化装置8与固体颗粒分离器7连接。
在本实施例中，是通过下述方法来使用本实施例提供的装置来进行气化的：
将未干化的脱水污泥1(含水率为54wt％)加入到螺旋进料装置2中，通过烟气13预热后，送入热解反应器3。
竖直的热解反应器3通过从燃烧装置10直接送入的高温烟气11和从气化反应器6引入的烟气的混合调节，将反应器3加热到550℃，物料在热解反应器3中进行干燥和热解反应，产生水蒸汽和挥发份以及炭，热解反应得到水蒸汽和挥发份的混合物通过保温管5送入气化反应器6，同时热解反应得到的炭也送入气化反应器6和水蒸汽和挥发份的混合物在气化反应器6中混合；气化反应器6内的温度由高温烟气加热到800℃。在这一过程中，为了进一步减少和避免焦油的产生、同时提高产生的合成气中的CO的浓度，燃烧装置10产生的高温烟气通过烟气输送管道11也送入气化反应器6内部，其送入量控制为水蒸汽和挥发份量的30％，使热解炭同时被水蒸汽，O2和CO2(来自烟气)一起气化。
在气化反应器6中，由于热解炭中的碳以及所含的氧化物(如SiO2,CaO，MgO等)、无机盐会起到催化剂的作用，因此可作为一种廉价的催化剂催化高温水蒸汽和挥发份的混合物、热解炭、高温烟气之间的气化重整反应。
合成气进入固体颗粒分离器7，经过分离后残焦颗粒导入残焦箱12，合成气全部进入气体净化装置8，最后清洁的合成气9一部分通入燃烧装置10的燃烧器中产生高温烟气，大部分外输利用。
本实施例中得到的目标产物合成气与纯热解得到的产物含量比如表1所示。
表1产物含量比对照表(vol.％)
如上表所示，使用本发明提供的装置气化后得到的产物中焦油消除；所获合成气产品中H2比例大大增加，而CO2占比减小，H2+CO达到76vol.％。
<实施例2>
某养鸡厂产生的鸡粪含水率70％，含N高，发酵产沼气系统不稳定，改为热解气化产气方案。按照30％比例掺混秸秆，最后水分为53.5％，干基低位热值11.55MJ/kg。用户希望进行气化后作为供热燃气使用。
图1是本发明的实施例1-3的高含湿有机物料产生合成气的气化装置的结构示意图。
如图1所示，本实施例提供的高含湿有机物料产生合成气的气化装置包括螺旋进料装置2、热解反应器3、扰动装置接口4、水蒸汽及挥发份混合物的保温输送管5、气化反应器6、固体颗粒分离器7、气体净化装置8、燃烧装置10以及高温烟气管道11、残焦箱12以及扰动装置14。
其中，螺旋进料装置2与热解反应器3连接，外侧设置有螺旋进料给料装置的加热烟气入口和螺旋进料给料装置的烟气出口。
热解反应器3使用燃烧装置10产生并直接通入的高温烟气(通过管道11)和从气化反应器6流入的高温烟气所得的混合烟气为热源，从热解反应器3的外侧流出烟气继续流入螺旋进料装置2的外侧设置的加热烟气通道入口，并最终从螺旋进料给料装置烟气出口排入烟囱。
热解反应器3竖直设置，与气化反应器4之间呈现L型。通过输送水蒸汽和挥发份混合物的保温管5与气化反应器6输入端连接。水蒸汽和挥发份混合物的保温管5与热解反应器3上部连接处的取气口的上方有遮盖，避免将从螺旋进料装置2送入的物料颗粒吸入保温管5中。
图3是本发明的实施例1-2的扰动装置的结构示意图。
如图3所示，在热解反应器3与螺旋进料装置2的连接处下方150mm处设有扰动装置的接口4。扰动装置14设置在与扰动装置接口4相连的热解反应器3的内部，在本实施例中扰动装置14采用具有上下移动的环形梯扰动片。该刮片下运动的幅度与环形布置的梯形刮片的间隔一致，上下移动能实现内壁清理积垢，促进物料下落。
气化反应器6水平设置。其输出端与固体颗粒分离器7和残焦箱12连接，气化反应器6的外侧设有气化反应器烟气进口和气化反应器烟气出口，气化反应器烟气进口连接燃烧装置10。气化反应器烟气出口连接热解反应器3外侧的烟气入口。在本实施例中，气化反应器6采用的是螺旋推进式反应器。
固体颗粒分离器12为旋风除尘器。固体颗粒分离器7分别与气化反应器6、残焦箱12、气体净化装置8连接。
残焦箱12与气化反应器6以及固体颗粒分离器7连接。
燃烧装置10由燃烧器和燃烧室构成；从气化净化装置8排出的干净的合成气9通过管道连接燃烧器，燃烧室提供燃烧空间，产生的高温烟气通过管道11分别连接到气化反应器6外侧的烟气进口、气化反应器6与热解反应器3连接处的烟气内进口以及热解反应器3下部外侧的烟气进口。
气体净化装置8为带有除沫措施的文丘里式碱液洗涤器与活性焦吸附塔的组合。气体净化装置8与固体颗粒分离器7连接。
在本实施例中，是通过下述方法来使用本实施例提供的装置来进行气化的：
将鸡粪和秸秆的混合物1(含水率为53.5wt％)加入到螺旋进料装置2中，通过烟气13预热后，送入热解反应器3。
竖直的热解反应器3通过从燃烧装置10直接送入的高温烟气11和从气化反应器6引入的烟气的混合调节，将反应器3加热到550℃，物料在热解反应器3中进行干燥和热解反应，产生水蒸汽和挥发份，以及炭，热解反应得到水蒸汽和挥发份的混合物通过保温管5送入气化反应器6，同时热解反应得到的炭也送入气化反应器6，和水蒸汽及挥发份的混合物混合气化；气化反应器6内的温度由高温烟气加热到800℃。在这一过程中，自燃烧装置10产生的高温烟气通过烟气输送管道11也送入气化反应器6的内部，其送入量控制为水蒸汽和挥发份量的18％，使热解炭同时被水蒸汽、CO2和O2一起气化。
在气化反应器6中，生物质鸡粪+秸秆的混合物中碱金属的催化作用较好，催化水蒸汽和挥发份的混合物、热解炭、高温烟气之间的气化及重整反应。
合成气进入固体颗粒分离器7，固体颗粒分离器选自泡沫金属过滤器，经过分离后残焦颗粒导入残焦箱12，合成气全部进入气体净化装置8，最后清洁的合成气9中的42％通入燃烧装置10的燃烧器中产生高温烟气，58％外输利用。如果采用传统的干燥气化工艺，则所产生的燃气热值仅为2600KJ/kg湿料，而采用本发明技术，则回收的燃气热值为3720KJ/kg湿料，而且是热值高达10MJ/Nm3的燃气。所剩下的残焦则为肥料添加剂。
<实施例3>
某厌氧发酵厂产生的沼渣，经过初步脱水干燥后水份含量49％，干基低位热值11.2MJ/kg。用户希望实现沼渣的处置，并从中回收能量，故使用本发明提供的装置进行气化。
图1是本发明的实施例1-3的高含湿有机物料产生合成气的气化装置的结构示意图。
如图1所示，本实施例提供的高含湿有机物料产生合成气的气化装置包括螺旋进料装置2、热解反应器3、扰动装置接口4、水蒸汽及挥发份混合物的保温输送管5、气化反应器6、固体颗粒分离器7、气体净化装置8、燃烧装置10以及高温烟气管道11、残焦箱12以及扰动装置14。
螺旋进料装置2与热解反应器3连接，外侧设置有螺旋进料给料装置的加热烟气入口和螺旋进料给料装置的烟气出口。
热解反应器3使用燃烧装置10产生并直接通入的高温烟气(通过管道11)和从气化反应器6流入的高温烟气所得的混合烟气为热源，从热解反应器3的外侧流出烟气继续流入螺旋进料装置2的外侧设置的加热烟气通道入口，并最终从螺旋进料给料装置烟气出口排入烟囱。
热解反应器3竖直设置，与气化反应器4之间呈现L型。通过输送水蒸汽和挥发份混合物的保温管5与气化反应器6输入端连接。
水蒸汽和挥发份混合物的保温管5与热解反应器3上部连接处的取气口的上方有遮盖，避免将从螺旋进料装置2送入的物料颗粒吸入保温管5中。
图4是本发明的实施例3-5的扰动装置的结构示意图。
如图4所示，在热解反应器3与螺旋进料装置2的连接处下方100mm处设有扰动装置的接口4。扰动装置14设置在与扰动装置接口4相连的热解反应器3的内部。在本实施例中，扰动装置14采用以周线移动方式作用的直条形刮片，该刮片的一侧薄一侧厚，沿着周向移动时，薄侧刮擦热解反应器3的内壁清理积垢，促进物料下落。
气化反应器6水平设置，与热解反应器3成L型。其输出端与固体颗粒分离器7和残焦箱12连接，气化反应器6的外侧设有气化反应器烟气进口和气化反应器烟气出口，气化反应器烟气进口连接燃烧装置10。气化反应器烟气出口连接热解反应器3外侧的烟气入口。在本实施例中，气化反应器6采用的是螺旋推进式反应器。
固体颗粒分离器7为旋风除尘器。固体颗粒分离器7分别与气化反应器6、残焦箱12、气体净化装置8连接。
残焦箱12与气化反应器6以及固体颗粒分离器7连接。
燃烧装置10由燃烧器和燃烧室构成；从气化净化装置8排出的干净的合成气9通过管道连接燃烧器，燃烧室提供燃烧空间，产生的高温烟气通过管道11分别连接到气化反应器6外侧的烟气进口、气化反应器6与热解反应器3连接处的烟气内进口、以及热解反应器3下部外侧的烟气进口。
气体净化装置8为带有除沫措施的文丘里式碱液洗涤器与活性焦吸附塔的组合。气体净化装置8与固体颗粒分离器7连接。
在本实施例中，是通过下述方法来使用本实施例提供的装置来进行气化的：
将未彻底干化的有机垃圾厌氧发酵沼渣1(含水率为49wt％)加入到螺旋进料装置2中，通过烟气13预热后，送入热解反应器3。
竖直的热解反应器3通过从燃烧装置10直接送入的高温烟气11和从气化反应器6引入的烟气的混合调节，将反应器3加热到450℃，物料在热解反应器3中进行干燥和热解反应，产生水蒸汽和挥发份，以及炭，热解反应得到水蒸汽和挥发份的混合物通过保温管5送入气化反应器6，同时热解反应得到的炭也送入气化反应器6，和水蒸汽及挥发份的混合物混合气化；气化反应器6内的温度由高温烟气加热到900℃。在这一过程中，为了进一步减少和避免焦油的产生、同时提高产生的合成气的产量，燃烧装置10产生的高温烟气通过烟气输送管道11也送入气化反应器6的内部，其送入量控制为水蒸汽和挥发份量的20％，使热解炭同时被水蒸汽、CO2和O2一起气化。
在气化反应器6中，由于沼渣热解炭中所含的氧化物(如SiO2,CaO，MgO等)、无机盐比较少，催化作用不足，因此在沼渣1中混入其干重5％的白云石，可作为一种廉价的催化剂的补充，催化高温水蒸汽和挥发份的混合物、热解炭、高温烟气之间的气化重整反应。
合成气进入固体颗粒分离器7，经过分离后残焦颗粒导入残焦箱12，合成气全部进入气体净化装置8，最后清洁的合成气9中的62％通入燃烧装置10的燃烧器中产生高温烟气，38％外输利用。如果采用传统的干燥气化工艺，则所产生的燃气全部燃烧后，还需要补充外部的能量。
<实施例4>
某生活垃圾，初始含水率为50％。干基热值14.6MJ/kg，希望从中获得较好品质的合成气。
图2是本发明的实施例4的高含湿有机物料产生合成气的气化装置的结构示意图。
如图2所示，本实施例提供的高含湿有机物料产生合成气的气化装置包括螺旋进料装置2、热解反应器3、扰动装置接口4、水蒸汽及挥发份混合物的保温输送管5、气化反应器6、固体颗粒分离器7、气体净化装置8、燃烧装置10以及高温烟气管道11、残焦箱12以及扰动装置14。
螺旋进料装置2与热解反应器3连接，外侧设置有螺旋进料给料装置的加热烟气入口和螺旋进料给料装置的烟气出口。
热解反应器3使用燃烧装置10产生并直接通入的高温烟气(通过管道11)和从气化反应器6流入的高温烟气所得的混合烟气为热源，从热解反应器3的外侧流出烟气继续流入螺旋进料装置2的外侧设置的加热烟气通道入口，并最终从螺旋进料给料装置烟气出口排入烟囱。
热解反应器3竖直设置，与气化反应器4之间呈现L型。通过输送水蒸汽和挥发份混合物的保温管5与气化反应器6输入端连接。水蒸汽和挥发份混合物的保温管5与热解反应器3上部连接处的取气口的上方有遮盖，避免将从螺旋进料装置2送入的物料颗粒吸入保温管5中。
图4是本发明的实施例3-5的扰动装置的结构示意图。
如图4所示，在热解反应器3与螺旋进料装置2的连接处下方120mm处设有扰动装置的接口4。扰动装置14设置在与扰动装置接口4相连的热解反应器3的内部。在本实施例中，扰动装置14采用以周线移动方式作用的直条形刮片，该刮片的一侧薄一侧厚，沿着周向移动时，薄侧刮擦热解反应器3的内壁清理积垢，促进物料下落。
气化反应器6水平设置，采用回转窑型气化反应器。其输出端与固体颗粒分离器7和残焦箱12连接，气化反应器6的外侧设有烟气进口和烟气出口，但是流入的烟气量很少，不是为了加热而是用于动态保温。气化反应器6烟气进口连接燃烧装置10。气化反应器烟气出口连接热解反应器3外侧的烟气入口。在本实施例中，气化反应器6采用的是回转窑反应器。
固体颗粒分离器7为陶瓷过滤器。固体颗粒分离器7分别与气化反应器6、残焦箱12、气体净化装置8连接。
残焦箱12与气化反应器6以及固体颗粒分离器7连接。
燃烧装置10由燃烧器和燃烧室构成；从气化净化装置8排出的干净的合成气9通过管道连接燃烧器，燃烧室提供燃烧空间，产生的高温烟气通过管道11少量连接到气化反应器6外侧的烟气进口、主要送入气化反应器6与热解反应器3连接处的烟气内进口、以及热解反应器3下部外侧的烟气进口。
气体净化装置8为带有除沫措施的喷淋式碱液洗涤器与活性焦吸附塔的组合。气体净化装置8与固体颗粒分离器7连接。
在本实施例中，是通过下述方法来使用本实施例提供的装置来进行气化的：
将仅仅粗破碎并分离大块无机物的生活垃圾1(含水率为50wt％)加入到进料装置2中，进料装置2选自无轴双螺旋。经过短暂的预热后，送入热解反应器3。
竖直的热解反应器3主要利用从燃烧装置10直接送入的高温烟气11加热，将反应器3加热到650℃，物料在热解反应器3中进行干燥和热解反应，产生水蒸汽和挥发份，以及炭，热解反应得到水蒸汽和挥发份的混合物通过保温管5送入气化反应器6，同时热解反应得到的炭也送入气化反应器6，和水蒸汽及挥发份的混合物混合气化；气化反应器6选自回转窑反应器，其内的温度由直接送入的高温烟气加热到850℃左右。高温烟气直接送入气化反应器6内部的烟气量控制为水蒸汽和挥发份量的38％，使热解炭同时被水蒸汽、CO2和O2一起气化。
在气化反应器6中，虽然垃圾热解炭中含有氧化物(如SiO2,CaO，MgO等)，为了促进催化作用，因此在垃圾1中混入其干重0.5％的硝酸镍，作为垃圾热解半焦的活化剂提升其催化效果，催化高温水蒸汽和挥发份的混合物、热解炭、高温烟气之间的气化重整反应。
合成气进入固体颗粒分离器7，经过分离后残焦颗粒导入残焦箱12，合成气全部进入气体净化装置8，最后清洁的合成气9中的32％通入燃烧装置10的燃烧器中产生高温烟气，68％外输利用。
经检测，所获气体产品热值可达13.8MJ/Nm3，气体产量为670m3/t干垃圾，H2+CO的体积含量达70vol.％。与焚烧相比，获得价值更高的产品，避免了二恶英、飞灰等危险废物的污染与危害。
<实施例5>
某造纸厂的废渣含水42％，含塑料比较高，体积较大。干基热值15.6MJ/kg。采用与实施例1结构相似的的高含湿有机物料产生合成气的气化装置，其中，区别在于热解反应器的数量为3个。
实施例提供的高含湿有机物料生成合成气的气化装置包括3个热解反应器、1个气化反应器、固体颗粒分离器、气体净化装置、燃烧装置以及高温烟气管道、残焦箱；
其中3个热解反应器均配有螺旋进料装置、扰动装置接口、内部的扰动装置、水蒸汽及挥发份混合物的保温输送管。
螺旋进料装置与热解反应器连接，外侧设置有螺旋进料给料装置的加热烟气入口和螺旋进料给料装置的烟气出口。
3个热解反应器均使用燃烧装置产生并直接通入的高温烟气(通过管道)和从气化反应器流入的高温烟气而得到的混合烟气为热源，从热解反应器的外侧流出烟气继续流入螺旋进料装置的外侧设置的加热烟气通道入口，并最终从螺旋进料给料装置烟气出口排入烟囱。
3个热解反应器均竖直设置，其中两个内进行造纸废渣的热解；1个进行造纸污泥的热解。通过输送水蒸汽和挥发份混合物的保温管与气化反应器输入端连接。水蒸汽和挥发份混合物的保温管与热解反应器上部连接处的取气口的上方有遮盖，避免将从螺旋进料装置送入的物料颗粒吸入保温管中。
在热解反应器与螺旋进料装置的连接处下方120mm处设有扰动装置的接口。扰动装置设置在与扰动装置接口相连的热解反应器3的内部。
图4是本发明的实施例3-5的扰动装置的结构示意图。
在本实施例中，扰动装置采用以周线移动方式作用的直条形刮片，该刮片的一侧薄一侧厚，沿着周向移动时，薄侧刮擦热解反应器的内壁清理积垢，促进物料下落。
气化反应器水平设置。其输出端与固体颗粒分离器和残焦箱连接，气化反应器的外侧设有气化反应器烟气进口和气化反应器烟气出口，气化反应器烟气进口连接燃烧装置。气化反应器烟气出口连接热解反应器外侧的烟气入口。在本实施例中，气化反应器采用的是螺旋推进式反应器。
固体颗粒分离器为泡沫金属过滤器。固体颗粒分离器分别与气化反应器、残焦箱、气体净化装置连接。
残焦箱与气化反应器以及固体颗粒分离器连接。
燃烧装置由燃烧器和燃烧室构成；从气化净化装置排出的干净的合成气通过管道连接燃烧器，燃烧室提供燃烧空间，产生的高温烟气通过管道分别连接到气化反应器外侧的烟气进口、气化反应器与热解反应器连接处的烟气内进口、以及热解反应器下部外侧的烟气进口。
气体净化装置为带有除沫措施的喷淋式碱液洗涤器与活性焦吸附塔的组合。气体净化装置与固体颗粒分离器连接。
在本实施例中，是通过下述方法来使用本实施例提供的装置来进行气化的：
将造纸废渣(含水率为42wt％)中的硬物挑出，加入到进料装置中，进料装置选自无轴双螺旋进料器。通过烟气预热后，送入热解反应器。
竖直的热解反应器通过从燃烧装置直接送入的高温烟气和从气化反应器引入的烟气的混合调节，将反应器加热到500℃，物料在热解反应器中进行干燥和热解反应，产生水蒸汽和挥发份，以及炭渣，热解反应得到水蒸汽和挥发份的混合物通过保温管送入气化反应器，同时热解反应得到的炭渣也送入气化反应器，和水蒸汽及挥发份的混合物混合气化；气化反应器内的温度由高温烟气加热到850℃。在这一过程中，自燃烧装置产生的高温烟气通过烟气输送管道也送入气化反应器的内部，其送入量控制为水蒸汽和挥发份量的36％，使热解炭同时被水蒸汽、CO2和O2一起气化。
在气化反应器中，一方面造纸废渣中塑料含量高，一个热解反应器的流通量有限；另一方面，造纸废渣的炭渣的催化作用不好，为了强化催化作用，第3个热解反应器内热解造纸污泥。造纸污泥炭渣中含有大量的CaCO3与碱金属，可催化水蒸汽和挥发份的混合物、热解炭、高温烟气之间的气化及重整反应。
合成气进入固体颗粒分离器，固体颗粒分离器选自泡沫金属过滤器，经过分离后残焦颗粒导入残焦箱，合成气全部进入气体净化装置，最后清洁的合成气的热值为12.9MJ/m3；产量为498m3/t湿物料(以造纸废渣计算)，H2+CO的比例高达80vol.％。其中30vol.％通入燃烧装置的燃烧器中产生高温烟气，70vol.％供造纸蒸汽锅炉利用，节省天然气。
实施例的作用与效果
根据上述实施例所涉及的高含湿有机物料的气化装置，因为本装置中热解反应器中的炭会不断进入气化反应器中，从而气化反应器可以利用自产的热解炭作为催化剂，无需额外催化剂的输入，即产即用，所以，上述实施例避免了催化剂的老化、失效引起的系统运行不稳定的问题，同时充分利用了水蒸汽的潜热、挥发份和热解炭的显热与化学热，节约了能耗、提高了经济性，还可以在必要的情况下非常方便地加入便宜的活化剂白云石于高含湿的物料中作为催化剂而不需要专门设置放置催化剂的昂贵反应器。
进一步地，根据上述实施例所涉及的高含湿有机物料产生合成气的气化装置，因为本装置无需锅炉生产水汽，利用高含湿废弃物自身产生的水汽来气化挥发分和炭，所以，上述实施例进入热解系统的原料含水量可以放宽，达到55％左右，简化了很多高含水率物料的处理流程。
进一步地，根据上述实施例所涉及的高含湿有机物料产生合成气的气化装置，因为本装置结构简单，省略了单独的干燥设备，适合车载，所以，可取代传统的处理方式，利用本装置直接将含湿废弃物气化来获得高附加值产物，达到节能减排的目的。
进一步地，根据上述实施例所涉及的高含湿有机物料产生合成气的气化装置，因为利用L形反应系统，所以简化了输送动力和保温要求。提高了气化系统的经济性。
进一步地，根据上述实施例所涉及的高含湿有机物料产生合成气的气化装置，因为排烟无需净化，所以彻底避免了危险废物的产生。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高含湿有机物料产生合成气的气化装置，其特征在于，包括：
进料装置，用于加入高含湿有机物料；
1-3个热解反应器，一端与所述进料装置连接，用于对所述高含湿有机物料进行干燥及热解反应；
气化反应器，与所述热解反应器远离所述进料装置的一端连接，用于对热解反应产物进行气化反应；
固体颗粒分离器，与所述气化反应器连接，用于分离气化反应产生的固体颗粒和气体；
残焦箱，与所述气化反应器以及所述固体颗粒分离器连接，用于接收所述气化反应器以及所述固体颗粒分离器中产生的残焦；
气体净化装置，与所述固体颗粒分离器连接，用于接收并净化气化反应器中产生的气体；以及
燃烧装置，用于燃烧气体产生高温烟气，
其中，所述热解反应器竖直设置，所述气化反应器水平设置，二者呈L型设置。
2.根据权利要求1所述的高含湿有机物料产生合成气的气化装置，其特征在于：
其中，所述高含湿有机物料为含水量不高于55wt％的有机物料。
3.根据权利要求1所述的高含湿有机物料产生合成气的气化装置，其特征在于：
其中，所述高含湿有机物料中含有白云石和/或硝酸镍活化剂。
4.根据权利要求1所述的高含湿有机物料产生合成气的气化装置，其特征在于：
其中，所述热解反应器上部设置有扰动装置，用于推送和扰动所述热解反应器中的物料。
5.根据权利要求1所述的高含湿有机物料产生合成气的气化装置，其特征在于：
其中，所述热解反应器的工作温度为450℃-650℃。
6.根据权利要求1所述的高含湿有机物料产生合成气的气化装置，其特征在于：
其中，所述气化反应器的工作温度为800℃-900℃。
7.根据权利要求1所述的高含湿有机物料产生合成气的气化装置，其特征在于：
其中，所述气体净化装置选自带有除沫措施的文丘里式碱液洗涤器、带有除沫措施的喷淋式碱液洗涤器、带有除沫措施的筛板塔式碱液洗涤器中的任意一种与活性焦吸附塔的组合。
8.根据权利要求1所述的高含湿有机物料产生合成气的气化装置，其特征在于：
其中，所述气化反应器选自螺旋推进式反应器或者回转窑反应器。
9.根据权利要求1所述的高含湿有机物料产生合成气的气化装置，其特征在于：
其中，所述燃烧装置包括：
燃烧器，与所述气体净化装置直接或者间接连通，所述燃烧器以从气体净化装置排出的气体为燃料；以及
燃烧室，用于燃烧气体并产生高温烟气，并将所述高温烟气通入所述气化反应器的外层和内侧、以及热解反应器的外侧。
10.根据权利要求1所述的高含湿有机物料产生合成气的气化装置，其特征在于：
其中，所述固体颗粒分离器选自旋风除尘器、泡沫金属过滤器、陶瓷过滤器中的任意一种。
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