CN201158629Y - 垃圾生物质多联产处理系统及设备 - Google Patents

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CN201158629Y CNU2007203118284U CN200720311828U CN201158629Y CN 201158629 Y CN201158629 Y CN 201158629Y CN U2007203118284 U CNU2007203118284 U CN U2007203118284U CN 200720311828 U CN200720311828 U CN 200720311828U CN 201158629 Y CN201158629 Y CN 201158629Y
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Abstract

垃圾生物质多联产处理系统及设备，涉及到垃圾生物质气化、液化设备系统，包括以垃圾、生物质为原料生产清洁能源、建材、肥料、电能、供热和环境保护的多联产处理。系统主要由气相循环气化炉、烟气循环风管、烟气循环风机、除尘/净化塔、二氧化碳吸收塔、合成反应器和分离塔组成，其特征是气相循环气化炉内的烟气通过循环风管和烟气循环风机返回到炉内的氧化区，进行气相循环反应，生成富氢合成气，并有效瓦解剧毒物二恶英。气化炉内生产的富氢合成气通过后级处理，生产城市煤气或甲醇或二甲醚或氢气。

Description

垃圾生物质多联产处理系统及设备
所属技术领域
本实用新型涉及垃圾、生物质处理及化工生产设备系统，特别涉及到垃圾生物质气化、液化设备系统。
背景技术
当前，能源紧张，环保形势严峻，垃圾泛滥成灾。垃圾随着我国国民经济的发展及城市规模的不断扩大正以10％的速度迅速增加，并且其有害成分的含量也越来越高，如处理不好，将会污染环境，威胁人民的身体健康，这不仅会制约社会的进步，也会影响到国民经济的可持续发展。当前，我国大部分地区采用填埋法处理城市生活垃圾，这不但需占用大量的土地、浪费资源，而且有害物容易泄漏造成二次污染；焚烧法可以做到减量化、资源化处理生活垃圾，但焚烧法处理生活垃圾所追求的主要目标是能把垃圾在焚烧炉内充分燃烧，其次才是能量的回收，由于生活垃圾焚烧烟气具有含水量大、氯化氢浓度高，对材料有较大的腐蚀性，不能把热能回收装置设置在强辐射区而使热能回收率受到影响，所以焚烧法处理生活垃圾的资源化应用程度有限；有些地区用垃圾焚烧发电来处理城市生活垃圾，但垃圾焚烧发电存在下列缺点：1.以处理垃圾为主要目标，能量利用率仅为20％左右，有近80％的能量被浪费掉了；2.烟气、二氧化碳排放量大，烟气中污染物有粉尘、氯化氢、氟化氢、硫氧化物、氮氧化物、致癌剧毒物(二恶英、呋喃)、重金属(汞、铅、铬等)，虽有烟气净化系统，但难以完全消除，特别是二恶英、呋喃超标排放，目前还缺乏技术可靠的NOx和二恶英等的末端净化工艺；3.只能在经济发达的大城市建垃圾焚烧发电厂，中小城市的垃圾资源量不适宜建垃圾发电厂，因而不能普及应用。
我国是一个农业大国，生物质资源非常丰富，仅稻草、麦草、芦苇、竹子等非木材纤维就年产超过10亿吨，加上大量木材加工剩余物，都是巨大的能源“仓库”。生物质能在使用过程中几乎不产生污染，没有SO2排放，产生的CO2气体与植物生长过程中需要吸收的大量CO2在数量上保持平衡，被称之为CO2中性的燃料。用生物质能代替化石燃料，不仅可永续利用，而且环保和生态效果突出，对改善大气酸雨环境，减少大气中二氧化碳含量，从而减轻温室效应都有极大的好处。然而，我国目前的农林剩余物质资源浪费惊人，除小部分农村用来发酵生产沼气外，大部分都被直接燃烧、填埋、腐烂掉了。把垃圾、生物质通过气化或液化的方法转化为清洁的二次能源，可以取得双重的有益效果，一是可以解决环境污染问题，二是可以减少对石油煤炭资源的依赖。由于生活垃圾的特点是含水率高、热值低、含氯物多易生成剧毒物二恶英，因此，对生活垃圾的焚烧处理技术要求高，工艺及设备复杂，而生物质同样存在含水率高、热值低的特点，用一般的工艺设备只能生产热值不高的合成气或生物油，再把这种低热值的合成气或生物油进行提炼成满足使用要求的产品，将会使生产成本大幅提高，过高的生产成本限制了垃圾生物质转化项目的商业化应用。
二甲醚作为燃料应用是最近几年提出来的，二甲醚很容易液化，稍加压即为液体易贮存，作为民用燃料及车用燃油的替代燃料，二甲醚液化气的性质比石油液化气优越，二甲醚其自身含氧，能够充分燃烧不冒黑烟，不析碳、无残液，在使用过程中没有SO2排放，污染物及CO2排量低、对臭氧层无损害，是一种理想的清洁燃料。当前，石油液化气的使用已相当普及，作为汽车燃料和民用燃料替代领域，二甲醚有着非常美好的市场前景。当前，国内外生产二甲醚主要由煤、天然气等不可再生能源转化而来，在转换过程中浪费了近一半的能量，仍没有摆脱对煤炭、天然气等化石能源的依赖，未来煤或天然气的消耗压力将会加大，从而无法从根本上解决能源问题。如用垃圾、生物质为原料二甲醚，就可以取得双重的有益效果，一是可以解决环境污染问题，减少大气中二氧化碳含量，从而减轻温室效应都有极大的好处；二是能代替化石燃料，可以减少对石油煤炭资源的依赖。
针对当前能源紧张、环保形势严峻的局面，我国政府的相关部门及科技工作者都致力于可再生新能源的研发，生物质能的开发应用及城市垃圾的资源化应用成为研发的热点，并有许多成果问世，但都是单一化处理工艺，存在资源不能充分利用、处理成本过高、目标产物品位不高的缺点，还存在废气、废水、废渣的处理问题。现有技术和设备还普遍存在烟气直接出炉，为不仅污染环境，还造成排烟热损失及气体不完全燃烧热损失、气化不完全的现象。
实用新型内容
本实用新型的目的是要克服现有技术的垃圾、生物质处理过程中的缺点，提出一种垃圾生物质多联产处理的系统及设备，包括以垃圾生物质为原料生产清洁能源、建材、肥料、电能、供热和环境保护的多联产处理，包括跨企业、跨行业多联产处理系统，主产品为城市煤气或甲醇或二甲醚，副产水泥或砖制品、碳酸氢钾或二氧化碳、发电、供热。所述的垃圾原料包括城市生活垃圾、医疗垃圾和工业高分子废弃物，所述的生物质原料包括农业废弃物、林业废弃物、木材加工废弃物、水生植物、野生植物以及建筑装璜工地的木基质废料。
为了达到上述目的，本实用新型采取垃圾生物质多联产处理的措施，包括垃圾、生物质、煤的气化技术和间接液化技术，是把垃圾、生物质和煤作为气化原料送入气相循环气化炉内进行烘干、热解、还原和残炭氧化，控制氧化区的温度为1000℃～1200℃，还原区的温度为700℃～1000℃，热解区的温度为500℃～800℃，烟/气/汽出口处和烘干区的操作压力为负压20～30Pa；对炉内烘干和热解产生的烟气、水蒸汽、氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、气态烃和气态焦油混合的气态物通过循环回路返回到炉内的氧化区进行循环处理，用氧化区燃烧残炭产生的1000～1200℃高温来裂解气态混合物中的气态烃和焦油、化解烟气、瓦解剧毒物二恶英，用还原区700～1000℃的高温把氧化区生成的二氧化碳还原为一氧化碳，用热解区500～800℃的温度使固态原料中的挥发分逸出，用炉内余热把进入炉内的原料进行烘干，烘出的水蒸汽作为反应所需的气化剂，其中：在氧化区以炭与氧气进行氧化反应为主，同时伴有烟气中的水蒸汽与炭进行的水煤气反应、水蒸汽与甲烷变换反应及水蒸汽与焦油变换反应，生成一氧化碳和氢气，在还原区进行以炭与二氧化碳还原反应为主，并伴有水煤气反应、一氧化碳变换反应，在烘干区和热解区产生的气态物通过气相循环反应，转化为富氢合成气或富甲烷合成气。气化炉内固态物流程和气态物的流程是：固态原料由喂料口进入气相循环气化炉内，氧气由鼓氧接口进入气相循环气化炉内的氧化区，原料在炉内以自身重力进行垂直运动或由进料机推送进行横向运动，通过烘干、热解、还原和残炭氧化，燃烬的灰渣排入水封式渣仓；炉内产生的烟气、水蒸汽、氢气、一氧化碳、甲烷、气态烃、气态焦油混合的气态物与固态原料逆向而行，由氧化区依次向还原区、热解区、烘干区运行，然后由烟气出口经炉外的烟气循环回路返回炉内的氧化区进行气相循环处理，生成以氢气、一氧化碳为主要成分的富氢合成气或以甲烷、一氧化碳、氢气为主要成分的富甲烷合成气，把富氢合成气或富甲烷合成气从气相循环气化炉的热解区与还原区结合部位抽出，送到后续处理工序。
上述流程中，在氧化区进行反应的化学式有：
C+O2→CO2↑
C+H2O→CO↑+H2↑
CnHm+nH2O→nCO↑+(n+m/2)H2↑
CH4+H2O→CO+3H2
......
在还原区进行反应的化学式有：
C+CO2→2CO↑
C+H2O→CO↑+H2↑
CH4+H2O→CO+3H2
CO+H2O→CO2+H2
......
在热解区进行热解的化学式有：
(C6H12O6)n→CO+H2+CH4+CnHm+……
(C6H12O6)n→nC6H12O6
(C6H12O6)n→CnHm+……
C6H12O6→CO2↑+H2O↑+……
(C6H12O6)n→nC+mH2↑+……
......
从气相循环气化炉抽出的富氢合成气或富甲烷合成气将通过下列工序中的一种或几种进行后级处理：
a.把富氢合成气或富甲烷合成气直接送入锅炉、窑炉，输入氧气或空气进行燃烧；
b.把富氢合成气或富甲烷合成气通过余热锅炉回收热能降温后，再经过除尘/净化处理，送入锅炉或窑炉或内燃机作燃料使用；
c.把富氢合成气或富甲烷合成气通过余热锅炉回收热能降温、除尘/净化处理后，再经过压缩、冷却，贮存在气柜内，作为城市煤气使用；
d.把富氢合成气通过余热锅炉回收热能降温、除尘/净化处理后，送入二氧化碳吸收塔内用碳酸钾溶液吸收二氧化碳，再送入甲醇合成塔内，催化合成甲醇产品；
e.把富氢合成气通过余热锅炉回收热能降温、除尘/净化处理后，送入二氧化碳吸收塔内用碳酸钾溶液吸收二氧化碳，再送入二甲醚合成塔内，催化合成二甲醚产品；
f.把富氢合成气或富甲烷合成气通过余热锅炉回收热能降温、除尘/净化处理后，送入二氧化碳吸收塔内用碳酸钾溶液吸收二氧化碳，再送入电催化合成反应器内，用低温等离子体协同催化合成二甲醚产品或甲醇产品。
g.把富氢合成气通过余热锅炉回收热能降温、除尘/净化处理后，送入一氧化碳变换反应器，用水蒸汽和一氧化碳反应，生成二氧化碳和氢气，再把含二氧化碳和氢气的合成气送入二氧化碳吸收塔内用碳酸钾溶液进行吸收净化、送入脱氮/净化设备除去氮气杂质后，生产氢气产品。
上述的后级处理工序中，当原料气中氢气与一氧化碳的比例达不到合成二甲醚或甲醇要求时，在除尘/净化工序与二氧化碳吸收工序之间还有一氧化碳变换工序，用水蒸汽与一氧化碳反应，生成二氧化碳和氢气，使合成气中氢气与二氧化碳的比例达到二比一；当以城市生活垃圾、医疗垃圾或工业高分子废弃物为原料时，把从气相循环气化炉内抽出的把富氢合成气或富甲烷合成气通过余热锅炉回收热能降温至800℃，再进行迅速降温至200℃以下，以避免合成气中含氯有机物重新生成二恶英，然后再进入除尘/脱氯/脱硫净化工序；以不含氯、硫的农林废弃物之类的生物质为原料时，把从气相循环气化炉内抽出的把富氢合成气或富甲烷合成气通过余热锅炉回收热能，按常规热交换法进行降温，后续处理工序中不进行脱氯/脱硫；富氢合成气或富甲烷合成气作为原料气生产甲醇或二甲醚或氢气时，原料气还通过氮分离设备把原料气进行脱氮净化。
上述工序中，甲醇或二甲醚的合成设备采用常规合成塔时，合成甲醇工艺采用Cu-Zn-Al催化剂，合成塔内的操作压力为3～15Mpa，操作温度为210～280℃；合成二甲醚工艺选用CuO/ZnO/Al2O3和改性ZSM-5双功能催化剂，合成塔内的操作压力为2～5Mpa，操作温度为230～270℃。甲醇或二甲醚的合成设备采用电催化合成反应器时，反应器内的操作压力为0～1Mpa，操作温度为120～400℃，用低温等离子体协同上述催化剂，合成甲醇产品或二甲醚产品。原料气在常规合成塔内或电催化合成反应器内进行缩合反应，甲醇的反应式为：CO+2H2→CH3OH+102.5`kj，二甲醚的反应式为：2CO+4H2→(CH3)2O+H2O+200.2kj。
上述工序中，当气化炉内的水蒸汽含量过低不利于气化反应时，把垃圾渗沥水或洗涤废水喷入气相循环气化炉内进行汽化，产生的蒸汽作为气化剂。
本实用新型的一种包括垃圾、生物质、煤多联产的气化处理系统，主要由喂料机(6)、气相循环气化炉(7)、烟气循环风管(8)、烟气循环风机(9)、余热锅炉(12)、抽气风机(13)、除尘/净化塔(14)、压缩机(19)、冷却器(20)和气柜(21b)构成，其中：喂料机(6)上有料斗(4)，喂料机(6)的出料口连接到气相循环气化炉(7)的喂料口；气相循环气化炉(7)的烟/气/汽出口通过烟气循环风管(8)连接到烟气循环风机(9)的吸风口，烟气循环风机(9)的出风口连接到气相循环气化炉(7)的氧化区；气相循环气化炉(7)的合成气输出接口连接到余热锅炉(12)，余热锅炉(12)通过管道连接到抽气风机(13)的吸风口；抽气风机(13)的出风口通过管道连接到除尘/净化塔(14)，除尘/净化塔(14)连接到压缩机(19)，压缩机(19)连接到冷却器(20)，冷却器(20)连接到气柜(21b)。或者在除尘/净化塔(14)与压缩机(19)之间有一氧化碳变换反应器(44)、二氧化碳吸收塔(15)和脱氮/净化设备(45)，除尘/净化塔(14)连接到一氧化碳变换反应器(44)，一氧化碳变换反应器(44)连接到二氧化碳吸收塔(15)，二氧化碳吸收塔(15)连接到脱氮/净化设备(45)，脱氮/净化设备(45)连接到压缩机(19)，压缩机(19)连接到冷却器(20)，冷却器(20)连接到气柜(21b)。
本实用新型的一种包括垃圾、生物质、煤多联产的间接液化处理系统，主要由喂料机(6)、气相循环气化炉(7)、烟气循环风管(8)、烟气循环风机(9)、余热锅炉(12)、抽气风机(13)、除尘/净化塔(14)、二氧化碳吸收塔(15)、合成反应器(16)、分离塔(18)和贮罐(21)构成，其中：喂料机(6)上有料斗(4)，喂料机(6)的出料口连接到气相循环气化炉(7)的喂料口；气相循环气化炉(7)的烟/气/汽出口通过烟气循环风管(8)连接到烟气循环风机(9)的吸风口，烟气循环风机(9)的出风口连接到气相循环气化炉(7)的氧化区；气相循环气化炉(7)的合成气输出接口连接到余热锅炉(12)，余热锅炉(12)通过管道连接到抽气风机(13)的吸风口；抽气风机(13)的出风口通过管道连接到除尘/净化塔(14)，除尘/净化塔(14)连接到二氧化碳吸收塔(15)的进口；二氧化碳吸收塔(15)的合成气出口连接到合成反应器(16)的原料气进口，合成反应器(16)的混合物出口连接到分离塔(18)的进口；分离塔(18)的产物出口连接到贮罐(21)，分离塔(18)的未反应物出口连接到合成反应器(16)的进口接头；或者在分离塔(18)与贮罐(21)之间有压缩机(19)和冷却器(20)，分离塔(18)的产物出口连接到压缩机(19)，压缩机(19)连接到冷却器(20)，冷却器(20)连接到贮罐(21)，分离塔(18)的未反应物出口连接到合成反应器(16)的进口接头；或者在除尘/净化塔(14)与二氧化碳吸收塔(15)之间有一氧化碳变换反应器(44)，除尘/净化塔(14)的输出接口连接到一氧化碳变换反应器(44)的输入接口，一氧化碳变换反应器(44)的输出接口连接到二氧化碳吸收塔(15)的输入接口；或者在二氧化碳吸收塔(15)与合成反应器(16)之间有脱氮/净化设备(45)，二氧化碳吸收塔(15)的输出接口连接到脱氮/净化设备(45)的输入接口，脱氮/净化设备(45)的输出接口连接到合成反应器(16)。
上述系统中，由制氧设备(35)分离空气制取氧气提供给气相循环气化炉(7)做氧化剂；原料中分解出的氮气和随原料进炉混入空气时产生的氮气通过脱氮/净化设备(45)脱去；除尘/净化塔(14)为湿法净化装置，集除尘、脱氯、脱硫、洗涤为一体，配套设备有吸收剂仓/水箱(28)和吸收剂泵/水泵(29)，当用垃圾或含垃圾的混合物或煤做气化原料时，用氢氧化钠或石灰浆做吸收剂在除尘/净化塔(14)内喷淋，当用农林废弃物之类的生物质做气化原料时，用水做洗涤剂在除尘/净化塔(14)内喷淋，吸收剂或水循环使用；二氧化碳吸收塔(15)的配套设备有吸收剂仓(23)和吸收剂泵(24)，用碳酸钾做吸收剂，吸收剂循环使用；系统中还有垃圾渗沥水处理装置，通过水泵(37)把垃圾渗沥水喷进气化反应炉内，用炉内的高温使垃圾渗沥水汽化，汽化的水蒸汽作为气化剂使用，即处理了垃圾渗沥水，又使炉内获得了气化剂；系统中还有汽轮发电机组(11)，利用气化反应炉的余热和合成反应器移出的热能发电，供给系统及合成反应器使用，以降低生产成本。
上述系统中的各功能设备，其中的气化炉(7)应用本实用新型的气相循环气化炉设备；其中的喂料机(6)、余热锅炉(12)、除尘/净化塔(14)、二氧化碳吸收塔(15)、脱氮/净化设备(45)、分离塔(18)、贮罐(21)和制氧设备采用公知的成熟技术设计制造，所述的喂料机(6)包括螺旋进料器或柱式进料器；其中的合成反应器(16)采用公知的成熟技术制造或应用本实用新型的电催化合成反应器设备。
上述的垃圾生物质多联产处理系统，当垃圾生物质处理量大于100吨/天的规模时，通过控制操作中心(32)进行智能化自动控制操作，控制操作中心(32)为集散型控制系统，由主计算机为核心进行系统集中监控管理，并通过专用计算机对破碎进料、气化炉的操作控制、除尘/净化、分离冷却、辅机设备控制操作、发电用电、产品计量灌装等进行分散控制，自动控制系统通过监视各设备的运行，将各操作集中化、自动化、最优化。这部分的设备采用垃圾焚烧发电厂的成熟技术。
本实用新型的一种构成上述垃圾生物质多联产处理系统的气化设备，其特征是气相循环气化炉(7)的烟气循环出口(702)通过烟气循环风管(8)和烟气循环风机(9)串联连接到氧化区(7-VI)的烟气循环入口(710)，设备主要由喂料机(6)、气相循环气化炉(7)、烟气循环风管(8)和烟气循环风机(9)组成，其中：气相循环气化炉(7)为隧道式结构或高炉式结构，内有烟/气/汽混合区(7-I)、烘干区(7-II)、热解区(7-III)、还原区(7-VII)、氧化区(7-VI)、冷渣区(7-IV)和风室(7-V)，烟/气/汽混合区(7-I)、烘干区(7-II)、热解区(7-III)、还原区(7-VII)、氧化区(7-VI)、冷渣区(7-IV)和风室(7-V)之间依次前后相连相通或依次上下相邻相通，烟/气/汽混合区(7-I)在烘干区(7-II)的上方或炉的顶部，烘干区(7-II)在炉的前部或上部，与烘干区(7-II)相邻的是热解区(7-III)，与热解区(7-III)相邻的是还原区(7-VII)，与还原区(7-VII)相邻的是氧化区(7-VI)，与氧化区(7-VI)相邻的是冷渣区(7-IV)，与冷渣区(7-IV)相邻的是风室(7-V)，风室(7-V)在炉的尾部或底部；气相循环气化炉(7)的前部端面上或上部的侧墙上有喂料口(718)，喂料机(6)的输料口连接到喂料口(718)上，喂料机(6)上有料斗(4)；烟气循环出口(702)从气相循环气化炉(7)的烘干区(7-II)上部接出，烟气循环入口(710)从氧化区(7-VI)的上部接入；鼓氧/鼓风接口(711)在气相循环气化炉(7)的风室(7-V)部位接入，氧气或空气经过冷渣区(7-IV)到达氧化区，吸收灰渣的余热进行加热；合成气出口(708)从热解区(7-III)与还原区(7-VII)的结合部位接出。本设备中，当气化炉为立式固定床气化炉时，在冷渣区(7-IV)与风室(7-V)之间有摇动炉排(713)，在烘干区(7-II)的炉墙上有低料位传感器(716)和高料位传感器(717)，用来监控炉内原料的高度；在气相循环气化炉(7)的氧化区(7-VI)炉墙上有温度传感器(709)和视镜，在热解区(7-III)的炉墙上有温度传感器(706)和视镜，通过检测到的温度数据来控制热解区(7-III)和氧化区(7-VI)的温度；在合成气出口(708)上还有挡灰器(707)，设备运行时，挡灰器(707)把固体颗粒物挡回炉内。本设备集烘干、热解、还原反应、一氧化碳变换反应、氧化燃烧为一体，把垃圾、生物质或煤作为气化原料进入炉内，同时输入氧气到炉内的氧化区(7-VI)，与炭进行氧化反应，氧化反应产生的热能提供给炉内气化反应所需的能量；把炉内产生的含有水蒸汽、煤烟、焦油、一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷和CnHm混合的烟气从炉的烟气循环出口(702)抽出，然后送回炉内的氧化区(7-VI)，在氧化区(7-VI)1000～1200℃的环境中通过气相循环反应，使水蒸汽与煤烟作用生成一氧化碳和氢气，把烟气中的焦油、甲烷、CnHm进行重整，转化为一氧化碳和氢气；用水蒸汽与一氧化碳进行变换反应，生成二氧化碳和氢气；彻底瓦解剧毒物二恶英；二氧化碳在还原区与炭作用还原为一氧化碳，通过气相循环反应，获得以一氧化碳和氢气为主要成分的富氢合成气。气相循环气化炉(7)内生成的富氢合成气从合成气出口(708)抽出，送入后级工序处理。本设备不排放烟气，采用烟气循环气化，不仅减少对大气的污染，而且避免排烟热损失及气体不完全燃烧热损失，提高原料的转化率。
本实用新型的一种构成上述垃圾生物质多联产处理系统的合成设备，其特征是采用低温等离子体协同催化剂进行合成反应，电催化合成反应器主要由原料气分配室(1603)、催化室(1615)、冷却剂室(1605)、产物集合室(1612)、中心电极(1608)、外电极管束(1607)和壳体(1606)组成，其中：原料气分配室(1603)由封头(1619)、隔板(1617)、原料气进口(1618)和壳体(1606)的一部分构成，封头(1619)上有绝缘塞(1602)，原料气进口(1618)从壳体(1606)的一侧接入，隔板(1617)的另一侧是冷却剂室(1605)；冷却剂室(1605)由隔板(1617)、隔板(1613)、冷却剂进口(1614)、冷却剂出口(1604)和壳体(1606)的一部分构成，冷却剂进口(1614)从冷却剂室低端的壳体(1606)一侧接入，冷却剂出口(1604)从冷却剂室高端的壳体(1606)一侧接出，隔板(1613)的另一侧是产物集合室(1612)；外电极管束(1607)穿过冷却剂室(1605)把原料气分配室(1603)与产物集合室(1612)进行连通；产物集合室(1612)由封头(1611)、隔板(1613)、产物出口(1610)和壳体(1606)的一部分构成，产物出口(1610)从壳体(1606)的一侧接出；外电极管束(1607)的管内空间构成催化室(1615)，催化室(1615)内有中心电极(1608)，中心电极(1608)通过原料气分气室封头上的绝缘塞(1602)进行定位，通过高压导线连接到工作电源；中心电极(1608)用不锈钢棒状材料制作，在中心电极(1608)的表面沉积催化剂介质或把中心电极(1608)套上石英管(1609)进行封装。本设备采用石英管(1609)封装在中心电极(1608)上成为放电阻挡介质，在运行时，12～50KV的直流或交流工作电源施加在中心电极(1608)与外电极管束(1607)之间，在催化室(1615)内形成低温等离子体，低温等离子体与催化剂协同进行催化合成反应。所述的低温等离子体也称非平衡等离子体，在低温等离子体的体系内，电子的温度可以高达数万度以上，而重粒子的温度接近室温，因而在放电场内的温度接近室温；可以在常压下形成高能量的低温等离子体，在等离子体的内部和表面都存在着强大的静电场，电场向反应腔体内的气体分子直接传递能量，产生大量的活性分子、激发态分子、活性原子、激发态原子等，同时加速电子与气体分子进行碰撞，把能量传递给参加反应的气体分子，使得通常需要在极其苛刻的条件才能发生的化学反应变得在接近常压和室温条件下就容易进行。本实用新型应用低温等离子体与催化剂协同进行催化合成反应，使合成反应可以在接近常压的条件下进行，因而所需能耗极低。另外，电催化的优点是易于控制反应速度、选择性好，电催化室置于冷却剂中，反应器内温差小，可以提高目标产物的产出率，从而大大提高催化效率，使得生产成本降低。
本实用新型的有益效果是：把垃圾、生物质通过多联产处理，综合处理费用低，变废为宝，不但消除了垃圾的污染，减排CO2，环保和生态效果突出，主产品为清洁能源，规模化生产后可以缓解能源紧张的局面。本实用新型与垃圾焚烧发电相比，具有如下优点：固态原料气化完全，能量转化率高；主产品为清洁能源，资源化利用程度高；反应废气排放量极低，容易进行净化处理，没有二次污染现象。本实用新型以把垃圾转化为二次清洁能源为主要目标，真正实现垃圾处理的无害化、减量化和资源化，系统规模可大可小，乡镇、县、市、省级以上的城镇和城市都可建设生产线，而且产品不存在销路问题，因而易于普及。
附图说明
本实用新型提供下列附图作进一步的说明，但各附图及以下的具体实施方式均不构成对本实用新型的限制：
图1是本实用新型的垃圾生物质多联产处理的示意方框图。
图2是本实用新型的一种主产品为城市煤气或氢气的垃圾生物质多联产处理系统的工作流程方框图。
图3是本实用新型的一种主产品为甲醇的垃圾生物质多联产处理系统的工作流程方框图。
图4是本实用新型的一种主产品为二甲醚的垃圾生物质多联产处理系统的工作流程方框图。
图5是本实用新型的另一种主产品为甲醇或二甲醚的垃圾生物质多联产处理系统的工作流程方框图。
图6是本实用新型的一种垃圾生物质多联产处理的系统图。
图7是本实用新型的另一种垃圾生物质多联产处理的系统图。
图8是本实用新型的一种处理垃圾生物质的气相循环气化炉结构图。
图9是本实用新型的另一种处理垃圾生物质的气相循环气化炉结构图。
图10是本实用新型的一种构成垃圾生物质多联产处理系统的电催合成反应器结构图。
图中：1.输送带，2.抓斗，3.吊车控制室视窗，4.料斗，5.破碎机，6.喂料机，7.气相循环气化炉，8.烟气循环风管，9.烟气循环风机，10.蒸汽缸，11.汽轮发电机组，12.余热锅炉，13.抽气风机，14.除尘/净化塔，15.二氧化碳吸收塔，16.合成反应器，17.回料泵，18.分离塔，19.压缩机，20.冷却器，21.贮罐，21b.气柜，22.槽罐车，23.吸收剂仓，24.吸收剂泵，25.物料仓库，26.设备维护中心，27.消防监控中心，28.吸收剂仓/水箱，29.吸收剂泵/水泵，30.高压配电室，31.低压配电室，32.控制操作中心，33.贮渣坑，34.灰渣输送带，35.制氧设备，36.推渣机，37.水泵，38.垃圾渗沥水，39.垃圾贮坑，40.卸料平台，41.风幕，42.风幕机，43.垃圾卸料控制室视窗，44.一氧化碳变换反应器，45.脱氮/净化设备，701.外壳，702.烟气循环出口，703.保温层，704.隔热层，705.耐火层，706.温度传感器，707.挡灰器，708.合成气出口，709.温度传感器，710.烟气循环入口，711.鼓氧/鼓风接口，712.出渣口，713.摇动炉排，714.点火/检修门，715.视镜，716.低料位传感器，717.高料位传感器，718.喂料口，719.防爆阀，720.水封，1601.电极帽，1602.绝缘塞，1603.原料气分配室，1604.冷却剂出口，1605.冷却剂室，1606.壳体，1607.外电极管束，1608.中心电极，1609.石英管，1610.产物出口，1611.产物集合室封头，1612.产物集合室，1613.隔板，1614.冷却剂进口，1615.催化室，1616.催化剂，1617.隔板，1618.原料气进口，1619.原料气分气室封头，1620.压力表接口，1621.温度传感器接口，7-I.烟/气/汽混合区，7-II.烘干区，7-III.热解区，7-IV.冷渣区，7-V.风室，7-VI.氧化区，7-VII.还原区。
具体实施方式
图2所示的垃圾生物质多联产处理系统的工作流程中，主产品为城市煤气时，副产建材或肥料、发电和供热；主产品为氢气时，副产建材或肥料、发电、供热、碳酸氢钾或二氧化碳化工原料。其工作流程为：垃圾生物质送入气相循环气化炉，氧气或空气/水蒸汽作为氧化剂或气化剂同时送入炉内进行氧化反应或气化反应，炉内氧化区的温度控制在1000～1200℃，还原区的温度控制在700～1000℃，热解区的温度控制在500～800℃，炉内生成的烟、汽、气混合物沿烟气循环回路进行气相循环反应；炉内反应生成的含有CO、H2和CH4的富氢合成气经过余热回收利用、降温至200℃以下，再经过除尘/净化，脱去灰尘、硫组分和氯组分后，由压缩机压缩、冷却后，输入到气柜贮存，作为城市煤气使用；或者把经过除尘/净化后的含CO和H2的富氢合成气通过一氧化碳变换反应，生成CO2和H2，把CO2和H2混合的合成气送入二氧化碳吸收塔，用K2CO3溶液与CO2结合为KHCO3，回收KHCO3或CO2作化工原料，合成气脱去CO2后再经过脱氮净化，成为氢气产品；把气相循环气化炉排出灰渣用于生产建材或肥料；余热锅炉产生的蒸汽用来发电，发电的废热用来采暖供热或供生活用水。
图3所示的垃圾生物质多联产处理系统的工作流程中，主产品为甲醇，副产建材或肥料、发电、供热、碳酸氢钾或二氧化碳。其工作流程为：垃圾生物质送入气相循环气化炉，氧气或水蒸汽作为氧化剂或气化剂同时送入炉内进行氧化反应或气化反应，炉内氧化区的温度控制在1000～1200℃，还原区的温度控制在700～1000℃，热解区的温度控制在500～800℃，炉内生成的烟、汽、气混合物沿烟气循环回路进行气相循环反应；炉内反应生成含有CO、H2的富氢合成气经过余热回收利用、降温至200℃以下，再经过除尘/净化，脱去灰尘、硫组分和氯组分后，送入二氧化碳吸收塔，用K2CO3溶液与CO2结合为KHCO3，回收KHCO3或CO2作化工原料；合成气脱去CO2后作为原料气送入甲醇合成塔，原料气在操作压力3～15Mpa、操作温度210～280℃的环境中，用Cu-Zn-Al催化剂，通过CO+H2→CH3OH+102.5kj反应，合成甲醇；再把甲醇混合物进行分离，把未反应的合成气返回合成塔进行循环反应，把甲醇产品输入贮罐贮存；把气相循环气化炉排出灰渣用于生产建材或肥料；余热锅炉和合成塔产生的蒸汽用来发电，发电的废热用来采暖供热或供生活用水。
图4所示的垃圾生物质多联产处理系统的工作流程中，主产品为二甲醚，副产建材或肥料、发电、供热、碳酸氢钾或二氧化碳。其工作流程为：垃圾生物质送入气相循环气化炉，氧气或水蒸汽作为氧化剂或气化剂同时送入炉内进行氧化反应或气化反应，炉内氧化区的温度控制在1000～1200℃，还原区的温度控制在700～1000℃，热解区的温度控制在500～800℃，炉内生成的烟、汽、气混合物沿烟气循环回路进行气相循环反应；炉内反应生成含有CO、H2的富氢合成气经过余热回收利用、降温至200℃以下，再经过除尘/净化，脱去灰尘、硫组分和氯组分后，送入二氧化碳吸收塔，用K2CO3溶液与CO2结合为KHCO3，回收KHCO3或CO2作化工原料；合成气脱去CO2后作为原料气送入二甲醚合成塔，原料气在操作压力2～5Mpa、操作温度230～270℃的环境中，用CuO/ZnO/Al2O3+ZSM-5催化剂，通过2CO+4H2→(CH3)2O+H2O+200.2kj反应，合成二甲醚；再把二甲醚混合物进行分离，把未反应物返回合成塔进行循环反应，把二甲醚产物通过压缩、冷却，输入贮罐贮存；把气相循环气化炉排出灰渣用于生产建材或肥料；余热锅炉和合成塔产生的蒸汽用来发电，发电的废热用来采暖供热或供生活用水。
图5所示的实施例中，是把上一例中的常规合成塔替换为电催化合成反应器，原料气在操作压力0～1Mpa、操作温度120～400℃的环境中，采用低温等离子体协同催化，通过2CO+4H2→(CH3)2O+H2O+200.2kj反应，合成二甲醚产品。
图6所示的实施方式是以农林废弃物之类生物质为原料的多联产气化处理系统，主产品为氢气，主要由输送带(1)、料斗(4)、喂料机(6)、气相循环气化炉(7)、烟气循环风管(8)、烟气循环风机(9)、余热锅炉(12)、抽气风机(13)、除尘/净化塔(14)、一氧化碳变换反应器(44)、二氧化碳吸收塔(15)、脱氮/净化设备(45)、压缩机(19)、冷却器(20)、气柜(21b)和控制操作中心(32)构成，其中：料斗(4)在喂料机(6)上，喂料机(6)的出料口连接到气相循环气化炉(7)的喂料口；气相循环气化炉(7)的烟/气/汽出口通过烟气循环风管(8)连接到烟气循环风机(9)的吸风口，烟气循环风机(9)的出风口连接到气相循环气化炉(7)的氧化区；气相循环气化炉(7)的合成气输出接口连接到余热锅炉(12)，余热锅炉(12)通过管道连接到抽气风机(13)的吸风口；抽气风机(13)的出风口通过管道连接到除尘/净化塔(14)，除尘/净化塔(14)连接到一氧化碳变换反应器(44)，一氧化碳变换反应器(44)连接到二氧化碳吸收塔(15)，二氧化碳吸收塔(15)连接到脱氮/净化设备(45)，脱氮/净化设备(45)连接到压缩机(19)，压缩机(19)连接到冷却器(20)，冷却器(20)连接到气柜(21b)。本实施例的工作流程是：生物质原料由输送带(1)送进料斗(4)，再由喂料机(6)把原料推送进气相循环气化炉(7)内，通过气相循环反应，炉内生成富氢合成气；富氢合成气在气相循环气化炉(7)的还原区与热解区的结合部位被引出，通过余热锅炉(12)交换热能降温后，进入到除尘/净化塔(14)进行净化处理，除去灰尘和杂质，再经一氧化碳变换反应器(44)把合成气中的一氧化碳与水蒸汽进行变换反应，生成二氧化碳和氢气，合成气中的二氧化碳在吸收塔(15)中被脱去，再通过脱氮/净化设备(45)脱去氮气后，净化了的氢气由压缩机(19)压缩、经冷却器(20)冷却后，送入气柜(21b)贮存。上述工作过程中，除尘/净化塔(14)为湿法净化装置，用喷淋洗涤方式除去合成气中的灰尘和杂质，水箱(28)和水泵(29)作为除尘/净化塔(14)的配套设备，喷淋水循环使用，洗涤下来的灰尘杂质从塔的底部排出；从气相循环气化炉(7)内抽出的富氢合成气温度高达1000℃以上，通过余热锅炉(12)交换出热能，交换出的热能用来生产过热蒸汽，过热蒸汽输送到汽轮发电机组(11)进行发电，供给系统使用或并入电网；从气相循环气化炉(7)排出的灰渣作为肥料使用。当垃圾生物质处理量大于100吨/天的规模时，上述的工作过程通过控制操作中心(32)进行智能化操作，控制操作中心(32)为集散型控制系统，由主计算机为核心进行系统集中监控管理，并通过专用计算机对破碎进料、气化炉的操作控制、除尘/净化、分离冷却、辅机设备控制操作、发电用电、产品计量灌装等进行分散控制，自动控制系统通过监视各设备的运行，将各操作集中化、自动化、最优化。本实施例应用在生产城市煤气时，系统中不需安装一氧化碳变换反应器(44)、二氧化碳吸收塔(15)和脱氮/净化设备(45)设备，把富氢合成气或富甲烷合成气从气相循环气化炉(7)内抽出，通过余热锅炉(12)回收热能降温后，再经除尘/净化塔(14)除去灰尘杂质，由压缩机(19)压缩、冷却器(20)冷却后送进气柜(21b)，供应用户使用。
图7所示的实施例是以垃圾、生物质和煤为原料的多联产间接液化处理系统，主产品为二甲醚液化气，主要由卸料平台(40)、垃圾贮坑(39)、抓斗(2)、料斗(4)、破碎机(5)、喂料机(6)、气相循环气化炉(7)、烟气循环风管(8)、烟气循环风机(9)、余热锅炉(12)、抽气风机(13)、除尘/净化塔(14)、吸收剂仓(28)、吸收剂泵(29)、二氧化碳吸收塔(15)、吸收剂仓(23)、吸收剂泵(24)、合成反应器(16)、分离塔(18)、压缩机(19)、冷却器(20)、贮罐(21)、汽轮发电机组(11)和控制操作中心(32)构成，其中：破碎机(5)在料斗(4)与喂料机(6)之间，喂料机(6)的出料口连接到气相循环气化炉(7)的喂料口；气相循环气化炉(7)的烟/气/汽出口通过烟气循环风管(8)连接到烟气循环风机(9)的吸风口，烟气循环风机(9)的出风口连接到气相循环气化炉(7)的氧化区；气相循环气化炉(7)的合成气输出接口连接到余热锅炉(12)，余热锅炉(12)通过管道连接到抽气风机(13)的吸风口；抽气风机(13)的出风口通过管道连接到除尘/净化塔(14)，除尘/净化塔(14)连接到二氧化碳吸收塔(15)的进口；二氧化碳吸收塔(15)的合成气出口连接到合成反应器(16)的原料气进口，合成反应器(16)的混合物出口连接到分离塔(18)的进口；分离塔(18)的未反应物出口连接到合成反应器(16)的返料入口，分离塔(18)的产物出口连接到压缩机(19)，压缩机(19)连接到冷却器(20)，冷却器(20)连接到二甲醚贮罐(21)。本实施例的工作流程是：垃圾车在卸料平台(40)上把垃圾卸入垃圾贮坑(39)，吊机行车操纵抓斗(2)把垃圾抓进料斗(4)，垃圾原料通过喂料机(6)进入到气相循环气化炉(7)内，通过气相循环反应，炉内生成以氢气和一氧化碳为主要成分的富氢合成气；富氢合成气在气相循环气化炉(7)的还原区与热解区的结合部位被引出，通过余热锅炉(12)交换热能降温至800℃后，再迅速冷却至200℃以下，以防止含氯有机物重新生成二恶英，然后进入到除尘/净化塔(14)进行净化处理，除去灰尘，同时用氢氧化钠溶液或石灰浆脱去氯组分和硫组分，除下来的固体灰尘杂质、硫化合物及氯化合物由除尘/净化塔(14)的底部排出，经除尘净化后的富氢合成气进入到二氧化碳吸收塔(15)，用碳酸钾溶液吸收剂脱去合成气中的二氧化碳，净化后的富氢合成气作为原料气进入到合成反应器(16)内，在操作压力2～5Mpa、操作温度230～270℃的环境中，用CuO/ZnO/Al2O3+ZSM-5催化剂，通过2CO+4H2→(CH3)2O+H2O+200.2kj反应，合成二甲醚，或把原料气送入电催化合成反应器内，在操作压力0～1Mpa、操作温度120～400℃的环境中，采用低温等离子体协同催化，通过2CO+4H2→(CH3)2O+H2O+200.2kj反应，合成二甲醚；当送入合成反应器(16)内的原料气中一氧化碳与氢气的体积比达不到1∶2时，可通过加氢措施进行调整或在除尘/净化塔(14)与二氧化碳吸收塔(15)之间增加一氧化碳变换反应器(44)，用水蒸汽与一氧化碳进行变换反应的措施来进行调整；二甲醚产物从合成反应器(16)的产物出口输出，经分离塔(18)进行分离，未反应物返回合成反应器(16)内进行循环反应，二甲醚产品经压缩机(19)压缩后再经冷却器(20)冷却，送入贮罐(21)贮存。本实施例的主产品为二甲醚液化气，副产水泥或砖、碳酸氢钾或二氧化碳化工原料、发电或供热和环境保护，其中：从气相循环气化炉(7)内抽出的富氢合成气温度高达1000℃以上，通过余热锅炉(12)交换出热能，交换出的热能用来生产过热蒸汽，合成反应器(16)内产生的大量反应热通过热交换器移出生产蒸汽，余热锅炉(12)产生的过热蒸汽和合成反应器(16)内产生的蒸汽由蒸汽缸(10)输送到汽轮发电机组(11)进行发电；把从气相循环气化炉(7)中排出的炉渣用来生产水泥或生产保温砖。上述工作流程中，除尘/净化塔(14)为湿法净化装置，集除尘、脱氯、脱硫为一体，用氢氧化钠溶液或石灰浆做吸收剂，吸收剂循环使用，吸收剂仓(28)和吸收剂泵(29)作为除尘/净化塔(14)的配套设备；二氧化碳吸收塔(15)的配套设备有吸收剂仓(23)和吸收剂泵(24)，用碳酸钾溶液做吸收剂，吸收剂循环使用；通过水泵(37)把垃圾渗沥水喷进气化反应炉内，用炉内的高温使垃圾渗沥水汽化，汽化的水蒸汽作为气化剂使用。当垃圾生物质处理量大于100吨/天的规模时，上述的工作过程通过控制操作中心(32)进行智能化自动控制操作，控制操作中心(32)为集散型控制系统，由主计算机为核心进行系统集中监控管理，并通过专用计算机对垃圾称重、卸料车辆调度、吊车抓机操作、破碎进料、气化反应炉的操作控制、除尘/净化、合成反应、分离冷却、辅机设备控制操作、发电用电、产品计量灌装等进行分散控制，自动控制系统通过监视各设备的运行，将各操作集中化、自动化、最优化。应用本实施例生产甲醇产品时，系统中不需安装压缩机(19)和冷却器(20)，把一体积的一氧化碳与二体积的氢气混合的原料气送进合成反应器(16)内，在操作压力3～15Mpa、操作温度210～280℃的环境中，用Cu-Zn-Al催化剂，通过CO+H2→CH3OH+102.5kj反应，合成甲醇，甲醇混合物再经分离塔(18)分离出产品，送入贮罐(21)贮存。
图8所示实施例为一种处理垃圾生物质的隧道式气相循环气化炉设备，主要由料斗(4)、喂料机(6)、气相循环气化炉(7)、烟气循环风管(8)和烟气循环风机(9)组成，其中：气相循环气化炉(7)的炉体由外壳(701)、保温层(703)、隔热层(704)和耐火层(705)构成，耐火层(705)在最里层，耐火层(705)的外层为隔热层(704)，隔热层(704)的外层为保温层(703)，保温层(703)的外层为外壳(701)，气相循环气化炉(7)内有烟/气/汽混合区(7-I)、烘干区(7-II)、热解区(7-III)、还原区(7-VII)、氧化区(7-VI)、冷渣区(7-IV)和风室(7-V)，烟/气/汽混合区(7-I)、烘干区(7-II)、热解区(7-III)、还原区(7-VII)、氧化区(7-VI)、冷渣区(7-IV)和风室(7-V)之间依次相连相通，烘干区(7-II)在炉的前部，烟/气/汽混合区(7-I)在烘干区(7-II)的上方，与烘干区(7-II)相邻的是热解区(7-III)，与热解区(7-III)相邻的是还原区(7-VII)，与还原区(7-VII)相邻的是氧化区(7-VI)，与氧化区(7-VI)相邻的是冷渣区(7-IV)，与冷渣区(7-IV)相邻的是风室(7-V)；喂料口(718)在气相循环气化炉(7)的前端，喂料机(6)的输料口连接到喂料口(718)上，料斗(4)在喂料机(6)上；烟气循环出口(702)从气相循环气化炉(7)的烘干区(7-II)上方接出，烟气循环入口(710)从氧化区(7-VI)的上方接入；鼓氧/鼓风接口(711)在气相循环气化炉(7)的风室(7-V)部位接入；合成气出口(708)从热解区(7-III)与还原区(7-VII)的结合部位接出；气相循环气化炉(7)的烟气循环出口(702)通过烟气循环风管(8)和烟气循环风机(9)串联连接到氧化区(7-VI)的烟气循环入口(710)上。本实施例中，在气相循环气化炉(7)的氧化区(7-VI)炉墙上有温度传感器(709)，在热解区(7-III)的炉墙上有温度传感器(706)，通过检测到的温度数据来控制热解区(7-III)和氧化区(7-VI)的温度；在烘干区(7-II)、热解区(7-III)、还原区(7-VII)、氧化区(7-VI)、冷渣区(7-IV)的侧墙上有视镜(715)，用来观察炉内的情况。本实施例的工作流程是：原料由喂料机(6)推送下由气相循环气化炉(7)前端进入炉内，然后被推动向炉后运动，经过烘干区(7-II)、热解区(7-III)、还原区(7-VII)、氧化区(7-VI)和冷渣区(7-IV)，在烘干区(7-II)进行烘干和挥发物逸出，在热解区(7-III)继续进行挥发物逸出，在还原区(7-VII)进行还原反应，残炭在氧化区(7-VI)进行燃烧直至燃烬，燃烬的灰渣在冷渣区(7-IV)把余热提供给助燃的氧气或空气，冷却后排入水封式渣仓；炉内气化反应所需的热能由氧化区(7-VI)内的垃圾生物质残炭与氧气的氧化反应来提供，控制氧化区(7-VI)的温度在1000～1200℃范围，还原区(7-VII)的温度在700～900℃范围，热解区(7-III)的温度在500～700℃范围，控制炉内烟/气/汽混合区(7-I)为负压20～30Pa；氧化区(7-VI)燃烧产生的热气流与炉内产生的水蒸汽、煤烟、焦油、一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷、CnHm的混合烟气往炉的前端运行，把热能提供给原料进行烘干、热解和还原反应后，集聚在烟/气/汽混合区(7-I)，通过循环风管(8)及循环风机(9)把混合烟气从气相循环气化炉(7)的烟气循环出口(702)抽出送回气相循环气化炉(7)的氧化区(7-VI)，在氧化区1000～1200℃的环境中通过气相循环反应，使水蒸汽与煤烟作用生成一氧化碳和氢气；二氧化碳与炭作用还原为一氧化碳；把烟气中的焦油、甲烷、CnHm进行重整，转化为一氧化碳和氢气；用水蒸汽与一氧化碳进行变换反应，生成二氧化碳和氢气；彻底瓦解剧毒物二恶英；获得以一氧化碳和氢气为主要成分的富氢合成气。本设备不排放烟气，采用烟气循环气化，不仅减少对大气的污染，而且避免排烟热损失及气体不完全燃烧热损失，提高原料的转化率。本实施例的喂料机(6)为柱式进料器，利用柱式进料器和料斗内的原料，可以阻挡外界空气进入炉内，也可防止炉内的气态物外泄；在烟/气/汽混合区(7-I)的侧墙上有防爆阀(719)；气相循环气化炉(7)的尾部还有点火/检修门(714)，方便设备停炉时出料及开炉时点火及维修使用。在设备运行时，通过控制鼓风量、烟气水蒸汽混合物的循环量及产物的流量来进行调节炉内的负压及操作温度。
图9所示的实施例是一种处理垃圾生物质的高炉式气相循环气化炉设备，主要由料斗(4)、喂料机(6)、气相循环气化炉(7)、烟气循环风管(8)和烟气循环风机(9)组成，其中：气相循环气化炉(7)由外壳(701)、保温层(703)、隔热层(704)和耐火层(705)构成，耐火层(705)在最里层，耐火层(705)的外层为隔热层(704)，隔热层(704)的外层为保温层(703)，保温层(703)的外层为外壳(701)，气相循环气化炉(7)内有烟/气/汽混合区(7-I)、烘干区(7-II)、热解区(7-III)、还原区(7-VII)、氧化区(7-VI)、冷渣区(7-IV)和风室(7-V)，烟/气/汽混合区(7-I)、烘干区(7-II)、热解区(7-III)、还原区(7-VII)、氧化区(7-VI)、冷渣区(7-IV)和风室(7-V)之间依次相连相通，烟/气/汽混合区(7-I)在炉的顶部，烟/气/汽混合区(7-I)的下面是烘干区(7-II)，烘干区(7-II)的下面是热解区(7-III)，热解区(7-III)的下面是还原区(7-VII)，还原区(7-VII)的下面是氧化区(7-VI)，氧化区(7-VI)的下面是冷渣区(7-IV)，冷渣区(7-IV)的下面是风室(7-V)，在冷渣区(7-IV)与风室(7-V)之间有摇动炉排(713)；气相循环气化炉(7)的烘干区(7-II)上部有喂料口(718)，喂料机(6)的输料口连接到喂料口(718)上，料斗(4)在喂料机(6)上；烟气循环出口(702)从气相循环气化炉(7)的烘干区(7-II)上部接出，烟气循环入口(710)从氧化区(7-VI)上部的侧面接入；鼓氧/鼓风接口(711)在气相循环气化炉(7)的风室(7-V)部位接入；合成气出口(708)从热解区(7-III)与还原区(7-VII)的结合部位接出；气相循环气化炉(7)的烟气循环出口(702)通过烟气循环风管(8)和烟气循环风机(9)串联连接到氧化区(7-VI)的烟气循环入口(710)上。本实施例中，在气相循环气化炉(7)的氧化区(7-VI)炉墙上有温度传感器(709)，在热解区(7-III)的炉墙上有温度传感器(706)，通过检测到的温度数据来控制热解区(7-III)和氧化区(7-VI)的温度；在烘干区(7-II)的炉墙上有低料位传感器(716)和高料位传感器(717)，用来监控炉内原料的高度；在烘干区(7-II)、热解区(7-III)、还原区(7-VII)、氧化区(7-VI)、冷渣区(7-IV)的侧墙上有视镜(715)；在合成气出口(708)上还有挡灰器(707)，设备运行时，挡灰器(707)把固体颗粒物挡回炉内。本实施例的工作流程是：把垃圾、生物质或煤为原料投入炉内进行气化，炉内由运行工况自然形成烟/气/汽混合区(7-I)、烘干区(7-II)、热解区(7-III)、风室(7-V)、氧化区(7-VI)、还原区(7-VII)和冷渣区(7-IV)，固态原料在炉内依自身的重力由上往下运行，在烘干区(7-II)进行烘干和挥发物逸出，在热解区(7-III)继续进行挥发物逸出，在还原区(7-VII)进行还原反应，残炭在氧化区(7-VI)进行燃烧直至燃烬，燃烬的灰渣排入水封式渣仓；在气相循环气化炉(7)内，炉内气化反应所需的热能由氧化区(7-VI)内的垃圾生物质残炭与氧气的氧化反应来提供，控制氧化区(7-VI)的温度在1000～1200℃范围，还原区(7-VII)的温度在700～900℃范围，热解区(7-III)的温度在500～700℃范围，控制炉内烟/气/汽混合区(7-I)为负压20～30Pa；把炉内产生的含有水蒸汽、煤烟、焦油、一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷和CnHm混合的烟气从炉的烟/气/汽混合区(7-I)抽出，然后送回炉内的氧化区(7-VI)，在氧化区1000～1200℃的环境中通过气相循环反应，使水蒸汽与煤烟作用生成一氧化碳和氢气；二氧化碳与炭作用还原为一氧化碳；把烟气中的焦油、甲烷、CnHm进行重整，转化为一氧化碳和氢气；用水蒸汽与一氧化碳进行变换反应，生成二氧化碳和氢气；同时在1000～1200℃以上的环境中彻底瓦解剧毒物二恶英；获得以一氧化碳和氢气为主要成分的富氢合成气。把气相循环气化炉(7)内生成的富氢合成气或富甲烷合成气由合成气出口(708)抽出，送入后续工序处理，直接作燃料使用或作为化工原料生产甲醇、二甲醚液化气或氢气。本设备不排放烟气，采用烟气循环气化，不仅减少对大气的污染，而且避免排烟热损失及气体不完全燃烧热损失，提高原料的转化率。本实施例的喂料机(6)为螺旋进料器，利用螺旋进料器和料斗内的原料，可以阻挡外界空气进入炉内，也可防止炉内的气态物外泄；在烟/气/汽混合区(7-I)的侧墙上有防爆阀(719)；在氧化区(7-VI)的侧面还有点火/检修门(714)，方便设备停炉时出料及开炉时点火及维修使用。在设备运行时，通过控制鼓风量、烟气水蒸汽混合物的循环量及产物的流量来进行调节炉内的负压及操作温度。
图10所示的一种构成垃圾生物质多联产处理系统的合成设备中，电催化合成反应器主要由原料气进口(1618)、原料气分配室(1603)、催化室(1615)、中心电极(1608)、外电极管束(1607)、冷却剂室(1605)、冷却剂进口(1614)、冷却剂出口(1604)、产物集合室(1612)、产物出口(1610)和壳体(1606)组成，其中：原料气分配室(1603)由封头(1619)、隔板(1617)、原料气进口(1618)和壳体(1606)的一部分构成，封头(1619)上有绝缘塞(1602)，原料气进口(1618)从壳体(1606)的一侧接入，隔板(1617)的另一侧是冷却剂室(1605)；冷却剂室(1605)由隔板(1617)、隔板(1613)、冷却剂进口(1614)、冷却剂出口(1604)和壳体(1606)的一部分构成，冷却剂进口(1614)从冷却剂室低端的壳体(1606)一侧接入，冷却剂出口(1604)从冷却剂室高端的壳体(1606)一侧接出，隔板(1613)的另一侧是产物集合室(1612)；外电极管束(1607)穿过冷却剂室(1605)把原料气分配室(1603)与产物集合室(1612)进行连通；产物集合室(1612)由封头(1611)、隔板(1613)、产物出口(1610)和壳体(1606)的一部分构成，产物出口(1610)从壳体(1606)的一侧接出；外电极管束(1607)的管内空间构成催化室(1615)，催化室(1615)内有中心电极(1608)，中心电极(1608)通过原料气分气室封头上的绝缘塞(1602)进行定位，通过高压导线连接到工作电源，中心电极(1608)用不锈钢棒状材料制作，中心电极(1608)用石英管(1609)作为放电的阻挡介质进行封装；外电极管束(1607)用不锈钢圆管制作，管束的两端分别焊接在隔板(1613)和隔板(1617)上，隔板(1613)和隔板(1617)焊接在圆筒壳体(1606)内，壳体(1606)通过连接导线进行电气接地，并连接到工作电源；循环媒水由冷却剂进口(1614)进入到冷却剂室(1605)，吸收热量后由冷却剂进口(1614)输出，通过余热锅炉把反应热回收利用；原料气分配室(1603)的壳体上有压力表接口(1620)，产物集合室(1612)的壳体上有温度传感器接口(1621)，在产物气输出管道上安装有流量装置(图中未示出)。本实施例采用石英管(1609)封装在中心电极(1608)上成为放电阻挡介质，在运行时，直流或交流工作电源施加在中心电极(1608)与外电极管束(1607)之间，在催化室(1615)内形成低温等离子体，低温等离子体与催化剂协同进行催化合成反应；催化室置于冷却剂中，反应器内温差小，可以提高目标产物的产出率，从而大大提高催化效率，使得生产成本降低。本实施例中，在催化室(1615)内有催化剂(1616)；石英管(1609)的外壁与外电极管束(1607)之间的放电间隙为5～20mm，工作电源为25000～40000V的交流或直流电源。设备运行时，通过调节循环媒水的流量可以控制反应器内的温度，通过调节原料气的流量、反应温度、工作电流，使合成反应达到最佳状况，获得最高产量。本实施例的工作原理是：小颗粒或粉状催化剂以流化方式与原料气进入到电催化合成反应器内，工作电源施加到中心电极(1608)和外电极管束(1607)之间，在催化室(1615)内建立起电场，在介质阻挡放电下形成低温等离子体，催化剂与原料气混合通过催化室(1615)时，原料气被合成了目标产物，目标产物与未反应的原料气和催化剂相混合从产物出口(1610)输出，对混合物进行分离，把催化剂和未反应物返回电催化合成反应器进行循环反应，把甲醇产物送入贮罐贮存，把二甲醚产物通过压缩、冷却后送入贮罐贮存，作液化气使用。在原料气合成为目标产物的同时放出热量，热量传递到外电极管束的管壁，被冷却剂室内的循环媒水吸收，通过循环媒水把反应热移出反应器，可对从反应器内移出的热量进行回收利用。

Claims (7)

1.一种垃圾生物质多联产处理系统，包括垃圾、生物质、煤的气化技术，其特征是系统主要由喂料机(6)、气相循环气化炉(7)、烟气循环风管(8)、烟气循环风机(9)、余热锅炉(12)、抽气风机(13)、除尘/净化塔(14)、压缩机(19)、冷却器(20)和气柜(21b)构成，其中：喂料机(6)上有料斗(4)，喂料机(6)的出料口连接到气相循环气化炉(7)的喂料口；气相循环气化炉(7)的烟/气/汽出口通过烟气循环风管(8)连接到烟气循环风机(9)的吸风口，烟气循环风机(9)的出风口连接到气相循环气化炉(7)的氧化区；气相循环气化炉(7)的合成气输出接口连接到余热锅炉(12)，余热锅炉(12)通过管道连接到抽气风机(13)的吸风口；抽气风机(13)的出风口通过管道连接到除尘/净化塔(14)，除尘/净化塔(14)连接到压缩机(19)，压缩机(19)连接到冷却器(20)，冷却器(20)连接到气柜(21b)。
2.根据权利要求1所述的一种垃圾生物质多联产处理系统，其特征是在除尘/净化塔(14)与压缩机(19)之间有一氧化碳变换反应器(44)、二氧化碳吸收塔(15)和脱氮/净化设备(45)，除尘/净化塔(14)连接到一氧化碳变换反应器(44)，一氧化碳变换反应器(44)连接到二氧化碳吸收塔(15)，二氧化碳吸收塔(15)连接到脱氮/净化设备(45)，脱氮/净化设备(45)连接到压缩机(19)，压缩机(19)连接到冷却器(20)，冷却器(20)连接到气柜(21b)。
3.一种垃圾生物质多联产处理系统，包括垃圾、生物质、煤的间接液化技术，其特征是系统主要由喂料机(6)、气相循环气化炉(7)、烟气循环风管(8)、烟气循环风机(9)、余热锅炉(12)、抽气风机(13)、除尘/净化塔(14)、二氧化碳吸收塔(15)、合成反应器(16)、分离塔(18)和贮罐(21)构成，其中：喂料机(6)上有料斗(4)，喂料机(6)的出料口连接到气相循环气化炉(7)的喂料口；气相循环气化炉(7)的烟/气/汽出口通过烟气循环风管(8)连接到烟气循环风机(9)的吸风口，烟气循环风机(9)的出风口连接到气相循环气化炉(7)的氧化区；气相循环气化炉(7)的合成气输出接口连接到余热锅炉(12)，余热锅炉(12)通过管道连接到抽气风机(13)的吸风口；抽气风机(13)的出风口通过管道连接到除尘/净化塔(14)，除尘/净化塔(14)连接到二氧化碳吸收塔(15)的进口；二氧化碳吸收塔(15)的合成气出口连接到合成反应器(16)的原料气进口，合成反应器(16)的混合物出口连接到分离塔(18)的进口；分离塔(18)的产物出口连接到贮罐(21)，分离塔(18)的未反应物出口连接到合成反应器(16)的进口接头。
4.根据权利要求3所述的一种垃圾生物质多联产处理系统，其特征是在分离塔(18)与贮罐(21)之间有压缩机(19)和冷却器(20)，分离塔(18)的产物出口连接到压缩机(19)，压缩机(19)连接到冷却器(20)，冷却器(20)连接到贮罐(21)，分离塔(18)的未反应物出口连接到合成反应器(16)的进口接头。
5.根据权利要求3所述的一种垃圾生物质多联产处理系统，其特征是在除尘/净化塔(14)与二氧化碳吸收塔(15)之间有一氧化碳变换反应器(44)，除尘/净化塔(14)的输出接口连接到一氧化碳变换反应器(44)的输入接口，一氧化碳变换反应器(44)的输出接口连接到二氧化碳吸收塔(15)的输入接口。
6.一种构成权利要求3所述系统的设备，其特征是气相循环气化炉(7)的烟气循环出口(702)通过烟气循环风管(8)和烟气循环风机(9)串联连接到氧化区(7-VI)的烟气循环入口(710)，设备主要由喂料机(6)、气相循环气化炉(7)、烟气循环风管(8)和烟气循环风机(9)组成，其中：气相循环气化炉(7)为隧道式结构，内有烟/气/汽混合区(7-I)、烘干区(7-II)、热解区(7-III)、还原区(7-VII)、氧化区(7-VI)、冷渣区(7-IV)和风室(7-V)，烟/气/汽混合区(7-I)、烘干区(7-II)、热解区(7-III)、还原区(7-VII)、氧化区(7-VI)、冷渣区(7-IV)和风室(7-V)之间依次前后相连相通，烟/气/汽混合区(7-I)在烘干区(7-II)的上方，烘干区(7-II)在炉的前部，与烘干区(7-II)相邻的是热解区(7-III)，与热解区(7-III)相邻的是还原区(7-VII)，与还原区(7-VII)相邻的是氧化区(7-VI)，与氧化区(7-VI)相邻的是冷渣区(7-IV)，与冷渣区(7-IV)相邻的是风室(7-V)；气相循环气化炉(7)的前部端面上有喂料口(718)，喂料机(6)的输料口连接到喂料口(718)上，喂料机(6)上有料斗(4)；烟气循环出口(702)从气相循环气化炉(7)的烘干区(7-II)上部接出，烟气循环入口(710)从氧化区(7-VI)的上部接入；鼓氧/鼓风接口(711)在气相循环气化炉(7)的风室(7-V)部位接入；合成气出口(708)从热解区(7-III)与还原区(7-VII)的结合部位接出。
7.根据权利要求6所述的的设备，其特征是气相循环气化炉(7)为高炉式结构，炉内的烟/气/汽混合区(7-I)、烘干区(7-II)、热解区(7-III)、还原区(7-VII)、氧化区(7-VI)、冷渣区(7-IV)和风室(7-V)依次上下相连相通。
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