CN205368272U - 复合炉催化气化的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复合炉催化气化的装置，复合炉包括气化室和催化室，以及配套的给料装置、过滤单元等。一种实现方式中，内筒为气化室，物料通过螺旋给料机送入气化室，气化室上部为过滤单元，过滤掉气化气中的颗粒物，并返回气化炉进行再次气化，外筒与内筒之间的环形空间为催化室，装有催化剂，对气化气中的焦油进行催化裂解。另一种实现方式中，内筒为催化室，外筒与内筒之间的环形空间为气化室。本实用新型提供了一种更加节能、紧凑和高效的复合式气化炉催化裂解装置及方法，省去了旋风分离器和附加的催化室加热设备，充分利用气化室的高温来加热催化剂。

Description

复合炉催化气化的装置

技术领域

本实用新型涉及催化气化技术，尤其涉及一种复合炉催化气化的装置。

背景技术

随着我国经济的高速发展，城市生活垃圾的产生量迅速增加，2012年我国的城市生活垃圾产量就已经达到1.7亿吨。生活垃圾长期随意堆放，不仅占用大量的土地，而且造成空气、土壤以及水体的污染，目前生活垃圾的处置技术主要有填埋、发酵、堆肥和焚烧，其中焚烧技术在减量化和资源化方面具有突出的优势而成为城市生活垃圾处置的主要技术途径，然而焚烧技术存在严重的污染问题。

气化技术是在氧气不足的情况下对废弃物进行热转化，以获取气化气为主要目的。相比于直接焚烧，气化技术在重金属以及二噁英的排放控制上具有明显的优势。然而气化过程中会产生较多的焦油，这些焦油在低温下凝结，与水和飞灰等杂质结合后会腐蚀管道设备；而且焦油在低温下难以燃烧完全，易产生炭黑，会损坏燃气设备，所以气化气中焦油的存在，会大大限制气化气的进一步利用；除此之外，生物质气化过程中产生的焦油占生物质总能量的5-10％，如果不能将焦油中的能量有效的利用起来，将会造成能量的浪费。因此，有效的脱除焦油并且充分的利用焦油中的能量，是气化技术推广应用的关键所在。

目前焦油的脱除方法主要有物理除焦法和热化学除焦法，其中物理除焦法仅仅是将焦油从气相转移到了冷凝相，不能充分利用焦油中的能量。热化学除焦法包括热裂解法和催化裂解法，其中热裂解法要求比较高的温度，一般在温度大于1100℃时才能有比较好的焦油裂解率，这么高的温度不仅对设备自身材质要求很高，而且要求有良好的保温设备，势必会产生很大的能耗，在经济上不合理。因而催化裂解法是目前公认的最有效的焦油去除方法。催化裂解采用的催化剂种类很多，有镍基催化剂、煅烧白云石、菱镁矿、沸石、橄榄石和铁催化剂等。

焦油的催化裂解是一个十分复杂的反应过程，主要包括以下反应：

热裂解反应：

焦油重整反应：

气化反应：

除了以上这些主要的反应，还有可能发生中间产物重新聚合成大分子化合物的反应。

目前对于焦油的催化裂解，第一种方法是将催化剂与物料混合起来，第二种方法是将物料和催化剂分开，物料气化产生的气化气经由后续的催化段进行焦油的催化裂解，其中第二种方法应用的较多，而该方法中通常将气化段和催化段分别布置在两个不同的反应器内，气化段与催化段之间需要旋风分离器来脱除气化气中的飞灰，催化段也需要附加的加热设备来加热催化剂，一来占用更大的空间，二来需要额外的能量供应。如果将催化段布置在气化室的中心或者气化室的外围就可以充分利用气化的热量来加热催化剂，不需要再添加额外的热源就能进行有效的焦油催化裂解，将焦油转化为可燃气体，同时在气化室的上端布置一个过滤单元，能够有效去除气化气中的固体颗粒物，并且固体颗粒物可以及时返回炉内进行再气化。这种复合式催化气化炉的设计能够节约能源和节省空间，具有很大的工业应用价值。

发明内容

本实用新型的目的是将催化气化过程中的气化室和催化室集成为一个复合式催化气化炉，充分利用气化的热量来加热催化剂，不需要再添加额外的热源就能进行有效的焦油催化裂解，同时在气化室的上端布置一个过滤单元，能够有效去除气化气中的固体颗粒物，并且固体颗粒物可以及时返回炉内进行再气化。这种复合式催化气化炉的设计能够节约能源和节省空间。

本实用新型的技术方案如下：

一种复合式催化气化炉的装置包括气化室和催化室,气化室和催化室呈双筒结构，其中内筒为气化室，外筒与内筒构成的环形空间为催化室，气化室上部配备有螺旋给料机、过滤单元，螺旋给料机的出口连接输送管道，输送管道的另一端出口位于气化室中部，所述的气化室下部设置有布风板，布风板上开有底渣出口，布风板下部设有气化介质分配器，气化介质入口与气化介质分配器相连，外筒与内筒之间的环形空间为催化室，催化室上部有催化剂入口，下部侧壁有催化剂出口和气化气出口，外部为电加热炉。

优选的，所述的内筒与外筒的直径比在1:1到1:2之间。

根据本实用新型的一个实施例，一种复合式催化气化炉的装置包括气化室和催化室,气化室和催化室呈双筒结构，其中内筒为催化室，外筒壁与内筒壁构成的环形空间为气化室，气化室上部配备有螺旋给料机、过滤单元，螺旋给料机的出口连接输送管道，输送管道的另一端出口位于气化室中部，所述的气化室下部设置有布风板，布风板上开有底渣出口，布风板下部设有气化介质分配器，气化介质入口与气化介质分配器相连，外筒与内筒之间的环形空间为催化室，催化室上部有催化剂入口，底部有催化剂出口和气化气出口，外部为电加热炉。

优选的，所述的内筒与外筒的直径比在1:2到1:10之间。

所述的过滤单元是一种包含一层或多层滤膜的过滤装置，滤膜孔径在5微米到100微米之间，所述过滤单元对气化气中固体颗粒物的脱除效率达90％以上。

两个复合式催化气化炉的装置的催化气化方法是：开启电加热炉，将温度升至800℃，床料由螺旋给料机送入气化室，气化介质通过气化介质入口，经由气化介质分配器，通过布风板进入气化室，待达到稳定流化状态后，物料由螺旋给料机送入气化室，催化剂通过催化室上部的催化剂入口送入催化室，物料在气化室内进行气化，待反应稳定后，关闭电加热炉，气化室内由于气化放热维持温度在800℃，气化放出的热量同时加热布置在外围或者中心的催化室，使催化室的温度也维持在800℃，反应后的底渣由气化室下部的底渣出口排出，气化气首先经过气化室上部的过滤单元，固体颗粒物被分离，在重力的作用下，进入到气化室进行再气化，去除掉颗粒物的气化气进入催化室，焦油被催化裂解为可燃气体，净化后的气化气通过催化室下部侧壁或底部的气化气出口排出，失活的催化剂由催化室下部侧壁或底部的催化剂出口排出。

所述催化剂包括铁基催化剂、镍基催化剂、橄榄石、菱镁矿、沸石、煅烧白云石、氧化钙、过渡金属催化剂以及焦炭的一种或多种。

所述物料包括生活垃圾、生物质、污泥和工业固体废弃物的一种或多种。

所述床料包括石英砂、橄榄石、白云石和氧化钙的一种或多种。

所述气化介质包括氧气、二氧化碳、氮气和水蒸气的一种或多种。

本实用新型与现有技术相比具有的显著差别是：在现有的催化气化装置中，通常将气化段和催化段分别布置在两个不同的反应器内，气化段与催化段之间需要旋风分离器来脱除气化气中的飞灰，催化段也需要附加的加热设备来加热催化剂，一来占用更大的空间，二来需要额外的能量供应。本实用新型将催化气化过程中的气化室和催化室集成为一个复合式催化气化炉，充分利用气化的热量来加热催化剂，不需要再添加额外的热源就能进行有效的焦油催化裂解，将焦油转化为可燃气体，同时在气化室的上端布置了一个过滤单元，不再需要额外布置旋风分离器来脱除固体颗粒物，该过滤单元能够有效去除气化气中的固体颗粒物，并且固体颗粒物在重力作用下可以及时返回气化室内进行再气化。由复合式催化气化炉产生的气化气中，固体颗粒物和焦油的含量都很低，有利于气化气的进一步利用。这种复合式催化气化炉的设计在有效实现气化气中的固体颗粒物以及焦油的脱除的同时，也能够节约能源和节省空间。

附图说明

图1是内筒为气化室的复合式催化气化炉的装置示意图。

图2是内筒为催化室的复合式催化气化炉的装置示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种复合式催化气化炉的装置包括气化室2和催化室1,气化室2和催化室1呈双筒结构，其中内筒为气化室2，外筒与内筒构成的环形空间为催化室1，气化室2上部配备有螺旋给料机15、过滤单元14，螺旋给料机15的出口连接输送管道，输送管道的另一端出口位于气化室2中部，所述的气化室2下部设置有布风板5，布风板5上开有底渣出口8，布风板5下部设有气化介质分配器6，气化介质入口7与气化介质分配器6相连，外筒与内筒之间的环形空间为催化室1，催化室1上部有催化剂入口13，下部侧壁有催化剂出口4和气化气出口9，外部为电加热炉12。

优选的，所述的内筒与外筒的直径比在1:1到1:2之间。

如图2所示，根据本实用新型的一个实施例，一种复合式催化气化炉的装置包括气化室2和催化室1,气化室2和催化室1呈双筒结构，其中内筒为催化室2，外筒壁与内筒壁构成的环形空间为气化室2，气化室2上部配备有螺旋给料机15、过滤单元14，螺旋给料机15的出口连接输送管道，输送管道的另一端出口位于气化室2中部，所述的气化室2下部设置有布风板5，布风板5上开有底渣出口8，布风板5下部设有气化介质分配器6，气化介质入口7与气化介质分配器6相连，外筒与内筒之间的环形空间为催化室1，催化室1上部有催化剂入口13，底部有催化剂出口4和气化气出口9，外部为电加热炉12。

优选的，所述的内筒与外筒的直径比在1:2到1:10之间。

所述的过滤单元14是一种包含一层或多层滤膜的过滤装置，滤膜孔径在5微米到100微米之间，所述过滤单元对气化气中固体颗粒物的脱除效率达90％以上。

如图1和2所示，所述装置的催化气化方法是：开启电加热炉，将温度升至800℃，床料11由螺旋给料机送入气化室，气化介质通过气化介质入口，经由气化介质分配器，通过布风板进入气化室，待达到稳定流化状态后，物料3由螺旋给料机送入气化室，催化剂通过催化室上部的催化剂入口送入催化室，物料在气化室内进行气化，待反应稳定后，关闭电加热炉，气化室内由于气化放热维持温度在800℃，气化放出的热量同时加热布置在外围或者中心的催化室，使催化室的温度也维持在800℃，反应后的底渣由气化室下部的底渣出口排出，气化气首先经过气化室上部的过滤单元，固体颗粒物被分离，在重力的作用下，进入到气化室进行再气化，去除掉颗粒物的气化气进入催化室，焦油被催化裂解为可燃气体，净化后的气化气通过催化室下部侧壁或底部的气化气出口排出，失活的催化剂由催化室下部侧壁或底部的催化剂出口排出。

所述催化剂10包括铁基催化剂、镍基催化剂、橄榄石、菱镁矿、沸石、煅烧白云石、氧化钙、过渡金属催化剂以及焦炭的一种或多种。

所述物料3包括生活垃圾、生物质、污泥和工业固体废弃物的一种或多种。

所述床料11包括石英砂、橄榄石、白云石和氧化钙的一种或多种。

所述气化介质包括氧气、二氧化碳、氮气和水蒸气的一种或多种。

本实用新型将催化气化过程中的气化室和催化室集成为一个复合式气化炉，充分利用气化的热量来加热催化剂，不需要再添加额外的热源就能进行有效的焦油催化裂解，将焦油转化为可燃气体，同时在气化室的上端布置了一个过滤单元，不再需要额外布置旋风分离器来脱除固体颗粒物，该过滤单元能够有效去除气化气中的固体颗粒物，并且固体颗粒物在重力作用下可以及时返回炉内进行再气化。由复合式催化气化炉产生的气化气中，固体颗粒物和焦油的含量都很低，有利于气化气的进一步利用。这种复合式催化气化炉的设计在有效实现气化气中的固体颗粒物以及焦油的脱除的同时，也能够节约能源和节省空间。

尽管上面对本实用新型说明书的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

Claims (5)

1.一种复合炉催化气化的装置，其特征在于：包括气化室（2）和催化室（1）,气化室（2）和催化室（1）呈双筒结构，其中内筒为气化室（2），外筒与内筒构成的环形空间为催化室（1），气化室（2）上部配备有螺旋给料机（15）、过滤单元（14），螺旋给料机（15）的出口连接输送管道，输送管道的另一端出口位于气化室（2）中部，所述的气化室（2）下部设置有布风板（5），布风板（5）上开有底渣出口（8），布风板（5）下部设有气化介质分配器（6），气化介质入口（7）与气化介质分配器（6）相连，外筒与内筒之间的环形空间为催化室（1），催化室（1）上部有催化剂入口（13），下部侧壁有催化剂出口（4）和气化气出口（9），外部为电加热炉（12）。

2.如权利要求1所述的复合炉催化气化的装置，其特征在于所述的内筒与外筒的直径比在1:1到1:2之间。

3.一种复合炉催化气化的装置，其特征在于：包括气化室（2）和催化室（1）,气化室（2）和催化室（1）呈双筒结构，其中内筒为催化室（2），外筒壁与内筒壁构成的环形空间为气化室（2），气化室（2）上部配备有螺旋给料机（15）、过滤单元（14），螺旋给料机（15）的出口连接输送管道，输送管道的另一端出口位于气化室（2）中部，所述的气化室（2）下部设置有布风板（5），布风板（5）上开有底渣出口（8），布风板（5）下部设有气化介质分配器（6），气化介质入口（7）与气化介质分配器（6）相连，外筒与内筒之间的环形空间为催化室（1），催化室（1）上部有催化剂入口（13），底部有催化剂出口（4）和气化气出口（9），外部为电加热炉（12）。

4.如权利要求3所述的复合炉催化气化的装置，其特征在于所述的内筒与外筒的直径比在1:2到1:10之间。

5.如权利要求1或3所述的装置，其特征在于所述的过滤单元（14）是一种包含一层或多层滤膜的过滤装置，滤膜孔径在5微米到100微米之间，所述过滤单元对气化气中固体颗粒物的脱除效率达90%以上。