CN208604073U - 一种垃圾气化气重整利用设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及垃圾气化气重整利用设备，设备包括：气化气预处理系统和合成气重整系统，气化气预处理系统的进气口与气化炉的出气口连接，气化气预处理系统使气化气中的细微颗粒物发生部分聚并生成大颗粒物，并捕集大颗粒物；合成气重整系统的进气口与气化气预处理系统的出气口连接，合成气重整系统用于对输入的气化气进行高温裂解/氧化处理，脱除气化气中大部分的焦油，再将气化气中大分子焦油、二噁英及呋喃分解。通过对气化气进行预除尘、除焦油，再利用热裂解法和催化裂解法相结合，彻底解决焦油等污染物，避免焦油堵塞及二噁英类气体造成的二次污染，降低燃气中焦油含量，提高可燃气比例，从而达到提高垃圾气化的燃气热值。

Description

一种垃圾气化气重整利用设备

技术领域

本实用新型涉及废气处理技术领域，具体涉及一种垃圾气化气重整利用设备。

背景技术

资源与环境是未来城市生活中的两大主题，城市生活垃圾处理是这两大主题中的重要课题。随着人们环境资源意识的增强，各国政府对垃圾处理技术标准的提高，垃圾处理方式也在不断的探索优化，传统的垃圾处理主要方法填埋、堆肥、焚烧三种技术日益显示出其各自缺陷，如垃圾填埋占用大片土地、污染地下水，堆肥法处理量小、效率低，焚烧法容易产生二次污染，特别是二恶英的污染问题，使其在工业应用方面受到质疑和阻碍，大大的增加了垃圾处理的成本。

城市生活垃圾气化技术是由垃圾的焚烧技术衍生出来的新型技术，与一般垃圾焚烧技术不同，采用垃圾气化技术处理垃圾，几乎能将垃圾中的有机物完全气化并转化成合成气(主要为CO和H2)并加以利用，而无机物则可变成无害的玻璃体灰渣，可实现垃圾处理过程污染物的“零排放”。垃圾气化技术具有效率高、安全、无二次污染的特点，为垃圾处理的无害化、减量化和资源化处理开拓了一条新途径，有望替代传统的垃圾焚烧技术。

在垃圾气化过程中焦油是不可避免的副产物。焦油是由多种复杂的芳香烃、苯以及苯的化合物等组成的混合物，在高温下可以发生裂解，与合成气一起呈气体状态，但在低于200℃的情况下，就开始凝结为液体，形成浮质、聚合产生更复杂的结构，给过程设备、内燃机和汽轮机的运行带来很大问题；造成能量浪费，降低气化效率；而且焦油成分中的多核芳香族在净化及燃烧时对环境及人类健康构成严重危害。目前，焦油脱除常用机械方法，如水洗、吸附、过滤等，从根本上来说不能够彻底的解决焦油的二次污染问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种垃圾气化气重整利用设备及方法，用以解决现有的垃圾气化处理技术存在无法完全去除气化气中的焦油。

为实现上述目的，本实用新型提供一种垃圾气化气重整利用设备，所述垃圾气化气重整利用设备包括：

气化气预处理系统，所述气化气预处理系统的进气口与气化炉的出气口连接，所述气化气预处理系统用于使气化气中的细微颗粒物发生部分聚并生成大颗粒物，并捕集所述大颗粒物；

合成气重整系统，所述合成气重整系统的进气口与所述气化气预处理系统的出气口连接，所述合成气重整系统用于对输入的气化气进行高温裂解/氧化处理，脱除气化气中大部分的焦油，再将气化气中大分子焦油、二噁英及呋喃分解。

优选的，所述气化气预处理系统包括喷淋聚并装置和旋风除尘器，所述喷淋聚并装置的进气口与气化炉的出气口连接，所述喷淋聚并装置的出气口与所述旋风除尘器的进气口连接。

优选的，所述气化气预处理系统还包括杂质回收罐，所述杂质回收罐的进料口与所述旋风除尘器的出料口连接。

优选的，所述合成气重整系统包括等离子发生系统和催化重整反应塔，所述等离子发生系统包括等离子炬、直流整流电源、高频起弧单元、PLC控制单元以及冷却水、介质气体供给单元，所述等离子炬设置于气化炉的输气管道上，所述每个等离子炬的中心线与所述输气管道的轴线成一夹角α；所述催化重整反应塔的进气口与所述输气管道的出气口连接。

优选的，所述夹角α的度数为30°-70°。

优选的，所述催化重整反应塔的出料口设置有飞灰暂存仓。

优选的，所述催化重整反应塔的内部设置有多个吹灰器。

相对应的，本实用新型还提供一种垃圾气化气重整利用方法，所述垃圾气化气重整利用方法包括以下步骤：

步骤a1，通过所述气化气预处理系统使所述气化气中的细微颗粒物发生部分聚并生成大颗粒物，并捕集所述大颗粒物；

步骤a2，通过所述合成气重整系统对所述气化气进行高温裂解/氧化处理，脱除大部分的焦油，再将所述气化气中大分子焦油、二噁英及呋喃分解。

本实用新型具有如下优点：本实用新型的垃圾气化气重整利用设备及方法通过对气化气进行预除尘、除焦油，再利用热裂解法和催化裂解法相结合，彻底解决焦油等大分子污染物，避免焦油堵塞及二噁英类气体造成的二次污染。同时降低燃气中焦油含量，提高可燃气比例，从而达到提高垃圾气化的燃气热值。

附图说明

图1为本实用新型垃圾气化气重整利用设备各个子系统之间的连接关系示意图。

图2为本实用新型喷淋聚并装置的结构示意图。

图3为图2中A-A处的剖面结构示意图。

图4为本实用新型催化重整反应塔的侧视剖面结构示意图。

图5为本实用新型垃圾气化气重整利用方法的流程图。

附图标号：1、气化气预处理系统；2、合成气重整系统；3、工艺水箱；11、喷淋聚并装置；12、杂质回收罐；13、旋风除尘器；111、喷嘴；112、气化炉；113、竖直管道；21、等离子发生系统；22、催化重整反应塔；23、飞灰暂存仓；221、催化剂模块。

具体实施方式

以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1、2、3所示，垃圾气化气重整利用设备包括气化气预处理系统1和合成气重整系统2，气化气预处理系统1包括喷淋聚并装置11和旋风除尘器13，喷淋聚并装置11用于使气化气中的细微颗粒物发生部分聚并生成大颗粒物，在本实施例中，喷淋聚并装置11包括水泵和四个喷嘴111，四个喷嘴111设置于气化炉112的出气口的竖直管道113上，四个喷嘴111处于同一截面且对称布置，通过这种设计相当于将喷淋聚并装置11的进气口与气化炉112的出气口直接连接，既不改变正常的工艺条件，也不改变现有的污染物控制设备和操作参数，是一种切实有效的脱除细微颗粒物的方法。四个喷嘴111的进液口分别与水泵连接，采用高扬程的水泵将工艺水箱3内部的聚并液输送到喷嘴111，根据流量和进出口温度的情况，通过调整回流阀门来控制喷液量的大小，喷淋聚并装置11采用高温蒸汽或者水作为雾化剂。气化气经喷淋聚并装置11后，气化气中的烟尘和大分子焦油等物质聚并成大颗粒物返回气化炉112内或进入下游的旋风除尘器13中脱除，从而实现降尘和降焦油，以及增大气化气中的蒸汽含量，蒸汽可作为下游高温条件下碳粒和大分子焦油转化的反应剂。喷淋聚并装置11可有效解决气化气中大量的大颗粒物导致后续净化设备发生堵塞等问题。

旋风除尘器13用于机械脱除气化气中存在的大颗粒物，并捕集大颗粒物，此时的大颗粒物包括经过喷淋聚并装置11变大的颗粒物、未反应的残碳、粉尘以及粉尘和焦油的粘结物等。喷淋聚并装置11的出气口与旋风除尘器13的进气口连接，即旋风除尘器13的进气口与竖直管道113的出气口连接，旋风除尘器13的底部排灰采用水槽密封，水面与底部排灰口保持大于600mm的水面高度，有效确保密封和系统正常运行。进一步的，气化气预处理系统1还包括杂质回收罐12，杂质回收罐12的进料口与旋风除尘器13的出料口连接，杂质回收罐12用来存储旋风除尘器13捕集到的粉尘以及粉尘和焦油的粘结物等。

合成气重整系统2包括等离子发生系统21和催化重整反应塔22，等离子发生系统21用于对输入的气化气进行高温裂解/氧化处理，脱除气化气中大部分的焦油，等离子发生系统21包括等离子炬、直流整流电源、高频起弧单元、PLC控制单元以及冷却水、介质气体供给单元，等离子炬设置于气化炉112的输气管道上，每个等离子炬的中心线与输气管道的轴线成一夹角α，夹角α的度数为30°-70°。接通等离子发生系统21的电源后，启动冷却水与介质气体供给单元，待冷却水及介质气体供给单元压力稳定后开启等离子炬，等离子炬的阴阳电极间形成的高频电火花放电产生电子，电子在电场的加速下击穿等离子炬内的压缩空气，电流迅速增加，最终形成大气压条件下的电弧等离子体。电弧等离子体具有极高的温度，一方面电弧等离子体产生辐射热、对流传热以及电子引起的传热加热气化气，将气化气由750℃加热到1100℃，为大分子的焦油、二噁英和呋喃等有害物质提供高温裂解条件；另一方面，等离子炬产生的电弧等离子体可以把气化气中的二噁英等有毒物质摧毁的更彻底，大分子的焦油、二噁英和呋喃等有害物质裂解为小分子的可燃组分，从而提高燃气热值，调整燃气组分配比，因此，等离子法对于脱除气化气中的大分子焦油等有害物质具有热裂解和催化重整的双重作用。

如图4所示，催化重整反应塔22的进气口与输气管道的出气口连接，催化重整反应塔22用于将气化气中的大分子焦油、二噁英及呋喃彻底分解，提高气化气的热值，破解气化工艺中的大分子焦油等有害物质造成的二次污染问题。催化重整反应塔22的内部装入整体式催化剂模块221，采用“1+1”布置(上下二层)，一用一备，催化剂模块221可采用平板式或蜂窝式中的一种，焦油催化裂化的核心在于催化剂的选择，催化剂应具有如下条件：(1)优异的焦油裂解活性；(2)在生产合成气的情况下，应具备催化剂重整性能；(3)应当具有一定的抗积碳和烧结能力；(4)易于制备；(5)具有足够的强度。对于焦油催化裂解催化剂在工业上的应用，常规粉末催化剂是无法适用的，整体式催化剂具有许多狭窄的平行通道整齐地排列在一起，与传统的颗粒状催化剂相比，具有床层压降低，传质效率高，放大效应小，催化剂分离、再生容易等优点。催化重整反应塔22上下两层各设置一个方形门洞，加以密封，以确保催化剂模块221的装入和更换检修。催化剂模块221有利于大分子焦油的裂解重整和二噁英类等有毒有害气体的完全分解，从而以满足后续内燃发电机对合成气品质的要求。催化重整反应塔22的内部设置吊装轨道，用于催化剂模块221的安装就位。催化重整反应塔22的内部还设置有多个吹灰器，吹灰器设置于每一层催化剂模块221的上方，用于不定期的吹扫催化剂表面积存的残碳、粉尘等，吹灰器选用蒸汽式吹灰器。进一步的，催化重整反应塔22的出料口设置有飞灰暂存仓23，飞灰暂存仓23用于存储催化重整反应塔22输出的残碳、粉尘等。进一步的，整个催化重整反应塔22的材质选用耐高温310S合金钢，有效延长其使用寿命。

如图5所示，相对应的，本实用新型还提供一种垃圾气化气重整利用方法，该垃圾气化气重整利用方法包括以下步骤：

步骤a1，通过气化气预处理系统1使气化气中的细微颗粒物发生部分聚并生成大颗粒物，并捕集大颗粒物；

气化气首先进入喷淋聚并装置11，在雾化剂的作用下，气化气中的烟尘和大分子焦油等物质聚并成大颗粒物，大颗粒物返回气化炉112内或进入下游的旋风除尘器13中。气化气进入旋风除尘器13后，通过机械脱除气化气中存在的大颗粒物，大颗粒物进入被捕集并存储至杂质回收罐12内。通过去除气化气中的大颗粒物，可有效解决气化气中大颗粒物导致后续净化设备发生堵塞等问题。

步骤a2，通过合成气重整系统2对气化气进行高温裂解/氧化处理，脱除大部分的焦油，再将气化气中大分子焦油、二噁英及呋喃分解。

气化气进入等离子发生系统21后，一方面电弧等离子体产生辐射热、对流传热以及电子引起的传热加热气化气，将气化气由750℃加热到1100℃，为大分子的焦油、二噁英和呋喃等有害物质提供高温裂解条件；另一方面，等离子炬产生的电弧等离子体可以把气化气中的二噁英等有毒物质摧毁的更彻底，大分子的焦油、二噁英和呋喃等有害物质裂解为小分子的可燃组分，从而提高燃气热值，调整燃气组分配比。之后气化气进入催化重整反应塔22内，在催化剂模块221的作用下，焦油能够在较低的温度下通过催化裂解反应裂解成小分子气体(如H2、CO和CH4等)。催化裂解反应是众多反应的复杂集合，通常认为主要包括三种反应类型：(1)裂解反应，焦油受热直接分解成分子量更低的聚合物和小分子气体等；(2)重整反应，焦油分子与水和二氧化碳进行重整反应，生成H2、CO和CH4；(3)缩合反应，催化裂解的中间产物发生聚合反应重新生成大分子化合物。反应结束后催化重整反应塔22输出的残碳、粉尘则存储于飞灰暂存仓23。气化气从催化重整反应塔22出来之后依次进入余热锅炉和激冷塔装置。高温的气化气，在余热锅炉中实现热量的回收，并在激冷装置中实现快速降温(降温至150℃以下)，降温后的气化气，最后进入尾部的脱酸、燃烧或发电等系统。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型做了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之做一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种垃圾气化气重整利用设备，其特征在于，所述垃圾气化气重整利用设备包括：

气化气预处理系统，所述气化气预处理系统的进气口与气化炉的出气口连接，所述气化气预处理系统用于使气化气中的细微颗粒物发生部分聚并生成大颗粒物，并捕集所述大颗粒物；

合成气重整系统，所述合成气重整系统的进气口与所述气化气预处理系统的出气口连接，所述合成气重整系统用于对输入的气化气进行高温裂解/氧化处理，脱除气化气中大部分的焦油，再将气化气中大分子焦油、二噁英及呋喃分解。

2.根据权利要求1所述的垃圾气化气重整利用设备，其特征在于，所述气化气预处理系统包括喷淋聚并装置和旋风除尘器，所述喷淋聚并装置的进气口与气化炉的出气口连接，所述喷淋聚并装置的出气口与所述旋风除尘器的进气口连接。

3.根据权利要求2所述的垃圾气化气重整利用设备，其特征在于，所述气化气预处理系统还包括杂质回收罐，所述杂质回收罐的进料口与所述旋风除尘器的出料口连接。

4.根据权利要求3所述的垃圾气化气重整利用设备，其特征在于，所述合成气重整系统包括等离子发生系统和催化重整反应塔，所述等离子发生系统包括等离子炬、直流整流电源、高频起弧单元、PLC控制单元以及冷却水、介质气体供给单元，所述等离子炬设置于气化炉的输气管道上，所述每个等离子炬的中心线与所述输气管道的轴线成一夹角α；所述催化重整反应塔的进气口与所述输气管道的出气口连接。

5.根据权利要求4所述的垃圾气化气重整利用设备，其特征在于，所述夹角α的度数为30°-70°。

6.根据权利要求4或5所述的垃圾气化气重整利用设备，其特征在于，所述催化重整反应塔的出料口设置有飞灰暂存仓。

7.根据权利要求4所述的垃圾气化气重整利用设备，其特征在于，所述催化重整反应塔的内部设置有多个吹灰器。