垃圾气化生产合成天然气的工艺方法技术

本发明专利技术公开了一种垃圾气化生产合成天然气的工艺方法，解决了目前为止尚无基于垃圾气化技术生产合成天然气工艺的问题，本发明专利技术工艺包括垃圾气化工序、气体净化工序和甲烷化工序，所述垃圾气化工序包括垃圾进料及高温气化工段、粗合成气除尘及热回收工段、粗合成气激冷及洗涤工段和高温熔渣激冷及除渣工段，气体净化工序包括COS水解及常压脱硫工段、引风机+气柜存储工段、合成气压缩工段、CO变换工段、酸性气体脱除工段；所述甲烷化工序包括甲烷化工段和天然气提纯工段，最终得到满足国家质量标准要求的合格天然气产品。本发明专利技术工艺简单、能量利用率高、资源化效果好，并且节能、减排和环保。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种垃圾处理及天然气生产工艺，具体的说是一种垃圾气化生产合成天然气的工艺方法。
技术介绍
当前针对垃圾处理主要有三种方式，即卫生填埋、堆肥和焚烧发电。垃圾焚烧可实现垃圾减量化，在减少占地的同时可进行发电，创造一定的经济效益，但垃圾焚烧也带来了一些问题：①由于焚烧温度不高，容易产生二噁英和呋喃等致癌物质；②焚烧产生的飞灰和残渣中富含有毒有害重金属物质，容易造成地下水源污染；③焚烧产生大量烟气，碳排放量大。垃圾气化技术是近年来发展起来的一种垃圾处理新技术，采用垃圾气化技术处理垃圾，为垃圾的无害化、减量化和资源化处理开拓了一条新的途径，有望替代传统的垃圾焚烧技术，已成为当前垃圾处理领域一个新的发展趋势。从目前查阅的文献资料分析，通过垃圾制取天然气主要采用的是发酵工艺，专利CN103484183B公开了一种生活垃圾制天然气工艺与装置，其采用的工艺流程为：将生活垃圾分类粉碎预处理后，无机物通过制H2等离子体枪和制CO等离子体枪分别制取H2和CO，再进一步反应生成甲烷；而有机物通过发酵池发酵制取沼气后，再通过净化分离得到甲烷。该工艺首先要将垃圾分类预处理后再利用，先不论其无机物能否真正实现通过不同的等离子体枪分别制取H2和CO，其制取甲烷的主要工艺还是采用传统的发酵制沼气再净化分离得到甲烷的方式。专利CN105063096A一种餐厨垃圾常温厌氧发酵快速产甲烷的方法和CN102873073A餐厨垃圾制备车用天然气装置及工作方法都是采用厌氧发酵工艺制取甲烷，且处理的原料垃圾都是有机质含量高的餐厨垃圾。将垃圾、特别是工业或城市垃圾作为原料合成天然气与煤原料合成天然气相比，存在以下重要技术问题：一、垃圾高温热处理过程中一般会产生高致癌物质二噁英和飞灰及炉渣等含重金属浸出性的二次污染源，如何在生产工艺中有效降低上述有害物是技术人员需要考虑的问题；二、是垃圾种类繁多，主要有工业垃圾(如高炉渣、有色金属渣、粉煤灰等一般工业垃圾和工业污泥、制药厂残渣、农药等危险固体废物)和城市垃圾(如厨余、纸张、塑料、织物、轮胎、废旧家电、竹木和绿化废弃物等)，其含水率、热值、粒度尺寸等各不一样，存在较大的差异，如何保证这些原料都能高效、充分气化，也是需要解决的技术问题；三、是垃圾气化过程中，如何在避免或减少二噁英产生的前提下，尽可能多地有效回收热能，提高系统的能量转化效率，也需要研究出相应的解决办法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、能效高、适用于处理各种不同原料垃圾，且资源化效果好、节能环保的垃圾气化生产合成天然气的工艺方法。技术方案包括以工业或城市垃圾为原料，经垃圾气化工序、气体净化工序和甲烷化工序得到合成天然气，其特征在于，所述垃圾气化工序包括垃圾进料及高温气化工段、粗合成气除尘及热回收工段、粗合成气激冷及洗涤工段和高温熔渣激冷及除渣工段；其中，在垃圾进料及高温气化工段中，垃圾先送入气化炉进行高温气化得到粗合成气及高温熔渣，在粗合成气除尘及热回收工段中，所述粗合成经除尘和热回收后降温至550～600℃，在粗合成气激冷及洗涤工段中，所述粗合气继续被激冷水迅速激冷至80～90℃，激冷后的合成气经洗涤塔进一步洗涤除尘、脱酸并降温至35～40℃后送入气体净化工序，在高温熔渣激冷及除渣工段，所述高温熔渣经激冷和除渣后得到玻璃体渣；所述气化炉为固定床气化炉，控制气化炉内反应温度在1100～2000℃，所述气化炉上部设有燃料气烧嘴，并向气化炉内喷入含有气化剂的燃料，控制气化炉出口粗合成气温度在1150～1250℃。所述垃圾进料及高温气化工段中，所述气化炉上部环形对称设置有2～6个燃料气烧嘴，所述燃料气烧嘴与气化炉垂直中轴线向下成45～90°夹角，控制气化炉出口粗合成气温度在1150～1250℃。在垃圾进料及高温气化工段中，所述气化炉底部环形对称设置有2～6个燃料气烧嘴，所述燃料气烧嘴与气化炉垂直中轴线向上成45～90°夹角，控制气化炉底部的高温溶渣温度在1300～2000℃。在粗合成气除尘及热回收工段中，所述粗合成经两级旋风分离器脱除粉尘和飞灰后，再进入热回收系统进行热量回收，同时分离出的粉尘和飞灰通过气化炉底部的飞灰返料进口返回至气化炉底部进行熔渣处理。所述气体净化工序包括COS水解及常压脱硫工段、引风机+气柜存储工段、合成气压缩工段、CO变换工段、酸性气体脱除工段和硫回收工段，其中，在COS水解及常压脱硫工段中，所述粗合成气先通过COS水解将粗合成气中的有机硫水解成无机硫，再通过常压脱硫脱除其中大部分H2S；在引风机+气柜存储工段中经过脱硫后的粗合成气通过引风机抽引进入低压气柜进行储存和缓冲，在合成气压缩工段中，通过合成气压缩机将粗合成气压缩至1.0～4.0MPa，再经CO变换工段进行CO变换和酸性气体脱除工段脱除酸性气体后得到精制合成气送入甲烷化工序。所述CO变换工段中，控制粗合成气中CO和H2的摩尔比例为：H2/CO＝3.0-3.1。所述酸性气体脱除工段中，控制粗合成气中H2、CO和CO2三者的摩尔比例为：(H2-CO2)/(CO+CO2)＝2.9～3.1，从而得到精制合成气。所述气体净化工序还包括硫回收工段，所述COS水解及常压脱硫工段分离出的含硫液体和酸性气体脱除工段分离出的含硫气体送入所述硫回收工段生产副产品硫磺。所述甲烷化工序中，所述精制合成气通过甲烷化工段和天然气提纯工段得到满足国家质量标准要求的合格天然气产品。为解决
技术介绍
中存在的问题，专利技术人进行了如下改进：1)对气化炉进行改造，在气化炉上部增设燃料气烧嘴，通过在气化炉上部通入燃料气用于对垃圾气化生成的粗合成气进行气体重整。当原料垃圾进入气化炉中部后，由于垃圾本身可能携带有二噁英以及气化燃烧过程可能生成二噁英，都使得垃圾气化生成的粗合成气中会携带一定量的二噁英，同时，如果气化反应温度控制得不好，在温度较低的情况下，粗合成气中也可能携带有焦油等大分子有机物，此时通过气化炉上部的燃料气烧嘴喷入了含有气化剂的燃料(形成高温火焰)，使粗合成气能维持较高的温度，保证出口粗合成气温度在1150～1250℃，能够起到对粗合成气进行气体重整的作用，同时控制粗合成气在1150℃以上的高温下停留时间大于2秒，使得粗合成气中的焦油、二噁英、呋喃等大分子有机物在气化炉内彻底被分解破坏，最终生成以H2和CO为主的粗合成气；优选控制所述燃料气烧嘴与气化炉垂直中轴线向下成45～90°夹角，角度过大或过小都可能使能量分布不均匀，或造成粗合成气停留时间不充分，二噁英等有机物无法充分分解，或停留时间过长，造成不必要的能量浪费；2)出气化炉的粗合成气需要进行降温，通过对二噁英的温度—生成曲线进行研究表明，当气体温度在250～550℃时，二噁英会大量生成，在400℃左右达到顶峰，针对此问题并出于节能环保的考虑，专利技术人对粗合成气采用了两步冷却的技术手段，先对粗合成气进行除尘，再采用废热锅炉，将1150℃以上的高温粗合成气回收热能并降温至550～600℃(该温度高于前述的250～550℃二噁英快速生成温度范围，因此能有效避免二噁英再次生成)，然后再将粗合成气快速激冷至80～90℃，迅速越过二噁英的快速生成温度范围，最后再通过洗涤塔洗涤脱除HCl、HF等卤族元素，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垃圾气化生产合成天然气的工艺方法，以工业或城市垃圾为原料，经垃圾气化工序、气体净化工序和甲烷化工序得到合成天然气，其特征在于，所述垃圾气化工序包括垃圾进料及高温气化工段、粗合成气除尘及热回收工段、粗合成气激冷及洗涤工段和高温熔渣激冷及除渣工段；其中，在垃圾进料及高温气化工段中，垃圾先送入气化炉进行高温气化得到粗合成气及高温熔渣，在粗合成气除尘及热回收工段中，所述粗合成经除尘和热回收后降温至550～600℃，在粗合成气激冷及洗涤工段中，所述粗合气继续被激冷水迅速激冷至80～90℃，激冷后的合成气经洗涤塔进一步洗涤除尘、脱酸并降温至35～40℃后送入气体净化工序，在高温熔渣激冷及除渣工段，所述高温熔渣经激冷和除渣后得到玻璃体渣；所述气化炉为固定床气化炉，控制气化炉内反应温度在1100～2000℃，所述气化炉上部设有燃料气烧嘴，并向气化炉内喷入含有气化剂的燃料，控制气化炉出口粗合成气温度在1150～1250℃。

【技术特征摘要】
1.一种垃圾气化生产合成天然气的工艺方法，以工业或城市垃圾为原料，经垃圾气化工序、气体净化工序和甲烷化工序得到合成天然气，其特征在于，所述垃圾气化工序包括垃圾进料及高温气化工段、粗合成气除尘及热回收工段、粗合成气激冷及洗涤工段和高温熔渣激冷及除渣工段；其中，在垃圾进料及高温气化工段中，垃圾先送入气化炉进行高温气化得到粗合成气及高温熔渣，在粗合成气除尘及热回收工段中，所述粗合成经除尘和热回收后降温至550～600℃，在粗合成气激冷及洗涤工段中，所述粗合气继续被激冷水迅速激冷至80～90℃，激冷后的合成气经洗涤塔进一步洗涤除尘、脱酸并降温至35～40℃后送入气体净化工序，在高温熔渣激冷及除渣工段，所述高温熔渣经激冷和除渣后得到玻璃体渣；所述气化炉为固定床气化炉，控制气化炉内反应温度在1100～2000℃，所述气化炉上部设有燃料气烧嘴，并向气化炉内喷入含有气化剂的燃料，控制气化炉出口粗合成气温度在1150～1250℃。2.如权利要求1所述的垃圾气化生产合成天然气的工艺方法，其特征在于，所述垃圾进料及高温气化工段中，所述气化炉上部环形对称设置有2～6个燃料气烧嘴，所述燃料气烧嘴与气化炉垂直中轴线向下成45～90°夹角，控制气化炉出口粗合成气温度在1150～1250℃。3.如权利要求1或2所述的垃圾气化生产合成天然气的工艺方法，其特征在于，在垃圾进料及高温气化工段中，所述气化炉底部环形对称设置有2～6个燃料气烧嘴，所述燃料气烧嘴与气化炉垂直中轴线向上成45～90°夹角，控制气化炉底部的高温溶渣温度在1300～2000℃。4.如权利要求1所述的垃圾气化生产合成天然气的工艺方法，其特征在于，在粗合成气除尘及热回收工段中，所述粗合成经两级旋风...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁永煌，魏涛，
申请(专利权)人：中国五环工程有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42