本实用新型专利技术公开了一种双熔浴有机固废喷吹气化装置，属于有机固废无害化、减量化、资源化、能源化处置消纳领域，也属于有机物超高温单原子裂解气化制取合成气的范畴。液面调节炉与气化炉底部连通，内部盛有1200‑1700℃的熔融铁基合金液，其上覆盖有熔融液态渣层，液面调节炉上方气体压力或液量增加，使得气化炉内熔体液面上升，浸没物料喷枪，向熔浴中浸没喷吹待气化有机物颗粒，同时向熔体鼓入气化剂氧气、富氧空气等，有机物气化成为富含CO和氢气的合成气，无机物大部分进入到熔渣中，随着渣液的积累而定期排出。熔铁液始终保持不增不减。能够将绝大多数有机废弃物气化为洁净可燃气体，用作燃料气或者化工产品合成气。
A double bath organic solid waste spray gasification device
【技术实现步骤摘要】
一种双熔浴有机固废喷吹气化装置
本技术属于化工领域，分类号为C10J3，具体涉及一种双熔浴有机固废喷吹气化装置。
技术介绍
人类社会进入工业化以来，社会生活以及生产过程排出的垃圾、废弃物以惊人的数量不断增长和积累，已经成为人类社会必须面对的重大生态环境难题。虽然人们使用填埋、焚烧、堆肥等多种手段来处理垃圾固废，特别是其中的有机物，但目前常用的处理手段要么处理的速度和数量难以适应固废飞速增长的节奏，要么是在处理过程中容易产生新的二次污染，要么是处理的成本高企，或者是受到土地容量等的限制而难以为继。世界各国都不同程度存在垃圾围城、垃圾固废侵占人类生存空间、垃圾固废导致生态环境恶化的难题。从现代钢铁冶金、有色金属冶金的冶炼过程中，利用喷枪将高速气体射流吹向金属液或者渣液，形成激烈的气液混合流动，带来熔池的激烈搅拌，构成了反应动力学上良好的混合条件，对于金属与渣液熔池的动量传递、热能传递、质量传递具有良好的作用，行业内称之为“过程强化”手段，这也是现代冶金科学技术着力发展的一种提高效率、提高产率的技术路径。更进一步，将高速气体射流浸没喷吹入金属液或者渣液，以及用高速气体射流作为载气，将固相粒子喷吹进入到熔融金属液、熔融渣液内部，构成了所谓的熔铁浴、熔渣浴的反应条件，气固液三相在气体射流的动能搅拌下，得到充分混合，反应的总速率进一步快速提升，特别是固相粒子比起块状固体，具有更大的比表面积，与气泡、熔池的接触更为良好，反应效率大为提高。在钢铁冶金的鱼雷罐铁水预处理、高炉炼铁、转炉炼钢、熔融还原炼铁，以及有色重金属铅锌铜镍锡等的熔池熔炼的工业实践中，将燃料、脱硫剂粉体、矿粉等喷吹入金属液熔池、渣液熔池构成了熔铁浴反应、熔渣浴反应，已经是相当成熟的单元操作，体现出速度和效率方面的极大优势。下面仅以钢铁冶金熔炼过程来详细阐述。钢铁工业有三个重要功能。首先是生产钢铁制品，这是为全社会所熟知的。还有两大功能往往并不为公众所知，那就是处理消纳社会和其他工业大宗固体废弃物的功能，以及因此而来的能源转化功能。这后两个功能是紧密相关的。德国、日本等国的钢铁工业，从1980年代开始，即有意识地处理社会固体废弃物，例如高炉喷吹废旧塑料代替喷煤，取得很好的效果，尽管高炉喷吹废旧塑料，并不是熔铁浴、熔渣浴的处理方式，但是已经具有了钢铁工业实现第二功能的雏形。至于第三功能，钢铁企业为周边的社区提供煤气、电力、供暖等，已经持续了数十年以上。这个阶段钢铁工业对废弃物的消纳处理，以及将煤炭能源以另外一种气体燃料、热蒸汽、热水、电力等方式提供给社会，其主要功能—生产钢铁产品，并没有被冲淡，也只是一种协同式发挥其环境功能。更为彻底的做法是：放弃钢铁的生产，只是利用钢铁冶金中比较成熟的熔铁浴、熔渣浴反应工艺和装备，借鉴其成熟的单元操作，用高效的双熔浴方式，将有机物固体废弃物高速喷吹进入熔浴中，并鼓入气化剂，进行彻底处理和转化，将其中碳氢元素转化为洁净合成燃气，而无机物大部分进入到渣中，实现减量化、无害化处置，合成气体既可以作为燃料气体，也可以通过适度变换其中的H/C比例，为下一步的化工合成提供合格原料气，由此将能够对人类环境状况、能源格局带来革命性的影响。熔铁浴、熔渣浴组成的双熔浴，用来作为触媒，处理高速喷入的有机物固相颗粒，在有氧气存在的情况下，进行有机物的气化，其主要优势在于：(1)碳氢化合物的超高温快速裂解：熔铁浴、熔渣浴的温度高达1400-1600℃，有机物接触后，特别是在浸没喷吹，被熔铁、熔渣包围的状态下，有机物分子在数十毫秒的时间内迅速裂解，裂解为碳一产物，碳原子溶解进入铁液，氢原子结合成氢气分子逸出熔浴。(2)溶解碳与氧的快速反应：氧气鼓入熔池，与铁生成FeO，FeO处于动态的分解-化合的平衡中，铁液中溶解有一定的[O]，溶解态的氧与碳的反应速度，比固体碳与空气中氧的反应速度快1-2个数量级，快生成CO气体逸出熔体，与氢气混合在一起成为合成燃气；(3)不产生复杂的有机物等中间产物：由于达到1400℃以上的超高温，有机物超高温裂解为单原子无机物或者双原子气体分子，没有任何复杂的有机物，也没有中间产物，例如比较致命的中间产物二噁英等，也没有焦油等有机物；(4)碳转化率很高：几乎没有残留的未分解有机物，碳原子转化率高达98-99％，几乎所有有机物转化为最简单的无机物——溶解碳或者一氧化碳气体以及氢气；(5)硫元素较为彻底的吸收：硫元素在被铁液吸收，成为FeS，在铁液中溶解度很高，铁浴对于硫的吸收相当迅速，合成气中硫含量极低，通过喷吹石灰、石灰石颗粒，使得硫从铁液中转移到高碱度渣中，以溶解在渣中的CaS形式脱除；(6)熔铁浴、熔渣浴充当了多重角色和作用：液态触媒、催化剂、分散剂、蓄热体、流动基体、温度热量缓冲体调节剂、碳溶液、氧溶解体、碳氧快速反应载体、铁液为硫吸收体、气体产物洗涤剂过滤机、气体产物净化剂、熔渣为无机物吸收体、高碱度渣为硫的最终吸收体、重密度液态密封体包裹，等等。与其他的处理有机废弃物的方式比较，熔铁浴的优势是显而易见的。简单比较如下：垃圾焚烧：从最终产物来说，垃圾焚烧只有热能，不产生任何气体化学产品。焚烧过程温度一般只有600-900℃，容易产生二噁英为代表的有毒有害的中间有机物，需要外加优质燃料提高其燃烧温度，燃烧过程不稳定，容易波动。燃烧温度远低于熔铁浴1400℃以上的超高温。焚烧过程有机物经常有残留，需要二次处理。塑料裂解：塑料如果自然降解，一般需要300-400年，而在熔铁浴炉中，0.1秒就能转化为洁净燃气。采用其他加热的方式热裂解，虽然能产出一些类似石油化工的烃类产物，但转化过程温度低，烟尘量很大，产生大量二次污染，残留物量大复杂，易滋生次生污染，同时转化率也较低。堆肥发酵等微生物降解：对于部分农业、林业、养殖业的废弃物，堆肥发酵产生沼气，是一种低成本的处理方式。但是生物发酵，受到比较多的不确定性因素影响，比如季节、温度，部分寒冷地区冬季无法产气，效率低、速度慢，不适合大规模转化。特别是畜禽粪便中的抗生素残留量很大，抗生物能够杀灭本来用来分解生物质的微生物，导致微生物降解丧失活性。而熔铁浴由于温度超高，反应速度不受任何自然环境影响，是大规模快速处理生物质以及能源转化的利器；等离子体超高温裂解：对于危废，现在普遍采用等离子体高温裂解的方法。等离子体高温裂解的温度确实实现了超高温，使得待处理危废得到较为彻底的裂解转化，但是缺陷也是明显的：一个是等离子体需要耗电，而熔铁浴本身是对外供能的，能源的一正一负，显示了其经济性的巨大差异。还有，等离子体枪昂贵而且功率很小，一个典型的熔铁浴炉，产出的热能其功率可以接近GW级别，而一个典型的等离子枪功率只有不到100KW级别，差了10000倍左右，无法成为主流的大宗固废处理方式。况且，等离子体枪虽然温度高，但其物料加热也是裸露在空气中，升温过程仍然有可能产生中间复杂有机物的毒害，而高温熔铁浴由于铁液、渣液的密闭包裹作用，气体冲出双熔浴后，必然几乎不含任何有机物成分。即使是在煤气化方面，熔铁浴也有很重要的优势。常规的煤气化，常常集中在固定床、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种双熔浴有机固废喷吹气化装置，用于将有机固体废物喷吹入熔铁浴(301)和浮于其上的熔渣浴(302)，进行超高温裂解并与气化剂作用产生出可燃合成气体，其特征在于，装置包括：/n气化炉(201)，所述气化炉(201)为密闭式结构，所述气化炉(201)侧壁至少安装有一支可喷吹固体颗粒且能浸没在熔渣浴(302)或熔铁浴(301)中的物料喷枪(7031)，以及一支安装在气化炉(201)上方的超音速射流喷枪(706)；/n液面调节炉(101)，所述液面调节炉(101)为密闭式结构，所述液面调节炉(101)的底部通过连通管(109)与气化炉(201)的底部相连通，所述液面调节炉(101)的上部开设有铁液注入槽(106)，所述铁液注入槽(106)连通设置有密封承压机构，所述液面调节炉(101)的底部开设有出铁口(107)；/n排渣换热竖炉(401)，所述排渣换热竖炉(401)与气化炉(201)上部相连通，承装自气化炉(201)中自行溢出的液态熔渣，并冷却液态熔渣至低温固相后排出。/n
【技术特征摘要】
1.一种双熔浴有机固废喷吹气化装置，用于将有机固体废物喷吹入熔铁浴(301)和浮于其上的熔渣浴(302)，进行超高温裂解并与气化剂作用产生出可燃合成气体，其特征在于，装置包括：
气化炉(201)，所述气化炉(201)为密闭式结构，所述气化炉(201)侧壁至少安装有一支可喷吹固体颗粒且能浸没在熔渣浴(302)或熔铁浴(301)中的物料喷枪(7031)，以及一支安装在气化炉(201)上方的超音速射流喷枪(706)；
液面调节炉(101)，所述液面调节炉(101)为密闭式结构，所述液面调节炉(101)的底部通过连通管(109)与气化炉(201)的底部相连通，所述液面调节炉(101)的上部开设有铁液注入槽(106)，所述铁液注入槽(106)连通设置有密封承压机构，所述液面调节炉(101)的底部开设有出铁口(107)；
排渣换热竖炉(401)，所述排渣换热竖炉(401)与气化炉(201)上部相连通，承装自气化炉(201)中自行溢出的液态熔渣，并冷却液态熔渣至低温固相后排出。
2.根据权利要求1所述的一种双熔浴有机固废喷吹气化装置，其特征在于：还包括有汽化冷却烟道(501)，所述汽化冷却烟道(501)与气化炉(201)上部相连通。
3.根据权利要求2所述的一种双熔浴有机固废喷吹气化装置，其特征在于：还包括有除尘及余热锅炉(502)，所述除尘及余热锅炉(502)的进气口与汽化冷却烟道(501)的出气口相连通。
4.根据权利要求2所述的一种双熔浴有机固废喷吹气化装置，其特征在于：所述汽化冷却烟道(501)位于气化炉(201)正上方具有一垂直段，且该垂直段的内径是气化炉(201)内径的1.3～2倍。
5.根据权利要求3所述的一种双熔浴有机固废喷吹气化装置，其特征在于：所述除尘及...
【专利技术属性】
技术研发人员：牛强，杨天钧，李敏，张建良，郭占成，庞建明，于国华，董洪标，李万胜，
申请(专利权)人：牛强，
类型：新型
国别省市：浙江;33
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