一种分段式有机固废气化系统技术方案

本实用新型专利技术涉及有机固废利用技术领域，尤其是一种分段式有机固废气化系统，包括燃烧反应器、固废烘焙区、热解反应炉、氧化还原炉、旋风除尘器、焦油催化反应器、热管换热器、空气分离器和燃气后续净化与压缩单元；燃烧反应器烟气出口与热解反应炉外炉的烟气入口相连通，热解反应炉外炉的烟气出口与固废烘焙区烟气入口相连；热解反应炉内部中央为热解气化反应区、底部设有布风板、下方设有气体燃烧室；热解反应炉的上部侧壁通过燃气管道与氧化还原炉的顶部相连，氧化还原炉上部为喉口部、中部为碳床，氧化还原炉下部设有炭仓；氧化还原炉炉体中部通过管道依次与旋风除尘器、焦油催化反应器、热管换热器、燃气后续净化与压缩单元、燃气储罐相连通。

【技术实现步骤摘要】
一种分段式有机固废气化系统
本技术涉及有机固废清洁利用
，具体领域为一种分段式有机固废气化系统。
技术介绍
(一)有机固废综合利用固废分为有机固废和无机固废。有机固废是含碳元素的固废，广泛存在于生活、生产周围，最具有能源化应用的价值。其又分为绿色有机固废和危险有机固废，前者指未受到任何污染的有机固废，大多是一些生物质废物，如畜禽粪便、木材工业的副产品、来自市政污水处理厂的没有污染的新鲜污泥、食品生产过程中的废物等；后者指含有害物质对环境有污染的有机固废，如化工厂污水处理后污泥、医疗固废、工业废渣、塑料垃圾等。无机固废是不含碳元素的无机盐等固废。常规处理技术有焚烧与填埋两种方式，填埋需要占用大量土地，资源化水平极低，含有各种有毒有害物质，侵蚀、渗漏、污染地下水环境，以水土恶化、国土侵占、资源浪费为重大代价，形成不可逆的大范围生态系统长期污染，引发渗滤液、病原菌、恶性气体、重金属等问题，另外还存在因自生沼气导气困难而导致燃气爆炸等安全隐患。焚烧是有机固废处置中减量缩容效果较好的处置方案，我国一般采用循环流化床技术，该技术具有强烈的湍流、较长的气体停留、均匀的温度分布、能在相对较低的温度和较少的过剩空气下进行高效率的焚烧等特点，但废物需破碎及炉内压力损失较大造成动力消耗大。热解是利用有机固废的热不稳定性，在无氧或缺氧条件下热分解成小分子的过程。完整的工艺过程分3个阶段：干燥、热解、气化。最终的产物是高品质的可燃热解气(CH4、CO、CO2、H2等)及少量焦油和焦炭。以污泥为例，干燥阶段温度达到350～400℃，完成污泥中水分的蒸发；热解阶段温度达到570～770℃，完成高分子有机物裂解；气化阶段温度高于770℃，固态碳和液态有机物转变成稳定的气态氢、碳的氧化物、碳酸和CH4。除在系统启动时需要外加能源输入外，热值高的有机固废的热解工艺完全可以实现整个系统的能量自给。系统在稳定运行时，能量消耗小于能量产出，即实现能量平衡并富裕；热值低湿度大的有机固废，需要系统持续外加输入能量以支持热解工艺。(二)有机固废气化脱焦焦油问题是影响有机固废热解气化技术发展的瓶颈问题。焦油泛指存在的所有有机成分，包括气态烃类(C1-C4)和苯类化合物。焦油的存在不仅危害环境和人类健康，也对气化系统造成影响，降低原料气化效率，堵塞和腐蚀系统管道，影响后续产品的使用。热解焦油的成分非常复杂，并且随着原料和气化过程的变化，它的组成也会发生变化。根据其化学、冷凝和溶解性，将焦油成分划分为以下五类：焦油的去除与转化方法：(1)物理法物理法主要包含过滤、水洗、旋风除尘和静电除尘等方法，这些方法都是通过捕集固相和液相颗粒物质，从而去除产品气中的焦油和杂质。物理法的焦油去除率较高，但是其运行成本高，并且直接脱除焦油也会同时降低系统能量转化率，造成资源的浪费。(2)非催化法非催化法主要是指热裂解法，它是将焦油加热到高温后气化生成轻质气体，从而达到转化焦油的目的。该方法对焦油的去除率偏低，为了提高焦油去除效率，只有两个途径，一是增加含焦油气体在高温区的停留时间，二是继续提高反应温度。热裂解法去除焦油的最佳反应条件为1250℃，停留时间0.5秒。热裂解法需要提供的高温限制了其在实际工艺中的应用，虽然人们做了很多的尝试，但是发现其不但操作成本高，而且转化效率低下。(3)催化法物理法中利用水洗和过滤等方法只是简单的将焦油从气体中分离出来，不但浪费了焦油这部分能量，还会造成相应的环境污染问题；而非催化的热裂解法可以将这部分焦油变成小分子的不凝性气体，但却需要1000℃-1200℃甚至更高的温度，在实际工艺中很难实现。焦油催化转化技术在近年来引起了研究者们的广泛关注。该方法利用催化剂降低了焦油裂解反应活化能和反应温度，将焦油转化为轻质气体后与燃气一起使用，提高了气化效率，同时免去了焦油的收集和处理，解决了环境污染问题。下面是萘在催化裂解中发生的反应。从反应式可以发现，催化裂解可以降低积碳反应，同时还能增加产气量、优化气体成分。催化过程可能的机理为：产气中的焦油物质被吸附到催化剂的活性位点上，发生催化及表面脱氢反应；而产气中的水也被吸附发生了羟基化反应，进而氧化烃类物质；炭则转化为CO与H2。C10H8+10H2O→2CO+4CO2+6H2+4CH4C10H8+20H2O→10CO2+24h2C10H8+10H2O→10CO+14H2在筛选使用焦油转化催化剂时，要满足以下几个要求：催化活性好，不易失活或失活后易再生，成本低。研究中常用的催化剂包括白云石、镍基催化剂、碱金属催化剂、生物质炭(半焦)等。生物质炭可用于原位催化或下游的焦油处理过程，有潜力成为一种低成本的替代性催化剂，在工艺和经济性方面引起了研究者们的广泛关注。改善系统结构或反应条件以减少焦油生成：近年来，实验室规模的可燃固体废弃物气化研究主要集中在如何降低焦油浓度及提髙可燃气品质上，主要方法包括：①改进气化操作条件；②调节气化剂组分；③将可燃固废与其他燃料共同气化；④添加催化剂提质；⑤采用分段式气化及其他新型气化工艺。气化操作条件包括温度、氧气燃料比及停留时间等，提高气化温度是最常用的改进方法，可通过调节氧气燃料比实现。氧气燃料比越髙，气化温度越髙，越多的燃料可被转化利用，但同时也意味着更多可燃气参与燃烧反应，对可燃气热值造成一定影响。气化剂对产气热值和气体组分有显著影响，可燃固废气化可根据下游工艺所需可燃气品质要求及气化成本等决定选取何种气化剂。近年来，采用富氧气化及添加水蒸气方式提升产气品质成为国内外学者研究的重点。气化过程中焦炭及大分子焦油的生成与燃料的结构和组分有紧密联系。因此，通过多种燃料与可燃固体废弃物的共同气化成为改善产气品质、控制焦油产量的可行手段。目前，进行共气化研究较多的主要为塑料类废弃物与煤、木料的共气化及污泥垃圾与木屑废弃物的共气化研究。催化剂可以催化裂解焦油，改善产气组分。气化过程中催化剂的制备和研发应遵循以下几点基本原则：①催化剂必须有利于焦油的脱除，②制气为目的的气化系统中，催化剂必须有利于合成可燃气的生成，③催化剂可提供下游燃气应用工艺所需的气体组分比例，④催化剂对积碳和结渣具有一定的抵抗性，⑤催化剂可再生及循环使用，⑥催化剂具有一定强度且价格便宜。分段式气化反应器可将气化过程分为不同的热化学反应区域并分别控制反应条件，实现热解及气化过程的耦合优化，达到制取高热值可燃气及脱除焦油的目的。除此之外，髙温等离子体气化等新型气化工艺的研究也成为国内外固体废弃物气化技术的研究热点。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种分段式有机固废气化系统。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种分段式有机固废气化系统，包括燃烧反应器、固废烘焙区、热解反应炉、氧化还原炉、旋风除尘器、焦油催化反应器、热管换热器、空气分离器和燃气后续净化与压缩单元；所述燃烧反应器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分段式有机固废气化系统，其特征在于：包括燃烧反应器(1)、固废烘焙区(2)、热解反应炉(3)、氧化还原炉(4)、旋风除尘器(7)、焦油催化反应器(8)、热管换热器(9)、空气分离器(10)和燃气后续净化与压缩单元(11)；/n所述燃烧反应器(1)的烟气出口与所述热解反应炉(3)的外炉的烟气入口相连通，所述热解反应炉(3)的外炉的烟气出口与所述固废烘焙区(2)的烟气入口相连；/n所述热解反应炉(3)的上方由上至下依次设有进料口(31)和暂存区(33)，所述热解反应炉(3)内的顶部设有均料板(34)，所述热解反应炉(3)内部中央为热解气化反应区(35)，所述热解反应炉(3)的底部设有布风板(37)，所述热解反应炉(3)的下方设有气体燃烧室(38)；/n所述热解反应炉(3)的上部侧壁通过燃气管道(39)与氧化还原炉(4)的顶部相连，所述氧化还原炉(4)的上部为喉口部(41)、中部为碳床(42)，所述氧化还原炉(4)的下部设有炭仓(43)；所述氧化还原炉(4)的炉体中部通过管道依次与旋风除尘器(7)、焦油催化反应器(8)、热管换热器(9)、燃气后续净化与压缩单元(11)、燃气储罐(12)相连通；/n所述热管换热器(9)上还设有富氧空气入口和富氧空气出口，依次与空气分离器(10)和风机(13)相连；所述热管换热器(9)的富氧空气出口与所述喉口部(41)相连。/n...

【技术特征摘要】
1.一种分段式有机固废气化系统，其特征在于：包括燃烧反应器(1)、固废烘焙区(2)、热解反应炉(3)、氧化还原炉(4)、旋风除尘器(7)、焦油催化反应器(8)、热管换热器(9)、空气分离器(10)和燃气后续净化与压缩单元(11)；
所述燃烧反应器(1)的烟气出口与所述热解反应炉(3)的外炉的烟气入口相连通，所述热解反应炉(3)的外炉的烟气出口与所述固废烘焙区(2)的烟气入口相连；
所述热解反应炉(3)的上方由上至下依次设有进料口(31)和暂存区(33)，所述热解反应炉(3)内的顶部设有均料板(34)，所述热解反应炉(3)内部中央为热解气化反应区(35)，所述热解反应炉(3)的底部设有布风板(37)，所述热解反应炉(3)的下方设有气体燃烧室(38)；
所述热解反应炉(3)的上部侧壁通过燃气管道(39)与氧化还原炉(4)的顶部相连，所述氧化还原炉(4)的上部为喉口部(41)、中部为碳床(42)，所述氧化还原炉(4)的下部设有炭仓(43)；所述氧化还原炉(4)的炉体中部通过管道依次与旋风除尘器(7)、焦油催化反应器(8)、热管换热器(9)、燃气后续净化与压缩单元(11)、燃气储罐(12)相连通；
所述热管换热器(9)上还设有富氧空气入口和富氧空气出口，依次与空气分离器(10)和风机(13)相连；所述热管换热器(9)的富氧空气出口与所述喉口部(41)相连。


2.根据权利要求1所述的分段式有机固废气化系统，其特征在于：所述进料口(31)和暂存区(33)之间设有活动门(32)。


3.根据权利要求1所述的分段式有机固废气化系统，其特征在于：所述热解反应炉(...

【专利技术属性】
技术研发人员：职圣杰，赵金，曲守信，代旭东，白云淼，
申请(专利权)人：江苏中顺节能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32