固定床气化装置及包括其的处理系统，废弃物处理方法

固定床气化装置及包括其的处理系统，废弃物处理方法
【专利摘要】本发明公开固定床气化装置及包括其的废弃物的处理系统，废弃物处理方法。固定床气化装置，包括一气化腔体，一废弃物入口、一固液体出口、一第一气体入口、一气体出口、至少一第二气体入口；废弃物入口设在所述的气化腔体顶部，并与气化腔体内部连通；固液体出口设在气化腔体底部并与气化腔体内部连通，固液体出口为固液体出料口；第一气体入口设在气化腔体下部并与气化腔体连通，第二气体入口设在气化腔体的中部；气体出口设在气化腔体上方并与气化腔体内部连通，所述的气体出口为合成气出气口。使用本发明固定床气化装置处理有机废弃物高效环保，出口合成气中不含有焦油。
【专利说明】固定床气化装置及包括其的处理系统，废弃物处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及固定床气化装置及包括其的废弃物的处理系统、废弃物处理方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着经济和社会的快速发展，我国每年产生大量的有机废弃物亟待处理。含有机质的固体废弃物种类繁多，常见的有:城市垃圾、医疗和制药废物、污染的土壤、工业固废和农业废弃物等。有机废弃物的成分十分复杂，极易腐化，散发恶臭，常含有病原菌及寄生虫等，同时还有镉、汞、铬、铅等重金属，以及多环芳烃、农药、有机氯等持久性有机污染物，处理不当容易造成严重的环境污染。
[0003]随着全球性生态问题的日益严峻，有机废弃物的减量化、无害化和资源化发展趋势已成为普遍的共识和新的研究热点问题。目前我国现有的有机废弃物处理方法主要有填埋、堆肥农用和焚烧等。填埋时易污染地下水环境、排放大量甲烷等温室气体。堆肥农用则存在着重金属等有害成分对土壤的污染问题。通过焚烧处理可以迅速和较大程度地达到减量化，又利用了有机质的热能；但是，焚烧时会排放S02和NOx等污染物，而且还会产生二噁英等有机污染物。热解和气化技术(JP20010127739，CN201120341172.7,CN201120552371.2)克服了焚烧法的缺点，该技术可以将废弃物中的有机物转化为燃料气、油等，同时其气氛保持为无氧或还原状态，不会产生S02、N0x和二噁英等。
[0004]由于有机废弃物形状不规则，制浆、制粉难度较大，因此采用气流床和流化床气化技术需要复杂的预处理过程，难以有较好的经济效益。固定床气化炉具有进料简单、投资小和操作简单的优点，适合于处理有机废弃物。但是常规的固定床气化炉内部温度梯度较大，其自下而上可简单分为:灰渣层、燃烧层、气化层和干燥层。这样在处理含有重金属铬的皮革废弃物时，铬在燃烧层的高温氧化环境下转化为剧毒的六价铬，然后经灰渣层排出，污染严重。同时，出口合成气中含有焦油等，还会产生难以处理的含酚废水，污染严重。因此，要想将固定床气化技术用于有机废弃物气化，必须对气化工艺和固定床气化炉的结构做出改进。

【发明内容】

[0005]本发明为了要解决的技术问题是为了克服现有技术中的有机废弃物处理方法大多采用简单焚烧处理，废气废渣中的二噁英和可浸出重金属等有害物质的排放含量难以达标；少数使用固定床设备处理有机物废弃物，但出口合成气中含有焦油，灰渣中含有大量有毒的六价铬，产生难以处理的含酚废水，对环境污染严重的问题，提供高效环保的固定床气化装置及包括其的废弃物处理系统、废弃物处理方法。
[0006] 本发明提供一种固定床气化装置，其包括一气化腔体，一废弃物入口、一固液体出口、一第一气体入口、一气体出口、至少一第二气体入口 ；所述的废弃物入口设在所述的气化腔体顶部，并与气化腔体内部连通；所述的固液体出口设在气化腔体底部并与气化腔体内部连通，所述的固液体出口为固液体出料口 ；所述的第一气体入口设在气化腔体下部并与气化腔体连通，所述的第二气体入口设在气化腔体的中部；所述的第二气体入口与所述的第一气体入口之间的垂直距离，和所述的气化腔体高度比值为0.4-0.8 ;所述的气体出口设在气化腔体上方并与气化腔体内部连通，所述的气体出口为合成气出气口。
[0007]本发明中，较佳地，所述的第二气体入口的个数为2个或2个以上的时候，若干所述的第二气体入口等角度均匀分布在所述的气化腔体中部的同一水平面上。
[0008]本发明中，较佳地，所述的第二气体入口与所述的第一气体入口之间的垂直距离，和所述的气化腔体高度比值为0.5-0.6。
[0009]较佳地，所述的废弃物入口设有一分布器。需要处理的有机废弃物通过分布器均匀落入所述的气化腔体内，保证与氧气充分接触。
[0010] 较佳地，所述的气化腔体的内壁设置一水冷夹套装置进行保温，以免温度过高被损坏。所述的水冷夹套装置为本领域常规的用于固定床气化装置内部的装置。
[0011]较佳地，所述的气化腔体下部还内设一炉箅，且所述的炉箅位于所述的第一气体入口上方。炉箅能更好地将第一气体入口通入的气体导入到气化腔体内，以及有利于将固废渣均匀排出。所述的炉箅较佳地使用水冷夹套装置进行保温，以免温度过高被损坏。
[0012]本发明还提供一种废弃物的处理系统，包括一废弃物预处理器、至少一锁斗、一如上所述的固定床气化装置、一换热器、一除尘装置、一脱硫净化装置；所述的废弃物预处理器、锁斗和废弃物入口依次连接；所述的气体出口与所述的换热器、所述的除尘设备和所述的脱硫净化设备依次连接。
[0013]较佳地,所述的废弃物处理系统还包括一灰斗、所述的灰斗与所述的固液体出口连接。
[0014]本发明还提供一种废弃物处理方法，其包括如下步骤:
[0015]将预处理后的废弃物进料至所述的固定床气化装置，与所述的含有氧气的混合气体混合，进行无焰氧化反应，得合成气和固废渣；其中，所述的含有氧气的混合气体满足氧气体积百分比不超过15%。
[0016]本发明中，所述的废弃物为本领域常规的气化反应处理的有机物废弃物，一般为制革固体废弃物和医疗废弃物等高热值的块状固体废弃物，特别是含有重金属和持久性有机污染物等的有机废弃物使用本发明方法处理效果更佳。所述的有机废弃物较佳地为制革碎料、医用脱脂棉、纱布、口罩、乳胶制品、药品和聚丙烯材料制品中的一种或多种。
[0017]本发明中，所述的含有氧气的混合气体一般可以为充入氮气、水蒸气或二氧化碳等的氧气含量低的空气。所述的混合气体较佳地为烟气、蒸汽和二氧化碳中的一种或多种与氧气混合的混合气体。烟气、蒸汽或二氧化碳还可以参与固定床气化装置中的气化反应，生产氢气和一氧化碳，可以提高终产品合成气有效成分的含量。
[0018]本发明中，较佳地，所述的第一气体入口中进入的混合气体中氧气量与所述的第二气体入口中进入的混合气体中的氧气总量的比值为3:1-10:1，较佳地为4:1-6:1。
[0019]本发明中，较佳地，所述的氧气中的氧原子与废弃物中碳原子摩尔量比为1:1。
[0020]较佳地，所述的气化腔体中的表观气速小于I米/秒。
[0021]较佳地，所述的气化腔体内部的反应温度较佳地为≥900°C，更佳地为≥10000C ；所述的气化腔体内部的工作压力较佳地小于2Mpa。
[0022]本发明中，所述的无焰氧化反应为本领域常规反应，一般要实现无焰氧化反应，燃料和氧气在接触反应之前必须满足:反应物温度或炉膛温度大于800摄氏度，炉膛中氧浓度一般不高于15%。所述的无焰氧化反应的温度较佳地为≥900°C，更佳地为≥10000C ;所述的无焰氧化反应的压力较佳地为小于2Mpa。
[0023]较佳地，所述的合成气从所述的气体出口出气后与所述的含有氧气的混合气体进行换热、除尘、脱硫净化后出料。所述的换热、除尘和脱硫净化均为本领域常规操作，分别在本领域常规的换热装置、除尘装置和脱硫净化装置中进行。
[0024]较佳地，所述的含有氧气的混合气体经过预热后进入所述的固定床气化装置。
[0025]较佳地，所述的废弃物处理方法使用如上所述的废弃物处理系统来处理废弃物。
[0026]在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
[0027]本发明所用试剂和原料均市售可得。
[0028]本发明的积极进步效果在于:
[0029]1、本发明实现了无焰氧化气化与分级给氧结合的方法，在固定床气化装置内处理有机废弃物。上述完全新的固定床气化装置和有机物处理方法去除了传统气化方法和气化炉中的一直难以去除的高温氧化燃烧层，阻止了有机物中的铬在燃烧层转化为剧毒的六价铬，大幅降低了排除物污染程度，而且整个过程不会产生焦油，非常适合于既环保又高效地处理大量复杂的有机废弃物。
[0030]2、本发明方法使有机废弃物在无焰高温和还原性气氛下进行反应，不会生成S02、NOx和二噁英等污染物，气化炉内温度分布均匀，不会生成难处理的焦油和含酚废水，洁净环保。一般还原性气氛中的气体为一氧化碳、氢气、甲烧、氮气和二氧化碳等。
[0031]3、本发明的利用特定设备和工艺处理系统可对有机废物进行无害化处理和资源化利用，并且无需将有机弃物制浆或制粉等预先处理，整个系统适用范围广，可连续操作和大规模生产，产物为洁净的合成气(主要成分为CO和H2，可用于制取燃气，生产合成氨、甲醇等化学品和发电等)，为有机废弃物的高效、环保、资源化利用探索一条新的途径，具有显著的经济和环境效益，符合我国发展循环经济和生态工业的需求。
【专利附图】

【附图说明】
[0032]图1为本发明一较佳实施例的固定床设备结构示意图。
[0033]图2为本发明一较佳实施例的工艺流程示意图。
【具体实施方式】
[0034]下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
[0035]实施例1
[0036]在我国制革工业的快速发展和繁荣的背后，由于产业形态和加工方式所致，却加重了对环境的污染，很多制革聚集区域显现出严重的重金属铬污染。皮革碎料为皮革上切割下来的边角料，干基热值约13.7MJ/kg。以日处理百吨制革废弃物规模为例，进料为皮革碎料，其成分如表1所示。符号含义:水分(M)、灰分(A)、挥发分(V)和固定碳(Fe)。收到基(ar):样品的状态为收到该批样品所处的状态。干燥基(d):样品所处的状态为无水分状态。氧化剂为纯氧。
[0037]表1皮革碎料成分分析
【权利要求】
1.一种固定床气化装置，其包括一气化腔体，一废弃物入口、一固液体出口、一第一气体入口、一气体出口、至少一第二气体入口 ；所述的废弃物入口设在所述的气化腔体顶部，并与气化腔体内部连通；所述的固液体出口设在气化腔体底部并与气化腔体内部连通，所述的固液体出口为固液体出料口 ；所述的第一气体入口设在气化腔体下部并与气化腔体连通，所述的第二气体入口设在气化腔体的中部；所述的第二气体入口与所述的第一气体入口之间的垂直距离，和所述的气化腔体高度比值为0.4-0.8 ;所述的气体出口设在气化腔体上方并与气化腔体内部连通，所述的气体出口为合成气出气口。
2.如权利要求1所述的固定床气化装置，其特征在于，所述的第二气体入口的个数为2个或2个以上的时候，若干所述的第二气体入口等角度均匀分布在所述的气化腔体中部的同一水平面上。
3.如权利要求1所述的固定床气化装置，其特征在于，所述的第二气体入口与所述的第一气体入口之间的垂直距离，和所述的气化腔体高度比值为0.5-0.6。
4.如权利要求1所述的固定床气化装置，其特征在于，所述的废弃物入口设有一分布器； 和/或，所述的气化腔体的内壁设置一水冷夹套装置； 和/或，所述的气化腔体下部还内设一炉箅，且所述的炉箅位于所述的第一气体入口上方。
5.一种废弃物的处理系统，其特征在于，包括一废弃物预处理器、至少一锁斗、一如权利要求1-4任一项所述的固定床气化装置、一换热器、一除尘装置、一脱硫净化装置；所述的废弃物预处理器、锁斗和废弃物入口依次连接；所述的气体出口与所述的换热器、所述的除尘设备和所述的脱硫净化设备依次连接。
6.如权利要求5所述的处理系统，其特征在于，所述的废弃物处理系统还包括一灰斗，所述的灰斗与所述的固液体出口连接。
7.一种废弃物处理方法，其包括如下步骤: 将预处理后的废弃物进料至如权利要求1-4任一项所述的固定床气化装置，与含有氧气的混合气体混合，进行无焰氧化反应，得合成气和固废渣；其中，所述的含有氧气的混合气体满足氧气体积百分比不超过15%。
8.如权利要求7所述的处理方法，其特征在于，所述的处理方法使用如权利要求5或6所述的废弃物处理系统来处理废弃物。
9.如权利要求7或8所述的处理方法，其特征在于，所述的有机废弃物为制革碎料、医用脱脂棉、纱布、口罩、乳胶制品、药品和聚丙烯材料制品中的一种或多种。
10.如权利要求7或8所述的处理方法，其特征在于，所述的含有氧气的混合气体为烟气、蒸汽和二氧化碳中的一种或多种与氧气混合的混合气体； 和/或，所述的第一气体入口中进入的混合气体中氧气量与所述的第二气体入口中进入的混合气体中的氧气总量的比值为3:1-10:1，较佳地为4:1-6:1; 和/或，所述的氧气中的氧原子与所述的有机废弃物中碳原子摩尔量比为1:1 ; 和/或，所述的气化腔体中的表观气速小于I米/秒； 和/或，所述的气化腔体内部的反应温度为≥900°C，较佳地为≥1000℃;所述的气化腔体内部的工作压力小于2Mpa ；和/或，所述的 合成气从所述的气体出口出气后与所述的含有氧气的混合气体进行换热、除尘、脱硫净化后出料。
【文档编号】C10J3/72GK103881757SQ201410150775
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月15日 优先权日:2014年4月15日
【发明者】李伟锋, 赵辉, 刘海峰, 王辅臣, 于广锁, 龚欣, 王亦飞, 许建良, 梁钦锋, 周志杰, 代正华, 陈雪莉, 郭晓镭, 王兴军, 郭庆华, 刘霞, 陆海峰, 李超, 龚岩, 王立 申请人:华东理工大学, 上海熠能燃气科技有限公司