[发明专利]生物质与垃圾中可燃物转化为甲醇的工艺

摘要

生活垃圾经过分选，将不能再利用的可燃物与生物质原料混合，使混合原料中生物质占60％以上。原料自然干燥为含水20％以下。用变压吸附空分含氧70-95％的富氧气体作气化剂原料。用气化炉将生物质与垃圾中可燃物原料转化为粗合成气和灰渣。灰渣中的残炭从灰渣水池捞出后返回气化炉。降温后的粗合成气进入两个串联的固定床氧化钙颗粒过滤器，进行两级干法净化。压缩至5-10MPa，进入合成甲醇反应器。合成甲醇采用现有成熟的技术。

主权项

一、生物质与垃圾中可燃物气化方法本发明的技术特征为：生物质气化所经历的干燥热解、燃烧还原、气体重整几个步骤在同一气化炉中的两个不同的区间相对分开且连续进行，同时在整个气化过程中分三次在三个不同位置连续通入气化剂，总气化剂中氧的当量比为0.2‑0.35，一次气化剂、二次气化剂、三次气化剂占气化剂总氧量的百分比分别为：70‑80％、5‑20％、0‑15％。具体实施步骤为：1、气化原料生物质与垃圾中可燃物，要求含水量小于20％，，当量粒度小于20厘米，也就是晴天收集的原料基本不用再烘干，大部分原料不用破碎。原料中生物质的总量大于60％。2、原料进入气化炉，同时通入预热的一次气化剂(氧气或含氧量70％以上的富氧)，一次气化剂以1‑100米/秒的速度直接喷入原料层中，与原料和原料气化热解后的气态产物发生燃烧反应，一次气化剂喷嘴处气体燃烧产生2000℃以上的高温，热气体迅速使原料升温，由于原料的粒度比较大，热传递不是很快，原料颗粒内外温度差很大，在一次气化剂反应区，炉内平均温度为600‑900℃。原料快速干燥、气化热解，生成气态焦油、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氢、水蒸气和木炭(半焦)。3、原料经过一次气化剂反应生成的气态产物和木炭(半焦)在炉内并流，木炭移动速度小于气体速度，此时一次气化剂已经耗尽，没有氧气参与，热木炭只与水蒸气和二氧化碳反应，其分解速度大大降低，在气化炉内人为形成一个相对稳定、缓慢移动的木炭过滤层。其长度为0.3‑2米。一次气化剂反应生成的气态产物穿过较长一段木炭过滤层，再次与木炭发生还原反应与重整后，在木炭过滤层中部成为产品气出炉。4、预热的二次气化剂(氧气+水蒸气，比例为1∶0.5‑1.5)，以缓慢的速度(0.001‑1米/秒)给入气化炉中的木炭过滤层的中段，二次气化剂的给入方向、反应后气流方向与木炭移动方向垂直。二次气化剂与木炭反应为木炭层加热，使木炭过滤层中部产品气体出口附近的炭层温度维持在900℃‑1100℃，其反应产物气体成分主要是一氧化碳和氢，它与一次气化反应产生的气体产物在木炭层中混合流动，共同穿过一段木炭层，成为产品气出炉。5、三次气化剂(氧气+水蒸气，比例为1∶0.5‑3.5)，以缓慢的速度(0.001‑0.1米/秒)给入气化炉中的木炭过滤层的尾段，三次气化剂的给入方向、反应后气流方向与木炭移动方向相反。三次气化剂不预热，它穿过灰渣层，使灰渣冷却，形成固态渣。第三次气化反应使残存的木炭基本燃尽。气体产物是一氧化碳和氢，它也逆向穿过一段木炭过滤层，从木炭过滤层的中部经由产品气出口出炉。本发明气化炉内有两个反应区间：一个是一次气化剂氧气与入炉原料反应区间，在这里原料被燃烧反应产生的高温热气体快速加热，产生初步气化气体和热木炭，可以称之为炭化区；第二个反应区间是建立的红热的木炭过滤层，它的形成是在原料与一次气化剂反应后不断产生，在与第三次气化剂反应后炭质不断耗尽而灭失。红热的木炭既是反应剂又是焦油裂化催化剂，所有的产品气体都经过这个木炭过滤层过滤反应后出气化炉。二、一种生物质与垃圾中可燃物气化炉 它的构造特征是：炉体是一个水平放置的钢制长筒，断面是圆形。内衬耐火层，外层是夹套锅炉。锅炉外层是保温层。炉体一端连接一个钢制的进料圆筒，进料圆筒的内径与炉体内耐火层的内径相等或略小，一个由电机和减速机驱动的进料器，(它可以是螺旋式的，也可以是往复活塞式的)，与进料圆筒的另一端相联；炉体的另一端封闭，封闭面上设有一个有气封的玻璃观察孔；炉体中部向上开通是产品气出口；炉体中部对应产品气出口的下半圆的耐火层是微孔陶瓷的二次气化剂分布板，进料端的炉体内有2‑6个一次气化剂喷头，炉体封闭端有一个三次气化剂进气管。炉体中后部，向下开通为灰渣出口。灰渣出口管向下淹没在的灰渣水池的水面以下，灰渣水池一侧有一个倾斜角8°‑22°的捞渣螺旋。另一侧有捞炭装置。该气化炉的工作特征是：气化炉微正压操作。原料由进料器推动进入进料圆筒，被挤压形成一个密实的料柱，向气化炉内运动。进料圆筒内密实的料柱隔断气化炉与大气的联通。原料到达炉内耐火层位置时，已经预热的一次气化剂(氧气或含氧量70％以上的富氧)从周边不同方向高速喷向原料柱，与原料和气化热解后的气态产物发生剧烈的燃烧反应，喷嘴处产生2000℃以上的高温，热气体迅速使原料崩塌裂解，体积缩小，析出气态物，逐渐变质为半焦或木炭，在一次气化剂反应区，炉内平均温度达到600‑‑900℃。由于进料圆筒的料封作用，炉内的气体向气压较低的产品气出口方向流动；固态的木炭或半焦是受不断进入的固态原料的挤压推动运动的，也就是炉内固态物料都是进料器推动的，虽然原料经一次气化剂反应后体积不断缩小，但不断产生的木炭在相互推压下仍然充满炉腔，形成了运动速度比气体慢的木炭过滤层。一次气化剂反应生成的气态产物穿过较长一段木炭过滤层，再次与木炭发生还原反应与重整后，从木炭过滤层中段上部的产品气出口出炉。二次气化剂，通过微孔陶瓷分布板，以缓慢的速度向上给入气化炉中的木炭过滤层的中段下部，与木炭发生燃烧还原反应使木炭层加热，使产品气体出口附近的炭层温度维持在900℃‑1100℃。反应生成的气体在木炭层中与一次气化反应气体混合流动，共同穿过一段炭层，成为产品气出炉。第三次气化剂给入气化炉封闭端的观察孔中，由于灰渣出口管是水封的，三次气化剂穿过灰渣向木炭层移动。三次气化剂不预热，它冷却灰渣使其固态排出炉腔，落入灰渣水池的水中。灰渣由捞渣螺旋捞出，分离回收有用金属与钾盐后堆存。漂浮的残炭捞出返回气化炉。三、生物质与垃圾中可燃物转化为甲醇的工艺 本发明的工艺特征是：生活垃圾经过分选，分离出不可燃物、可回收利用的物质和不能再利用的可燃物。将垃圾中不能再利用的可燃物与另外收集的农林废弃物生物质原料混合，使混合原料中生物质占60％以上。原料自然干燥为含水20％以下。当量直径大于气化炉进料圆筒直径五分之一的大块物料需破碎。工艺中设有PSA富氧装置。用变压吸附空分含氧70‑95％的富氧气体作气化剂原料。在气化炉内将生物质与垃圾中可燃物原料转化为粗合成气和灰渣。灰渣回收金属和钾盐后堆存。灰渣中的残炭从灰渣水池捞出后返回气化炉。由于垃圾中含有部分聚烯烃材料，粗合成气气体成分的体积含量大致为：一氧化碳32‑38％，氢45‑60％，二氧化碳1‑5％，甲烷1‑2％，氮5‑10％，氧小于0.6％.氯化氢小于2％，硫化氢小于0.5％。一氧化碳与氢的比值接近2，适合合成甲醇。由于含有氯化氢，粗合成气腐蚀金属。高温更甚。出气化炉的粗合成气温度为950‑1100℃，它由内衬陶瓷的管道输送，进入搪瓷换热器与气化剂换热后，经由搪瓷常压锅炉，温度降至200℃‑300℃，再与水换热，降温为60‑100℃。降温后的粗合成气进入两个串联的固定床氧化钙颗粒过滤器，进行两级干法净化。固定床氧化钙颗粒过滤器共设置三台，其中两台串联工作，另一台离线更换失效的氧化钙颗粒。在氧化钙颗粒过滤器中，酸性气体硫化氢、氯化氢、二氧化碳直接与滤料发生化学反应而被去除。控制粗合成气的流速和在过滤器中的停留时间大于30‑60s，水分和其它杂质也被滤除。在线监测第一台氧化钙颗粒过滤器出口气体的质量，合成气中氯化氢含量稳定小于0.5×10‑6.净化效果可满足工艺要求。净化后的合成气经由气体压缩机，压缩至3‑10MPa，进入合成甲醇反应器。合成甲醇采用现有成熟的技术。使用铜锌催化剂。采用浆态床反应器。经过还原活化后的粉末状的铜锌催化剂分散在液态石蜡或其他惰性烃油中，催化剂固体含量5‑35％。合成气简单地鼓入反应器底部，控制反应压力3‑10MPa，反应温度220‑280℃，空速50‑5001/h.甲醇合成是强放热反应，利用浆态床反应器沉没在液体中的管式锅炉用水蒸气移去合成反应热，控制合成反应在近似恒温下进行。出浆态床反应器的产品气体中约85‑90％是甲醇蒸汽，只含少量的未反应合成气和惰性气体。它进入高压冷凝器后，液体进入低压冷凝稳定器，收集的液体就是燃料级无水甲醇。作为燃料无需再精制。不凝气体定期燃放。