一种生物质废弃物液化-气化处理方法及气化装置与流程

本发明涉及一种废弃处无害化处理技术，尤其是一种生物质废弃物的无害化处理技术，具体地说是一种生物质废弃物液化-气化处理方法及气化装置。

背景技术：

目前的固体废弃物气化装置通常以块状颗粒态物料进料形式，如将生活垃圾、污泥、秸秆等制备成RDF颗粒物料，采用固定床、流化床等气化炉进行气化处理。由于是采用块状颗粒物料，导致物料在气化炉内的停留时间较长，而且易于出现物料在炉内堵塞等问题，限制了气化装置气化处理强度的提高，使气化设备的投资成本与运行成本难以有效降低，成为气化工艺中亟待解决的关键性问题。

通过在缺氧条件下的热化学反应，可以将固体有机废弃物转化为以氢气、一氧化碳、甲烷、二氧化碳等小分子为主的气态组分，从而为气态产物的进一步清洁化利用提供了有利条件，因此生物质气化技术成为固体有机废弃物处理行业中的一个重要发展方向。

据申请人所知，目前尚无一种行之有效的生物质气化技术可供使用。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的生物质气化处理存在工艺复杂，处理过程中易堵塞导致生交效率不高，处理成本高的问题，发明一种生物质废弃物液化-气化处理方法及气化装置。

本发明的技术方案是：

一种生物质废弃物液化-气化处理方法，首先将固态废弃物通过低温冷冻处理提高其物理脆性及破碎性能，并在低温下进行粉碎，这样可以获得粉碎后的粉状物料，在此基础上通过添加辅料形成具有良好流动性、表面张力适中、易于与气化剂混合雾化、液固相颗粒微小的液化浆料，由于液化浆料中的可气化物质尺寸很微小，这样就为大幅度提高气化炉的气化强度提供了基本条件；然后将该液化浆料与气化剂混合后喷射雾化并进入气化炉，在气化炉中设置有电加热载体流道段，通过调节电加热载体的表面温度，可直接准确控制气化物料的反应温度，此外该气化炉具有旋风流态结构，一方面可加强气流扰动促进传热反应，另一方面具有自排灰功能提高了气化炉的稳定运行性能。通过采用本发明的气化工艺，不仅能提高对不同物料的气化处理适应能力，而且可大大提高气化强度以及产气率。具体包括以下步骤：

（1）首先，将废弃物置于低温处理环境中进行超低温冷冻处理；既可以采用直接混合式冷冻，也可以采用间壁式冷冻；

（2）其次，将经过冷冻的废弃物进行低温球磨破碎，将废弃物转化为粒径小于1mm的粉状物料；

（3）第三，对球磨后的物料进行筛分，将球磨料回收，并将大块的惰性杂质从粉状物料中分离出来外运；

（4）将粉状物料与辅料进行混合搅拌，辅料由水、焦油、T型分子筛、壳聚糖和柠檬酸组成，粉状物料与辅料各组份的重量比例范围为：粉状物料（1）、水（0.5～2）、焦油（0.01～0.3）、T型分子筛（0.01～0.05）、壳聚糖（0.01～0.05）、柠檬酸（0.01～0.03），在30～60℃范围中控温搅拌5～30min，形成均质液化浆料；

（5）将液化浆料在控温30～60℃中采用高压泵进行增压输送到雾化器中，使输送压力达到3MPa以上；

（6）在雾化器中，加压的液化浆料与气化剂（如压缩空气、纯氧、富氧空气、二氧化碳等）在喷嘴内混合后雾化喷射到雾化室中，形成粒径小于5μm的均匀分布气雾流切向进入气化装置；

（7）气化装置为旋风式筒锥结构，入口为切向入口，在与入口连接的圆筒段中设置环形电加热载体流道；雾化后的液化浆料切向流入气化装置的圆筒入口并形成旋转流态，旋转气雾流首先流经环形的电加热载体流道，气流在电加热载体中的流动时间控制在0.1～5s中；电加热载体可以是间断或连续工作，可以在点火启动、负荷增减或稳定负荷工况中工作；气流流出电加热载体后，继续以涡旋流态依次流经圆筒段和锥形管段，将灰分和焦油组分依靠离心力作用甩到壁面上并滑落到料斗中；之后气流以内涡旋方式由下向上流动并通过出气管流出。

所述的冷冻温度在-30℃～-80℃，冷冻时间5～30min。

冷冻介质为液氮、液氧、液化天然气或低温工质，

所述的低温球磨破碎时使用的球磨料是球形或圆柱形的耐磨金属材料或陶瓷、刚玉类耐磨非金属材料；球磨料粒径在10～100mm之间，具有三种以上不同粒径的级配，球磨料装填量与废弃物之比在0.1～5之间，在-30℃～-80℃下球磨5～30min。

所述的电加热载体是由金属丝网或金属箔片形成的流道；金属丝网可以是规则编织型或无规则缠绕式，金属箔片可以是蜂窝结构或层状结构；金属丝网或金属箔片通电后产生高温，通过调节电源电压或频率改变加热功率，使电加热载体的温度达到300～800℃中的设定值。

所述的气化装置内温度控制在650～1200℃。

所述的废弃物为含水率小于70%的生活垃圾、污泥、秸秆、稻壳、锯木屑、禽畜粪便、橡胶轮胎、电子线路板等固体有机废弃物。

本发明的技术方案是：

一种生物质废弃物液化-气化用气化装置，其特征是它包括气化炉炉体，在气化炉炉体的上部设有电加热载体流道段，经雾化增压后的气体从切向进入电加热载体流道段，电加热载体流道段的下部连接有等直径的圆筒体，圆筒体的下部连接有锥形管，锥形管的下部连接有料斗，气化炉炉体的上部安装有一端伸入电加热载体流道段中的出气管，气流流出电加热载体后，继续以涡旋流态依次流经圆筒段和锥形管段，将灰分和焦油组分依靠离心力作用甩到壁面上并滑落到料斗中；之后气流以内涡旋方式由下向上流动并通过出气管流出。

本发明的有益效果：

1.本发明不仅能提高对不同物料的气化处理适应能力，而且可大大提高气化强度以及产气率。采用本发明技术可将气化强度提高到2000kg/m².h以上，产气率大于3.5Nm³/kg，焦油含量小于1g/Nm³。

2.本发明由于采取了前级液化均质处理方法，因此可适用于对生活垃圾、污泥、农林废弃物、禽畜粪便、橡胶轮胎、电子线路板等不同来源有机废弃物的单独或不同比例混合处理，极大地拓宽了气化装置的处理原料对象。

3.本发明技术可以实现对不同工作参数气化工况的快速切换，能够根据生产要求产生不同热值（4～30MJ/Nm³）、不同氢气含量（5%～50%）生物质气体，从而拓宽了气化装置的生物质气体产品类别。

4.本发明技术由于采取了环形电加热载体，实现了气化过程的快速点火功能，可以在5分钟内使气化装置从冷态快速过渡到正常产生生物质气体工作阶段，并能在8分钟内完成停炉，大大缩短了启炉与停炉阶段时间，进而减少了在启炉与停炉阶段中的废气排放。

附图说明

图1是本发明相关的工艺流程及气化装置的结构示意图。

图2是本发明的气化装置入口与环形电加热载体段的连接结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一。

如图1-2所示。

一种生物质废弃物液化-气化处理方法，首先将固态废弃物通过低温冷冻处理提高其物理脆性及破碎性能，并在低温下进行粉碎，这样可以获得粉碎后的粉状物料，在此基础上通过添加辅料形成具有良好流动性、表面张力适中、易于与气化剂（空气、纯氧、富氧空气、二氧化碳等）混合雾化、液固相颗粒微小的液化浆料，由于液化浆料中的可气化物质尺寸很微小，这样就为大幅度提高气化炉的气化强度提供了基本条件；然后将该液化浆料与气化剂混合后喷射雾化并进入气化炉，如图1，在气化炉中设置有电加热载体流道段，通过调节电加热载体的表面温度，可直接准确控制气化物料的反应温度，此外该气化炉具有旋风流态结构，一方面可加强气流扰动促进传热反应，另一方面具有自排灰功能提高了气化炉的稳定运行性能。通过采用本发明的气化方法，不仅能提高对不同物料的气化处理适应能力，而且可大大提高气化强度（大于2000kg/m².h）以及产气率（大于3.5Nm³/kg）。具体步骤如下：

（1）废弃物首先在低温处理环节中进行超低温冷冻，冷冻温度在-30℃～-80℃，冷冻时间5～30min，冷冻介质可以是液氮、液氧、液化天然气、低温工质等，可以直接混合式冷冻，也可以间壁式冷冻。

（2）废弃物经过冷冻后，进行低温球磨破碎，球磨料是球形或圆柱形的耐磨金属材料或陶瓷、刚玉等耐磨非金属材料。球磨料粒径在10～100mm之间，具有三种以上不同粒径的级配（如10、50、100mm三种粒径均匀配置或其它粒径不均匀配置），球磨料装填量与废弃物之比在0.1～5之间，在-30℃～-80℃下球磨5～30min，将废弃物转化为粒径小于1mm的粉状物料。

（3）球磨后的物料经过筛分，将球磨料回收，并将大块的惰性杂质从粉状物料中分离出来外运。

（4）将粉状物料与辅料（水、焦油、T型分子筛、壳聚糖、柠檬酸）进行混合搅拌，各组分的重量比例范围为：粉状物料（1）、水（0.5～2）、焦油（0.01～0.3）、T型分子筛（0.01～0.05）、壳聚糖（0.01～0.05）、柠檬酸（0.01～0.03），在30～60℃范围中控温搅拌5～30min，形成均质液化浆料。

（5）将浆料在控温30～60℃中采用高压泵进行增压输送，使输送压力达到3MPa以上。

（6）在雾化器中，加压的液化浆料与气化剂（如纯氧、压缩空气、富氧空气、二氧化碳等）在喷嘴内混合后雾化喷射到雾化室中，形成粒径小于5μm的均匀分布气雾流切向进入气化装置。

（7）气化装置为旋风式筒锥结构，入口为切向入口（如图2），在与入口连接的圆筒段中设置环形电加热载体流道。

（8）液化浆料与气体雾化后切向流入气化装置的圆筒入口并形成旋转流态，旋转气雾流首先流经环形的电加热载体流道，该电加热载体是由金属丝网或金属箔片形成的流道。金属丝网可以是规则编织型或无规则缠绕式，金属箔片可以是蜂窝结构或层状结构。金属丝网或金属箔片通电后产生高温，通过调节电源电压或频率改变加热功率，使电加热载体的温度达到300～800℃中的设定值，气流在电加热载体中的流动时间控制在0.1～5s中。电加热载体可以是间断或连续工作，可以在点火启动、负荷增减或稳定负荷工况中工作。

（9）气流流出电加热载体后，继续以涡旋流态依次流经圆筒段和锥形管段，将灰分和焦油组分依靠离心力作用甩到壁面上并滑落到料斗中。之后气流以内涡旋方式由下向上流动并通过出气管流出。气化装置内温度控制在650～1200℃范围。

本发明适用于处理含水率小于70%的生活垃圾、污泥、秸秆、稻壳、锯木屑、禽畜粪便、橡胶轮胎、电子线路板等等有机废弃物。

具体实施时所涉及的冷冻设备、球磨机、

实施例二。

如图1、2所示。

一种生物质废弃物液化-气化用气化装置，它包括气化炉炉体801，在气化炉炉体801的上部设有电加热载体流道段802，经雾化器6增压后的气体从切向进入电加热载体流道段802（图2），电加热载体流道段802的下部连接有等直径的圆筒体803，圆筒体803的下部连接有锥形管804，锥形管804的下部连接有料斗805，气化炉炉体801的上部安装有一端伸入电加热载体流道段中的出气管806，气流流出电加热载体流道段802后，继续以涡旋流态依次流经圆筒体803和锥形管804，将灰分和焦油组分依靠离心力作用甩到壁面上并滑落到料斗805中；之后气流以内涡旋方式由下向上流动并通过出气管806流出。如图1所示，整个气化处理生产线由冷冻装置1、球磨机2、筛分机3、液化浆料混合器4、高压泵5、雾化器6、压缩机7和气化装置8组成，气化炉炉体801的进气与雾化器6的出口相连通，雾化器6的输入端分别与高压泵5及压缩机7的输出端相连，高压泵5的输入端接液化浆料混合器4的输出端，液化浆料混合器4将经过接筛分器3筛分的符合尺寸要求的粉体与辅料进行混合，粉体由球磨机2球磨而得，球磨机2的原料由冷冻设备1提供，需进行气化处理的废弃有机物原料通过输送设备送入冷冻设备1中进行冷。其中的冷冻装置1、球磨机2、筛分机3、液化浆料混合器4、高压泵5、雾化器6、压缩机7均为常规设备，均可直接从市场购置或自行设计制造。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。