一种轻工有机固废分级热转化系统的制作方法

文档序号：19334041发布日期：2019-12-06 17:33阅读：186来源：国知局

本实用新型涉及生物质资源利用技术领域，特别涉及一种轻工有机固废分级热转化系统。

背景技术：

轻工有机固废是农产品加工成食品、饮料、医药、纸等过程中而产生的残渣，如酒槽、醋槽、茶渣、咖啡渣、中药渣、抗生素菌渣等。统计数据显示，我国轻工有机固废的年产生量达到数亿吨，且呈快速递增趋势。轻工有机固废具有以下特点：1)有机质含量高，富含综纤维素、木质素、蛋白质、多糖等成分，灰分含量不太高，干基热值和一般低阶煤相当，属于典型的生物质资源；2)初始含水率高，极易腐烂，传统的填埋、焚烧、固定区域堆放等处理方式会造成资源浪费和环境污染；3)轻工有机固废经过热化学转化技术可以转变为能源，如热、电、蒸汽、燃气等，是比较有前景的利用方式。但由于农产品生长过程中本身的固氮作用以及加工利用过程中外部添加氮，轻工有机固废的燃料氮含量比常规生物质要高很多，高达2wt％～9wt％(干基)，而生物质热化学转化温度低，过程产生的nox基本来源于燃料氮的转化，随着热电行业对大气污染排放标准的日趋严格，轻工有机固废在热电行业的应用受到了很大限制。

因此，本领域亟待研发出一种能够实现轻工有机固废的高效清洁资源化利用的热转化系统。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种轻工有机固废分级热转化系统，以实现轻工有机固废的高效清洁资源化利用。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：一种轻工有机固废分级热转化系统，包括水热预处理装置、脱水干燥装置、热裂解装置、半焦催化气化装置、挥发分催化重整装置和燃烧供热装置；

所述水热预处理装置设有轻工有机固废进口、脱氮促进剂进口、水进口和有机固废水热焦出口；

所述脱水干燥装置设有有机固废干水热焦出口以及与有机固废水热焦出口连通的有机固废水热焦进口；

所述热裂解装置设有挥发分出口、半焦出口以及与有机固废干水热焦出口连通的有机固废干水热焦进口；

所述半焦催化气化装置包括气流床和两级旋风除尘器，所述气流床设有含尘气化气出口、氮转化催化剂进口、大粒径高温尘进口以及与半焦出口连通的半焦进口，所述两级旋风除尘器包括连通的第一级旋风除尘器和第二级旋风除尘器，所述第一级旋风除尘器设有与含尘气化气出口连通的含尘气化气进口以及与大粒径高温尘进口连通的大粒径高温尘出口，所述第二级旋风除尘器设有脱尘气化气出口和与燃烧供热装置连通的半焦残炭出口；

所述挥发分催化重整装置设有低氮高值燃气出口、与挥发分出口连通的挥发分进口以及与脱尘气化气出口连通的脱尘气化气进口；

所述燃烧供热装置通过输热管与气流床和挥发分催化重整装置连通，所述挥发分催化重整装置通过输热管与热裂解装置连通。

进一步地，所述脱水干燥装置包括依次连接的离心脱水机、带式压滤机和导热油干燥器，所述有机固废干水热焦进口位于离心脱水机上，所述有机固废干水热焦出口位于导热油干燥器上。

进一步地，还包括导热油预热器和余热锅炉，所述导热油预热器通过输热管分别与挥发分催化重整装置和余热锅炉连通，所述导热油预热器通过第一输油管和第二输油管分别与导热油干燥器的进油口和出油口连通，所述余热锅炉通过饱和蒸汽管与水热预处理装置连通。

进一步地，所述热裂解装置设有烟气进口和烟气出口，所述挥发分催化重整装置通过输热管与热裂解装置的烟气进口连通，所述导热油预热器通过输热管与热裂解装置的烟气出口连通。

进一步地，所述燃烧供热装置与气流床和挥发分催化重整装置之间的输热管上设有烟气气固分离器，所述烟气气固分离器上设有与气流床连通的固体颗粒出口以及与输热管连通的脱颗粒高温烟气出口。

进一步地，所述挥发分催化重整装置内设有多个贵金属催化剂层和多个天然矿石催化剂层，贵金属催化剂层在上层，天然矿石催化剂层在下层，所述挥发分进口和脱尘气化气进口设置在天然矿石催化剂层的下方。

进一步地，所述水热预处理装置和脱水干燥装置之间设有存储罐。

进一步地，所述气流床和挥发分催化重整装置均设有外壳以形成蓄热腔，所述气流床挥发分催化重整装置的蓄热腔内均填充有蜂窝式蓄热体，所述燃烧供热装置通过输热管与气流床的蓄热腔和挥发分催化重整装置的蓄热腔连通。

本实用新型具有以下有益效果：

1)本实用新型通过水热预处理装置实现燃料氮源端的去除，并将热裂解装置产生的半焦和挥发分完全分离，避免了两者间相互关联对气相氮污染物(nh3和hcn)的生成产生促进作用，再各自独立进行二次催化反应，实现了气相氮污染物的高效脱除转化；

2)本实用新型中的水热预处理装置可以减少有机固废的亲水基团，破坏结合水结构，可以提高脱水性能，有助于脱水干燥过程；

3)本实用新型中的挥发分催化重整装置可以裂解大分子焦油组分，形成小分子可燃组分，有助于所产燃气的高值化；

4)本实用新型中产生的半焦残炭可在燃烧供热装置燃烧，从而为前端的分级热化学转化提供维持特征反应温度所需的能量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明：

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

具体实施方式

参照图1，本实用新型为一种轻工有机固废分级热转化系统，包括水热预处理装置1、脱水干燥装置、热裂解装置3、半焦催化气化装置、挥发分催化重整装置5和燃烧供热装置6；水热预处理装置1设有轻工有机固废进口、脱氮促进剂进口、水进口和有机固废水热焦出口，优选地，水热预处理装置1为水热釜；脱水干燥装置设有有机固废干水热焦出口以及与有机固废水热焦出口连通的有机固废水热焦进口；热裂解装置3设有挥发分出口、半焦出口以及与有机固废干水热焦出口连通的有机固废干水热焦进口；半焦催化气化装置包括气流床41和两级旋风除尘器，气流床41设有含尘气化气出口、氮转化催化剂进口、大粒径高温尘进口以及与半焦出口连通的半焦进口，两级旋风除尘器包括连通的第一级旋风除尘器42和第二级旋风除尘器43，第一级旋风除尘器42设有与含尘气化气出口连通的含尘气化气进口以及与大粒径高温尘进口连通的大粒径高温尘出口，第二级旋风除尘器43设有脱尘气化气出口和与燃烧供热装置6连通的半焦残炭出口，第一级旋风除尘器42产生的大粒径高温尘和第二级旋风除尘器43产生的半焦残炭均通过进料螺旋分别进入到气流床41和燃烧供热装置6，以保证良好的密封性和防止气串流；挥发分催化重整装置5设有低氮高值燃气出口、与挥发分出口连通的挥发分进口以及与脱尘气化气出口连通的脱尘气化气进口；燃烧供热装置6通过输热管与气流床41和挥发分催化重整装置5连通，挥发分催化重整装置5通过输热管与热裂解装置3连通。

优选地，脱水干燥装置包括依次连接的离心脱水机21、带式压滤机22和导热油干燥器23，有机固废干水热焦进口位于离心脱水机21上，有机固废干水热焦出口位于导热油干燥器23上。离心脱水机21进行离心脱水后产生的浆液以及带式压滤机22进行压滤脱水后产生的污水均排至污水池。

优选地，本轻工有机固废分级热转化系统还包括导热油预热器7和余热锅炉8，导热油预热器7通过输热管分别与挥发分催化重整装置5和余热锅炉8连通，导热油预热器7通过第一输油管和第二输油管分别与导热油干燥器23的进油口和出油口连通，余热锅炉8通过饱和蒸汽管与水热预处理装置1连通。

优选地，热裂解装置3设有烟气进口和烟气出口，挥发分催化重整装置5通过输热管与热裂解装置3的烟气进口连通，导热油预热器7通过输热管与热裂解装置3的烟气出口连通。

优选地，燃烧供热装置6与气流床41和挥发分催化重整装置5之间的输热管上设有烟气气固分离器9，烟气气固分离器9上设有与气流床41连通的固体颗粒出口以及与输热管连通的脱颗粒高温烟气出口。优选地，烟气气固分离器9的固体颗粒出口与气流床41之间设有进料螺旋，烟气气固分离器9分离出来的固体颗粒通过进料螺旋进入到气流床41，以保证良好的密封性和防止气串流。

优选地，挥发分催化重整装置5内设有多个贵金属催化剂层51和多个天然矿石催化剂层52，贵金属催化剂层51在上层，天然矿石催化剂层52在下层，挥发分进口和脱尘气化气进口设置在天然矿石催化剂层52的下方。其中，贵金属催化剂为镍基催化剂、钌基催化剂中的至少一种，天然矿石催化剂为白云石、橄榄石、褐铁矿中的至少一种。

优选地，水热预处理装置1和脱水干燥装置之间设有存储罐10，以便于存放水热预处理装置1中排出的有机固废水热焦。

优选地，气流床41和挥发分催化重整装置5均设有外壳以形成蓄热腔，气流床41和挥发分催化重整装置5的蓄热腔内均填充有蜂窝式蓄热体11，蜂窝式蓄热体11充满整个蓄热腔，燃烧供热装置6通过输热管与气流床41的蓄热腔和挥发分催化重整装置5的蓄热腔连通以实现间接接触供热。挥发分催化重整装置5的蓄热腔上设有烟气出口以通过输热管与热裂解装置3的烟气进口连通。

实施例1：(轻工有机固废为抗生素菌渣、啤酒槽、醋槽中的至少一种)

使用本轻工有机固废分级热转化系统制备低氮高值燃气的方法包括以下步骤：

1)水热预处理(燃料氮源端减量)：

将轻工有机固废、脱氮促进剂(添加量为0.08～0.12mol/l)和水加入水热釜，120～250℃下进行30～60min水热预处理，得到有机固废水热焦；

脱氮效果：干基水热焦中燃料氮减少40％～45％(相对于原料而言)；

2)脱水干燥：

将有机固废水热焦加入离心脱水机21进行离心脱水，再转入带式压滤机22进行压滤脱水，再转入导热油干燥器23，240～300℃下进行20～30min干燥脱水，得到有机固废干水热焦；

脱水效果：水分含量降至15％～25％；

3)热裂解：

将有机固废干水热焦加入热裂解装置3，450～550℃下进行20～30min热裂解，得到挥发分和半焦；

4)半焦催化气化：

将热裂解产生的半焦、氮转化催化剂加入气流床41(气流为co2和少量o2的混合气流)，800～950℃下进行半焦催化气化(挥发分和脱尘气化气在挥发分催化重整装置5中的停留时间为10～15min)，得到含尘气化气，再让含尘气化气通过两级旋风除尘器，第一级旋风除尘器42产生的高温尘返回气流床41，第二级旋风除尘器43产生脱尘气化气和半焦残炭；

作用：

a)氧化性气氛co2会快速消耗半焦中的氮活性位点，减弱半焦氮的加氢氢化反应，抑制半焦气化过程半焦氮向气相氮污染物(nh3)的转化；

b)纯碱性金属氧化剂(以cao为例)经如下反应将半焦氮(吡啶氮、吡咯氮)和气相氮污染物(nh3)转化为无害的氮组分(n2)，反应机理如下：

cao+吡啶n/吡咯n→cacxny+co；

cacxny→cacx+y/2n2；

cacx+ynh3→cacxny+3y/2h2；

5)挥发分催化重整：

将热裂解产生的挥发分和第二级旋风除尘器43产生的脱尘气化气通过挥发分催化重整装置5，挥发分催化重整装置5由2个贵金属催化剂层51和2个天然矿石催化剂层52组成，贵金属催化剂层51在上层，700～850℃下让挥发分和脱尘气化气自下而上通过挥发分催化重整装置5，进行挥发分催化重整，脱除氮污染物，得到低氮高值燃气(气相氮污染物含量：nh3低于25ppmv，hcn低于20ppmv)；

作用：

a)挥发分中的大分子焦油先经过天然矿石裂解，可有效避免与贵金属催化剂直接接触包裹，造成贵金属催化剂的失活；

b)天然矿石催化剂和贵金属催化剂对初次反应及二次反应生成的气相氮污染物(nh3)具有很好的分解效果，使其转化为无害的氮组分(n2)，贵金属催化剂效果高于天然矿石催化剂，此外，挥发分二次反应中，产生的hcn在h、o、oh自由基(源于物料的水分)作用下会转化为nh3，挥发分和脱尘气化气经过多级催化重整脱nh3，最终获得氮污染物含量很低的燃气；

c)天然矿石催化剂和贵金属催化剂还可以对焦油进行重整裂解，将其转化为小分子的可燃组分(ch4、h2、co)，可以提高燃气的热值(热值可提高10％～20％)，得到高值燃气；

6)半焦残炭燃烧供热：

将半焦催化气化产生的半焦残炭转入燃烧供热装置6，通入空气和辅助燃料，进行燃烧，再将产生的含颗粒高温烟气通入烟气气固分离器9，得到固体颗粒和脱颗粒高温烟气，将固体颗粒通入气流床41，将脱颗粒高温烟气用于给气流床41和挥发分催化重整装置5供热，脱颗粒高温烟气供热后转化成中高温烟气，再将中高温烟气一部分用于给热裂解装置3供热，剩余部分用于给导热油预热器7供热，导热油提供给导热油干燥器23，使用后的导热油返回导热油预热器7，中高温烟气供热后转化为中低温烟气，中低温烟气用于加热余热锅炉8，余热锅炉8产生的饱和蒸汽用于给水热釜供热，中低温烟气供热后转化为废烟气，废烟气直接排入空气。

实施例2：(轻工有机固废为中药渣、茶渣、咖啡渣中的至少一种)