一種新型氣化-焚燒耦合熔融聯(lián)產(chǎn)燃氣和無機材料的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于能源利用和固體廢物資源化領域，涉及一種新型有機質(zhì)氣化-焚燒耦 合熔融聯(lián)產(chǎn)高熱值燃氣和高附加值無機材料的方法。
【背景技術】
[0002] 煤及生物質(zhì)等有機資源的高效、清潔利用，是我國經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略 選擇，是保證我國能源穩(wěn)定可靠供應以及可持續(xù)發(fā)展的重要科技基礎。傳統(tǒng)的焚燒為代表 的有機物利用途徑具體簡單方便，操作靈活，適用性強等特點，可以實現(xiàn)以熱能利用為主的 資源化利用。但是，由于部分有機物料存在成分波動大，成份復雜、有害成分多、熱值低等問 題，如城市混合生活垃圾，造成傳統(tǒng)的焚燒過程的能源利用率低和污染控制困難等問題。另 外，傳統(tǒng)的焚燒過程主要以熱利用為主，規(guī)模大的可進行焚燒發(fā)電的資源化利用，其作為能 源或材料載體的利用途徑受限，因此，目前開發(fā)新型高效的有機質(zhì)的高效熱化學轉化技術 成為當前研宄和應用的熱點。
[0003] 氣化技術是以煤或生物質(zhì)等有機資源為原料，以氧氣（空氣、富氧或工業(yè)純氧）、 水蒸氣或氫氣等作氣化劑（或氣化介質(zhì)），在高溫條件下通過化學反應將有機質(zhì)中的可燃 部分轉化為可燃氣體的工藝過程，該可燃氣體為氣化氣（或稱合成氣、工藝氣）。該氣體可 以作為燃氣進行利用，另外也可以作為原料氣合成甲醇、液體燃料等。如進行氣化-焚燒技 術結合可以實現(xiàn)能源回收的同時，通過高效的氣相解耦燃燒實現(xiàn)能源的高效利用和污染物 的高效控制。但是傳統(tǒng)的氣化過程中，出爐氣化氣的組分以C0, H2, C02, H2O為主，CH4含量 較低，熱值相對較低，作為燃氣利用品質(zhì)較差，在氣化過程中，往往需要加入水蒸氣，使其在 高溫條件下與炭發(fā)生強吸熱的水煤氣反應，增加煤氣中H 2, CO的含量，控制爐溫不致過高， 能降低氧耗量，蒸汽的循環(huán)注入過程中不可避免的會冷凝成水，造成一定的熱量損失，且使 得操作繁瑣，影響經(jīng)濟性；另外，加入空氣作為氣化介質(zhì)不僅導致部分有機物的氧化損失， 殘留的氮氣也導致最終的燃氣被進一步稀釋而降低燃氣的品質(zhì)。如能利用氣化后的燃氣中 含有相當含量的二氧化碳的特點，以產(chǎn)生的初級氣化氣為氣化介質(zhì)，可望降低最終生成的 二氧化碳含量，提高一氧化碳等可燃組分的含量，從而提高了熱值，同時也有效避免了過量 氧氣的引入導致的有機物的消耗和空氣中氮氣的稀釋作用。
[0004] 氣化之后的殘渣含有相當量的高熱值的焦炭類有機物，如直接排放不僅將造成環(huán) 境污染，同時了有機物資源的損失；另外，煤或生物質(zhì)氣化殘渣中也含有相當量的有機礦 物，如直接排放也造成資源的浪費。如將氣化殘渣與無機原料進行合理配比，采用高效的固 相燃燒技術，實現(xiàn)無機物料的熔融，同時制備微晶玻璃、無機纖維棉、陶瓷材料等高附加值 的無機材料，將提高整個工藝的經(jīng)濟性。高效固相燃燒技術可以改變傳統(tǒng)的無機物料熔融 過程中的低效和高能量消耗的弊端，同時過程中產(chǎn)生的高溫煙氣也可以通過換熱回收用于 氣化過程，實現(xiàn)整個工藝的能量自持?；诖怂悸罚_發(fā)了一種新型有機質(zhì)氣化-焚燒耦合 熔融聯(lián)產(chǎn)高熱值燃氣和高附加值無機材料的方法，有效解決了傳統(tǒng)氣化和熔融工藝中存在 的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種新型氣化-焚燒耦合熔融聯(lián)產(chǎn)燃氣和無機材料的方法。
[0006] 本發(fā)明采用的技術方案如下：
[0007] 該方法所用的裝置包括三級反應器、高效換熱器、熔融渣卸料罐以及相應的連接 閥門，相關部件均采用保溫處理，并通過程序式控制；
[0008] 第一級反應器1的連接閥：從第一級反應器1出來的第一燃燒煙氣排出閥Al和第 一氣化氣排出閥A2直接連接高效換熱器4 ;原料通過第一礦物原料進口閥A3直接進入第 一級反應器1 ;經(jīng)過高效換熱器4后的高溫燃氣通過第一高溫燃氣進氣閥A4進入第一級反 應器1 ;第一級反應器1通過第一融渣卸料閥A5熔連接融渣卸料罐5,外界空氣通過第一燃 燒空氣進氣閥A6進入第一級反應器1 ;
[0009] 第二級反應器2的連接閥：從第二級反應器2出來的第二燃燒煙氣排出閥B2和第 二氣化氣排出閥B3直接連接高效換熱器4 ;原料通過第二礦物原料進口閥Bl直接進入第 二級反應器2 ;經(jīng)過高效換熱器4后的高溫燃氣通過第二高溫燃氣進氣閥M進入第二級反 應器2 ;第二級反應器2通過第二融渣卸料閥B5連接熔融渣卸料罐5,外界空氣通過第二燃 燒空氣進氣閥B6進入第二級反應器2 ;
[0010] 第三級反應器3的連接閥：從第三級反應器3出來的第三燃燒煙氣排出閥C2和第 三氣化氣排出閥C3直接連接高效換熱器4 ;原料通過第三礦物原料進口閥Cl直接進入第 三級反應器3 ;經(jīng)過高效換熱器4后的高溫燃氣通過第三高溫燃氣進氣閥C4進入第三級反 應器3 ;第三級反應器3通過第三融渣卸料閥C5進入熔融渣卸料罐5,外界空氣通過第三燃 燒空氣進氣閥C6進入第三級反應器3。
[0011] 一種新型氣化-焚燒耦合熔融聯(lián)產(chǎn)燃氣和無機材料的方法，該處理工藝包括三個 多功能反應器，即第一級反應器1、第二級反應器2和第三級反應器3,高效換熱器4,熔融 渣卸料罐5以及相應的連接閥門和管線，相關部件均采用保溫處理，并通過程序式控制，具 體過程包括：第一階段：首先待處理的煤或生物質(zhì)等有機物料進入第一級反應器1，并打開 第一高溫燃氣進氣閥A4和第一氣化氣排出閥A2并進入高溫換熱器進行換熱，部分氣化氣 外送作為高溫燃氣，另一部分作為氣化介質(zhì)通過第一高溫燃氣進氣閥A4進入第一級反應 器1，其間其他閥門處于關閉狀態(tài)，經(jīng)過一定時間完成氣化反應階段；第二階段：第一高溫 燃氣進氣閥A4和第一氣化氣排出閥A2關閉，礦物原料經(jīng)第一過礦物原料進口閥A3進入第 一級反應器1，同時打開第一燃燒空氣進口閥A6和第一燃燒煙氣出口閥A1，進行固相高效 燃燒階段，氣化半焦充分燃燒，燃燒反應后期反應體系溫度蓄積最終實現(xiàn)物料的熔融；第三 階段：熔融物料卸料階段，打開第一融渣卸料閥A5,將第一級反應器1中的熔融物料排入熔 融渣卸料罐5。
[0012] 第二級反應器2和第三級反應器3的運行周期與第一級反應器1的模式一致，但 運行階段與第一級反應器1交錯進行。當?shù)谝患壏磻?處于氣化階段的時候，第二級反 應器2處于燃燒階階段，燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣與第一級反應器1中產(chǎn)生的氣化氣經(jīng)過高效 換熱器4進行換熱，在降低燃燒煙氣排放溫度的同時回收高溫煙氣中的熱量加熱第一級反 應器1中產(chǎn)生的氣化氣。第三級反應器3運行階段，與第一級反應器1和第二級反應器2 處于互補階段，便于調(diào)節(jié)由于物料特點不同而導致的氣化階段和焚燒階段不能有效匹配的 問題，避免第一級反應器1和第二級反應器2進出料期間導致的第一級反應器1中的氣化 階段和第二級反應器2中的焚燒階段不能有效耦合。
[0013] 第一級反應器1、第二級反應器2和第三級反應器3都采用氣化、焚燒和裝卸料等 不同階段的循環(huán)周期運行模式，各反應器之間采用互鎖式聯(lián)動控制，保證系統(tǒng)中的三個反 應器中焚燒和氣化同時進行。
[0014] 第一級反應器1、第二級反應器2或第三級反應器3氣化階段運行時產(chǎn)生的氣化器 與同時處于第一級反應器1、第二級反應器2或第三級反應器3中反應器處于燃燒階段的換 熱器通過高效換熱器進行換熱。
[0015] 焚燒熔融階段的無機原料的添加比例，根據(jù)有機物料的無機成分和最終熔融產(chǎn)品 的需求進行調(diào)整，以制備特定性能的產(chǎn)品。
[0016] 本發(fā)明的效果和益處：本發(fā)明采用有機質(zhì)自身氣化產(chǎn)生的氣化氣為氣化介質(zhì)，同 時通過氣化殘渣的高效焚燒產(chǎn)生的高溫煙氣經(jīng)過高效熱交換器進行換加熱氣化介質(zhì)供給 氣化能量，提高了氣化氣的品質(zhì)同時實現(xiàn)能量的自給；另外高熱值的氣化殘?zhí)颗c合理配比 的無機原料直接混合高效燃燒，達到有效去除有機殘?zhí)亢屯瑫r實現(xiàn)固體物料的熔融制備用 以制備微晶玻璃、無機纖維棉、陶瓷材料等高附加值的無機材料。該