一种生物质熔融气化的方法和系统
阅读说明：本技术 一种生物质熔融气化的方法和系统 (Method and system for biomass melt gasification ) 是由 陈钢 唐凤金 程正中 陈延林 邢学想 杨巍巍 黄凯 杨钦 李清 魏喆 黄俊超 于 2020-11-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种生物质熔融气化的方法和系统。将生物质输入并压缩成块,升温、干燥、热解后得到预处理后的生物质和热解气；预处理后的生物质和热解气在高温下熔融气化,生成高温熔融物和气化气。本技术开发用于处理各种城市垃圾、工业垃圾、危险废物、污泥等废物,变废为宝,具有广阔的市场前景。(The invention discloses a method and a system for biomass melt gasification. Inputting and compressing biomass into blocks, heating, drying and pyrolyzing the blocks to obtain pretreated biomass and pyrolysis gas; and melting and gasifying the pretreated biomass and the pyrolysis gas at high temperature to generate high-temperature melt and gasified gas. The technology is developed and used for treating various municipal waste, industrial waste, dangerous waste, sludge and other wastes, changes waste into valuable, and has wide market prospect.)
技术领域
本发明属于生物质气化技术领域，特别涉及一种生物质熔融气化的方法和系统。
背景技术
诸如城市生活垃圾、医疗垃圾、市政污泥这些废弃生物质的累积问题日益严重，现今国内外处理城市生活垃圾、医疗垃圾、市政污泥的方法一般有：卫生填埋、直接焚烧法、等离子气化法等。
卫生填埋不仅占用大量的土地，上述垃圾和污泥等生物质还含有大量的重金属和细菌，会产生恶臭造成水体、土壤和大气的严重污染。随着垃圾和污泥等生物质产生量逐年增加，许多地方已出现了垃圾和污泥无地可埋、无处可堆的尴尬局面，垃圾填埋污染引起的环境和生态安全问题已十分严峻。
垃圾和污泥等生物质的直接焚烧可实现生物质减量化，在减少占地的同时可进行发电，创造一定的经济效益。但直接焚烧也带来了一系列问题：①由于焚烧温度不高，容易产生二噁英和呋喃等致癌物质；②焚烧产生的飞灰和残渣中富含有毒有害重金属物质，容易造成地下水源污染；③焚烧产生大量烟气，碳排放量大。
等离子气化技术原理是利用等离子体的物理特性，高温等离子体能量密度很高，中性粒子温度与电子温度相近，各种粒子的反应活性都很高，一般处理含油污泥废物采用的等离子体火炬，火炬中心温度最高可达30000℃，边缘温度也可达到3000℃左右，当高温的等离子体去冲击被处理对象时，被处理物体很快被气化分解，重新组合产生新的物质，从而使被处理的有害物质变成了无害物质。但此法能耗高、等离子矩寿命较短，设备更换频繁，处理成本高。
因此，寻找和研究开发出一种针对垃圾和污泥等生物质处理的绿色环保新技术，尽可能减少和消除含油污泥处理过程中造成的环境污染问题，已成为当前垃圾和污泥等生物质处理领域的一个新课题。特别是随着近年来经济的高速发展和能源资源的日益短缺，垃圾和污泥等生物质处理的无害化、减量化和资源化已成为当前此行业的一个新发展方向。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种生物质熔融气化的方法和系统。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种生物质熔融气化的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：将生物质输入并压缩成块；
步骤2：将压缩成块的生物质升温、干燥、热解后得到预处理后的生物质和热解气；
步骤3：将预处理后的生物质和热解气在高温下，在纯氧或富氧的条件下熔融气化，生成高温熔融物和气化气；将所述高温熔融物进行均质流动获得性状均一、结构稳定的熔融玻璃体；
步骤4：将所述气化气进行激冷、洗涤后，洗除可溶有害物、飞尘杂质得到净化气，所述净化气组成的体积含量为：CO含量为10％～45％，H2含量10％～50％，CH4含量0％～30％，CO2含量为0％～15％，N2含量为5％～30％。
进一步的，步骤1压缩成块采用多级、高压、连续压缩成型、连续出料的生物质压缩成型方法，压缩腔体截面长宽比为1.5:1～4:1，压缩包块压缩后厚度与压缩腔体截面宽度比值为0.2～1.2，生物质受压成型压强为2～16MPa，预压缩保压时间不小于2秒，压缩成型保压时间不小于2秒；生物质预压缩压强为受压成型压强的10％～50％。
进一步的，步骤3中的熔融气化的温度为1200～2000℃。
一种生物质熔融气化的系统，包括：进料单元、预热单元、气化单元和后处理单元；
其中所述进料单元用于将生物质运输至系统并压缩成块；
所述预热单元用于对压缩后的生物质进行预热；
所述气化单元用于对预热后的生物质和热解气进行高温熔融气化，生成高温熔融物和气化气；
所述后处理单元用于对气化气进行激冷、洗涤获得净化气，并将高温熔融物均质流动后排出系统。
进一步的，进料单元包括生物质上料机和生物质压缩机；
所述生物质上料机用于将生物质运送至生物质压缩机；
所述生物质压缩机用于将生物质压缩成块，压缩腔体截面长宽比为1.5:1～4:1。
进一步的，预热单元包括原料预热解器和预热设备；所述原料预热器设置有间壁，所述预热设备产生的热烟气穿过间壁加热通过原料预热器内生物质，所述压缩成块的生物质在原料预热解器中被升温、干燥、热解。
进一步的，预热设备包括燃烧热风炉和空气预热器，空气经由空气预热器加热后进入燃烧热风炉支持燃料气燃烧，产生的热烟气通过原料预热解器间壁以加热生物质原料与空气。
进一步的，气化单元包括气化炉，预热后的生物质在气化炉被高温熔融气化，生成高温熔融物和气化气；所述气化炉至少分为三个温区：上部气相空间温度900～1400℃，中下部生物质气化区1200～2000℃，尾部熔融物流动区1400～2000℃；气化炉运行压力为-0.1MPaG～2.0MPaG。
进一步的，后处理单元包括混合气处理单元和高温熔融物处理单元，分别设置在气化单元的顶部和底部，所述混合气处理单元包括依次连接气化单元的激冷罐和洗涤塔，高温混合气从顶部离开气化炉进入激冷罐激冷后被送如洗涤塔洗涤净化；所述高温熔融物处理单元包括均质通道，高温熔融物在均质通道内流动一段时间再排出系统获得性状均一、结构稳定的熔融玻璃体。
进一步的，混合气处理单元还包括水处理系统，所述水处理系统连接洗涤塔和激冷罐，洗涤塔产生的洗涤水由水处理系统处理后循环回激冷罐作为激冷液循环使用。
本申请的生物质包括但不限于垃圾、医废、一般固废、玉米秸秆、污泥、飞灰等。
有益效果：
(1)本发明提供的方法利用高温，在纯氧或富氧的条件下，对垃圾或污泥等生物质进行转化处理，并以高温气体和非浸出性熔渣的形式输出，处理过程绿色环保，无废水和废渣排放，其二噁英的排放要远低于欧盟等最严格的环保排放标准。
(2)从生态角度看，垃圾或污泥等生物质是一种污染源，但从资源角度看，垃圾却是地球上正在增长的资源。以本发明提供的方法处理垃圾进而发电为例，如果我国能将垃圾分类处理并充分有效地用于发电，每年将节省4000～6000万t煤炭资源。
(3)垃圾或污泥等生物质熔融气化产生一定量的合成气、玻璃体渣和热能，加以综合利用能有效降低生物质熔融气化装置本身能耗或形成附加价值。
本技术开发用于处理各种城市垃圾、工业垃圾、危险废物、污泥等废物，变废为宝，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1是实施例1生物质熔融气化系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1所示的一种用于生物质熔融气化的系统，包括：进料单元、预热单元、气化单元和后处理单元。
其中进料单元用于将生物质运输至系统并压缩成块。进料单元包括生物质上料机1和生物质压缩机2。生物质上料机用于将生物质运送至生物质压缩机；生物质压缩机用于将生物质压缩成块。生物质在生物质压缩机内采用多级、高压、连续压缩成型、连续出料的方法压缩成块，可使不规则生物质散料在合理液压条件下压缩成型并在最大程度上减小压缩包块内部空隙；主要作为无氧脱气碳化等生物质深度处理的前端压缩进料工艺。压缩腔体截面长宽比为1.5:1～4:1，压缩包块压缩后厚度与压缩腔体截面宽度比值为0.2～1.2，生物质受压成型压强为2～16MPa，压强过小不利于散料压缩成型，包块易松散；压强过大会使包块出料后过度膨胀，易造成下游通道堵塞。预压缩保压时间不小于2秒，压缩成型保压时间不小于2秒；生物质预压缩压强为受压成型压强的10％～50％。
预热单元用于对压缩后的生物质进行预热。预热单元包括原料预热解器3和预热设备。原料预热器设置有间壁，预热设备包括燃烧热风炉5和空气预热器6，空气经由空气预热器加热后进入燃烧热风炉支持燃料气燃烧，产生的热烟气通过原料预热解器间壁以加热生物质原料与空气。压缩成块的生物质在原料预热解器中被升温、干燥、热解。
气化单元包括气化炉4，预热后的生物质和热解气进行高温熔融气化，在纯氧或富氧的条件下，生成高温熔融物和气化气。气化炉至少分为三个温区：上部气相空间温度900～1400℃，中下部生物质气化区1200～2000℃，尾部熔融物流动区1400～2000℃；气化炉运行压力为-0.1MPaG～2.0MPaG。
后处理单元用于对气化气进行激冷、洗涤获得净化气，并将高温熔融物均质流动后排出系统。后处理单元包括混合气处理单元和高温熔融物处理单元，分别设置在气化单元的顶部和底部。
混合气处理单元包括依次连接气化单元的激冷罐8和洗涤塔9，高温混合气从顶部离开气化炉进入激冷罐激冷后被送如洗涤塔洗涤净化。洗涤塔净化后的混合净化气组成(V％)为：CO含量为10％～45％，H2含量10％～50％，CH4含量0％～30％，CO2含量为0％～15％，N2含量为5％～30％。。
混合气处理单元还包括水处理系统10，水处理系统连接洗涤塔和激冷罐，洗涤塔产生的洗涤水由水处理系统处理后循环回激冷罐作为激冷液循环使用。
高温熔融物处理单元包括均质通道7，高温熔融物在均质通道内流动一段时间再排出系统获得性状均一、结构稳定的熔融玻璃体。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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