一种高湿、低热值垃圾负碳排放和清洁热处置的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种高湿、低热值垃圾负碳排放和清洁热处置的装置及方法，它包括反应器、换向阀、余热利用装置、CO2富集装置以及自动化监测反馈控制系统；所述反应器共有三个，包括垃圾热解气化反应器、还原反应器和氧化反应器；所述换向阀为布置在还原反应器和氧化反应器前、后的控制阀组；所述余热利用装置由高温、高碳、高湿气体管路和换热器组成，所述换热器包括第一换热器和第二换热器；所述CO2富集装置由CO2气罐组成；所述自动化监测反馈控制系统对垃圾热解气化反应器中的产气品质、温度和压力参数进行监测控制。本装置第一步将垃圾热解气化为合成气，第二步利用固定床化学链燃烧装置实现其转化，形成一种新型的原位抑制二噁英和NOx生成的垃圾负碳处置技术。英和NOx生成的垃圾负碳处置技术。英和NOx生成的垃圾负碳处置技术。

【技术实现步骤摘要】
一种高湿、低热值垃圾负碳排放和清洁热处置的装置及方法


[0001]本专利技术属于垃圾负碳处理及资源化利用相关
，具体涉及一种高湿、低热值垃圾负碳排放和清洁热处置的装置及方法。

技术介绍

[0002]随着经济水平的提高，垃圾的产量日益提升，人类的生活环境面临着大量固体垃圾堆积造成的危害与挑战。常规的垃圾处理方式为填埋和焚烧，但存在占地面积大、渗滤液污染地下水、产生大量CO2、污染物、二噁英等问题。此外，垃圾焚烧技术可实现无害化、减量化、资源化“三化”处理，但此种方式产生大量的SOx、NOx、颗粒物、CO2和二噁英等污染物，需要后续脱硫、脱硝、除尘、吸附二噁英等工艺净化尾气以达标排放。此外，针对日益严格的碳排放要求，低碳处理垃圾是目前亟需解决的问题之一，捕集垃圾焚烧等处理过程产生的CO2可实现“负CO2排放”。
[0003]化学链燃烧技术是一种革新的燃烧方式和CO2源头捕集技术，通过以过渡金属氧化物等作为氧载体从空气中传递晶格氧到燃料，以实现无气态氧、无火焰燃烧，将常规的燃料一步氧化还原反应分为柔和可控的氧化反应和还原反应，实现燃料化学能的梯级利用。燃料反应器尾气主要为CO2和H2O，通过冷凝即可实现低成本低能耗捕集CO2。此外，化学链燃烧具有低NOx排放、原位抑制二噁英生成、催化裂解焦油和轻质烃等优点。
[0004]目前化学链燃烧主要用于煤等化石燃料的燃烧和碳捕集。与煤粉的元素分析和工业分析相比，生活垃圾具有与低阶褐煤相当的碳含量(约为40
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50 w吨.%)，较高的含水率(50 w吨.% vs. 10 w吨.%)、较低的热值(6800 kJ/kg vs. 25000 kJ/kg)、较高的灰分，所以高效、清洁、经济的垃圾化学链燃烧方式还存在诸多挑战。例如，将垃圾加入燃料反应器，成分复杂的垃圾灰将对氧载体性能产生影响，导致氧载体中毒失活和烧结团聚；另外，垃圾灰与氧载体的固固分离存在一定难度，排渣过程将同时卸出氧载体，导致反应器内氧载体床料量降低。
[0005]近年，垃圾热解气化再燃技术为首先利用“欠氧”气氛的垃圾热解气化装置生成热解气化气，再将热解气化气引入空气过量的二燃室，完成热解气化气的燃烧。这种垃圾热解气化再燃技术和常规焚烧技术均存在二噁英、NOx、挥发性有机物等排放问题，且无法实现CO2源头富集。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的以上缺陷、政策导向或改进需求，本专利技术提供了一种高湿、低热值垃圾负碳排放和清洁热处置的装置及方法，其中利用高温、富含高浓度二氧化碳和水蒸气燃料反应器的尾气将垃圾进行高效热解气化，强化调控垃圾气化反应和提供反应所需热量，提高整体系统热量的利用效率；将热解气化气无需经过常规的净化直接通入串联的化学链燃烧反应器，利用其装载多层板型氧载体实现裂解焦油、轻质烃及挥发性有机物、大量还原性气体、低浓度可燃气体的分级高效转化；同时降低NOx、低二噁英的排放、CO2的富集，
达到垃圾高效、清洁、负碳处理的目的；利用换热器，实现热量的二次利用；通过自动切换换向阀，实现两个并联固定床反应器周期性的交替工作，最终实现垃圾的连续处理；同时，通过自动化监测反馈控制系统，对热解气化气品质、尾气中可燃气体浓度、温度和压力等参数进行监测，闭环反馈自动调节垃圾进料量。
[0007]为了实现上述的技术特征，本专利技术的目的是这样实现的：一种高湿、低热值垃圾负碳排放和清洁热处置的装置，它包括反应器、换向阀、余热利用装置、CO2富集装置以及自动化监测反馈控制系统；所述反应器共有三个，包括垃圾热解气化反应器、还原反应器和氧化反应器；所述换向阀为布置在还原反应器和氧化反应器前、后的控制阀组；所述余热利用装置由高温、高碳、高湿气体管路和换热器组成，所述换热器包括第一换热器和第二换热器；所述CO2富集装置由CO2气罐组成；所述自动化监测反馈控制系统对垃圾热解气化反应器中的产气品质、温度和压力参数进行监测控制。
[0008]所述垃圾热解气化反应器与用于化学链燃烧的还原反应器和氧化反应器串联，垃圾热解气化产物不冷却直接进入到化学链燃烧的还原反应器。
[0009]所述还原反应器和氧化反应器都分别采用三层功能不同的板型氧载体固定床并行连接，并与燃气管相连进行化学链燃烧反应，实现垃圾的连续处理。
[0010]所述垃圾热解气化反应器无需前端垃圾分拣工艺流程；且特别针对高湿、低热值垃圾，将垃圾热解气化反应器设计为逆流式移动床、固定床、流化床或回转窑形式；所述垃圾热解气化反应器的上端和底端分被对应设置垃圾入口及炉渣出口；所述垃圾热解气化反应器的下端或者后端连通有用于通入反应气的反应气管路。
[0011]所述反应气管路包括用于通入初始运行所需气化气的纯氧管、水蒸气管以及二氧化碳管中的一种或多种组合；还包括用于通入连续运行所需气化气的高温高碳循环烟气管，或与纯氧管、水蒸气管以及二氧化碳管中的一种或多种组合；垃圾与反应气氛中的气化气流动方向相反，以提高停留时间进而强化接触换热；稳定运行后还原反应器和氧化反应器所产生的高温尾气通过高温高碳循环烟气管和控制阀组与垃圾热解气化反应器回流相连，所述高温尾气中富含高浓度二氧化碳和水蒸气，一方面作为垃圾热解气化反应器的热解气化介质，强化调控热解气化反应；一方面作为热量载体，提供垃圾热解气化反应器的热量来源，提高系统热量利用效率。
[0012]所述垃圾热解气化反应器产生的炉渣由位于底部的炉渣出口排出；且系统中无垃圾与氧载体固相间接触，无需进行垃圾和炉渣与氧载体的固固分离，且无因垃圾和炉渣造成的氧载体失活。
[0013]所述化学链燃烧的还原反应器和氧化反应器的外部热源采用垃圾燃烧产生的热流体，降低因补充热量引起经济成本的提升；还原反应器和氧化反应器前后的控制阀组均采用电磁阀，并通过控制阀组实现还原反应器和氧化反应器交替工作，以保证系统连续运行；所述还原反应器和氧化反应器所需的空气通过独立的化学链燃烧装置空气风机
和换向阀进入，防止与垃圾热解气化气接触。
[0014]所述CO2气罐以及第一换热器和第二换热器位于化学链燃烧的还原反应器和氧化反应器后部，分别用于实现还原阶段CO2的富集与氧化过程中高温尾气热量的余热利用；所述自动化监测反馈控制系统通过监测垃圾热解气化反应器、还原反应器和氧化反应器的热解气化气品质、尾气中可燃气体浓度、温度以及压力，自动调节垃圾热解气化反应器的垃圾进料量。
[0015]所述还原反应器和氧化反应器内部布置三层不同功能的板型氧载体，三层氧载体功能分别为：第一层氧载体针对裂解焦油、轻质烃及挥发性有机物进行催化转化；第二层氧载体针对大量还原性气体进行氧化；第三层高活性氧载体针对低浓度可燃气体的催化氧化；固体燃料来源包括高湿、低热值生活垃圾或具有一定热值的工业垃圾或有机固体废弃物、污泥、医疗垃圾。
[0016]一种高湿、低热值垃圾负碳排放和清洁热处置的方法，包括以下步骤：步骤一，垃圾热解气化阶段：将垃圾以及气化介质引入到垃圾热解气化反应器中，生成垃圾热解气化气，再将其通入到化学链燃烧反应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高湿、低热值垃圾负碳排放和清洁热处置的装置，其特征在于，它包括反应器、换向阀、余热利用装置、CO2富集装置以及自动化监测反馈控制系统；所述反应器共有三个，包括垃圾热解气化反应器（1）、还原反应器（2）和氧化反应器（3）；所述换向阀为布置在还原反应器（2）和氧化反应器（3）前、后的控制阀组；所述余热利用装置由高温、高碳、高湿气体管路和换热器组成，所述换热器包括第一换热器（13）和第二换热器（14）；所述CO2富集装置由CO2气罐（18）组成；所述自动化监测反馈控制系统对垃圾热解气化反应器中的产气品质、温度和压力参数进行监测控制。2.根据权利要求1所述一种高湿、低热值垃圾负碳排放和清洁热处置的装置，其特征在于，所述垃圾热解气化反应器（1）与用于化学链燃烧的还原反应器（2）和氧化反应器（3）串联，垃圾热解气化产物不冷却直接进入到化学链燃烧的还原反应器（2）。3.根据权利要求1所述一种高湿、低热值垃圾负碳排放和清洁热处置的装置，其特征在于，所述还原反应器（2）和氧化反应器（3）都分别采用三层功能不同的板型氧载体固定床并行连接，并与燃气管（9）相连进行化学链燃烧反应，实现垃圾的连续处理。4.根据权利要求1所述一种高湿、低热值垃圾负碳排放和清洁热处置的装置，其特征在于，所述垃圾热解气化反应器（1）无需前端垃圾分拣工艺流程；且特别针对高湿、低热值垃圾，将垃圾热解气化反应器（1）设计为逆流式移动床、固定床、流化床或回转窑形式；所述垃圾热解气化反应器（1）的上端和底端分被对应设置垃圾入口及炉渣出口（4）；所述垃圾热解气化反应器（1）的下端或者后端连通有用于通入反应气的反应气管路。5.根据权利要求4所述一种高湿、低热值垃圾负碳排放和清洁热处置的装置，其特征在于，所述反应气管路包括用于通入初始运行所需气化气的纯氧管（5）、水蒸气管（6）以及二氧化碳管（7）中的一种或多种组合；还包括用于通入连续运行所需气化气的高温高碳循环烟气管（8），或与纯氧管（5）、水蒸气管（6）以及二氧化碳管（7）中的一种或多种组合；垃圾与反应气氛中的气化气流动方向相反，以提高停留时间进而强化接触换热；稳定运行后还原反应器（2）和氧化反应器（3）所产生的高温尾气通过高温高碳循环烟气管（8）和控制阀组与垃圾热解气化反应器（1）回流相连，所述高温尾气中富含高浓度二氧化碳和水蒸气，一方面作为垃圾热解气化反应器（1）的热解气化介质，强化调控热解气化反应；一方面作为热量载体，提供垃圾热解气化反应器（1）的热量来源，提高系统热量利用效率。6.根据权利要求4所述一种高湿、低热值垃圾负碳排放和清洁热处置的装置，其特征在于，所述垃圾热解气化反应器（1）产生的炉渣由位于底部的炉渣出口排出；且系统中无垃圾与氧载体固相间接触，无需进行垃圾和炉渣与氧载体的固固分离，且无因垃圾和炉渣造成的氧载体失活。7.根据权利要求4所述一种高湿、低热值垃圾负碳排放和清洁热处置的装置，其特征在于，所述化学链燃烧的还原反应器（2）和氧化反应器（3）的外部热源采用垃圾燃烧产生的热流体，降低因补充热量引起经济成本的提升；
还原反应器（2）和氧化反应器（3）前后的控制阀组均采用电磁阀，并通过控制阀组实现还原反应器（2）和氧化反应器（3）交替工作，以保证系统连续运行；所述还原反应器（2）和氧化反应器（3）所需的空气通过独立的化学链燃烧装置空气风机（19）和换向阀进入，防止与垃圾热解气化气接触。8.根据权利要求1所述一种高湿、低热值垃圾负碳排放和清洁热处置的装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张田田，赵海波，马琎晨，罗希，翟文旭，杨庆华，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：