CN115246628A - 用于有机危废等离子气化熔融炉出口合成气的净化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于有机危废等离子气化熔融炉出口合成气的净化方法，属于有机危废物处理技术领域。该方法主要包括将等离子气化熔融炉的合成气出口通过管道与转化炉上转化烧嘴的外环隙通道连通，使等离子气化熔融炉产生的粗合成气经该外环隙通道向转化炉内喷出；将氧气源与该转化烧嘴的内中心管道连通，使氧气源产生的氧气经该内中心管道同时与粗合成气同时向转化炉内喷出，同时限定了粗合成气与氧气的压力、流量及温度之间的关系。该方法通过纯氧非催化部分氧化技术解决了粗合成气中含有焦油和甲烷的问题及污水处理难题；同时通过该方法使合成气中不含甲烷，提高了有效气的含量，能够满足下游用户的需求，且运行成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于有机危废等离子气化熔融炉出口合成气的净化方法，属于有机危废物处理技术领域。
背景技术
等离子体处理固废技术始于上世纪70年代，最初主要用于处理低放射性废物、军事武器的销毁，于1990年进入民用。目前国内从事等离子体处理危废的研究单位有数十家，随着技术升级与研发，部分已经开始进入商业试运行阶段。现阶段所使用的技术都是采用等离子体炬对危废进行直接的高温气化，通过电弧放电产生高达5000℃的等离子体，将危废加热至裂解温度，同时补入空气或富氧空气，使危废中的有机物裂解气化，转换成合成气。合成气通常经过余热锅炉回收热量，再洗涤净化，产出合成气供下游使用。
等离子气化熔融炉处理含碳量高达35％的有机危废，由于有机危废受形态及黏度等影响，在气化炉内分布不均，在贫氧条件下会产生包含焦油、甲烷的合成气。首先，焦油会引起下游设备管道结垢、堵塞，并带来高成本且困难的废水处理问题；其次，焦油和甲烷会降低合成气品质，可能不能满足下游用户的需求，从而影响下游产品。
中国发明专利夏明贵等人CN200910272197.3可燃物料等离子体高温气化工艺及其设备，介绍了一种可燃物料等离子体高温气化工艺及其设备，该工艺先在气化炉底部铺设焦炭床层；其次将可燃物料、助熔剂和补充焦炭连续投入到焦炭床层上，喷入一次氧化剂并启动一级等离子炬产生高温高热，使可燃物料气化产生合成气，再将粗合成气导入气固分离器中除杂，最后将合成气引入除焦油器内。喷入二次氧化剂并启动二级等离子炬，将残留的焦油裂解，取得了较好的效果。但是其除焦油器中设置了二级等离子炬，提高了电耗，增加了处理成本；且由于二次氧化剂喷嘴和合成气进气口分开设置，结构较复杂，出口合成气中甲烷含量高。
中国发明专利郑李辉等人CN202010632404.8一种等离子气化熔融炉的合成气成分与热值调整方法，介绍了一种等离子气化熔融炉的合成气成分与热值调整方法，通过建立熔浆层和焦炭层，补入富氧空气，最终产出符合城市煤气标准的合成气，取得了较好的效果。但是该方法制成的合成气中含有高达2.3％,可能含有的焦油通过洗涤物理除去。
综上，现有技术无法除去合成气中的甲烷，且焦油去除方法较不合理，未能彻底解决问题，导致合成气品质低，并带来一定的环保问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于有机危废等离子气化熔融炉出口合成气的净化方法，该方法能够有效去除粗合成气中的焦油和甲烷，产出高品质合成气，且运行成本较低。
本发明的技术方案是：
一种用于有机危废等离子气化熔融炉出口合成气的净化方法，其特征在于：包括，将等离子气化熔融炉的合成气出口通过管道与转化炉上转化烧嘴的外环隙通道连通，使等离子气化熔融炉产生的粗合成气经该外环隙通道向转化炉内喷出；将氧气源与该转化烧嘴的内中心管道连通，使氧气源产生的氧气经该内中心管道同时与粗合成气同时向转化炉内喷出。
其进一步的技术方案是：
进入所述转化烧嘴的内中心管道的氧气压力比进入所述转化烧嘴的外环隙通道的粗合成气压力高6-7KPa。
其进一步的技术方案是：
进入所述转化烧嘴的内中心管道的氧气流量是进入外环隙通道的粗合成气中的甲烷流量的1.5-1.8倍。
其进一步的技术方案是：
出等离子气化熔融炉的合成气出口的粗合成气的温度为900-1100℃。
其进一步的技术方案是：
进入所述转化烧嘴的内中心管道的氧气浓度为至少90vol.％。
其进一步的技术方案是：
该方法还包括，出转化炉的合成气依次经余热回收、除尘、碱洗后得到净化合成气，该净化合成气能够直接供下游工艺使用。
其更进一步的技术方案是：
所述余热回收方式为蒸汽锅炉式热量回收、热水换热器式热量回收和空气换热器式热量回收中的至少一种。
其更进一步的技术方案是：
所述除尘方式为旋风除尘器式除尘和布袋除尘器式除尘中的至少一种。
其更进一步的技术方案是：
所述碱洗方式为采用1-4级碱洗塔进行碱洗，其中碱洗塔的碱液采用5～15wt.％的氢氧化钠溶液，流量为150-400m3/h。
本发明的有益技术效果是：
本发明利用纯氧非催化部分氧化技术，将等离子气化熔融炉产生的粗合成气与氧气通入转化烧嘴的不同通道内，其中氧气从内中心管道喷出，粗合成气从外环隙通道喷出，中心处喷出的氧气对外环隙喷出的粗合成气有充分雾化、混合的作用。进入转化炉后，氧分子在高温下裂解焦油与合成气，出转化炉的合成气经过余热回收、除尘、碱淋后能够供下游直接使用，包括用于燃气锅炉、燃气发电、其他燃气供热设备等。
本发明通过该方法，解决了粗合成气中含有焦油和甲烷的问题，通过纯氧非催化部分氧化技术将焦油和甲烷裂解气化，解决了污水处理难题；同时通过该方法使合成气中不含甲烷，提高了有效气的含量，能够满足下游用户的需求，且运行成本低。
附图说明
图1是本发明所述方法的工艺流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明记载了一种用于有机危废等离子气化熔融炉出口合成气的净化方法，该方法包括，将等离子气化熔融炉的合成气出口通过管道与转化炉上转化烧嘴的外环隙通道连通，使等离子气化熔融炉产生的粗合成气经该外环隙通道向转化炉内喷出；将氧气源与该转化烧嘴的内中心管道连通，使氧气源产生的氧气经该内中心管道同时与粗合成气同时向转化炉内喷出。
上述从等离子气化熔融炉的合成气出口排出的粗合成气的温度为900-1100℃，且该粗合成气的主要成分包括CO、CO2、H2、H2O、N2、CH4(甲烷)和焦油。上述所使用的进入转化烧嘴的内中心管道的氧气浓度为至少90vol.％，浓度越高越好，本具体实施例中结合现有技术和成本要求等，所使用的氧气源的氧气浓度为92vol.％。
在向转化烧嘴中通入粗合成气和氧气时，进入转化烧嘴的内中心管道的氧气压力比进入转化烧嘴的外环隙通道的粗合成气压力高6-7KPa，且进入转化烧嘴的内中心管道的氧气流量是进入外环隙通道的粗合成气中的甲烷流量的1.5-1.8倍，本申请中该氧气流量以92vol.％浓度氧气计算。
此外，该方法还包括，出转化炉的合成气依次经余热回收、除尘、碱洗后得到净化合成气，该净化合成气能够直接供下游工艺使用。
其中的余热回收方式为蒸汽锅炉式热量回收、热水换热器式热量回收和空气换热器式热量回收中的至少一种，也可以是其他热量回收或热量利用方式。
其中的除尘方式为旋风除尘器式除尘和布袋除尘器式除尘中的至少一种，气除尘效率达到99.9％及以上。
其中的碱洗方式为采用1-4级碱洗塔进行碱洗，其中碱洗塔的碱液采用5～15wt.％的氢氧化钠溶液，流量为150-400m3/h。
具体实施例一
(1)有机危废物的热值为3496kcal/kg，每小时处理3吨。
(2)出等离子气化熔融炉的粗合成气温度为1050℃，流量5208Nm3/h，压力15KPa，其中CO/CO2/H2/H2O/N2/CH4的含量(V％)分别为32.12、10.21、23.54、18.98、10.01、4.21，焦油6.3g/Nm3。
(3)进转化炉的氧气浓度92vol.％，压力为21KPa，常温，流量389Nm3/h。
(4)出转化炉的合成气，焦油含量5ppm。
(5)出转化炉的合成气，经余热锅炉回收热量，再经布袋除尘、碱液洗涤后，净化后合成气流量4558Nm3/h，其中CO/CO2/H2/H2O/N2的含量(V％)分别为43.08、12.75、27.72、0.16、12.2，焦油小于1ppm，甲烷65ppm。
具体实施例二
(1)有机危废物的热值为3518kcal/kg，每小时处理3吨。
(2)出等离子气化熔融炉的粗合成气温度1057℃，流量5119Nm3/h，压力15KPa，其中CO/CO2/H2/H2O/N2/CH4的含量(V％)分别为33.28、11.38、23.27、17.95、9.08、3.36，焦油5.9g/Nm3。
(3)进转化炉的氧气浓度92vol.％，压力21KPa，常温，流量326Nm3/h。
(4)出转化炉的合成气，焦油含量6ppm。
(5)出转化炉的合成气，经余热锅炉回收热量，再经布袋除尘、碱液洗涤后，净化后合成气流量为4526Nm3/h，其中CO/CO2/H2/H2O/N2的含量(V％)分别为42.51、13.06、26.14、0.13、13.59，焦油小于1ppm，甲烷54ppm。
具体实施例三
(1)有机危废物的热值为4004kcal/kg，每小时处理3吨。
(2)出等离子气化熔融炉的粗合成气温度1048℃，流量5671Nm3/h，压力15KPa，其中CO/CO2/H2/H2O/N2/CH4的含量(V％)分别为34.89、12.39、22.76、16.56、6.30、6.21，焦油6.8g/Nm3。
(3)进转化炉的氧气浓度92％，压力21KPa，常温，流量560Nm3/h。
(4)出转化炉的合成气，焦油含量5ppm。
(5)出转化炉的合成气，经余热锅炉回收热量，再经布袋除尘、碱液洗涤后，净化后合成气流量为5291Nm3/h，其中CO/CO2/H2/H2O/N2的含量(V％)分别为46.09、13.07、25.22、0.07、6.8，焦油小于1ppm，甲烷56ppm。
本发明所述方法使用纯氧非催化部分氧化技术，将出等离子气化熔融炉的粗合成气与高浓度氧气从不同通道通入转化烧嘴，进转化炉后，高温氧分子裂解气化合成气中的焦油和甲烷，除去焦油和甲烷，产出高品质合成气，运行成本低。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于有机危废等离子气化熔融炉出口合成气的净化方法，其特征在于：包括，将等离子气化熔融炉的合成气出口通过管道与转化炉上转化烧嘴的外环隙通道连通，使等离子气化熔融炉产生的粗合成气经该外环隙通道向转化炉内喷出；将氧气源与该转化烧嘴的内中心管道连通，使氧气源产生的氧气经该内中心管道同时与粗合成气同时向转化炉内喷出。
2.根据权利要求1所述的用于有机危废等离子气化熔融炉出口合成气的净化方法，其特征在于：进入所述转化烧嘴的内中心管道的氧气压力比进入所述转化烧嘴的外环隙通道的粗合成气压力高6-7KPa。
3.根据权利要求1所述的用于有机危废等离子气化熔融炉出口合成气的净化方法，其特征在于：进入所述转化烧嘴的内中心管道的氧气流量是进入外环隙通道的粗合成气中的甲烷流量的1.5-1.8倍。
4.根据权利要求1所述的用于有机危废等离子气化熔融炉出口合成气的净化方法，其特征在于：出等离子气化熔融炉的合成气出口的粗合成气的温度为900-1100℃。
5.根据权利要求1所述的用于有机危废等离子气化熔融炉出口合成气的净化方法，其特征在于：进入所述转化烧嘴的内中心管道的氧气浓度为至少90vol.％。
6.根据权利要求1所述的用于有机危废等离子气化熔融炉出口合成气的净化方法，其特征在于：该方法还包括，出转化炉的合成气依次经余热回收、除尘、碱洗后得到净化合成气，该净化合成气能够直接供下游工艺使用。
7.根据权利要求6所述的用于有机危废等离子气化熔融炉出口合成气的净化方法，其特征在于：所述余热回收方式为蒸汽锅炉式热量回收、热水换热器式热量回收和空气换热器式热量回收中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的用于有机危废等离子气化熔融炉出口合成气的净化方法，其特征在于：所述除尘方式为旋风除尘器式除尘和布袋除尘器式除尘中的至少一种。
9.根据权利要求6所述的用于有机危废等离子气化熔融炉出口合成气的净化方法，其特征在于：所述碱洗方式为采用1-4级碱洗塔进行碱洗，其中碱洗塔的碱液采用5～15wt.％的氢氧化钠溶液，流量为150-400m3/h。
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