卧式高温分解气化反应装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种卧式高温分解气化反应装置，其包括一个卧式反应釜，所述卧式反应釜中设置一个轴向旋转式胆芯，胆芯与外套之间形成调节腔，所述调节腔自左向右分隔为多个区域且各区域的大小可调节。另外，在生产出合成气体后，直接循环到工艺中，增加热分解效果。本发明的装置所产生的是合成气体(一种燃气)，对有害气体的控制很有效，因此对环境的危害极小。
【专利说明】卧式高温分解气化反应装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种卧式高温分解气化反应装置，具体涉及一种包括轴向旋转式胆芯的卧式高温分解气化反应装置。
【背景技术】
[0002]许多处理工艺中均包括高温处理过程，高温处理的目的是减少固废的体积以及危害，同时在处理时有效地控制有害物质/气体释放到环境中。而且高温处理也可以生产能源，以及处理矿物质或化学物质的回收。
[0003]大部分垃圾热处理方式是炉排燃烧方式，热分解反应后炉排上的物质总有一部分为燃烧的颗粒留在灰分中，而且这种方式因为机械结构的原因也需要大量的维修工作。
[0004]如果即处理垃圾也生产能源，一般采用流化床燃烧方式，这种方式的缺陷是重颗粒，如砂烁和金属结合在一起等影响在炉内流化。
[0005]等离子处理垃圾非常耗能，而且需要分类，因为气化的汞化物以及铅需要特殊过滤，这种方式会增加很多成本。
[0006]焚烧垃圾所面临的重要问题是氯化物，燃烧时产生大量的二恶英和呋喃。厨余垃圾中的盐(氯化钠)，建筑包装材料和食品包装材料以及PVC(聚氯乙烯)等燃烧是产生二恶英的主要原因。二恶英中含有一部分剧毒原素，这些二恶英的排放很难在烟气中分别测量。燃烧和清理技术是二恶英排放的关键环节。因为生活垃圾一般在相当高温状况下焚烧，释放出碳氯化物，容易产生二恶英和其它有毒气体，如多环芳烃类PAH-的化合物。
[0007]以上所提的两种方式(炉排和流化床)最重要的缺陷是工艺很难调节。一般使用燃煤或者燃油提高物料的热值和均质性。而且当今的排放标准严格地限制燃煤的使用。这两种方式还有的问题是焦油把未烧透的物质粘接到炉排或者流化床上，直接阻碍供氧，影响运营时间和增加维护程序，同时也增加成本和排放。
[0008]另外，燃烧就是一种氧化形式，其结果是产生二氧化物，如对环境造成危害的二氧化碳，当今减少碳排放是各国非常关注的问题。氧化物的净化不是很简单的工艺，需要大量的投资，甚至占热能设备的三分之二。比如说，易锈的钢材即氧化的钢材的清理比不锈钢即还原的钢材要复杂得多。氧化最大的缺点是腐蚀设备的金属结构，为了防止腐蚀，结构材料投资和维护也增加了成本。
[0009]氧化的对立反应是还原，这正是气化的特点，在气化过程中所还原的是碳化物，这些碳化物阻止金属表面氧化，以至不产生锈，而且也容易清理。有机物质在高温下发生化学反应，产生可燃气体，这种工艺上的特点是控制氧气量限制供氧，因此氧化物的排放也非常小。因此，大大地减少了设备的投资和维护成本。最终产品是以一氧化碳和氢组成的合成气体。这类气体可以直接燃烧，或者在清洗后作为内燃机或者燃气涡轮机的燃料。因为高温化学反应的气化工艺中有较长时间的还原，所以对环境有害因素很容易控制，所以不需要昂贵的尾气处理设备，实现了投资少和维护成本低，以及缩短设备投资的回收期。
[0010]气化技术已经有了上百年的历史，但是，清洁的气化工艺的控制成为该技术商业化的瓶颈，尤其是在发电厂的使用，因为干馏时产生的焦油直接影响燃气机的寿命。碳在气化中多为还原剂，同时一部分碳也是分解工艺中的催化剂；另外，在工艺的开始需要氧，但是热解时又不需要；因此，整个工业控制的关键是氧与碳的比例和时间。
[0011]气化或燃烧状况时需要鼓风以加强工艺效率，但是空气预热时又需要增加能源，因而减少了效率。常规的气化或燃烧设备的外壁需要冷却，因此也需要能源，也减少了功效。
[0012]鉴于上述工艺和方式中存在的不足，亟待开发新型高效的设备。
【发明内容】
[0013]本发明的主要目的是以简单的结构(设备)消除以上燃烧或气化工艺的缺陷，以及产生极少的有害气体。
[0014]一种卧式高温分解气化反应装置，其包括一个卧式反应釜，所述卧式反应釜中设置一个轴向旋转式胆芯，胆芯与外套之间形成调节腔，所述调节腔自左向右分隔为多个区域且各区域的大小可调节。
[0015]根据本发明，所述调节腔以隔离圈分隔为多个区域。优选地，所述隔离圈为钢圈。优选地，所述隔离圈横向可移动，从而实现各区域的大小可调节，即加大或减少各区域。
[0016]根据本发明，所述多个区域至少为4个。优选地，自左向右依次为干燥区、分解区、催化区和还原区。优选地，所述干燥区的大小可适当扩大。
[0017]根据本发明，所述各区域之间是密封的，以至各区域之间的气体不串腔。
[0018]根据本发明，所述胆芯的前端设置有送料口，后端设置有出料口。
[0019]根据本发明，所述轴向旋转式胆芯是可调节转速的。
[0020]根据本发明，所述胆芯壁上设置有通气孔，所述通气孔斜向设置。优选地，所述通气孔方向以送料方向向前倾斜。优选地，所述倾斜角为10-60°。更优选地，所述倾斜角为20-50。。
[0021 ] 根据本发明，所述通气孔每间隔一段设置一组。所述间距例如为50mm-500mm，优选为 100mm-300mnin
[0022]根据本发明，所述还原区中优选不设置通气孔。
[0023]根据本发明，所述通气孔是锥形的。例如孔的外口是直径10_50mm的大口，内口是直径5-30mm的小口。
[0024]根据本发明，可以根据需要控制反应釜内不同区域的温度或者通气(如空气或氧气)量。
[0025]根据本发明，所述胆芯内壁设置有搅拌叶片。优选地，所述搅拌叶片是横向排列的。更优选地，是横向排列的多组叶片。
[0026]根据本发明，所述反应釜的送料端比出料端略高，即所述反应釜稍向下倾斜。优选地，所述反应釜的轴线与水平线夹角介于2-8°之间，优选约4-6°。
[0027]根据本发明，根据物料反应的需要，所述反应釜的送料端也可以比出料端略低，即所述反应釜稍向上倾斜。优选地，所述反应釜的轴线与水平线夹角介于2-8°之间，优选约
4-6°。
[0028]根据本发明，所述胆芯的尾端口径逐渐缩小。
[0029]根据本发明，有管道设置于所述反应釜下部的调节腔中，用于向调节腔中输送气体(如空气或氧气)。优选地，所述管道设置于所述反应釜下部的调节腔的分解区和催化区。
[0030]根据本发明，所述装置还包括一立式燃气室，所述反应釜的出料口与所述燃气室相连。
[0031]根据本发明，所述燃气室的上端设置与反应釜外壁相连的管道。
[0032]根据本发明，所述管道分别与反应釜中的各区域连通。优选地，与反应釜中的干燥区、分解区和催化区连通，使得高温的合成气体环绕胆芯外壁。更优选地，一个管道直接从送料端进入胆芯，另一个管道连接至干燥区的上部，从而提高干燥和分解效果。
[0033]根据本发明，所述燃气室为锥形。
[0034]本发明的装置适用于分解几乎所有的高热值的有机物质；也适用于分解低热值有机物质如污水厂的污泥，河流、湖泊或池塘积存生物淤泥，生活垃圾，餐厨垃圾等。另外，本发明的装置也可以适用于选矿工艺中，将氧化金属矿物质脱氧，在选矿时也可以同时生产能源。
[0035]发明的有益效果:
[0036]本发明的特点是高效，有害气体排放极低，几乎所有的有机物质均可以分解成合成气体(一种燃气)。
[0037]本发明的装置所产生的是合成气体(一种燃气)，对有害气体的控制很有效，因此对环境的危害极小。
[0038]在处理大量废弃物时，本发明的装置可以增加多套组合的设备，无需过剩的投资。
[0039]包括轴向旋转式胆芯的反应釜是卧式，可移动的，所以运输很方便。
[0040]简单结构带来了可靠性、寿命长、维护简单、低成本运行以及投资回收期短等诸多好处。组合式的解决方式，即适合移动性的小的处理站也适用于固定的大的处理站。
【专利附图】
【附图说明】
[0041]图1是本发明的装置的结构示意图。
[0042]I卧式反应釜；2胆芯壁；3胆芯轴线，可通过调整其两端的高度而与水平线成一定角度(如5° )，例如可以是送料端比出料端高约5°、或者出料端比送料端高5°、或者两端高度一样；4不同区域，从左向右依次为干燥区、分解区、催化区和还原区；5隔离圈；6隔离圈可以左右调节；7调节腔；8通气孔；9通气孔角度，以送料方向向前倾斜，所述倾斜角为10-60°，优选地为20-50° ;10胆芯尾部；11燃气室；12管道；13送料端；14管道；15搅拌叶片。
【具体实施方式】
[0043]该发明公开了一种高温分解气化反应装置，其包括一个卧式反应釜，所述卧式反应釜中设置一个轴向旋转式胆芯。有机物质在胆芯内可以快速高效进行气化，因旋转翻动，使釜内的物料膨松，湿度、温度以及气体，均匀地在釜内进行高温反应。处理时物料在釜内分段进行干燥、分解、催化以及还原。可以精确地、快速地、可调整地输送物料。反应釜也无需另加冷却装置。具体而言，本发明的原则是以高温分解气化的工艺；物料在一个反应釜中分段干燥、分解、催化和还原，其合成气体(一种燃气)中的有害尾气只有排放标准的10%。
[0044]本发明的卧式反应釜不会出现【背景技术】中所提到的问题，因为物料在釜内不断地翻滚，物质以及气体均匀混合；另外，固态中的无机物质和焦油与灰分很容易排出釜外。
[0045]高温反应气化工艺供氧比燃烧少，因此排放也比燃烧工艺少，同时投资和维护成本也减少了。同时当供氧充足时本发明的反应釜也可以是燃烧设备。
[0046]在本发明的一个优选的实施方式中，所述物料的输送是以近水平卧式方式的胆芯滚筒形式进行的，送料可以是螺旋或是传送带方式。如上所述，本发明的反应釜稍向下倾斜(如送料端比出料端向下倾斜约5度)，促使物料的推进，其向前推进的速度可以根据倾斜度的大小和转速进行调整，以至调整物料的分解程度。所述反应釜的外套与胆芯之间是不旋转的气体隔离空间结构，称为调节腔，调节腔的目的是调节气体和温度，一个或几个鼓风机控制气体趋向以及温度。调节腔分成不同的区域，可以根据需要控制反应釜内不同区域的温度或者气体(如空气或氧气)量。区域的分段距离也可以根据工艺需要进行调整。物料越干燥，气化效率越高。为了提高干燥效果，反应釜内第一区域(干燥区)较长，使材料的滞留时间增加，材料中的一部分水份在高温下分解成氢气，提高了燃烧效果。
[0047]本发明的装置可以根据工艺需要对物料的输送进行快速和准确地调整，这也是该发明的主要优点之一。
[0048]在本发明的一个优选实施方式中，所述反应釜的胆芯是高温耐火材料，胆芯壁设有通气孔，如每间隔200_—组，同时也可以根据需要关闭。通气孔是锥形的，例如孔的外口是直径20mm的大口，内口是直径15mm的小口，而且通气孔方向以送料方向向前倾斜30°角，这样物料在前进时不堵塞通气孔。如果通气孔被固态物质覆盖，当胆芯旋转时上方的物质就自动掉落下来。本发明的工艺中物料是干燥的，斜角的通气孔也有助于物料和气体之间运动的关系，即加快或者减少物料前进的速度、分解或还原的时间。同时气流也转移了壁体的热能，以至增加了预热的效果和降低外壁的温度。胆芯内壁横向排列多组搅拌叶片，目的是加长物料翻动时在上部停留时间，提高物料膨松和反应。这也是该发明最重要的特点之一，即减少了预热和冷却所需的能源。不仅提高了效率，也减少了设备的投资和维护成本。
[0049]本发明中，反应釜在转动时，物料蓬松起来，因此颗粒全方位接触热源，这时通气孔输送调节好的气体，使物料和气体尽可能地相互混合，以至加快了高效的分解气化状况。该发明可以分解几乎所有的有机物质，与众不同的是无需预热。因为工艺的旋转性使物料蓬松、均质以及分段控制温度。
[0050]在选矿工艺上，反应的碳化物也是还原剂，其最终产生一氧化碳，这时金属的氧份和部分硫释放出来，氧化金属就成为较纯金属了 ；而且，对环境有害的二氧化碳的排放也大大地减少了。另外，在选矿的同时还生产能源，这也是气化工艺优点之一。
[0051]如前所述，本发明的装置还包括一立式燃气室，所述反应釜的出料口与所述燃气室相连，所述燃气室的上端设置与反应釜外壁相连的管道，从而实现了燃气室中的合成气体(一种燃气)和热量的回用。众所周知，热气体运动方向是往上的，下面的温度因为物料在开始端是低温和湿度较高，还不能分解或燃烧。该发明的一个优点是末端热能和储热的材料将高温能源引导到低温端，这样就更好地加热和干燥，提高了功效。
[0052]在本发明的一个优选的技术方案中，气体(包括空气/氧气、和/或合成气体等)在反应釜的胆芯与外套之间的调节腔内以气流形式360度接触胆芯外壁，加热物料。而通过通气孔，以及进料口与燃气室连通的管道，气体以气流形式进入胆芯，直接接触胆芯内的物料，搅拌、蓬松和进一步加热物料。尤其是在工艺开始生产的时候，这时尾端的热气体有效地、充分地通过所述管道引导至开始端。
[0053]本发明中，物料在反应藎中分解和还原后，合成气体(一种燃气)和灰分输送到立式的燃气室中，例如锥形的腔体，腔壁的耐火材料也有储能的功能。因为腔体是锥形的，气流就形成湍流，以至那些没有分解的灰分物质产生最终的还原反应。燃气室底部可以鼓风以加强效果。剩余的灰分以及固态无机物从燃气室的底部排出。
[0054]本发明的反应釜以气流控制，使得温度一般限制在1200°C以下，从而减少氮氧化机会，以便控制氮化物NOx。气流的调整也可以输入冷却后的合成气体(一种燃气)。因为合成气体(一种燃气)中不含有未分解的物质，所以生产出来的合成气体(一种燃气)可以生产蒸汽，发电，或作为燃气发动机的燃气发电。根据需要，余热或者尾气的余热可以用来干燥物料。
[0055]处理塑料类垃圾的主要问题是塑料在燃烧时可以产生呋喃类的有害气体。该发明的一个关键是，分解温度逐步升高，在送料端时塑料已经融化，然后逐渐分解成合成气体(一种燃气)，这个过程中有害气体的产生也非常小。同时，因为旋转翻动，融化物或者焦油也因此不会粘落在炉壁上影响工艺。再有，固态的无机物也不影响反应，自动在反应釜内旋转排出。
[0056]以下结合图1和具体的物料流程对本发明的装置做进一步详细的说明。
[0057]本发明的装置包括一个卧式反应釜1，所述卧式反应釜I中设置一个近水平的轴向旋转式胆芯。胆芯壁2的材料是储能耐火材料，如陶瓷材料。物料从卧式反应釜I的送料端13输入胆芯内，送料端比出料端高约5° (即胆芯轴线3与水平线的夹角为5° )。两端的高度可以根据物料在釜内输送速度或气化程度进行调整，必要时出料端也可以比送料端高，改变了物料输送方向，增长反应时间。在工艺中，物料的输送速度、分解速度或分解时间也可以通过调整胆芯的转速来调节。
[0058]在胆芯旋转时，反应釜中的物料蓬松起来，物料颗粒高效地和胆芯壁的储能耐火材料以及热气流接触。反应釜启动时需要外部燃料，当运行起来，温度达到一定高温时，物料开始分解，就生产出合成气体(一种燃气)，这时就不需要外部燃料。外套和胆芯之间的调节腔内的气流腔通过隔离圈5横向分成四个或更多个隔离段4，分别是干燥区、分解区、催化区和还原区，这些隔离圈5也可以根据工艺需要横向移动6，加大或者减少工艺反应区域。胆芯与外套之间为气体和温度的调节腔7，各区域之间是密封的，以至区域之间的气体不串腔，保证分解效果。区域隔离圈(如钢圈)的距离也可以根据需要调节，增加或者减少区域，例如可以适当增加所述干燥区的大小。
[0059]外部空气通过管道14输送到反应釜I下的调节腔7内，当胆芯旋转时，釜壁温度把空气加热，之后通过胆芯壁2的通气孔8输送到胆芯内，胆芯壁的通气孔8是锥形的，夕卜孔径大于内孔径。通气孔8的方向与胆芯壁的切向角度9约30°。因此物料在运动时不会直接从孔中掉落，而且在鼓风时有助于推动物料。这种方式也防止物料堵塞通气孔。补充的空气经过胆芯的外壁和调节腔7时自动地加热，提高热反应效果。胆芯内壁设置有横向叶片15，该横向叶片15使物料更好地翻动而且增加了物料在上部滞留的时间，加强反应。胆芯尾端10的直径比内壁直径小约10%，其目的是增长物料滞留时间，增加热反应效果。工艺供氧主要在分解区和催化区，与常规的焚烧区别是氧气的控制，尽可能地用少量的氧气(低的供氧量)，利用高温分解有机物质，氧气的控制是本工艺关键。还原区不供氧。
[0060]物料在尾端还原后产生的灰分和其它无机物如:沙砾、金属等矿物质自动地传送到燃气室11，在燃气室中，没有分解的部分有机物质继续分解。最终，剩余的灰分由燃气室底部的卸灰阀排除。分解后的高温的合成气体由燃气室上部的管道12引向反应釜的各区域，根据工艺需要一部分热能从各区域的调节腔输入，增加分解效果，一部分环绕胆芯壁2，利用热能进一步干燥干燥区的物料。而且一部分高温的合成气体从送料端直接进入胆芯，更进一步地提高干燥和分解效果。气化出来的合成气体还可以直接燃烧生产蒸汽，或者清洗后，作为燃气机或者燃气涡轮机的燃料。
【权利要求】
1.一种卧式高温分解气化反应装置，其包括一个卧式反应釜，所述卧式反应釜中设置一个轴向旋转式胆芯，胆芯与外套之间形成调节腔，所述调节腔自左向右分隔为多个区域且各区域的大小可调节。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述调节腔以隔离圈分隔为多个区域。优选地，所述隔离圈为钢圈。优选地，所述隔离圈横向可移动，从而实现各区域的大小可调节，即加大或减少各区域。 优选地，所述多个区域至少为4个。优选地，自左向右依次为干燥区、分解区、催化区和还原区。优选地，所述干燥区的大小可适当扩大。 优选地，所述各区域之间是密封的，以至各区域之间的气体不串腔。 优选地，所述胆芯的前端设置有送料口，后端设置有出料口。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述轴向旋转式胆芯是可调节转速的。 优选地，所述胆芯壁上设置有通气孔，所述通气孔斜向设置。优选地，所述通气孔方向以送料方向向前倾斜。优选地，所述倾斜角为10-60°。更优选地，所述倾斜角为20-50°。 优选地，所述通气孔每间隔一段设置一组。所述间距例如为50mm-500mm，优选为100mm-300mmo 优选地，所述还原区中不设置通气孔。 优选地，所述通气孔是锥形的。例如孔的外口是直径10-50mm的大口，内口是直径5-30mm 的小 口。 优选地，可以根据需要控制反应釜内不同区域的温度或者通气(如空气或氧气)量。优选地，所述胆芯内壁设置有搅拌叶片。优选地，所述搅拌叶片是横向排列的。更优选地，是横向排列的多组叶片。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述反应釜的送料端比出料端略高，即所述反应釜稍向下倾斜。优选地，所述反应釜的轴线与水平线夹角介于2-8°之间，优选约 4-6。 ο 优选地，根据物料反应的需要，所述反应釜的送料端也可以比出料端略低，即所述反应釜稍向上倾斜。优选地，所述反应釜的轴线与水平线夹角介于2-8°之间，优选约4-6°。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述胆芯的尾端口径逐渐缩小。 优选地，有管道设置于所述反应釜下部的调节腔中，用于向调节腔中输送气体(如空气或氧气)。优选地，所述管道设置于所述反应釜下部的调节腔的分解区和气化区。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括一立式燃气室，所述反应釜的出料口与所述燃气室相连。 优选地，所述燃气室的上端设置与反应釜外壁相连的管道。 优选地，所述管道分别与反应釜中的各区域连通。优选地，与反应釜中的干燥区、分解区和催化区连通，使得高温的合成气体环绕胆芯外壁。更优选地，一个管道直接从送料端进入胆芯，另一个管道连接至干燥区的上部，从而提高干燥和分解效果。 优选地，所述燃气室为锥形。
7.权利要求1至6中任一项所述的装置的用途，其适用于分解几乎所有的高热值的有机物质；也适用于分解低热值有机物质如污水厂的污泥，河流、湖泊或池塘积存生物淤泥，生活垃圾，餐厨垃圾等。另外，所述装置也可以适用于选矿工艺中，将氧化金属矿物质脱氧，在选矿时也可以同时生产能源。
【文档编号】C10J3/66GK104479740SQ201410693979
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月26日 优先权日:2014年11月26日
【发明者】林蓝晨 申请人:北京贝睿通信息咨询有限公司