一种含碳物质气化炉

技术领域

本发明涉及含碳物质气化技术领域，具体涉及一种生物质、可燃垃圾(塑料袋、衣物等)、电路板等含碳物质制合成气的气化反应器，具体涉及一种含碳物质气化炉。

背景技术

生物质、垃圾等含碳物质的气化技术是能将其利用起来的最有潜力的技术之一，通过在气化炉内高温环境下将含碳物质转化为以一氧化碳和氢气为主的合成气，可以实现从低品位固态燃料到高品味洁净气体燃料的转换。

当前世界上采用的生物质、垃圾等含碳物质的气化技术大多采用固定床、流化床以及气流床气化技术。

固定床技术：生物质等含碳原料从炉子顶部加料口投入气化炉内，物料在炉内基本是按层次地进行较慢的气化反应。由于气化炉本身设计简单、操作容易、且适应气化水分含量较多的物料具有广泛的应用性。固定床气化存在主要问题：1)由于生物质、垃圾等物料堆积密度较低，在入炉前需要对其进行压块处理；2)固定床气化较低且不均衡的传热和传质特性，使合成气中掺杂有大量的焦油和固体物料颗粒，加大了后续处理的复杂程度和投资成本；3)合成气中带有大量焦油和固体物料颗粒，不仅对合成气洗涤工段带来了麻烦，焦油还容易在低温下凝结，堵塞管口、阀门、仪表等，使气化设备难以长时间稳定运行；4)部分生物质等含碳原料挥发分含量极高(60％以上)，使固定床的炉温难以控制；5)部分生物质等含碳原料灰分含量较低，生物质秸秆的灰分为3～10％，木材的灰分一般在1％左右，衣物、塑料袋等灰分含量几乎为零，固定床底部没有灰层保护，炉底温度不能控制，容易造成炉底超温、损坏。

流化床气化炉：将粉碎的生物质等含碳原料原料和精选过的惰性材料沙子投入炉中，在吹入气化剂作用下，物料颗粒、沙子和气化充分接触、受热均匀，在炉内呈“沸腾”燃烧状态，气化反应速度快，生产能力大。流化床气化炉存在的主要问题：1)为了保证物料的充分反应，必须确保床层的稳定，因此对物料的粒度、进料速度、以及压力等都有严格要求，而生物质、垃圾等含碳物质本身物性复杂，水分含量偏高，难以确保稳定进料。2)流化床技术普遍需要如沙子一类的加热介质，且其内部流场难以控制，导致其操作难度较大，容易对设备进行磨损，造成不能稳定生产，使用成本较高；3)由于添加了沙子等物料，使合成气中含有较多的固体颗粒；4)由于生物质等含碳原料含有较高的碱金属，流化床气化的热回收段经常发生钾、钠的沉积造成堵塞，使气化炉不能稳定运行；5)流化床气化炉结构过于复杂，投资巨大。

相比于固定床和流化床气化炉，气流床气化拥有反应温度高、气化效率高、气体中不含焦油、易大型化等优势，但目前的气流床都需要先将物料在热解炉中进行热解，再将热解产物送入气化炉内进行气化。其热解阶段同样会产生焦油，因此也会面临和固定床反应器类似的堵塞管道问题，同时其使用的热解炉通常需要外部供热，导致其热效率偏低，且设计复杂难以大型化。

发明内容

为此，本发明提供一种含碳物质气化炉，以解决现有技术中的上述问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

根据本发明的第一方面，一种含碳物质气化炉，包括热解段和气化段；

所述热解段出口与所述气化段连通；

所述热解段和所述气化段内设有耐火层；

所述热解段中轴与水平线夹角为0度到80度；

所述热解段端头设有不少于一个物料进口和不少于一个的热解段含氧气体喷头；

所述气化段顶部设有至少一个含氧气体喷头；

所述气化段出口与合成气冷却段相连。

进一步地，还包括渣口，所述渣口位于气化段出口，渣口与气化段可以同轴或不同轴设置。

进一步地，合成气冷却段可以通过与水直接换热将合成气冷却构成合成气冷却段间接换热区，也可以通过间接换热回收部分显热后再直接用水冷却构成合成气冷却段直接换热区。

进一步地，合成气冷却段入口与所述气化段渣口相连，所述合成气冷却段内部设有合成气下降筒，所述合成气冷却段侧壁设有激冷水入口与合成气出口，底部设有排渣口。

进一步地，所述热解段内设置有热解段耐火材料。

进一步地，所述气化段内设置有气化段耐火材料。

进一步地，所述气化段可以由气化段膜式水冷壁构成。

进一步地，所述热解段可以设置多个。

进一步地，气化段顶部含氧气体喷头可以和部分液态、固态、气态物料一起喷入炉内。

根据本发明实施的含碳物质气化炉包括：热解段和气化段；所述热解段出口与所述气化段连接；所述热解段中轴与水平线夹角为0度到80度；所述热解段端头处设有至少一个物料进口和含氧气体喷头；所述气化段顶端设有一个含氧气体喷头。

相比于固定床、流化床以及传统气流床含碳物质气化炉而言，根据本发明有以下优点：

1、气化炉采用氧气为气化介质，无需额外添加沙子等加热介质，易于操作；

2、气化炉可维持高炉温运行，将保证热解产生的焦油完全反应，出气化炉气体不含焦油，不会堵塞管道，气体处理流程简单；

3、热阶段采用氧气和自身物料燃烧提供物料热解所需热量，不需要外供热源；

4、且将热解和气化工段并入一个设备中进行，大幅降低了投资以及使用成本、简化了操作流程；

5、物料不需压块，干燥，只需将物料破碎到10mm左右，原料处理简单；

6、气化炉顶部氧气喷嘴可以汇合可然气体、油、煤、有机废液等一起进入气化炉，可以实现一台气化炉同时处理多种废弃物。

另外，根据本发明实施的含碳物质气化炉，还可以具有如下附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述含碳物质气化炉还包括渣口，所述渣口位于气化段出口，渣口与气化段可以同轴或不同轴设置。

根据本发明的一个实施例，所述含碳物质气化炉还包括：合成气冷却段，所述合成气冷却段可以通过与水直接换热将合成气冷却，也可以通过间接换热回收部分显热后再直接用水冷却。

所述合成气冷却段位于所述气化段下端，其入口与所述渣口相连，所述合成气冷却段内部设有合成气下降筒，所述合成气冷却段侧壁设有激冷水入口与合成气出口，底部设有排渣口。

根据本发明的一个实施例，所述热解段内设置有耐火材料。

根据本发明的一个实施例，所述气化段内设置有耐火材料。

根据本发明的一个实施例，所述气化段由膜式水冷壁构成。

根据本发明的一个实施例，所述热解段可以不止一个，可以设置多个热解段。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明一些实施例提供的一种含碳物质气化炉的结构图。

图2为本发明一些实施例提供的另一种含碳物质气化炉的结构图。

图3为本发明一些实施例提供的再一种含碳物质气化炉的结构图。

图中：

1、热解段，11、热解段耐火材料，12、热解段含氧气体喷头，13、物料进口，14、物料进口；

2、气化段，21、含氧气体喷头，22、气化段耐火材料，23、气化段膜式水冷壁，24、冷却水入口，25、冷却水出口，26、渣口；

3、合成气冷却段间接换热区，31、锅炉水入口，32，锅炉水出口；

4、合成气冷却段直接换热区，41、合成气下降筒，42、合成气出口，43、激冷水入口，44、排渣口；

5、热解段，51热解段耐火材料，52、热解段含氧气体喷头，53、物料进口，54、物料进口。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2、图3所示，根据本发明实例的气化炉包括热解段1，气化段2，合成气冷却段直接换热区4，合成气冷却段间接换热区3。

热解段1出口与气化段2连接，热解段1与水平线夹角为0度到80度；热解段1端头处设有至少一个物料进口13、14和含氧气体喷头12；所述气化段顶端设有一个含氧气体喷头21。

上述实施例可达到技术效果为：通过控制含氧气体喷头12的氧气量和物料进口13、14的进料量来控制热解温度，水平布置的热解段1可以保证物料的停留时间，有利于含碳物质的充分热解反应。物料及热解产物受气力影响向气化段2入口移动，气化段顶端的含氧气体喷头21进行二次补氧，对热解产物进行高温气化，将热解产生的焦油及半焦燃烧气化。

可选的，如图1、图2、图3所示，在一些实施例中，还包括渣口26，渣口26与气化段2可以同轴或不同轴设置。

上述可选的实施例的有益效果为：根据主要进料的物性可以选则合适的气化段停留时间，渣口26和气化段2不同轴设置有利于固体颗粒的回流，从而延长固体颗粒的反应时间，而对于没有短路物流的物料则可以选择与气化段同轴设置的渣口布置。

可选的，如图1所示，在一些实施例中，还包括：合成气冷却段直接换热区4，合成气冷却段直接换热区4位于气化段2下端，其入口与所述渣口26相连，合成气冷却段侧壁设有激冷水入口43与合成气出口42，合成气冷却段底部设有排渣口44，合成气直接换热区内设有合成气下降筒41。气化段2产生的合成气、渣以及没有反应的物料出渣口26经下降筒41进入合成气直接换热区4，与来自激冷水入口43的激冷水换热，换热后的合成气从合成气出口42离开合成气冷却段，渣水混合物从底部出渣口26排出。

可选的，如图2、3所示，在一些实施例中，还包括合成气间接换热区3，气化段2出口设有合成气间接换热区3，合成气间接换热区3出口与合成气直接换热区4入口连通，合成气间接换热区3段侧壁设有锅炉水入口32和锅炉水出口32。效果为：可以通过回收离开气化室的高温合成气的辐射热来副产蒸汽，产生的蒸汽可以用于发电等用途。

可选的，如图1、图2、图3所示，在一些实施例中，热解段1内设置有耐火材料。

可选的，如图1、图2所示，在一些实施例中，气化段2内设置有耐火材料。

上述可选的实施例的效果为：耐火材料可以使热量不至于被水夹套结构或膜式壁产生的蒸汽带走，以维持反应温度。

可选的，如图3所示，在一些实施例中，气化段2由膜式水冷壁23构成，气化段2侧壁设有冷却水入口24和冷却水出口25。效果为：对于一些危险废物，需要提高炉温将所有物料烧结为玻璃体，膜式水冷壁可以提高炉温，使气化炉温度不受耐火材料的限制。

可选的，如图3所示，在一些实施例中，热解段1可以不止一个，可以设置多个热解段，额外的热解段5同样具有含氧气体喷头52、和物料进口53、54。效果为：实现装置的大型化，降低综合生产成本，且多个热解段可以避免因一个热解段进料系统故障而引发停车，可以保证气化段的稳定运行。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。