專利名稱：：利用城市生活垃圾及填埋氣制取合成氣的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種利用城市生活垃圾及填埋氣制取合成氣的裝置及方法。
背景技術(shù)：
：目前我國城市生活垃圾總量為1.5億噸，且以8—10%的年增長率遞增，對于經(jīng)濟快速發(fā)展中的城市，垃圾產(chǎn)量增長快，組分復(fù)雜，缺乏建設(shè)資金，管理體制薄弱，源頭分類回收實施困難，垃圾無害化處理率仍較低，填埋處理技術(shù)為主，資源利用率低，環(huán)境污染大。我國垃圾填埋場已高達1000多座，其中大多數(shù)沒有考慮填埋氣的回收利用，在污染環(huán)境的同時也極大浪費了資源?？沙掷m(xù)發(fā)展要求將垃圾強調(diào)為一種"資源"及強調(diào)"保存能量和原料"，鼓勵將垃圾的預(yù)防、再利用、原料和熱能的回收作為選擇，最后只對那些經(jīng)過穩(wěn)定化處理的垃圾使用填埋法，由此可見，垃圾利用新技術(shù)正朝著無害化、減量化和資源化有機結(jié)合的綜合利用方向發(fā)展，基于該發(fā)展趨勢，后來出現(xiàn)了如下兩種垃圾處理技術(shù)一、將垃圾原料加入到上吸式固定床中，在700—80(TC裂解，氣化生成含有焦油的空氣煤氣，再經(jīng)過850—95(TC高溫區(qū)，使焦油裂解，得到不含焦油的煤氣；二、回轉(zhuǎn)窯垃圾氣化、炭灰共融的多級焚燒方法及其系統(tǒng)，該技術(shù)從根本上消除二噁英和重金屬生成反應(yīng)起觸媒作用的飛灰源，而且能夠在基本不增加能耗條件下提高系統(tǒng)燃燒的碳轉(zhuǎn)化率，同時也對金屬資源進行單體回收；三、城市生活垃圾氣化熔融焚燒處理方法及其系統(tǒng)，可以在少加輔助燃料或不加輔助燃料條件下穩(wěn)定運行，成本低，且能實現(xiàn)零污染排放。眾所周知，由于在傳統(tǒng)垃圾處理過程中，均是將垃圾進行填埋處理，上述技術(shù)均未考慮對填埋垃圾的處理及回收利用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種利用城市生活垃圾及填埋氣制取合成氣的裝置及方法，由于本發(fā)明考慮對現(xiàn)有填埋垃圾的回收與利用，更為環(huán)保、節(jié)能、資源利用率高。其技術(shù)方案如下利用城市生活垃圾及填埋氣制取合成氣的裝置，該裝置包括填埋氣分離裝置、上吸式固定床、氣流床，填埋氣分離裝置與填埋氣管道連通，填埋氣分離裝置上設(shè)有C02輸出口及CH4輸出口；上吸式固定床上設(shè)有垃圾輸入口、氣化劑入口、氣體產(chǎn)物出口及灰渣出口，氣流床上設(shè)有進氣口、出氣口及位于氣流床下方的冷卻室；C02輸出口及02輸出口均與氣化劑入口相通，氣體產(chǎn)物出口及CH4俞出口均與進氣口相通，出氣口與冷卻室相通，冷卻室的底部為冷卻水槽，在冷卻室內(nèi)出氣口位置設(shè)有冷卻劑噴口，冷卻室上設(shè)有合成氣出口。本發(fā)明中，利用城市生活垃圾及填埋氣制取合成氣的方法包括如下步驟.-A、將城市生活垃圾投入上吸式固定床，從垃圾填埋氣中分離出C02及CH4，將C02與02混合后輸入上吸式固定床，城市生活垃圾在上吸式固定床內(nèi)氣化，城市生活垃圾氣化后生成的灰渣從灰渣口輸出；B、在前述A步驟中，從垃圾填埋氣中分離出的CH4及城市生活垃圾氣化后生成的氣化氣輸入氣流床內(nèi)，使混合氣在高溫下進行部分氧化重整生成化學(xué)合成氣，該合成氣輸入冷卻室內(nèi)；C、向冷卻室內(nèi)噴入冷卻劑，冷卻氣中的熔渣落入冷卻水槽，并將冷卻后的合成氣輸出。本發(fā)明由于對傳統(tǒng)垃圾填埋氣進行了回收利用，將垃圾填埋氣與城市生活垃圾進行了高效低污染的共利用處理，經(jīng)過高溫裂解、氣體組分變換、凈化處理后，可以獲得合適的化學(xué)合成氣產(chǎn)物，提高了資源的利用率，減少了環(huán)境污染。在所述A步驟之前，還有一個步驟AO:對城市生活垃圾進行預(yù)選，并去除城市生活垃圾中的大塊不可燃物。在所述A步驟中，通過調(diào)節(jié)0)2與02混合比例，來調(diào)節(jié)上吸式固定床內(nèi)的溫度。在所述A步驟中，所述C02與02的摩爾比為0至6之間。在所述A步驟中，所述上吸式固定床內(nèi)的溫度控制在6(XTC至ll(XTC之間，優(yōu)選為600'c至9(xrc之間。在所述B步驟中，所述氣流床內(nèi)的溫度控制在IIO(TC至160(TC之間。在所述C步驟中，噴入所述冷卻室中的冷卻劑為堿性冷卻劑。堿性冷卻劑，可以吸收垃圾氣化氣中的少量含氯、硫、氟等有害氣體。前述該裝置的進一步結(jié)構(gòu)是該裝置還包括有料斗、星型進料閥，該料斗通過星型進料閥與所述上吸式固定床的垃圾輸入口相通。由于料斗與上吸式固定床之間設(shè)有星型進料闊，在向上吸式固定床內(nèi)投放垃圾的同時，可以保證上吸式固定床與外界的相對隔絕，有利于使上吸式固定床內(nèi)保持微正壓。所述進氣口為多通道噴嘴。設(shè)置多通道噴嘴后，從垃圾填埋氣中分離出的CH4及城市生活垃圾氣化后生成的氣化氣可以從各自獨立的通道以較高的速度噴射進入氣流床內(nèi)，在氣流床內(nèi)進行射流混合，充分反應(yīng)。在所述灰渣出口處設(shè)有由驅(qū)動機構(gòu)帶動的螺旋卸料器，螺旋卸料器旋轉(zhuǎn)時，可以將灰渣平穩(wěn)、順暢的向外排出。所述出氣口設(shè)于所述氣流床的底部，所述冷卻室設(shè)于所述氣流床的下方。綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點是由于本發(fā)明考慮對現(xiàn)有填埋垃圾的回收與利用，更為環(huán)保、節(jié)能、資源利用率高。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明:圖1是本發(fā)明實施例所述裝置的結(jié)構(gòu)圖；附圖標記說明1、填埋氣分離裝置，2、上吸式固定床，3、氣流床，4、冷卻室，5、C02輸出口，6、CH4輸出口，7、垃圾輸入口，8、氣化劑入口，9、氣體產(chǎn)物出口，10、灰渣出口，11、進氣口，12、出氣口，13、02輸出口，14、冷卻水槽，15、冷卻劑噴口，16、合成氣出口，17、料斗，18、星型進料閥，19、螺旋卸料器。具體實施例方式如圖1所示，利用城市生活垃圾及填埋氣制取合成氣的裝置，該裝置包括填埋氣分離裝置l、上吸式固定床2、氣流床3，填埋氣分離裝置1與填埋氣管道連通，填埋氣分離裝置1上設(shè)有C02輸出口5及CH4俞出口6;上吸式固定床2上設(shè)有垃圾輸入口7、氣化劑入口8、氣體產(chǎn)物出口9及灰渣出口10，氣流床3上設(shè)有進氣口11、出氣口12及位于氣流床3正下方的冷卻室4;C02輸出口5及02輸出口13均與氣化劑入口8相通，氣體產(chǎn)物出口9及CH4俞出口6均與進氣口ll相通，出氣口12與冷卻室4相通，冷卻室4的底部為冷卻水槽14，在冷卻室4內(nèi)出氣口12位置設(shè)有冷卻劑噴口15，冷卻室4上設(shè)有合成氣出口16。該裝置還包括有料斗17、星型進料閥18，該料斗17通過星型進料閥18與所述上吸式固定床2的垃圾輸入口7相通，所述進氣口11為多通道噴嘴，在灰渣出口10處設(shè)有由驅(qū)動機構(gòu)帶動的螺旋卸料器19。本實施例中，利用城市生活垃圾及填埋氣制取合成氣的方法包括如下步驟A、將城市生活垃圾投入上吸式固定床2，從垃圾填埋氣中分離出C02及CH4，將C02與(V混合后輸入上吸式固定床2，城市生活垃圾在上吸式固定床2內(nèi)氣化，城市生活垃圾氣化后生成的灰渣從灰渣口輸出；B、在前述A步驟中，從垃圾填埋氣中分離出的CH4及城市生活垃圾氣化后生成的氣化氣輸入氣流床3內(nèi)，使混合氣在高溫下進行部分氧化重整生成化學(xué)合成氣，該合成氣輸入冷卻室4內(nèi)；C、向冷卻室4內(nèi)噴入冷卻劑，冷卻氣中的熔渣落入冷卻槽，并將冷卻后的合成氣輸出。在所述A步驟之前，還有一個步驟A0:對城市生活垃圾進行預(yù)選，并去除城市生活垃圾中的大塊不可燃物。在所述A步驟中，通過調(diào)節(jié)C02與(V混合比例，來調(diào)節(jié)上吸式固定床2內(nèi)的溫度。在所述A步驟中，所述C02與02的摩爾比為0至6之間。在所述A步驟中，所述上吸式固定床2內(nèi)的溫度控制在60(TC至IIO(TC之間。在所述B步驟中，所述氣流床3內(nèi)的溫度控制在IIO(TC至160(TC之間。在所述C步驟中，噴入所述冷卻室4中的冷卻劑為堿性冷卻劑。具體而言，可以采用如下方案-采用填埋氣分離裝置1對填埋氣進行分離得到CH4和C02，分離出來的C02通過氣化劑入口8通入上吸式固定床2內(nèi)，分離出來的CH4通過氣流床3進氣口11(即多通道噴嘴)通入氣流床3內(nèi)。經(jīng)分選去除大塊不可燃物的城市生活垃圾儲存在料斗17內(nèi)，在星型進料閥作用下連續(xù)均勻的進入上吸式固定床2內(nèi)，進入上吸式固定床2內(nèi)的城市生活垃圾在掉落過程中在爐壁的對流換熱及上行氣化氣的對流換熱加熱下，干燥脫水，干燥后的城市生活垃圾掉落到上吸式固定床2中下部，在上吸式固定床2底部氣化劑入口8通入的02和C02共同作用下氣化，通入爐內(nèi)的02與0)2的混合氣預(yù)熱到15(TC，上吸式固定床2內(nèi)當(dāng)量比控制在0.3，上吸式固定床2溫度維持在70(rC土2(TC。氣化殘渣通過爐篦掉落到上吸式固定床2底部，然后通過螺旋卸料器排出，垃圾氣化氣和干燥水從上吸式固定床2上部的氣體產(chǎn)物出口9流出，氣體產(chǎn)物出口9所輸出混合氣的成分見表1。表l:城市生活垃圾氣化結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>氣流床3的進氣口ll采用通道噴嘴，從內(nèi)到外四個通道分別通入02、垃圾氣化氣、垃圾填埋氣和水蒸氣，02噴射速度控制在120m/s，垃圾氣化氣和垃圾填埋氣控制在80m/s，水蒸氣噴射速度控制在60m/s。氣流床3內(nèi)溫度在145(TC附近，火焰溫度在180(TC。夾帶在城市生活垃圾氣化氣中的飛灰在火焰高溫作用下熔融，熔渣聚集成小顆粒進入冷卻室4，并最終掉落到冷卻水槽14中形成水冷渣，水冷渣可以直接填埋或作為建筑材料進行資源化利用，冷卻劑入口通入的冷卻劑為CaO和Ca(H0)2的混合物，用于吸收合成氣屮的少量HC1及S02有害氣體，經(jīng)初步凈化的合成氣從合成氣出口16進入下一個工序作進一歩利用。在兩個不同工況下，氣流床3產(chǎn)氣成份如表2所示。表2:氣流床部分氧化氣化產(chǎn)氣結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>本實施例的優(yōu)點是-1、由于城市生活垃圾和城市生活垃圾氣化氣成逆流布置，可以在城市生活垃圾進入上吸式固定床2下部前利用較高溫度城市生活垃圾氣對城市生活垃圾進行加熱及千燥，適用于我國城市生活垃圾含水率高，熱值低，隨季節(jié)波動大的特點，垃圾適應(yīng)范圍廣；2、垃圾填埋氣中分離出來的C02與一定比例的02混合后，從氣化劑入口8通入上吸式固定床2內(nèi)。通過調(diào)節(jié)C02與02的體積比可以方便的調(diào)節(jié)上吸式固定床2的氣化溫度，同時充分的利用了現(xiàn)有資源；3、垃圾氣化產(chǎn)生的飛灰在氣流床3中利用高溫火焰熔融，并掉落到水冷室冷卻水槽中形成水冷渣，飛灰中的有害重金屬被穩(wěn)定在水冷渣內(nèi)，避免了垃圾處理可能帶來的二次重金屬污染；4、垃圾氣化產(chǎn)生的大量焦油和微量二噁英(Dioxin)在氣流床3內(nèi)火焰高溫加熱及足夠長停留時間(>2s)下充分分解，可滿足日益嚴格的環(huán)保要求；5、通過調(diào)整供給的城市生活垃圾氣化氣、填埋氣中分離出來的Oi、氧化劑(水蒸汽、02等)的比例可以實現(xiàn)最終制得的化學(xué)合成氣中H2/C0在13之間可調(diào)，可以滿足不同合成工藝的需要；6、必要時，垃圾氣化灰渣可以通過多通道噴嘴隨氣體一起噴射進氣流床3內(nèi)，對城市生活垃圾灰渣中的殘?zhí)歼M行利用，同時利用氣體部分氧化的高溫對灰渣進行熔融，實現(xiàn)垃圾處理的最大限度的減容減量和資源化；7、該系統(tǒng)適應(yīng)性較強，且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，易于放大。以上僅為本發(fā)明的具體實施例，并不以此限定本發(fā)明的保護范圍；在不違反本發(fā)明構(gòu)思的基礎(chǔ)上所作的任何替換與改進，均屬本發(fā)明的保護范圍。權(quán)利要求1、利用城市生活垃圾及填埋氣制取合成氣的裝置，其特征在于，該裝置包括填埋氣分離裝置、上吸式固定床、氣流床，填埋氣分離裝置與填埋氣管道連通，填埋氣分離裝置上設(shè)有CO2輸出口及CH4輸出口；上吸式固定床上設(shè)有垃圾輸入口、氣化劑入口、氣體產(chǎn)物出口及灰渣出口，氣流床上設(shè)有進氣口、出氣口及位于氣流床下方的冷卻室；CO2輸出口及O2輸出口均與上吸式固定床氣化劑入口相通，上吸式固定床氣體產(chǎn)物出口及CH4輸出口均與氣流床進氣口相通，氣流床出氣口與冷卻室相通，冷卻室的底部為冷卻水槽，在冷卻室內(nèi)出氣口位置設(shè)有冷卻劑噴口，冷卻室上設(shè)有合成氣出口。2、如權(quán)利要求1所述利用城市生活垃圾及填埋氣制取合成氣的裝置，其特征在于，該裝置還包括有料斗、星型進料閥，該料斗通過星型進料閥與所述上吸式固定床的垃圾輸入口相通。3、如權(quán)利要求1所述利用城市生活垃圾及填埋氣制取合成氣的裝置，其特征在于，所述進氣口為多通道噴嘴。4、利用城市生活垃圾及填埋氣制取合成氣的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟-A、將城市生活垃圾投入上吸式固定床，從垃圾填埋氣中分離出C02及CH4，將C02與02混合后輸入上吸式固定床，城市生活垃圾在上吸式固定床內(nèi)氣化，城市生活垃圾氣化后生成的灰渣從灰渣口輸出；B、從垃圾填埋氣中分離出的CH4及城市生活垃圾氣化后生成的氣化氣輸入氣流床內(nèi)，使混合氣在高溫下進行部分氧化重整生成化學(xué)合成氣，該合成氣輸入冷卻室內(nèi)；C、向冷卻室內(nèi)噴入冷卻齊U，冷卻氣中的熔渣落入冷卻水槽，并將冷卻后的合成氣輸出。5、如權(quán)利要求4所述利用城市生活垃圾及填埋氣制取合成氣的方法，其特征在于，在所述A步驟之前，還有一個步驟A0:對城市生活垃圾進行預(yù)選，并去除城市生活垃圾中的大塊不可燃物。6、如權(quán)利要求4所述利用城市生活垃圾及填埋氣制取合成氣的方法，其特征在于，在所述A步驟中，通過調(diào)節(jié)C02與02混合比例，來調(diào)節(jié)上吸式固定床內(nèi)的溫度。7、如權(quán)利要求l所述利用城市生活垃圾及填埋氣制取合成氣的方法，其特征在于，在所述A步驟中，所述C02與02的摩爾比為0至6之間。8、如權(quán)利要求4所述利用城市生活垃圾及填埋氣制取合成氣的方法，其特征在于，在所述A步驟中，所述上吸式固定床內(nèi)的溫度控制在600。C至IIOO'C之間。9、如權(quán)利要求4所述利用城市生活垃圾及填埋氣制取合成氣的方法，其特征在于，在所述B步驟中，所述氣流床內(nèi)的溫度控制在IIO(TC至160(TC之間。10、如權(quán)利要求4所述利用城市生活垃圾及填埋氣制取合成氣的方法，其特征在于，在所述C步驟中，噴入所述冷卻室中的冷卻劑為堿性冷卻劑。全文摘要本發(fā)明公開了一種利用城市生活垃圾及填埋氣制取合成氣的裝置及方法，該裝置包括填埋氣分離裝置、上吸式固定床、氣流床，填埋氣分離裝置與填埋氣管道連通，填埋氣分離裝置上設(shè)有CO<sub>2</sub>輸出口及CH<sub>4</sub>輸出口；上吸式固定床上設(shè)有垃圾輸入口、氣化劑入口、氣體產(chǎn)物出口及灰渣出口，氣流床上設(shè)有進氣口、出氣口及位于氣流床下方的冷卻室；CO<sub>2</sub>輸出口及O<sub>2</sub>輸出口均與氣化劑入口相通，氣體產(chǎn)物出口及CH<sub>4</sub>輸出口均與氣流床進氣口相通，氣流床出氣口與冷卻室相通，冷卻室的底部為冷卻水槽，在冷卻室內(nèi)出氣口位置設(shè)有冷卻劑噴口，冷卻室上設(shè)有合成氣出口。本發(fā)明同時考慮到對城市生活垃圾及現(xiàn)有垃圾填埋氣的回收利用，環(huán)保、節(jié)能、資源利用率高。文檔編號C10J3/20GK101671005SQ20091019250公開日2010年3月17日申請日期2009年9月21日優(yōu)先權(quán)日2009年9月21日發(fā)明者李常河,李海濱,王小波,趙增立申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所