本發(fā)明涉生物質熱解，尤其涉及一種垃圾/生物質熱解氣化裝置及工藝。

背景技術：

1、垃圾/生物質熱解氣化工藝是指垃圾和/或生物質在缺氧或者氣化劑存在的條件下發(fā)生熱解、氣化反應，生成可再利用的可燃氣體、有機油品和固體熱解碳或殘渣的過程。與垃圾焚燒技術相比，具有原料性狀適應性好、不產生二噁英、投資小、占地少等優(yōu)點，成為具有較大潛力的垃圾資源化利用技術。

2、垃圾/生物質具有來源組成不穩(wěn)定、含水量高、熱值低、顆粒形狀不易加工等特點，直接進行一步氣化，系統(tǒng)穩(wěn)定性差。為解決這一問題，先熱解后氣化的工藝路線被越來越多的人接受，即原料先通過熱解生成熱解碳、焦油和熱解氣。熱解產生的熱解氣燃燒后用于為干燥過程和熱解過程供熱；熱解產生的熱解碳熱值得到大幅提升，氣化特性更加穩(wěn)定且更易加工成細粉，是優(yōu)良的氣化原料，氣化后獲得合成氣，用于下游合成。

3、該過程中，焦油是較難處理的產物，除了輕質焦油外，還含有一部分高沸點的重質焦油(沸點>200℃)，該部分焦油流動性和熱穩(wěn)定性差，在300℃便開始冷凝，造成管道、設備腐蝕和堵塞。但同時，焦油熱值高、易儲存。可見如何高效脫除并回收利用焦油是保障垃圾/生物質熱解氣化工藝穩(wěn)定運行以及提高其運行效率的重點和難點。

4、目前，為保障熱解氣化工藝的穩(wěn)定運行，常用的焦油脫除方法是高溫裂解法和洗滌法。高溫裂解法是將熱解生成的高溫氣體(包含氣體狀態(tài)的焦油以及熱解氣)通入高溫裂解爐，將溫度提高至1000℃以上，使焦油裂解生成小分子氣體。該方法通常要引入額外的燃料，系統(tǒng)能耗高，效率低，且無法回收焦油；洗滌法是指用利用溶劑或者水對熱解生成的高溫氣體進行噴淋洗滌，將焦油洗滌捕集，但該方法收集到的油品含油重質焦油，質量較差，二次污染嚴重，且無法回收系統(tǒng)的高溫潛熱。

5、間壁式換熱器在化工工藝中是常用的熱回收設備，但無法直接用于含有焦油的熱解高溫氣體降溫。因為焦油中的重質組分會在換熱壁面冷凝或結焦，使換熱系數大幅降低，無法起到冷卻效果。

6、綜上所述，如何高效脫除并回收利用焦油，同時回收系統(tǒng)的高溫潛熱，是當前垃圾/生物質熱解氣化工藝中亟待解決的問題。

技術實現思路

1、為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種垃圾/生物質熱解氣化裝置及工藝。

2、第一方面，本發(fā)明共提供了一種垃圾/生物質熱解氣化裝置，包括：

3、熱解單元，用于熱解垃圾/生物質，生成熱解碳以及第一混合氣；

4、制粉單元，用于破碎來自所述熱解單元的熱解碳，得到第一熱解碳粉；

5、第一換熱器，所述第一換熱器由上到下包括氣固混合模塊和換熱模塊；所述氣固混合模塊用于混合來自所述熱解單元的第一混合氣與來自所述制粉單元的第一熱解碳粉，形成氣固混合物；所述換熱模塊內設置有換熱管，所述換熱管內用于流通所述氣固混合模塊形成的氣固混合物，以進行換熱；

6、第一分離單元，用于分離來自所述第一換熱器經換熱后的氣固混合物，得到第二混合氣和第二熱解碳粉；

7、氣體洗滌單元，用于洗滌來自所述第一分離單元的第二混合氣，得到第三混合氣和油水混合物；

8、以及，第二分離單元，用于分離來自所述氣體洗滌單元的油水混合物，得到油相和水相。

9、在本發(fā)明一些實施方式中，所述熱解單元包括熱解反應器。

10、在本發(fā)明一些實施方式中，所述制粉單元包括熱解碳破碎設備，用于破碎來自所述熱解單元的熱解碳，得到第一熱解碳粉；

11、熱解碳粉緩沖罐，用于接收來自所述熱解碳破碎設備的第一熱解碳粉；

12、以及，至少一個熱解碳粉發(fā)料罐，用于將來自所述熱解碳粉緩沖罐的第一熱解碳粉輸送至所述第一換熱器的氣固混合模塊。

13、在本發(fā)明一些實施方式中，所述熱解碳粉發(fā)料罐不少于2個，多個所述熱解碳粉發(fā)料罐之間并聯(lián)或串聯(lián)設置。

14、在本發(fā)明一些實施方式中，所述第一分離單元包括過濾器。

15、在本發(fā)明一些實施方式中，所述氣體洗滌單元包括洗滌塔。

16、在本發(fā)明一些實施方式中，所述第二分離單元包括油水分離罐。

17、在本發(fā)明一些實施方式中，所述垃圾/生物質熱解氣化裝置還包括熱解碳冷卻器，所述熱解碳冷卻器設置于所述熱解單元與所述制粉單元之間，用于冷卻來自所述熱解單元的熱解碳。

18、在本發(fā)明一些實施方式中，所述垃圾/生物質熱解氣化裝置還包括第二換熱器，所述第二換熱器設置于所述氣體洗滌單元與所述第二分離單元之間，用于對來自所述氣體洗滌單元的油水混合物進行換熱。

19、在本發(fā)明一些實施方式中，所述垃圾/生物質熱解氣化裝置還包括尾氣燃燒單元，用于燃燒來自所述氣體洗滌單元的第三混合氣，生成供熱煙氣為所述熱解單元供熱。

20、在本發(fā)明一些實施方式中，所述垃圾/生物質熱解氣化裝置還包括制漿單元，用于混合來自所述制粉單元的部分第一熱解碳粉、來自所述第一分離單元的第二熱解碳粉以及來自所述第二分離單元的部分水相和部分油相，形成漿料。

21、在本發(fā)明一些實施方式中，所述垃圾/生物質熱解氣化裝置還包括尾氣凈化單元，用于凈化為所述熱解單元供熱后的供熱煙氣。

22、在本發(fā)明一些實施方式中，所述垃圾/生物質熱解氣化裝置還包括碳粉收集罐，所述碳粉收集罐設置于所述第一分離單元與所述制漿單元之間，用于接收來自所述第一分離單元的第二熱解碳粉。

23、在本發(fā)明一些實施方式中，所述垃圾/生物質熱解氣化裝置還包括焦油泵，用于將所述油水分離罐中的油相分別輸送至所述氣體洗滌單元和所述制漿單元。

24、在本發(fā)明一些實施方式中，所述垃圾/生物質熱解氣化裝置還包括合成氣反應單元，用于將來自所述制漿單元的漿料進行氣化反應，產生合成氣。

25、在本發(fā)明一些實施方式中，所述垃圾/生物質熱解氣化裝置還包括廢水處理單元，用于處理來自所述第二分離單元的剩余水相。

26、第二方面，本發(fā)明提供了一種垃圾/生物質熱解氣化工藝，所述垃圾/生物質熱解氣化工藝采用如第一方面所述的垃圾/生物質熱解氣化裝置進行，所述垃圾/生物質熱解氣化工藝包括：

27、將垃圾/生物質通入熱解單元進行熱解，得到熱解碳和第一混合氣；所述第一混合氣包括氣態(tài)輕質焦油、氣態(tài)重質焦油、熱解氣以及水蒸氣；所得熱解碳進入制粉單元進行破碎，得到第一熱解碳粉；所得第一熱解碳粉與所得第一混合氣進入第一換熱器；

28、所得第一熱解碳粉與所得第一混合氣在第一換熱器的氣固混合模塊中混合，形成高溫氣固混合物，然后進入換熱模塊的換熱管中，沖刷管壁，使冷凝或結焦的重質焦油粘附于所述第一熱解碳粉的表面，同時實現與換熱管外部的低溫流體進行換熱；經換熱后的高溫氣固混合物形成包含第二混合氣以及第二熱解碳粉的冷卻氣固混合物；所述第二混合氣包括氣態(tài)輕質焦油、熱解氣和水蒸氣，所述第二熱解碳粉包括表面粘附有重質焦油的第一熱解碳粉；

29、所得冷卻氣固混合物進入第一分離單元，進行氣固分離，分離得到的第二熱解碳粉排出；分離得到的第二混合氣進入氣體洗滌單元，采用洗滌劑進行洗滌，使其中的氣態(tài)輕質焦油和水蒸氣冷凝；洗滌后得到第三混合氣和油水混合物；所得第三混合氣排出；

30、所得油水混合物進入第二分離單元，經靜置后形成油相和水相；所得油相和所得水相分別排出。

31、在本發(fā)明一些實施方式中，所述垃圾/生物質熱解氣化工藝還包括：所述熱解單元得到的熱解碳在進入所述制粉單元之前，在熱解碳冷卻器中進行冷卻。

32、在本發(fā)明一些實施方式中，所述垃圾/生物質熱解氣化工藝還包括：所述氣體洗滌單元得到的油水混合物在進入所述第二分離單元之前在第二換熱器中進行換熱，使溫度降至20-30℃。

33、在本發(fā)明一些實施方式中，所述垃圾/生物質熱解氣化工藝還包括：將所述第二分離單元得到的部分油相作為洗滌劑通入所述氣體洗滌單元。

34、在本發(fā)明一些實施方式中，所述垃圾/生物質熱解氣化工藝還包括：將所述氣體洗滌單元得到的第三混合氣在尾氣燃燒單元進行燃燒，得到供熱煙氣，為所述熱解單元供熱。

35、在本發(fā)明一些實施方式中，所述垃圾/生物質熱解氣化工藝還包括：將來自所述制粉單元的部分第一熱解碳粉、來自所述第一分離單元的第二熱解碳粉以及來自所述第二分離單元的部分水相和部分油相在制漿單元中混合，形成漿料。

36、在本發(fā)明一些實施方式中，所述垃圾/生物質熱解氣化工藝還包括：為所述熱解單元供熱后的供熱煙氣經尾氣凈化單元凈化后排出。

37、在本發(fā)明一些實施方式中，所述垃圾/生物質熱解氣化工藝還包括：將所述制漿單元得到的漿料送至合成氣反應單元進行氣化反應，產生合成氣。

38、在本發(fā)明一些實施方式中，所述垃圾/生物質熱解氣化工藝還包括：將所述第二分離單元產生的剩余水相送至廢水單元進行處理。

39、在本發(fā)明一些實施方式中，所述熱解的溫度為350-550℃。

40、在本發(fā)明一些實施方式中，所述第一熱解碳粉的平均粒徑為30-100μm。

41、在本發(fā)明一些實施方式中，所述高溫氣固混合物的固含量為15-50mg/nm3。

42、在本發(fā)明一些實施方式中，所述高溫氣固混合物在換熱管中的流速為6-13m/s，優(yōu)選為6-8m/s。

43、在本發(fā)明一些實施方式中，所述冷卻氣固混合物的溫度為200-250℃。

44、在本發(fā)明一些實施方式中，所述第一分離單元的運行溫度為200-230℃。

45、本發(fā)明實施例提供的技術方案與現有技術相比具有如下優(yōu)點：

46、本發(fā)明提出“以固治固”的理念，將熱解碳破碎制粉后與高溫熱解氣體產物混合，形成含固氣流，將含固氣流通入換熱管中，既能回收熱解氣體產物的高溫顯熱，又能解決重質焦油粘壁的問題實現自清潔，同時還能去除高溫熱解氣體產物中品質較差的重質焦油，實現焦油分質，避免對下游洗滌工段回收的輕質焦油的品質產生影響，有利于工業(yè)化生產和應用。