利用高溫冶金熔融渣氣化可燃固體廢物並製備液體燃料的方法
2023-06-12 03:21:31 1
專利名稱：利用高溫冶金熔融渣氣化可燃固體廢物並製備液體燃料的方法
技術領域：
本發明涉及一種禾u用高溫冶金熔融渣氣化可燃固體廢物並製備液體燃料的方法，屬於能源與冶金技術領域。
背景技術：
鋼鐵生產過程中產生的大量高鵬融渣(高爐渣、轉爐渣等)，溫度高達1300 1600°C，每噸渣有1. 2GJ的顯熱(相當於41kg標準煤完全燃燒後所產生的熱量)， 都沒有被利用，白白排放掉。2005年我國鋼產量達3. 5億噸/年，可回收高爐渣、 轉爐渣顯熱的節能量將達到560萬噸標準煤。而每年冶金工業所產出的熔融爐渣約 450萬t以上，溫度一般者P在1200 1500。C，帶走的熱量達到840 X1CTKJ以上。由於冶金爐渣是一種高溫熔融狀態的物質，粘度大、導熱性差，冷卻過程中其 物理性質往往發生變化，爐渣排放為周期放渣，放渣口一般都較為分散，給渣熱利 用帶來很大困難。國內外對冶金高M^融渣熱量的回收利用均有不同的研究，但尚在起步階段。 水淬熔渣可將渣中熱量轉換為熱水用於加熱或採暖，但熱效率極低，不僅浪費大量 高品質餘熱資源和水資源，而且嚴重汙染環境。若利用爐渣餘熱轉換為熱空氣，卻 由於高m融渣易粘結，使用^S氣換熱器或渣和空氣直接接觸換熱有許多困 難。我國城市生活垃圾產生量已達1.4億t，城市生活垃圾存量約達60多億t，垃 圾侵佔土地面積超過6億m2 ，已有300多個城市被垃圾包圍。我國現有秸稈等農 林廢棄物3億t/a,大都被白白燒掉，不僅浪費了大量寶貴的能源，而且嚴重汙染了 環境。目前我國這些可燃固體廢棄物處理技術主要有±真埋、堆肥、焚燒處理。這些方 法均存在佔用土地、汙染環境、無法實現資源的循環再利用等問題。可燃固體廢棄物氣化是垃圾處理較好的方向，該氣化過程是一個吸熱過程，需要不斷加熱、升溫，確保氣化所需的反應溫度；高溫冶金熔融渣則在處理過程中需 要快速冷卻，放出大量熱量。如果能發明一種將高溫冶金熔融渣與可燃固體廢棄物氣化並製備液體燃料的 方法，在利用高溫冶金熔融渣餘熱的同時，不僅能提高能源禾擁效率，減少環境汙 染，還可實現可燃固體廢棄物的資源化，獲得優質的液體燃料。將高溫冶金熔融渣 的餘熱和可燃固體廢棄物同時加以利用，這將是我國冶金行業可持續發展與固體廢 棄物資源化處理的一條有效途徑。
發明內容
本發明的目的是提供一種禾u用高溫冶金熔融賠化可燃固體廢物並製備液體 燃料的方法，高溫冶金熔融渣不僅為固體廢棄物的氣化提供了熱源，並且冶金渣起 到催化氣化生活垃圾氣化的功能，既利用了高溫冶金熔融渣高品位高質量的熱量， 又利用了它的催化性，還實現了生活垃圾資源化利用，達到了節能降耗和固體廢棄 物資源化的目的，並且又避免反應過禾呈熱點和三廢的產生。該系統在簡化生活垃圾 氣化及合成液體燃料的生產工藝、降低生產成本的同時獲得了極有應用價值的新能 源~~ 燃料。本發明的目的是這樣實現的本發明主要由一個高溫催化氣化反應裝置、一 ^體分離器、 一個合成氣液化器、 一個高溫冶金熔融渣儲存罐及一套液體燃料分 離提純裝置構成。其特徵在於該方法為將高爐或冶金爐排出的熔融渣用熔融渣儲 罐裝運到氣化反應器邊，傾倒在反應器內，同時加入固體廢棄物生成合成氣，當高 溫冶金熔融渣的熱量被固體廢棄物吸收熱量後，逐漸冷卻並以熔融態形式沉於反應 器底部，反應進行到一定的程度後，將熔融渣同反應後的固體廢棄物渣的混合物一 同移出反應器後，送渣廠做建築材料；反應器導出來合成氣經過淨化與分離，進入 液化反應器內，再採用催化劑催化液化該合成氣，液化合成氣的催化反應在液化反應器中均相進行，依據不同的催化劑、不同的溫度和壓力，選擇性的合成不同的液 體燃料，並經過脫水、分離、提純等過程，最終得到優質的液體燃料。所述的方法所用的裝置主要由高溫催化氣化反應裝置、氣體分離器、合成氣 液化器、高溫冶金熔融渣儲存罐及一套液體燃料分離提純裝置構成。在熔融渣催化氣化反應裝置中，反應器內可以通過加入的生活垃圾量來調節氣化反應溫度，通過反應器的設計和反應條件的優化可以得到只含氫氣(H2)和一 氧化碳(C0)的合成氣。所述的高溫冶金熔融渣可採用高爐渣、冶金渣等。所述的催化劑是採用甲醇合成催化劑和甲醇脫水催化劑複合的雙功能催化劑。所述的催化劑是Gu-ZnO-A1203-Zr作為甲醇合成催化劑，HZSM-5脫水催化劑。 所用的高溫冶金熔融渣可採用高爐渣、冶金渣等。在熔融渣催化氣化反應裝置 中，高溫冶金熔融渣和經破碎的生活垃圾從反應器頂部加入，在高鵬融渣同固體廢棄物混^a行接觸反應，反應後生成的合成氣通過頂部導氣管進入產品氣回收系統；高m融渣的熱量被固體廢棄物氣化反應所吸收而降低，逐漸冷卻，當反艦 行到一定程度後，把反應器底部的反應產物清離反應器，反應器內可以通過加入 的生活垃圾量來調節氣化反應溫度。通過反應器的設計和反應條件的優化可 以得到只含氫氣(H2)和一氧化碳(CO)的合成氣。合成氣在反應器中M高溫熔融渣對固體廢棄物的高溫加熱與催化作用，可一 步氣化獲得。具體工藝操作過程表述如下(D將高爐或冶金爐排出的熔融渣用熔融 渣儲罐裝運到氣化反應器邊，傾倒在反應器內，同時加入固體廢棄物，固體廢棄物 一經加入，立刻吸收熔融渣的高溫，由於是液固接觸，熔融渣所具備的催化性立刻 起到了催化氣化固體廢棄物的作用，使固體廢棄物催化氣化成合成氣。②當高溫冶 金熔融渣的熱量被固體廢棄物吸收熱量後，逐蔣斤冷卻並以熔融態形式沉於反應器底部，反應進行到一定的程度後，將熔融渣同反應後的固體廢棄物渣的混合物一同移出反應器後，送渣廠做建^:材料。反應器導出來合成氣經過淨化與分離，進入液化反應器內，再採用催化劑催化 液化該合成氣，催化劑採用是甲醇合成催化劑和甲醇脫水催化劑複合的雙功能催化劑.這裡選用Gu-Zn0"A1203-Zr作為甲醇合成催化劑，HZSM-5脫水催化劑。液化合成氣的催化反應在液化反應器中均相進行，依據不同的催化劑、不同的 驗和壓力，選擇性的合成甲醇、月旨、醚、烴等液體燃料，並經過脫水、分離、提 純等過程，最終得到優質的液體燃料。該方法是採用高溫冶金熔融渣，利用它的顯熱和潛熱，並利用它的催化性，在 反應裝置內將生活垃圾催化氣化為合成氣，即氫氣(H2)和一氧化碳(CO)的混合 氣體，再在另一反應器內將合成氣液化為可燃液體。該反應不但打破了多步合成中 的化學平衡限制，提高了單程轉化率，而且可將反應中產生的大量反應熱迅速移去， 在一定程度上避免了合成催化劑由於超溫而弓l起的失活.液化反應器由於存在導熱 性能好、熱容大的惰性液相載體，可及時移走反應熱並維持反應氣糹顯度及壓力。 本發明具有以下優點 (1)把高溫冶金熔融渣的餘熱和固體廢棄物同時加以利用，實現了餘熱與固 體廢物資源一體化利用，既解決了高溫冶金熔融渣的餘熱利用問題，提高了育巨源利 用率，同時還實現了固體廢棄物資源最大化，達到節能減排的目的；.(2)利用了高溫冶金熔渣的催化性能，定向氣化固體廢棄物，得到了合成氣;(3) 再對合成氣進行催化液化並分離，得到了優質的液體燃料。(4) 整個工藝流程短，操作簡單。
圖1是本發明禾IJ用高溫冶金熔融S^化可燃固體廢物並製備液體燃料的方法的 工藝流程示意圖。具體實lt^式實施例l:某年產量為400萬t的鋼鐵廠高爐產出的渣量約為72萬t/a，出渣 時液態高爐渣溫度為1450左右，現在採用的是水淬方式處理，衝渣水量約1200噸 /小時。將收集來的周邊城市生活垃圾自然乾燥至含水率低於15%,，經機械分選除 去部分不可燃物質並破碎為平均粒徑小於5mm的顆粒(熱值達11093kJ/kg)，在氣 化爐內按4660 kg垃圾/t渣的比例混合氣化，氣化爐壓力在45. 5 55. 5kPa之間調 節。氣化產生的氣體經由氣化爐頂部進入氣體淨化裝置淨化提純後再經由冷卻器降 溫，得到優質的合成氣，成分為CO: 37.33%， H2: 26.93%，熱值達5329kJ/m3。將 該合成氣送到液化爐內，液化爐操作溫度為22(TC 26(rC，壓力為3.0MPa 7.0MPa，空速1000 5000h^空，H2:CO=0. 7:1，得到的液體燃料為二甲醚30%，甲 醇43%。被降溫至50(TC左右的固態渣經氣化冷卻粉碎裝置破碎降溫，驢降至 45°C，冷卻粉碎後得到的廢渣送建材廠生產水泥。該方案回收利用的高爐熔渣熱量 約為4. 3萬t標準煤。實施例2:某煉銅廠排出的銅渣中每噸銅渣含有2.16Xl(fKJ的餘熱。首先將 溫度達1185'C的熔融渣與粉碎(20m以下)、乾燥後的秸稈在氣化爐內按3644kg 廢物/t渣的比例混合氣化，採用H-ZSM-5做催化劑，氣化爐壓力控制在33. 7 52. 5kPa間。氣化產生的氣體經由氣化爐頂部進入氣體淨化裝置淨化提純後再經由 冷卻器降溫，得到優質的合成氣，成分為CO: 47. 56%， H2: 36. 22%，熱值達5763kJ/m3， 通入液化爐內，液化爐操作溫度為250。C 28(TC，壓力為2. 0MPa 6. 0MPa，空速 1500 5400h^空，H2:C(M).75:1.5，得到的液體燃料為甲醇43%，羥基乙醛16. 4%, 乙二醇9.3%，乙酸23.1%。渣溫度降至638eC左右的固態渣經氣化冷卻粉碎後，溫 度降至67'C左右，降、溫粉碎過，M^f產生的水蒸氣輸送至氣化爐作為氣化介質，冷卻 粉碎後的廢渣，可用作築路材料。
權利要求
1、一種利用高溫冶金熔融渣氣化可燃固體廢物並製備液體燃料的方法，其特徵在於該方法為將高爐或冶金爐排出的熔融渣用熔融渣儲罐裝運到氣化反應器邊，傾倒在反應器內，同時加入固體廢棄物生成合成氣，當高溫冶金熔融渣的熱量被固體廢棄物吸收熱量後，逐漸冷卻並以熔融態形式沉於反應器底部，反應進行到一定的程度後，將熔融渣同反應後的固體廢棄物渣的混合物一同移出反應器後，送渣廠做建築材料；反應器導出來合成氣經過淨化與分離，進入液化反應器內，再採用催化劑催化液化該合成氣，液化合成氣的催化反應在液化反應器中均相進行，依據不同的催化劑、不同的溫度和壓力，選擇性的合成不同的液體燃料，並經過脫水、分離、提純等過程，最終得到優質的液體燃料。
2、 根椐權利要求1所述的利用高溫冶金熔融渣氣化可燃固體廢物並製備液體 燃料的方法，其特徵在於所述的方法所用的裝置主要由高溫催化氣化反應裝置、 氣體分離器、合成氣液化器、高溫冶金熔融渣儲存罐及一套液體燃料分離提純裝置 構成。
3、 根椐權利要求1所述的禾傭高溫冶金熔融渣氣化可燃固體廢物並製備液體 燃料的方法，其特徵在於在熔融渣催化氣化反應裝置中，反應器內可以通過加入 的生活垃圾量來調節氣化反應溫度，通過反應器的設計和反應條件的優化可以得到 只含氫氣(H2)和一氧化碳(C0)的合成氣。
4、 根椐權利要求1所述的禾U用高溫冶金熔融賠化可燃固體廢物並製備液體燃料的方法，其特徵在於所述的高溫冶金熔融渣可採用高爐渣、冶金渣等。
5、 根椐權利要求1所述的利用高溫冶金熔融^化可燃固體廢物並製備液體 燃料的方法，其特徵在於所述的催化劑是採用甲醇合成催化劑和甲醇脫水催化劑 複合的雙功能催化劑。
6、 根椐權利要求1所述的禾擁高溫冶金熔融賠化可燃固體廢物並製備液體 燃料的方法，其特徵在於所述的催化劑是Gu-ZnO-A1203-Zr作為甲醇合成催化劑， HZSM-5脫水催化劑。
全文摘要
本發明涉及一種利用高溫冶金熔融渣氣化可燃固體廢物並製備液體燃料的方法，屬於能源與冶金技術領域。主要由高溫催化氣化反應裝置、氣體分離器、合成氣液化器、高溫冶金熔融渣儲存罐及一套液體燃料分離提純裝置構成。高溫冶金熔融渣和經破碎的生活垃圾從反應器頂部加入，在高溫熔融渣同固體廢棄物混合進行接觸反應，反應後生成的合成氣通過頂部導氣管進入產品氣回收系統。該方法把高溫冶金熔融渣的餘熱和固體廢棄物同時加以利用，實現了餘熱與固體廢物資源一體化利用，既解決了高溫冶金熔融渣的餘熱利用問題，提高了能源利用率，同時還實現了固體廢棄物資源最大化，達到節能減排的目的，整個工藝流程短、操作簡單。
文檔編號F27D17/00GK101402885SQ200810233570
公開日2009年4月8日 申請日期2008年11月14日 優先權日2008年11月14日
發明者屏 何, 山 卿, 華 王, 王仕博, 馬林傳 申請人:昆明理工大學