一种高分子聚合物混合式催化气化装置

本发明属于有机固废无害化处置利用领域，具体涉及一种高分子聚合物混合式催化气化装置。

背景技术：

1、在日常生产生活中会产生大量的污染性高分子聚合物有机固废，包括使用过的棉及棉制品、纸及纸制品、塑料制品、无纺布等。高分子聚合物有机固废具有空间污染性、传染性和潜伏性污染等特性，极易滋生病毒、病菌，危害性大，如果处置不当，将对环境造成严重的污染，极大威胁人类和生态圈的安全。

2、目前高分子聚合物有机固废的处置方法主要包括卫生填埋和焚烧，处理的目的主要是无害化、资源化和减量化。卫生填埋占地面积大、处理不彻底，填埋到期后还需要挖出进行彻底处理，其应用受到诸多限制。焚烧处理效率高、处置彻底，是目前应用最多的高分子聚合物有机固废处理方式。然而，各类高分子聚合物有机固废存在水分含量高、热值低等问题，直接焚烧效果差，且容易产生二次污染，亟需开发更高效的高分子聚合物有机固废的处置方法。气化技术是指在高温条件下使高分子聚合物有机固废与气化剂发生气化反应，产生co、h2等可燃气，具有处理效率高、处置彻底、无二次污染、气化产物价值高等优点，是目前极具潜力的高分子聚合物有机固废处置技术，但尚需开发高效的气化装备。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种高分子聚合物混合式催化气化装置。

2、为了实现上述目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：一种高分子聚合物混合式催化气化装置，包括催化气化装置、气固分离器、催化剂再生器、进料仓和进料热解螺旋；其中，

3、所述催化气化装置底部设有气化剂入口，所述气化剂入口上方连接布风板，所述布风板上方连接催化气化装置主体，所述催化气化装置主体上端侧方设有出口；

4、所述气固分离器包括从上至下依次连接的气体出口管、旋风筒、收缩锥和固体排出管以及设置于所述固体排出管上的膨胀节，所述旋风筒为筒状结构且上端侧部设有物料入口管与所述出口相连；

5、所述催化剂再生器包括从上至下依次连接的再生仓、排料管和排料阀以及分别设置于所述再生仓上催化剂补充口、烟气出口、空气入口和入料管，所述再生仓上端为筒状结构且下端为收缩的锥体结构，所述再生仓的上端中心位置设有同轴心且贯穿到内部的所述入料管，所述入料管与所述固体排出管相连；

6、所述进料仓包括从上至下依次连接的储料仓、原料排出管和原料出口控制阀，所述储料仓上端为圆筒结构且下端为与圆筒结构相连收缩的倒圆台结构；

7、所述进料热解螺旋包括进料管、中心轴、螺旋叶片、密封支撑端头、联轴器、驱动电机、催化剂入口和原料入口，所述进料管一端水平连通至所述催化气化装置的下部，所述进料管内部设有同心布置的所述中心轴，所述中心轴上设有所述螺旋叶片，所述进料管的中间位置上方开有所述催化剂入口和所述原料入口，所述进料管的另一端连接有所述密封支撑端头，所述密封支撑端头通过所述联轴器连接所述驱动电机。

8、可选地，所述催化气化装置主体包括由外向内同轴布置的保温层、加热线圈、蓄热层和提升管，所述提升管沿垂直方向还间隔连接有若干温度与压力检测管。

9、可选地，所述旋风筒与所述物料入口管相切；所述旋风筒中心设有同心相连的所述气体出口管，所述气体出口管从所述旋风筒的内部延伸至所述旋风筒的外部，所述收缩锥为倒圆台结构。

10、可选地，所述入料管探入所述再生仓内部的深度为所述再生仓的圆筒结构总高度的1/2~2/3。

11、可选地，所述再生仓上端内部还设有料位计；

12、所述再生仓的顶部还连接有y型管，所述y型管的第一支管为所述烟气出口，所述y型管的第二支管为所述催化剂补充口，所述再生仓的收缩锥体的中间偏下位置设有若干所述空气入口，所述再生仓的收缩锥体底端连接所述排料管。

13、可选地，所述料位计为耐高温阻旋料位计且使用温度≥800℃。

14、可选地，所述空气入口位于所述再生仓的锥体结构的中间位置向下10~50mm。

15、可选地，所述催化剂入口设置为倒喇叭形的扩展口。

16、可选地，所述催化剂入口的延伸方向和所述原料入口的延伸方向相互平行且均垂直于所述进料管。

17、可选地，所述螺旋叶片分为第一段螺旋叶片和第二段螺旋叶片，所述第一段螺旋叶片位于所述催化剂入口的靠近所述催化气化装置的一侧，所述第二段螺旋叶片位于所述催化剂入口的远离所述催化气化装置的一侧；所述第一段螺旋叶片的螺距为50~100mm且与所述进料管内壁的间隙为3~6mm，所述第二段螺旋叶片的螺距为30~60mm且与所述进料管内壁的间隙为1~3mm。

18、该装置巧妙地设计了催化气化装置、分离装置、再生装置及螺旋进料热解装置相互配合，通过设计提升管式催化气化装置，确保物料与催化剂的充分混合接触，提高气化效率，然后通过分离装置对催化剂进行分离，并进一步将催化剂送入催化剂再生器，通过催化剂再生器中通入空气，焚烧催化剂表面上的积碳，最后通过螺旋将催化剂与原料一起送入催化气化装置，整个过程具有热效率高、无二次污染等优点。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

20、1、本发明设计的结构紧凑、操作简单、处置效果好，在气化剂和催化剂作用下通过提升管对高分子聚合物有机固废进行气化，可确保催化剂、气化剂以及物料充分混合、传热传质速率快，反应充分，气化效果好。

21、2、精巧设计了再生仓回收并对催化剂进行再生，通过在再生仓中通入空气对反应后催化剂表面形成的积碳进行氧化再生，确保催化剂可以循环使用，同时催化剂可以储存氧化过程产生的热能，避免能量浪费，系统热效率高。

22、3、精巧设计了进料热解螺旋输送物料和催化剂，通过设计变径螺旋实现物料和催化剂从不同入口进入该输送装置，从而满足在螺旋相同转速下物料不产生挤压，堵塞螺旋，螺旋中催化剂和物料的混合段相比物料输送段设计了更大的间隙，高温催化剂与物料接触，物料受热分解，混合段设计较大的间隙，有利于气体流出进入催化气化装置，防止螺旋压力过大，而输送段设计较小的间隙，有利于防止气体回流，进料稳定，同时进料时对物料进行预分解，有利于物料后续的充分气化。

技术特征：

1.一种高分子聚合物混合式催化气化装置，其特征在于，包括催化气化装置（1）、气固分离器（2）、催化剂再生器（3）、进料仓（4）和进料热解螺旋（5）；其中，

2.根据权利要求1所述的一种高分子聚合物混合式催化气化装置，其特征在于，所述催化气化装置主体（13）包括由外向内同轴布置的保温层（131）、加热线圈（132）、蓄热层（133）和提升管（134），所述提升管（134）沿垂直方向还间隔连接有若干温度与压力检测管（135）。

3.根据权利要求1所述的一种高分子聚合物混合式催化气化装置，其特征在于，所述旋风筒（21）与所述物料入口管相切；所述旋风筒（21）中心设有同心相连的所述气体出口管（25），所述气体出口管（25）从所述旋风筒（21）的内部延伸至所述旋风筒（21）的外部，所述收缩锥（22）为倒圆台结构。

4.根据权利要求1所述的一种高分子聚合物混合式催化气化装置，其特征在于，所述入料管（38）探入所述再生仓（31）内部的深度为所述再生仓（31）的圆筒结构总高度的1/2~2/3。

5.根据权利要求1所述的一种高分子聚合物混合式催化气化装置，其特征在于，所述再生仓（31）上端内部还设有料位计（37）；

6.根据权利要求5所述的一种高分子聚合物混合式催化气化装置，其特征在于，所述料位计（37）为耐高温阻旋料位计且使用温度≥800℃。

7.根据权利要求1所述的一种高分子聚合物混合式催化气化装置，其特征在于，所述空气入口（36）位于所述再生仓（31）的锥体结构的中间位置向下10~50mm。

8.根据权利要求1所述的一种高分子聚合物混合式催化气化装置，其特征在于，所述催化剂入口（57）设置为倒喇叭形的扩展口。

9.根据权利要求1所述的一种高分子聚合物混合式催化气化装置，其特征在于，所述催化剂入口（57）的延伸方向和所述原料入口（58）的延伸方向相互平行且均垂直于所述进料管（51）。

10.根据权利要求1所述的一种高分子聚合物混合式催化气化装置，其特征在于，所述螺旋叶片（53）分为第一段螺旋叶片和第二段螺旋叶片，所述第一段螺旋叶片位于所述催化剂入口（57）的靠近所述催化气化装置（1）的一侧，所述第二段螺旋叶片位于所述催化剂入口（57）的远离所述催化气化装置（1）的一侧；所述第一段螺旋叶片的螺距为50~100mm且与所述进料管（51）内壁的间隙为3~6mm，所述第二段螺旋叶片的螺距为30~60mm且与所述进料管（51）内壁的间隙为1~3mm。

技术总结本发明提出了一种高分子聚合物混合式催化气化反应装置，其包括催化气化装置、气固分离器、催化剂再生器、进料仓和进料热解螺旋。催化气化装置底部设有气化剂进口，上端设有出口并连至气固分离器；气固分离器上端设置气体出口，下端设有固体排出管并连至催化剂再生器，催化剂再生器底部设有固体出口，固体出口连接至进料热解螺旋，进料热解螺旋一侧设有物料入口且连接至进料仓，另一侧连接至催化气化装置。运行时物料与催化剂在催化气化装置发生气化反应，然后进入气固分离器，气体排出，催化剂进入催化剂再生器进行再生，再通过进料热解螺旋将催化剂与物料送入催化气化装置。本装置结构紧凑、操作简便，能高效实现高分子聚合物的催化气化处置。技术研发人员：付毓平,贺晓丹,万素华,贺志安,王侠受保护的技术使用者：新乡医学院三全学院技术研发日：技术公布日：2024/7/4