一种含碳物质气化炉的制作方法

本发明涉及含碳物质气化，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：

1、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。

2、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。

3、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。

4、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。

技术实现思路

1、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；

2、所述热解段出口与所述气化段连通；

3、所述热解段和所述气化段内设有耐火层；

4、所述热解段中轴与水平线夹角为0度到80度；

5、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；

6、所述气化段顶部设有至少一个二次补氧喷头；

7、所述气化段出口与合成气冷却段相连。

8、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。

9、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。

10、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。

11、进一步地，所述热解段内设置有热解段耐火材料。

12、进一步地，所述气化段内设置有气化段耐火材料。

13、进一步地，所述气化段可以由气化段膜式水冷壁构成。

14、进一步地，所述热解段可以设置多个。

15、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。

16、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。

17、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：

18、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；

19、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；

20、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；

21、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；

22、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。

23、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。

24、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。

25、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。

26、根据本发明的一个实施例，所述热解段内设置有耐火材料。

27、根据本发明的一个实施例，所述气化段内设置有耐火材料，

28、根据本发明的一个实施例，所述气化段由膜式水冷壁构成。

29、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。

技术特征：

1.一种含碳物质气化炉，其特征在于，包括热解段(1)和气化段(2)；

2.根据权利要求1所述的一种含碳物质气化炉，其特征在于，还包括渣口(26)，所述渣口(26)位于气化段(2)出口，渣口(26)与气化段(2)可以同轴或不同轴设置。

3.根据权利要求1所述的一种含碳物质气化炉，其特征在于，合成气冷却段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(3)；

4.根据权利要求1所述的一种含碳物质气化炉，其特征在于，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(41)，所述合成气冷却段侧壁设有激冷水入口(43)与合成气出口(42)，底部设有排渣口(44)。

5.根据权利要求1所述的一种含碳物质气化炉，其特征在于，所述热解段(1)内设置有热解段耐火材料(11)。

6.根据权利要求1所述的一种含碳物质气化炉，其特征在于，所述气化段(2)内设置有气化段耐火材料(22)。

7.根据权利要求1所述的一种含碳物质气化炉，其特征在于，所述气化段(2)可以由气化段膜式水冷壁构成(23)。

8.根据权利要求1所述的一种含碳物质气化炉，其特征在于，所述热解段(1)可以设置多个。

9.根据权利要求1所述的一种含碳物质气化炉，其特征在于，气化段(2)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。

技术总结本技术公开了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。效果为：热解和气化在同一个装置内进行，可通过燃烧部分原料为其余原料的热解及气化提供热量，无需外部热源，具有热效率高、运行成本低、操作稳定等优点。技术研发人员：马东钰,雷玉龙,裴世钊,张本凤,岳军,宋文军,管清亮,岳博,王云杰,马宏波受保护的技术使用者：北京清创晋华科技有限公司技术研发日：20231016技术公布日：2024/7/18