[發明專利]一種熱解及氣化兩用的速冷式固定床實驗裝置與方法

在審

• 申請號: 201710145064.4
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN106753476A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 鄧娜;何官送;張于峰;張強;張啊文
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C10B53/00
• 分類號: C10B53/00;C10B47/02;C10B57/10;C10J3/20;C10J3/72;C10J3/84
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 宋潔瑾

技術領域

本發明屬于可燃固體廢棄物熱態處理技術領域，具體涉及熱解與氣化實驗運行控制、產物收集的裝置與方法。

背景技術

隨著經濟社會的快速發展和城市化道路進程的不斷推進，城市固體廢棄物產量與日俱增。大量的建筑垃圾、生活垃圾、醫療垃圾、電子垃圾、農林業廢棄物等由于處置方法不當和處理能力不足，對人們正常生活產生不利的影響。有研究表明我國固體廢棄物中可燃物和不可燃物的平均值分別為81.64％和18.36％，且可燃固體廢棄物中含量最大的組分依次為餐廚廢棄物、塑料、紙張等。可燃固體廢棄物熱解和氣化處理方法同屬于熱化學方法，該方法克服了傳統固體廢棄物處理方法占地多、對大氣及地下水造成污染等弊端，將可燃固體廢棄物資源化利用的同時實現了減量化和無害化的固體廢棄物處理“三化”目標。

熱解法是指在無氧或缺氧的條件下加熱，利用物料中熱不穩定的有機物，使其分解，得到熱解碳、熱解液和非凝性氣體的處理工藝，其產物中氣體含量較少。熱解法的流程歸納如下：原料粉碎和干燥階段、預加熱和干燥階段、預熱解階段、固體分解階段、殘炭分解階段、產物分離收集階段。氣化法是指可燃固體廢棄物為原料，以氧氣、水蒸氣、空氣等為氣化劑，在高溫不完全燃燒的條件下，使得相對分子質量較高的碳氫化合物鏈裂解并與氣化劑發生復雜的氧化反應與還原反應(氣化反應)而生成相對分子質量較小的一氧化碳、氫氣、甲烷等可燃氣體的過程。氣化法的流程如下：原料干燥和粉碎階段、預加熱和干燥階段、熱解階段、氧化還原反應(氣化反應)階段、產物分離收集階段。對比熱解法和氣化法的處理工藝流程可知，熱解過程是氣化反應可持續進行的基礎條件。

基于可燃固體廢棄物熱解及氣化工藝流程相似的特點，可嘗試提出采用同一套裝置，通過調整反應條件，分別完成熱解和氣化兩種實驗研究內容的實驗裝置和方法。熱解及氣化技術中，固定床的熱解氣化技術研究較早。而且，固定床具有給料適應性好，氣化效率高，處理量適中等特點。給熱解和氣化兩用實驗裝置的開發提供了理論支持與現實依據。但是，目前采用的固定床實驗爐普遍存在著實驗周期長、有效容積小以及實驗功能單一的缺陷。現有的熱解或氣化反應爐一般設置有龐大的固定保溫措施，而且僅依賴于爐體內部向外導熱的方式冷卻，冷卻時間長，實驗周期較長。為實現爐體的快速冷卻，南京某公司研制的不銹鋼內膽氣氛爐在爐體周圍設置了風冷和水冷的冷卻系統，此類措施在實現快速冷卻的同時，增加了系統的復雜程度，增加系統初投資。同時，固定床實驗爐多數采用了通過載物容器(瓷方舟)將原料送入熱解環境的進料方式。由于載物容器和加熱爐體的結構限制，要求送入原料的粒徑不能過大，并使得單次實驗的有效體積十分有限。并且，現有的固定床實驗爐通常僅能進行熱解實驗或氣化實驗中的一種實驗，少數實驗臺可以實現熱解和無氣化劑的氣化實驗，但是一般并不支持加入氣化劑的氣化實驗。而對于適用于加入指定氣化劑的固定床實驗爐，由于其設有復雜的進料系統、鼓風機、引風機等裝置，使其系統復雜而且反應爐體溫度分布不均勻，導致其并不適合用于可燃固體廢棄物的熱解實驗。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種熱解及氣化兩用的速冷式固定床實驗裝置與方法，克服現有技術中實驗爐體功能單一，實驗裝置使用頻度低，投資高的問題。

本發明所采用的技術方案包括以下步驟：

一種熱解及氣化兩用的速冷式固定床實驗裝置，包括熱解氣化反應爐，設置于熱解氣化反應爐周圍的活動式加熱保溫爐，熱解氣化反應爐依次與熱解氣冷凝器和高壓電捕焦油器相連通；所述活動式加熱保溫爐分為對稱的兩部分，通過底部滑輪在設有軌道的實驗臺進行相向和反向的移動；所述熱解氣化反應爐內部設置有氣體分布器。

所述熱解氣化反應爐包括爐體和爐蓋，所述爐蓋和爐體采用螺柱連接，連接處采用高溫密封圈進行密封，氣體接入管直接連接到氣體分布器的下層空間，爐體內還設置有緊急泄壓管路，并按照高低順序設置三組熱電偶探測管。

所述活動式加熱保溫爐爐體由加熱層和保溫層構成，加熱層安裝有數量可調的加熱電阻絲，加熱層內壁表面均勻設置有利于熱對流的孔洞，活動式加熱保溫爐兩部分相互接觸時能夠良好密閉，且兩部分加熱層的加熱速率和加熱溫度由同一套溫度監測與控制系統控制。

所述熱解氣冷凝器、高壓電捕焦油器均設置有熱解液回收杯。

所述熱解氣化反應爐與熱解氣冷凝器、高壓電捕焦油器出入口連通的管線均設有保溫措施。

所述氣體分布器材質根據實驗溫度選擇耐高溫多孔介質。