[发明专利]高温冶金渣颗粒催化气化生物质制取富氢气体装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金工程、能源转换和环保节能领域，主要涉及利用冶金过程的节能减排、生物质能源转换，特别涉及一种高温冶金渣颗粒催化气化生物质制取富氢气体装置及方法。

背景技术

冶金工业是我国国民经济发展的支柱产业，也是高能耗、高污染、高排放大户，面临严峻的节能减排压力。其中，冶金熔渣是在金属、合金冶炼过程中排放的主要废弃物，排放的熔渣不仅数量巨大，而且蕴含丰富的高品质热量。例如，高炉每冶炼1吨生铁要排放350kg左右的熔渣，每生产1吨镍铁排放30吨左右的熔渣，转炉炼钢以及其它铁合金冶炼中亦要排出大量熔渣。这些熔渣的排放温度在1400~1700℃，每吨熔渣蕴含的显热约相当于1.5GJ。因此，合理回收高温冶金熔渣余热对于冶金行业降低冶炼成本及节能减排意义重大。

目前，对于冶金熔渣的处理主要有水淬处理工艺和干法处理工艺。水淬处理工艺就是采用水冲渣的方式使得熔渣快速冷却得到玻璃化渣的方法，得到的水淬玻璃渣经烘干处理后作为生产水泥的原材料。但是，该工艺主要存在以下问题：只注重将熔渣作为一种资源加以利用对其蕴含的热量完全没有回收；处理过程需要消耗大量新水，处理1吨熔渣大约耗水0.62~0.95吨；水蒸汽与熔渣中的硫化物发生反应极易产生H₂S、SO₂等有害气体；得到的水渣疏松多孔、含水量极高，进一步利用需要进行脱水处理，消耗能量。干法处理工艺是在不消耗水的情况下，采用机械能的形式对熔渣进行粒化，然后再采用空气等冷却介质对渣粒余热进行回收的方法。然而，该工艺主要采用物理介质对渣粒余热进行回收，能源转换次数较多，回收的余热品质较低，回收效率较差。

生物质能源是仅次于石油、煤和天然气的第4大能源，据估算地球上每年生长的生物质能的总量约相当于当前世界上总能耗的10倍。随着化石燃料的日益匮乏以及其在利用过程中造成的环境问题日趋严峻，生物质能作为一种清洁的、可再生的替代资源得到广泛关注。目前，生物质的利用方式中物化处理方式可以将能源密度较低的生物质转化为高能源密度的气体、生物质油等物质。然而，物化过程为吸热反应，需要外部提供热量，同时在催化气化过程中，催化剂表面积碳使得催化剂逐渐失活。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种高温冶金渣颗粒作为热载体催化气化生物质制备富氢气体的方法及装置，其通过将熔渣干法粒化得到的高温冶金渣粒作为热载体和催化剂，通入水蒸气气化生物质制取富氢气体，以有效解决现有干法处理熔渣工艺余热回收效率差、品质低等问题，以及固体热载体气化过程需要外部供热和催化剂容易积碳失活的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：高温冶金渣颗粒催化气化生物质制取富氢气体装置，其特征在于：包括熔渣旋转粒化装置、高温渣粒贮存室、下降管反应器、蒸汽发生器、生物质原料螺旋给料器、分离器和富氢气体收集器；

所述高温渣粒贮存室和生物质原料螺旋给料器分别位于下降管反应器的上方，所述分离器位于下降管反应器的下方，所述蒸汽发生器和富氢气体收集器分别位于下降管反应器的两侧；

所述熔渣旋转粒化装置内设有粒化渣粒筛，所述粒化渣粒筛将熔渣旋转粒化装置分成两个部分，位于粒化渣粒筛下方的为渣粒收集器，位于粒化渣粒筛上方的部分与高温渣粒贮存室的顶部连通；

所述高温渣粒贮存室的底部通过高温渣粒进口与下降管反应器的顶部连通， 

所述生物质原料螺旋给料器的生物质原料出口与下降管反应器的顶部连通，生物质原料螺旋给料器的生物质原料进口与生物质原料贮存室的底部连通；

所述蒸汽发生器的水蒸气出口与下降管反应器的下方连通，所述富氢气体收集器的进气口与下降管反应器的上方连通；

所述分离器内设有冷却渣粒生物质残炭分离器，所述冷却渣粒生物质残炭分离器将分离器分成上下两个部分，其中上部分为冷却渣粒收集器，下部分为热解生物质残炭收集器，所述冷却渣粒收集器的顶部与下降管反应器的下方连通

作为优化，所述高温渣粒贮存室的底部与高温渣粒进口的连通处设有流量控制板。

作为优化，所述下降管反应器的上方具有水蒸气进口，所述蒸汽发生器的水蒸气出口通过水蒸气进气管与下降管反应器的下方的水蒸气进口连通，所述水蒸气进气管设有流量计。

所述下降管反应器的上方还具有富氢气体出口，所述富氢气体收集器的进气口通过富氢气体出气管与下降管反应器的上方的富氢气体出口连通，在所述富氢气体出气管上设有气体净化器。

作为优化，采用上述所述的高温冶金渣颗粒催化气化生物质制取富氢气体装置，具体步骤如下：