铅铋液为冷凝介质的熔铁浴合成气降温除尘装置的制作方法
1.本发明涉及能源技术领域，具体涉及铅铋液为冷凝介质的熔铁浴合成气降温除尘装置。
背景技术：
2.目前熔铁浴不仅在固废的消纳处置方面拥有极大的优势，更大的优势在于能够将地球上绝大多数生活垃圾、农业林业废弃物如秸秆/枝丫/甜高粱/锯末/海藻、畜禽粪便、废旧塑料、废旧橡胶轮胎等转化为洁净燃气，进而转化为石油化工产品，例如合成优质汽柴油、石蜡、石脑油、润滑油、合成天然气、烯烃、聚烯烃、醇醚等产品。
3.然而目前处理过程中，高温合成气离开气化炉后，一般通过重力沉降、旋风除尘、布袋除尘等“干法”对粗合成气进行净化。但是问题在于合成气所携带的灰尘较多，上述“干法”除尘效果不佳。还是需要湿法除尘，即喷水洗涤，虽然该方法除尘效果较好，但是高温炉气的显热却白白浪费了，造成了大量能源浪费。
4.因此，亟待一种既能够高效净化炉气，又能够有效地回收余热的铅铋液为冷凝介质的熔铁浴合成气降温除尘装置。
技术实现要素：
5.本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了铅铋液为冷凝介质的熔铁浴合成气降温除尘装置。
6.为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：铅铋液为冷凝介质的熔铁浴合成气降温除尘装置应用于气化炉的合成气洗涤净化，包括依次连通的预冷室、脱酸室、高温铅铋液净化洗涤器及低温铅铋液净化洗涤器；
7.预冷室与气化炉的合成气出口连通，通过喷吹有机物热裂解吸热降温以及采用co2气体与热裂解碳素离粒子进行布多阿尔吸热化学反应，以实现对合成气进行预冷；
8.高温铅铋液净化洗涤器内的铅铋液温度为400-500℃，用于洗涤合成气，捕集其中的凝聚态物料颗粒或液滴，并回收合成气的部分显热；
9.低温铅铋液净化洗涤器内的铅铋液温度为150-200℃，用于进一步洗涤合成气，捕集其中的150-200℃冷凝的凝聚态物料颗粒或液滴，并回收合成气的部分显热。
10.工作原理及有益效果：1、与现有技术相比，本技术首先通过预冷室将刚从气化炉出来的高温合成气进行预冷，而且由于温度降低，且预冷室的体积较大，因此合成气的气体流动速度变慢，如此气体中夹带的较大颗粒物就能够很好地沉降，从而汇集在预冷室底部排出。而且有机物热解、碳质颗粒与co2或水蒸气在高温下快速反应，获得co和h2，一方面利用了粗合成气显热，使其降温至1000℃，同时增加了合成其中co和h2这两个有效成分，兼顾消耗了合成气中对下游合成不利的氧化性气体co2和水蒸气，如此不仅是能够增加有效合成气的体积(标立)，还能够不通过物理换热，温度从1500℃降低至1000℃，有利于提高容器耐材寿命；
11.2、与现有技术相比，本技术在合成气预冷后通过脱酸室顶吹碱性物质进行脱硫、氯，可有效地去除合成气中的有害元素；
12.3、与现有技术相比，本技术的高温铅铋液净化洗涤器利用铅铋合金低熔点、低挥发性、低腐蚀性的特点，可以首先对约950℃的高温合成气进行净化，合成气中固体粒子被洗刷至铅铋液表面，同时，挥发性的铅、锌、镉、砷等金属也被铅铋液捕集。同时利用回收合成气的部分显热，更加环保；
13.4、与现有技术相比，由于合成气经过高温铅铋液净化洗涤器温度可将为500℃以下，仍然有少量固相粒子夹带，因此借助低温铅铋液净化洗涤器，通过进一步洗涤合成气，捕集其中的150-200℃冷凝的凝聚态物料颗粒或液滴，并回收合成气的部分显热。如此两个洗涤器内，合成气一边与铅铋液换热，同时也被铅铋液洗涤，灰尘以及挥发性物质被铅铋液洗刷，与合成气分离，漂浮在铅铋液表面。由于铅铋液密度大，而且不活泼，保持化学惰性，充当了良好的液体洗涤介质以及热量暂存载体，换热管表面干净无粘附，换热效果良好，换热器寿命较长，维修减少。而且由于液态铅铋合金的换热能力显著高于高温烟气，导致两个洗涤器的换热管所需的换热表面大大减少，减少了设备体积、占地空间。
14.进一步地，高温铅铋液净化洗涤器内设有高温换热管、铅铋合金液及第一甩液叶轮组，该第一甩液叶轮通过设于高温铅铋液净化洗涤器外的驱动电机驱动旋转，以实现将铅铋合金液飞溅形成“雨幕”状。此设置，可更好地洗涤合成气，捕集其中冷凝的凝聚态物料颗粒或液滴，并回收合成气的部分显热。
15.进一步地，低温铅铋液净化洗涤器内设有低温换热管、铅铋合金液及第二甩液叶轮组，该第二甩液叶轮通过设于低温铅铋液净化洗涤器外的驱动电机驱动旋转，以实现将铅铋合金液飞溅形成“雨幕”状。此设置，可更好地洗涤合成气，捕集其中的150-200℃冷凝的凝聚态物料颗粒或液滴，并回收合成气的部分显热。
16.进一步地，高温换热管和低温换热管均阵列设置。可显著提高换热面积，提高回收效率。
17.进一步地，预冷室底部设有第一集灰斗，脱酸室底部设有第二集灰斗。两个集灰斗能够方便收集和处理沉降物质。
18.进一步地，预冷室上设有装有冷却剂的预冷剂储罐，该预冷剂储罐上设有多个喷射嘴，预冷剂由固相、液相、气化后的有机物及co2气体组成。此设置，有机固废进入到进行气化，所获合成气为1500℃，并含有少量氧化性气体co2和水蒸气，进入到预冷室，顶部喷吹碳氢冷却剂(预冷剂)，可为气液固三种：气体为有机固废热解产生的不凝气，液态为有机固废热解的液态热解油，均为碳氢有机气体或液体，有时含有少量氧。也可喷吹碳质固体粉末，即热解半焦粉、煤粉、焦粉等碳质细粉。有机物热解、碳质颗粒与co2或水蒸气在高温下快速反应，获得co和h2，一方面利用了粗合成气显热，使其降温至1000℃，同时增加了合成其中co和h2这两个有效成分，兼顾消耗了合成气中对下游合成不利的氧化性气体co2和水蒸气。
19.进一步地，脱酸室上设有装有脱酸剂的液碱储罐，该液碱储罐上设有多个喷雾喷嘴。可有效进行脱氯、脱硫。
20.进一步地，还包括与低温铅铋液净化洗涤器出口连通的布袋除尘器，布袋除尘器上设有用于收集灰尘的布袋灰斗。此设置，布袋除尘器可进一步收集合成气中的灰尘等杂
质。
21.进一步地，高温换热管、第一甩液叶轮组由石墨或球墨铸铁或碳钢或合金钢或不锈钢制成，且表面有涂镀陶瓷防护层。可有效地提升高温换热管、第一甩液叶轮组的使用寿命。
22.进一步地，还包括精除尘器/终冷器，精除尘器/终冷器用于精密过滤灰尘并进一步冷却合成气。
附图说明
23.图1是本发明的结构示意图；
24.图2是高温铅铋液净化洗涤器的内部结构示意图一；
25.图3是高温铅铋液净化洗涤器的内部结构示意图二；
26.图4是铅－铋二元合金相图
27.图5是铋－铁二元合金相图；
28.图6是铁－铅二元合金相图。
29.图中，101、气化炉；102、粗合成气；201、预冷室；202、预冷剂储罐；203、第一集灰斗；204、喷射嘴；301、脱酸室；302、液碱储罐；303、第二集灰斗；304、液雾喷嘴；401、高温铅铋液净化洗涤器；402、高温铅铋液；403、第一甩液叶轮；405、高温换热管；411、轴承支架；412、从动齿轮；413、驱动齿轮；414、驱动轴承架；415、驱动轴；416、驱动电机；417、密封电机房；501、低温铅铋液净化洗涤器；502、低温铅铋液；503、第二甩液叶轮；505、低温换热管；601、布袋除尘器；602、布袋灰斗；701、精除尘器；702、洁净合成气。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.本领域技术人员应理解的是，在本发明的披露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
32.如图1所示，本铅铋液为冷凝介质的熔铁浴合成气降温除尘装置应用于气化炉101的合成气洗涤净化，包括依次连通的预冷室201、脱酸室301、高温铅铋液净化洗涤器401、低温铅铋液净化洗涤器501、布袋除尘器601及精除尘器701/终冷器；
33.其中，预冷室201与气化炉101的合成气出口连通，该预冷室201底部设有第一集灰斗203，且预冷室201上设有装有冷却剂的预冷剂储罐202，该预冷剂储罐202上设有多个喷射嘴204，预冷剂由固相、液相、气化后的有机物及co2气体组成。如此可通过喷吹有机物热裂解吸热降温以及采用co2气体与热裂解碳素离粒子进行布多阿尔(boudouard reaction)吸热化学反应，以实现对合成气进行预冷。
34.其中，碳的气化反应即布多阿尔反应，是碳和二氧化碳生成一氧化碳的过程，它是金属碳热还原的基础，在用碳作还原剂的熔炼过程中极为重要,如铁和铅的高炉和鼓风熔炼和锡或锌的熔炼。
35.在本实施例中，单位时间投送1吨有机固废进入到气化炉101进行气化，所获合成气为1500℃，并含有少量氧化性气体co2和水蒸气，进入到预冷室201，顶部喷吹碳氢冷却剂，可为气液固三种：气体为有机固废热解产生的不凝气，液态为有机固废热解的液态热解油，均为碳氢有机气体或液体，有时含有少量氧。也可喷吹碳质固体粉末，即热解半焦粉、煤粉、焦粉等碳质细粉。有机物热解、碳质颗粒与co2或水蒸气在高温下快速反应，获得co和h2，一方面利用了粗合成气102显热，使其降温至1000℃，同时增加了合成其中co和h2这两个有效成分，兼顾消耗了合成气中对下游合成不利的氧化性气体co2和水蒸气。其中的反应化学式如下：
[0036][0037]
co2+c＝2co...(δh＝172kj/mol)
[0038]
c+h2o＝co+h2...(δh＝119kj/mol)
[0039]
具体进入预冷室201前后合成气体积、比例变化的数据见表1：
[0040][0041]
表1
[0042]
经过预冷室201调质之后，最终的合成气脱水干燥后的成分见表2。
[0043][0044]
表2
[0045]
可见以单位时间投送1吨有机固废气化为基准，对于产出的合成气进行新旧工艺比较，原来总有效合成气单位时间产量为1311标立，出预冷室201后达到了1658标立，增加了26.5％，原来总热值为15.7gj，增加到19.9gj，增加了26％，原来干气中有效气比例为82.4％，现在为90.9％，增加了8.5个百分点。而且不通过物理换热，温度从1500℃降低至1000℃，有利于提高容器耐材寿命。
[0046]
因此，由于温度降低，且预冷室201容积较大，气体流动速度变慢，气体中夹带的较大颗粒物发生沉降，汇集在第一集灰斗203定期排出。
[0047]
其中，脱酸室301上设有装有脱酸剂的液碱储罐302，该液碱储罐302上设有多个喷雾喷嘴，底部设有第二集灰斗303。可有效进行脱氯、脱硫。
[0048]
在本实施例中，原料有机固废中的硫、氯等有害元素，会以硫化氢、氯化氢气体的形式进入到合成气。通过顶部喷吹石灰或者naoh水溶液来脱除硫、氯。
[0049]
如果用cao，反应式为：
[0050]
cao+h2s＝cas+h2o
[0051]
cao+2hcl＝cacl2+h2o
[0052]
如此，合成气在此环节，降温5-10℃。生成的cas以及cacl2、过量cao等固相粒子，沉降至容器底部的第二集灰斗303，汇集后定期通过第二集灰斗303排出。
[0053]
其中，高温铅铋液净化洗涤器401内的铅铋液温度为400-500℃，用于洗涤合成气，捕集其中的凝聚态物料颗粒或液滴，并回收合成气的部分显热；
[0054]
在本实施例中，由于铅铋合金是常见的低熔点合金。铅、铋金属的各自熔点较低，作为合金，熔点进一步降低。铅铋合金的熔点最低只有约130℃，如图4中的二元合金相图所示。熔点至沸点的温度区间较宽，化学性质不活泼，比较适合作为熔融液体工质使用。
[0055]
同时铅铋金属各自的蒸气压如下公式可以计算。
[0056]
log(p
bj
(pa))＝-10400/t(k)-1.26log(t(k))+14.475
[0057]
log(p
pb
(pa))＝-101330/t(k)-0.985log(t(k))+13.2855
[0058]
如此计算得到的蒸气压如下表2所示。可见在熔融液态的150-700℃区间，铅铋液的挥发可忽略不计。
[0059][0060][0061]
表2
[0062]
特别是，铅铋合金互熔后，活度相互作用为负偏差，导致其蒸气压进一步降低。
[0063]
同时还可参见图5和图6的铋－铁二元合金相图、铁－铅二元合金相图，在液态熔融状态下，铁在金属铅铋合金几乎不溶解，因而对钢铁质设备材料腐蚀较小，相容性较好。
[0064]
因此，当950℃的合成气进入到高温铅铋液净化洗涤器401，高温铅铋液净化洗涤器401内盛放有高温铅铋液402(400-500℃)，第一甩液叶轮403在容器外的驱动电机416驱动下通过驱动齿轮413、从动齿轮412的带动旋转，让高温铅铋液402飞溅起来，在高温铅铋
液净化洗涤器401中形成“雨幕”，部分碰撞到顶部后留下来，形成瀑布状。第二集灰斗303也由石墨、球墨铸铁、碳钢、合金钢、不锈钢制成，表面涂镀陶瓷防护层，外径300-500mm，转速300-600rpm，中轴线与静止时铅铋液面平齐。一般同轴多个叶轮，并且呈多轴布置。
[0065]
如此高温铅铋液402洗涤净化了高温合成气，合成气中固体粒子被洗刷至铅铋液表面，同时，挥发性的铅、锌、镉、砷等金属也被铅铋液捕集。
[0066]
由于高温铅铋液402在500℃的比热容约为140j/kg k，对于单位时间产生的降温效果，高温铅铋液402在400-600℃之间循环吸收热量，那么每分钟需要900kg的高温铅铋液402被扬起与合成气换热，将合成气从980℃降温至500℃以下。高温铅铋液402吸热升温后，将热量传递给高温换热管405，高温换热管405内的锅炉水沸腾，产生10mpa的高温高压蒸汽，余热得以很好利用。如此每单元时间回收显热，产生400kg高压蒸汽。
[0067]
其中，低温铅铋液净化洗涤器501内的铅铋液温度为150-200℃，用于进一步洗涤合成气，捕集其中的150-200℃冷凝的凝聚态物料颗粒或液滴，并回收合成气的部分显热。
[0068]
在本实施例中，低温铅铋液净化洗涤器501原理与高温铅铋液净化洗涤器401一致。合成气进入的温度已经低于500℃，仍然有少量固相粒子夹带，液池温度150-200℃之间，飞溅的低温铅铋液502飞溅起来，与合成气密集接触，进一步洗涤净化合成气，并实现换热升温，飞落回液池，与液池内低温换热管505中水流换热，形成低压蒸汽，蒸气压0.4mpa，作为普通用途。
[0069]
在高温铅铋液净化洗涤器401和低温铅铋液净化洗涤器501两个洗涤器内，合成气一边与铅铋液换热，同时也被铅铋液洗涤，灰尘以及挥发性物质被铅铋液洗刷，与合成气分离，漂浮在铅铋液表面。由于铅铋液密度大，而且不活泼，保持化学惰性，充当了良好的液体洗涤介质以及热量暂存载体，换热管表面干净无粘附，换热效果良好，换热器寿命较长，维修减少。而且由于液态铅铋合金的换热能力显著高于高温烟气，高/低换热管所需的换热表面大大减少，减少了设备体积、占地空间。
[0070]
在本实施例中，高温铅铋液净化洗涤器401的结构如图2和图3所示，驱动电机416安装在高温铅铋液净化洗涤器401外，通过密封电机房417封闭，该驱动电机416通过驱动轴415带动驱动齿轮413，驱动齿轮413驱动从动齿轮412带动第一甩液轮转动，还设有部分配件，如驱动轴承架414和轴承支架411等。
[0071]
其中，降温至200℃以下的合成气，顺序经过布袋除尘器601、精除尘器701/终冷器，成为常温洁净合成气702。布袋除尘器601过滤的少量灰尘，经布袋灰斗602收集处理，终冷器采用水喷淋或者冷水管间接换热。
[0072]
本发明未详述部分为现有技术，故本发明未对其进行详述。
[0073]
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
[0074]
尽管本文较多地使用了气化炉101、粗合成气102、预冷室201、预冷剂储罐202、第一集灰斗203、喷射嘴204、脱酸室301、液碱储罐302、第二集灰斗303、液雾喷嘴304、高温铅铋液净化洗涤器401、高温铅铋液402、第一甩液叶轮403、高温换热管405、轴承支架411、从动齿轮412、驱动齿轮413、驱动轴承架414、驱动轴415、驱动电机416、密封电机房417、低温铅铋液净化洗涤器501、低温铅铋液502、第二甩液叶轮503、低温换热管505、布袋除尘器
601、布袋灰斗602、精除尘器701、洁净合成气702等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
[0075]
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上做任何变化，凡是具有与本技术相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.铅铋液为洗涤净化介质的熔铁浴合成洗涤净化装置，应用于气化炉的合成气洗涤净化，其特征在于，包括依次连通的预冷室、脱酸室、高温铅铋液净化洗涤器及低温铅铋液净化洗涤器；所述预冷室与所述气化炉的合成气出口连通，通过喷吹有机物热裂解吸热降温以及采用co2气体与热裂解碳素离粒子进行布多阿尔吸热化学反应，以实现对所述合成气进行预冷；所述高温铅铋液净化洗涤器内的铅铋液温度为400-500℃，用于洗涤合成气，捕集其中的凝聚态物料颗粒或液滴，并回收所述合成气的部分显热；所述低温铅铋液净化洗涤器内的铅铋液温度为150-200℃，用于进一步洗涤合成气，捕集其中的150-200℃冷凝的凝聚态物料颗粒或液滴，并回收所述合成气的部分显热。2.根据权利要求1所述的铅铋液为洗涤净化介质的熔铁浴合成洗涤净化装置，其特征在于，所述高温铅铋液净化洗涤器内设有高温换热管、铅铋合金液及第一甩液叶轮组，该第一甩液叶轮通过设于所述高温铅铋液净化洗涤器外的驱动电机驱动旋转，以实现将铅铋合金液飞溅形成“雨幕”状。3.根据权利要求2所述的铅铋液为洗涤净化介质的熔铁浴合成洗涤净化装置，其特征在于，所述低温铅铋液净化洗涤器内设有低温换热管、铅铋合金液及第二甩液叶轮组，该第二甩液叶轮通过设于所述低温铅铋液净化洗涤器外的驱动电机驱动旋转，以实现将铅铋合金液飞溅形成“雨幕”状。4.根据权利要求3所述的铅铋液为洗涤净化介质的熔铁浴合成洗涤净化装置，其特征在于，所述高温换热管和所述低温换热管均阵列设置。5.根据权利要求1所述的铅铋液为洗涤净化介质的熔铁浴合成洗涤净化装置，其特征在于，所述预冷室底部设有第一集灰斗，所述脱酸室底部设有第二集灰斗。6.根据权利要求1所述的铅铋液为洗涤净化介质的熔铁浴合成洗涤净化装置，其特征在于，所述预冷室上设有装有冷却剂的预冷剂储罐，该预冷剂储罐上设有多个喷射嘴，预冷剂由固相、液相、气化后的有机物及co2气体组成。7.根据权利要求1所述的铅铋液为洗涤净化介质的熔铁浴合成洗涤净化装置，其特征在于，所述脱酸室上设有装有脱酸剂的液碱储罐，该液碱储罐上设有多个喷雾喷嘴。8.根据权利要求1-7任意一项所述的铅铋液为洗涤净化介质的熔铁浴合成洗涤净化装置，其特征在于，还包括与所述低温铅铋液净化洗涤器出口连通的布袋除尘器，所述布袋除尘器上设有用于收集灰尘的布袋灰斗。9.根据权利要求2-4任意一项所述的铅铋液为洗涤净化介质的熔铁浴合成洗涤净化装置，其特征在于，所述高温换热管、第一甩液叶轮组由石墨或球墨铸铁或碳钢或合金钢或不锈钢制成，且表面有涂镀陶瓷防护层。10.根据权利要求1所述的铅铋液为洗涤净化介质的熔铁浴合成洗涤净化装置，其特征在于，还包括精除尘器/终冷器，所述精除尘器/终冷器用于精密过滤灰尘并进一步冷却所述合成气。
技术总结
本发明涉及铅铋液为冷凝介质的熔铁浴合成气降温除尘装置，该方案应用于气化炉的合成气洗涤净化，包括依次连通的预冷室、脱酸室、高温铅铋液净化洗涤器及低温铅铋液净化洗涤器；预冷室与气化炉的合成气出口连通；高温铅铋液净化洗涤器内的铅铋液温度为400-500℃，捕集其中的凝聚态物料颗粒或液滴，并回收合成气的部分显热；低温铅铋液净化洗涤器内的铅铋液温度为150-200℃，捕集其中的150-200℃冷凝的凝聚态物料颗粒或液滴，并回收合成气的部分显热。铅铋合金液与高温合成气直接接触后，以液体特有的方式，将固体颗粒物洗涤至液相，高效净化了炉气。同时铅铋液自身升温后，能够将热量再传递给其他工质，回收余热。回收余热。回收余热。
