[发明专利]大分子物质高效清洁燃用方法及装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种生物质气化燃用方法及装置，尤其是一种大分子物质高效清洁燃用方法及装置，属物质高效清洁燃烧利用技术领域。

背景技术：

大分子物质包括生物质和固态有机类生活垃圾及废旧轮胎等工业垃圾，属可再生能源物质，如何让其实现高效清洁转化利用，一直是世界各国科技工作者的热门研究课题。

众所周知，目前大分子物质的能源利用方式有三：其一是传统的直接燃烧利用方式，但因其热效率低，二次污染严重，已到了非淘汰不可的程度；其二是液化利用方式，但因其投资大，制造成本高，质量不稳定，对物料要求严，与化石能源无可比经济性，目前还无法普及应用；其三是气化利用方式，包括生物质气化燃用和垃圾气化焚烧处理二方面，是目前最现实，也是最有希望的能源利用方式。然而，在生物质气化燃用方面，由于“焦油”的二次污染问题一直得不到有效解决，致使我国生物质气化利用工作进展缓慢。例如，曾一度在我国农村广为推广并被喻为“一人生火，全村做饭”的生物质集中供气装置，尽管对生物质焦油的处理采用了包括高温裂解和催化裂解在内的各种技术手段，但焦油污染问题最终仍然是导致生物质集中供气装置走向瘫痪的主要罪魁祸首；而在垃圾气化焚烧处理方面，尽管“垃圾气化焚烧”是固态有机垃圾最终实现“无害化、资源化和减量化”处理的必由之路，但由于现有技术无法避免“二恶英”类剧毒致癌物质的产生，致使世界各国的垃圾焚烧处理举步维艰。有资料显示，凡建有垃圾焚烧处理厂的地方，其附近居民的呼吸系统癌症发病率一般均在原有基础上骤升了近70倍，“二恶英”污染已成为世界各国谈虎色变的一大公害。为此，早在1985年美国就被迫取消了137座垃圾焚化炉兴建计划；1996年北美洲五大湖区的52个垃圾焚化炉也相继叫停，随后德国、荷兰、比利时等欧盟各国和加拿大也相继颁布了“垃圾焚化炉禁建令”。我国自2000年8月广州第一座垃圾焚烧发电厂诞生以来，因“二恶英”污染致癌而引发的民众不满也时有耳闻。一项本应是利国利民的工程，却因现有技术不过关而成了产生民怨的焦点。面对每天滚滚而来的待处理垃圾，各级政府在“垃圾焚烧处理厂”的“建”与“不建”的问题上，实际上进入了一个“二难”的局面。为了消灭“二恶英”，有的垃圾焚烧处理厂被迫在其尾气处理工段，设置了液化气喷烧工序和部分尾气回炉循环燃烧工序，但此举不仅增加了设备造价，提高了运行费用，而且事实证明其处理效果并不十分理想。究其原因，本发明人认为：无论是“生物质气化燃用”还是“垃圾气化焚烧处理”，主要是现有技术均有一个共同的思想误区，那就是普遍认为“只要将焦油类大分子物质完全裂解，就能从根本上解决焦油污染问题，现有生物质燃气中之所以均含有一定量的生物质焦油，都是由于其焦油裂解不完全所致”。正因如此，多年来各种焦油裂解方法与裂解装置如雨后春笋般涌现，然而，生物质气化燃用过程中的焦油污染问题和垃圾焚烧处理过程中的“二恶英”污染问题却依然存在，且从未得到过有效解决。其实，无论你采用的是“催化裂解”还是“高温裂解”或是“核磁共振技术”，也无论你的焦油裂解是否完全，那些由焦油类大分子物质裂解而成的“小分子物质”，并非全是稳定态的小分子物质，实际上，其中必有部分是含不饱和健且呈活化状态的有机类小分子自由基，这些“小分子自由基”一旦离开裂解反应的高温区，就会彼此结合成长链分子并放出热量，从而再次形成焦油类大分子物质，只是这种二次生成的焦油类大分子物质较从前减少了一些罢了。为了使焦油类大分子物质全部转化成稳定态的小分子物质，我们曾试图将石化工业普遍采用的“加氢催化裂解”技术应用到生物质气化焦油的裂解转化中，以期能通过“加氢催化裂解”从根本上解决“焦油”的二次污染问题。但是，由于“加氢催化裂解”需要特定催化剂、氢源和高温高压等诸多较为苛刻的反应条件，不仅设备昂贵，生产工艺复杂，安全系数低，而且操作麻烦，运行费用高，与化石能源无可比经济性，因此，“加氢催化裂解”在大分子物质高效清洁转化应用中亦无多大实用价值。

如中国发明专利号为200810056512.4的“一种颗粒燃料燃烧方法及燃烧装置”，因其不能形成足量而稳定的红热炭渣层，且其颗粒燃料的热解气有相当部分未经裂解，而是以焦油类大分子气态物质的形式越过其红热炭渣层而直接进入其“火焰燃烧区”，因而其烟尘和焦油的二次污染将不可避免。