[发明专利]用于含碳固废化学链气化的载氧体制备工艺及方法

说明书

本发明为一种用于含碳固废化学链气化的载氧体制备工艺及方法，包括干法粒化装置、直接还原炉、煅烧炉、余热锅炉及其附属设备，包括干法粒化、直接还原、煅烧氧化及余热回收等步骤。方法为：将富铁冶金渣制备为高温球形的渣粒，渣粒在直接还原炉中通过直接还原反应析出铁合金；在煅烧炉内铁合金液滴氧化为金属氧化物；通过余热锅炉回收氧载体高温余热。该发明将充分利用冶金渣废弃物的余热资源及金属资源，实现了氧载体的低成本制备。该工艺余热回收率可达75%，制备的氧载体的载氧量可达0.2g/g，氧载体的制备成本大幅度降低。

技术领域

本发明属于废弃物资源化技术领域，具体涉及一种用于含碳固废化学链气化的载氧体制备工艺及方法。

背景技术

含碳固体废弃物是工业、农业生产过程的常见富含碳元素的大宗固态弃置物，如，生活垃圾、污泥，生物质，塑料、轮胎等。在国民生产过程中，含碳固体废弃物种类多，产量大。含碳固体废弃物的减量化、无害化、经济性处理是当今亟待解决的世界性难题。如今，以气化技术为代表热化学转化技术成为含碳固体废弃物的有效处理方式。气化技术是指把经过适当处理的含碳固体废弃物送入反应器(如气化炉)内，在一定的温度和压力下，通过氧化剂(空气或氧气或水蒸气等)以一定的流动方式(移动床、流化床等)转化成富含CO的燃气。气化技术处理过程具有污染物排放少，生产能力大，前景广阔的特点。以空气为气化剂的气化反应因为气化剂来源广、成本低，是目前应用最广泛、传统的气化技术。然而，在空气气化剂中由于N₂的存在，气化产生的产气通常品质低，且燃气在后续燃烧过程存在NOx污染。

化学链气化技术(CLG)是基于化学链燃烧技术(CLC)的一种新型气化技术。在该技术的燃料反应器中，燃料与载氧体发生气化反应。载氧体中的晶格氧代替了空气，避免了N₂的稀释作用。失氧后的载氧体在空气反应器中与空气发生氧化反应，进一步氧化得氧。该技术中，燃料与空气不直接接触，因此可产生具有较高浓度的燃气，燃烧过程不存在NOx污染，且产生的烟气量大幅减少。

有关学者提出采用化学链气化的方式处理含碳固体废弃物。然而，某些含碳固体废弃物中灰分含量高(50%)，在分离灰分过程中，载氧体势必损耗严重，而且灰分容易与载氧体反应形成固溶体，致使载氧体容易失活。目前载氧体主要是合成Fe、Cu、Ni等金属氧化物，制备方法主要有机械搅拌法、浸渍法、溶胶凝胶法及共沉淀法等，上述金属氧化物合成及制备过程成本高。因此，成本低、来源广、不易失活的载氧体是含碳固体废弃物化学链气化技术的关键。这也引起了国内外高校、研究所、企业的高度关注，但是截止目前尚未找到一种经济可行的载氧体及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中的弊端，提供一种用于含碳固废化学链气化的载氧体制备工艺及方法，可以降低载氧体制备过程成本，解决了传统载氧体成本高、易失活的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

用于含碳固废化学链气化的载氧体制备工艺及方法，装置主要包括干法粒化装置、直接还原炉、煅烧炉、余热锅炉及其附属设备。具体实施过程包括以下步骤：

(1) 干法粒化

温度为1300~1400℃的高温熔融态的富铁冶金渣从冶金炉内排出，经渣槽进入干法粒化装置；在干法粒化装置内，鼓风机鼓入大量冷风，冷风质量与冶金渣质量比为1.5：1~5：1。富铁冶金渣被破碎为粒径0.2~5mm、温度为1000~1100℃的高温富铁颗粒。高温富铁颗粒在收集盘中收集并从干法粒化装置出口排出。

(2) 直接还原

高温颗粒、还原剂及脱硅剂一起加入到直接还原炉中。高温颗粒中O元素与还原剂中C元素摩尔比为0.5：1~2：1；高温颗粒中Si元素与脱硅剂中钙元素摩尔比为0.5：1~2：1。在直接还原炉内，富铁冶金渣内含铁成分发生还原反应，反应方程如式1~4所示。