旋转床煤热解气甲烷化的系统的制作方法

本实用新型涉及煤化工技术领域，尤其涉及一种旋转床煤热解气甲烷化的系统。

背景技术：

我国煤炭资源十分丰富，其中，低阶煤所占比例较大。低阶烟煤挥发分含量高、含水量大、易氧化、储存和远途运输时易风化碎裂，而煤炭生产区与煤炭消费区相距较远，所以低阶烟煤就地加工利用，生产高附加值、易储存运输的产品是实现我国煤炭企业可持续发展战略的必然选择。

从煤炭储量、煤质特征和社会经济环境条件角度考虑，“中低温热解——热解产品深度加工”多联产的技术路线，是低阶烟煤高效、低污染利用的重要途径。但是煤炭中低温热解的方法和工艺条件会对热解的气-液-固态产品的分布及组成、理化性质和工艺性质产生极大的影响，进而影响热解产品的深度加工利用。

针对上述问题提出的旋转床煤热解工艺是近年来新开发的劣质煤热解工艺，具有广阔的市场前景。旋转床热解不仅可达到较高的产油率，同时可得到产率很高的热解气。热解气可以作为化工合成的原料，如：热解气甲烷化制天然气(LNG)。

针对上述问题，现有技术一为将焦炉煤气甲烷化，其缺点在于：甲烷化的核心是调整气体氢碳比(3.15～3.2)，而焦炉煤气的氢碳比在6～7，氢含量过高，致使生产过程的甲烷化工序需补碳(补充CO₂)，才能使氢碳比在合适的范围内。

现有技术二为将煤中低温热解气甲烷化，其缺点在于：煤中低温热解是煤在500～900℃发生热解，焦油产率高达6～7％，热解气成分随煤种的不同变化很大，但与高温干馏气相比氢气含量较低。煤中低温热解气甲烷化的核心工序是甲烷化工序，甲烷化的核心是调整气体氢碳比(3.15～3.2)，而煤中低温热解气原料气氢碳比在0.9～1.5左右，所以要达到合理的氢碳比(3.15～3.2)有两条途径：补氢，而氢气的价格很高，这无疑大大增加生产成本；脱碳，脱除中低温热解气中多余的CO₂，这不仅要增加脱碳系统，使甲烷化投资成本增加，同时不能使煤中低温热解气有效成分得到高效利用。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是如何对旋转床煤热解装置的不同温度区域的烟气管道开闭及旋转床辐射管温度进行调节，以使煤热解后产生的热解气中的氢碳比达到甲烷化的氢碳比要求，进而提供一种旋转床煤热解气甲烷化的系统和方法。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种调节旋转床不同温度区域烟气管道开闭程度及旋转床辐射管温度的旋转床煤热解气甲烷化系统。该系统包括：

旋转床煤热解装置，用于将煤热解，生成热解气，所述旋转床煤热解装置上设置有烟道；

热解气取样分析装置，用于对所述旋转床煤热解装置各区域气体进行取样，并分析气体成分，生成气体成分信号，所述热解气取样分析装置设置于所述旋转床煤热解装置中；

热解气甲烷化分析控制模块，用于依据所述气体成分信号进行分析，并根据分析结果发送控制指令，所述热解气甲烷化分析控制模块与所述热解气取样分析装置连接；

烟道开闭调节装置，用于接收来自所述热解气甲烷化分析控制模块发出的控制指令，根据该指令调节所述旋转床煤热解装置上的烟道开闭程度，所述烟道开闭调节装置设置在所述旋转床煤热解装置的烟道上；

甲烷化装置，用于将所述旋转床煤热解装置中生成的热解气甲烷化，制成天然气，所述甲烷化装置包括进气口，该进气口与所述旋转床煤热解装置的烟道的出口相连。

进一步地，所述旋转床煤热解气甲烷化系统还包括缓冲气柜，所述缓冲气柜包括入气口与出气口，该入气口与所述旋转床煤热解装置的烟道的出口相连，该出气口与所述甲烷化装置的进气口相连；所述缓冲气柜用于贮气和平衡缓冲系统压力，为后续热解气甲烷化提供稳定的气体输入。

进一步地，所述旋转床煤热解气甲烷化系统还包括：

辐射管温度测量装置，用于对旋转床煤热解装置内的温度进行测量，生成温度信号，并发送给所述热解气甲烷化分析控制模块，所述辐射管温度测量装置设置在所述旋转床煤热解装置上，与所述热解气甲烷化分析控制模块相连；

辐射管温度调节装置，用于接收所述热解气甲烷化分析控制模块的控制指令，依据该控制指令调节所述旋转床煤热解装置内的温度，所述辐射管温度调节装置设置在所述旋转床煤热解装置上，与所述热解气甲烷化分析控制模块相连。

具体地，所述旋转床煤热解装置进一步包括热解气导出管路，用于导出热解气，输送到所述烟道，在所述热解气导出管路上设置有所述热解气取样分析装置。

具体地，所述旋转床煤热解装置进一步包括入料口、出料口，并按照所述旋转床煤热解装置中炉底旋转方向依次设置有低温区、中温区和高温区，在所述低温区、中温区和高温区分别设有所述烟道。

具体地，所述旋转床煤热解装置进一步包括辐射管加热系统，用于对所述旋转床煤热解装置进行加热。

本实用新型通过对旋转床不同的温度区域烟气管道开闭及旋转床辐射管温度调节完成对热解气氢碳比的调节，根据反馈的热解气的氢碳比数值信号，对旋转床不同温度区域烟气管道开闭及旋转床辐射管温度调节，实现了热解气氢碳比的自动调节，使热解气氢碳比在3.15～3.20的理想范围内，满足热解气甲烷化的要求，降低生产成本。本实用新型可以较灵活地及时收集到成分符合要求的热解气，通过控制辐射管温度同样可以调节热解气成分以及产率，这样的综合控制手段可以更加高效地利用旋转床煤热解气进行甲烷化。

附图说明

图1是本实用新型旋转床煤热解气系统的结构示意图。

图2是本实用新型旋转床煤热解气甲烷化的系统结构框图。

图3是本实用新型热解气甲烷化分析控制模块数据处理流程示意图。

附图标记说明如下：

100：旋转床装置

101：进料口

102：烟道

103：低温区

104：中温区

105：高温区

106：出料口

200：热解气取样分析装置

300：辐射管温度测量装置

400：热解气甲烷化分析控制模块

500：烟道开闭调节装置

600：辐射管温度调节装置

700：缓冲气柜

800：甲烷化装置

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。

本实用新型一方面提供了一种调节旋转床煤热解装置的不同温度区域烟气管道开闭及旋转床辐射管温度的旋转床煤热解气甲烷化系统。如图1和2所示，该系统包括旋转床煤热解装置100、热解气取样分析装置200、辐射管温度测量装置300、热解气甲烷化分析控制模块400、烟道开闭调节装置500、辐射管温度调节装置600、缓冲气柜700、甲烷化装置800。

参见图1，旋转床煤热解装置100，用于将煤热解，生成热解气。所述旋转床煤热解装置100包括进料口101、出料口106，炉底转动方向如图1箭头所指方向所示。另外，在所述旋转床煤热解装置100中，依照炉底转动方向依次设置有低温区103、中温区104和高温区105三个不同的温度区域。所述低温区103、中温区104和高温区105还分别设有烟道102。

在本实用新型所属领域中，“热解气组成随温度的变化呈现一定的规律性，即随热解温度升高，热解气组成中H₂组分含量上升，CH₄组分含量持续下降，CO组分含量略有上升，烃类组分C_nH_m随温度升高是先升后降的”这一原理是众所周知的。一般热解过程在约450～550℃之间各烃类气体的析出率达到一定峰值，550℃以后析出的主要是H₂和CO，仅伴有少量的CH₄和CO₂，此时H₂的来源多由煤热解的一次产物受到二次热解作用和煤结构单元中芳香部分的进一步缩聚反应生成，H₂在整个热解过程中是持续增加的，CH₄多来源于煤大分子结构中的大量侧链、支链。

此外，热解气中主要组分如H₂，CO，CO₂，CH₄等析出速率并不相同，且随着热解时间的延长，各组分含量此消彼长。具体到旋转床煤热解装置，不同温度区域的热解气组成一定是不同的，其主要受到温度影响。

根据上述原理，本实用新型将所述旋转床煤热解装置设置为三个不同的温度区域：低温区103、中温区104以及高温区105。同时设置各不同温度区域的温度为：低温区103，温度范围为200～300℃；中温区104，温度范围为400～600℃；高温区105，温度范围为700～900℃。

所述旋转床煤热解装置还包括热解气导出管路(未示出)，用于导出热解气，输送到所述烟道102。

另外，所述旋转床煤热解装置100还包括辐射管加热系统(未示出)，用于对所述旋转床煤热解装置100进行加热。该辐射管加热系统可采用蓄热式加热方式，利用余热回收装置，交替切换烟气和空气，使之流经辐射管加热系统，达到在最大程度上回收高温烟气的显热，提高助燃空气温度的效果。该辐射管加热系统也可采用把电加热元件封闭在辐射管加热系统内通电发热，由套管间接把热量辐射给炉衬和被处理工件，广泛应用于热处理行业的各种加热炉中。

参见图1，热解气取样分析装置200，用于对旋转床煤热解装置100各不同的温度区域气体进行取样，并分析气体成分，生成气体成分信号，所述热解气取样分析装置200设置于在所述热解气导出管路上。

参见图1，辐射管温度测量装置300，用于对所述旋转床煤热解装置100内的温度进行测量，生成温度信号，并发送给所述热解气甲烷化分析控制模块400，所述辐射管温度测量装置300设置在所述旋转床煤热解装置100上。

参见图1，热解气甲烷化分析控制模块400，用于依据所述气体成分信号及温度信号进行分析，并根据分析结果发送控制指令。所述热解气甲烷化分析控制模块400与所述热解气取样分析装置200、辐射管温度测量装置300连接。参加图3，热解气甲烷化分析控制模块400中预先设定了计算程序，此程序根据接收到的气体成分信号及温度信号进行计算，然后根据计算结果发出相应的控制指令。

参见图1，烟道开闭调节装置500，用于接收来自所述热解气甲烷化分析控制模块400发出的控制指令，根据该指令调节所述旋转床煤热解装置100上的烟道102开闭程度。所述烟道开闭调节装置500设置在所述旋转床煤热解装置100的烟道102上。

参见图1，辐射管温度调节装置600，用于接收所述热解气甲烷化分析控制模块400的控制指令。依据该控制指令调节所述旋转床煤热解装置100内的温度，所述辐射管温度调节装置600设置在所述旋转床煤热解装置100上，与所述热解气甲烷化分析控制模块400相连。

参见图2，缓冲气柜700，用于贮气和平衡缓冲系统压力，为后续热解气甲烷化提供稳定的气体输入。所述缓冲气柜700包括入气口与出气口(均未示出)，该入气口与所述旋转床煤热解装置100的烟道102的出口相连，该出气口与所述甲烷化装置800的进气口相连。不同烟道中导出的合格热解气进入缓冲气柜700之前的压力等参数都是不同的，缓冲气柜700的缓冲作用，可确保热解气甲烷化顺利进行。

参见图2，甲烷化装置800，用于将所述旋转床煤热解装置100中生成的热解气甲烷化，制成天然气，所述甲烷化装置800包括进气口(未示出)，该进气口与所述旋转床煤热解装置100的烟道102的出口相连。合格的热解气可保证甲烷化过程中甲烷的生成量。

利用上述系统，本实用新型还提供一种对旋转床煤热解气进行甲烷化的方法，如图2和3所示，该方法包括以下步骤：

1)煤热解阶段

原料煤在加工前需进行预处理，使所述原料煤的粒度小于10mm，这样可以保证热解反应更加充分。

参见图1，首先将上述粒度小于10mm的煤从入料口送入所述旋转床煤热解装置100，然后随着炉底的转动，依次通过低温区103、中温区104和高温区105，在不同温度区域内均会发生热解反应，同时得到成分不同的热解气。

2)热解气取样分析以及温度检测阶段

参见图1和图2，用所述热解气取样分析装置200获取所述旋转床煤热解装置100不同的温度区域的热解气并进行分析后，根据分析结果会生成气体成分信号，将该气体成分信号传送给所述热解气甲烷化分析控制模块400。

参见图1和图2，通过所述辐射管温度测量装置300获取所述旋转床煤热解装置100不同温度区域温度，生成温度信号，将该温度信号传递给所述热解气甲烷化分析控制模块400。

该过程是实时进行的，需要不间断的取样、分析、温度检测，得到更加准确的数据，才能生成更加准确地气体成分信号以及温度信号。

3)调节阶段，获得合格热解气

参见图1、图2和图3，由所述热解气甲烷化分析控制模块400接收所述气体成分信号以及温度信号，根据所述气体成分信号以及温度信号进行综合分析、判断，判断不同烟道102热解气混合后氢碳比是否满足3.15～3.20范围。如图3所示，所述热解气甲烷化分析控制模块400预先设定有程序。根据上述判断的结果，利用预先设定好的程序计算，向所述烟道102开闭调节装置500与辐射管温度调节装置600发出控制指令。

由所述烟道开闭调节装置500与辐射管温度调节装置600根据所述控制指令做出相应的动作，调整所述烟道102开闭程度，调节所述旋转床煤热解装置100不同温度区域的温度。

4)甲烷化阶段

参见图2，将上述合格热解气输入到缓冲气柜700，缓冲气柜用于贮气和平衡缓冲系统压力，为后续热解气甲烷化提供稳定的气体输入。

然后上述缓冲气柜700中的热解气通过所述甲烷化装置800进气口，输送到所述甲烷化装置800进行热解气甲烷化，制备天然气。

综上所述，本实用新型通过热解气甲烷化分析控制模块400进行分析、判断，发出控制指令，从而，辐射管温度调节装置600调节旋转床煤热解装置100的三个温度区域的温度，以及烟道开闭调节装置500控制三个区域烟道102的开闭程度，使热解气部分或全部混合后的氢碳比在3.15～3.20的范围内，并对其进行甲烷化。

实施例1

参见图1和图2，将粒度小于10mm的煤料装入旋转床煤热解装置100，煤料在旋转床煤热解装置100中进行热解，由热解气导出管路(未示出)上设置的热解气取样分析装置200实时分析热解气组分数据，测得三个烟道102处热解气氢碳比均介于1.5～2.0之间，此数据低于甲烷化氢碳比3.15～3.20的合理范围，将该数据传输到热解气甲烷化分析控制模块400。

参见图3，热解气甲烷化分析控制模块400利用预先设定好的程序计算，发出控制指令到辐射管温度调节装置600，提升旋转床煤热解装置100低温区103的温度设定值，由200℃提升至250℃，升温速率50℃/h，可以使热解反应更充分。随着低温区103温度的升高，氢气发生量增加，当升至250℃时，低温区103烟道102热解气氢碳比数据为1.8。

热解气甲烷化分析控制模块400再提升旋转床中温区104的温度设定值，由400℃提升至450℃，升温速率50℃/h，当旋转床煤热解装置100中温区104的温度达到450℃时，中温区104烟道102热解气氢碳比数据为2.9。

热解气甲烷化分析控制模块400再提升旋转床高温区105的温度设定值，由850℃提升至900℃，升温速率50℃/h，当旋转床煤热解装置100高温区105的温度达到880℃时，高温区105烟道102热解气氢碳比数据为3.17，满足3.15～3.20范围要求。

热解气甲烷化分析控制模块400，利用预先设定好的程序计算，发出控制指令到烟道开闭调节装置500，保持低温区103烟道102及中温区104烟道102闭合，获得合格热解气，即氢碳比在3.15～3.20范围内的热解气。

参见图2，将合格热解气通过高温区105烟道102输入缓冲气柜700，再进入热解气甲烷化装置800完成热解气的甲烷化过程，得到甲烷含量超过94％的天然气。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而非对本实用新型的限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。