褐煤基与生物质耦合制合成生物天然气的装置及方法与流程

本发明涉及一种用于煤制天然气的装置及方法，特别是用于褐煤与生物质耦合制合成生物天然气的装置及方法。

背景技术：

我国是富煤贫油的国家，能源结构以煤为主，近年来煤制天然气也得到较为成熟的发展；但褐煤是煤化程度最低的煤种，占我国煤炭储量的13%左右，由于褐煤外水和内水含量高达52-55%，影响了褐煤的燃烧热值，其热值最低仅为2800大卡左右，褐煤采矿分选后剩下大量的褐煤粉，难以得到有效利用，大量产生的褐煤粉经济性、环保性极差，如不能很好处理不仅对资源产生极大浪费，还给当地带来极大污染；为了提高褐煤粉的热值，国内外大都采用干燥提质的工艺技术路线，提质成本高，影响了褐煤的高效利用；如进行造粒处理，由于褐煤强度低，难以造粒，需加入粘接剂，这不仅增加成本，工序也较为繁复；加上褐煤含硫较高，现有煤制天然气技术无法有效降低气体中的含硫量，这将导致催化制取甲烷中催化剂的失活，严重影响甲烷化的效率及成本。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种褐煤基与生物质耦合制合成生物天然气的装置及方法，它不仅提质成本低、便于造粒、工序较为简单，并大大降低了催化剂失活的风险，大幅降低制气综合成本，可实现褐煤粉的高效利用。

为了达到上述目的，本发明的褐煤基与生物质耦合制合成生物天然气的装置，包括褐煤粉料仓、秸秆粉料仓、炭粉料仓和氧化钙料仓，其特征在于：上述四个料仓的出口均通过各自的电子皮带称与一汇集皮带输送机相连，汇集皮带输送机再依次与混合机、旋转式卸料仓、衍生燃料造粒机和气化炉依次串联，气化炉的出口通过引风机和预热器与二次脱硫塔相连，二次脱硫塔的出口与甲烷催化反应器相连，甲烷催化反应器的出口与二氧化碳脱出塔相连；

作为上述装置的进一步改进，一提升机通过分料螺旋输送机与所述四个料仓的进口相连；可提高送料效率；

作为上述装置的进一步改进，在引风机与气化炉的出口之间设有沉降式净化器，在引风机与预热器之间还设有干式旋流净化器；可分别脱出颗粒杂质和脱焦脱硫，利于后续的甲烷催化反应；

作为上述装置的进一步改进，甲烷催化反应器的出口还通过串联的热回收器、氨水蒸汽脱出塔与二氧化碳脱出塔相连；可有效回收热能及脱出气体中的酸性物质；

作为上述装置的进一步改进，混合机与旋转式卸料仓之间设有提升机，在旋转式卸料仓与衍生燃料造粒机之间设有螺旋输送机，在衍生燃料造粒机与气化炉的进口之间设有依次串联的提升机、旋转式卸料仓和螺旋输送机；可实现送料的自动化；

本发明使用上述装置的褐煤基与生物质耦合制合成生物天然气的方法，其特征在于包括以下步骤：1）混合：将质量百分比为55-70%的褐煤粉、15-30%的秸秆粉、10-15%的炭粉、3-5%的氧化钙经称重后均匀混合；2）造粒：将混合后的物料送入旋转式卸料仓、经卸料后进入衍生燃料造粒机被挤压、造粒，得到的颗粒状衍生燃料其含水率低于30%；3）气化：将颗粒状衍生燃料送入气化炉内，在600℃-800℃、氧气含量0.2-1.2当量比的微氧条件下燃烧、气化，得到含有部分杂质的气化气；4）二次脱硫：气化气在引风机的作用下被送至预热器加热至300-400℃，再进入二次脱硫塔，与其内的石灰浆接触、脱硫；5）催化反应：脱硫后的气化气进入甲烷催化反应器内，300℃以上的气化气在催化剂的作用下，其中的一氧化碳、氢气和部分二氧化碳反应生成甲烷，甲烷等可燃气体占比达96%；6）除碳：反应后的气体再进入二氧化碳脱出塔内，脱出残余的二氧化碳后得到煤制生物天然气；

本发明通过将一定比例的褐煤粉、秸秆粉、炭粉、氧化钙均匀混合，进行耦合混合造粒，不仅物料自身含水率减低，在挤压、造粒时物料被升温，部分水分蒸发，进一步脱水，其含水率低于30%，其热值可达3000-3500大卡，在造粒的同时完成脱水，工序更为简单；秸秆粉粒度为1-20毫米均可，其含有木质素和纤维素，在造粒时被升温、软化，易于造粒，避免颗粒粉化，利于后续的气化，加上炭粉含水量低于5%，添加后不仅对降低褐煤粉综合水分有极大利益，更重要是炭粉和秸秆粉的配合对褐煤的气化过程的脱硫起到了积极催化和吸附作用，提质成本低；为了进一步达到脱硫固硫作用，添加了3-5%的氧化钙，对褐煤热解气化反应产生的二氧化硫有固化作用，可生成硫酸钙或亚硫酸钙，达到气化炉内脱硫目的，大大减少气化气中二氧化硫含量，为后工序甲烷化创造有利合成工艺条件，加上后续的二次脱硫工序，可保证催化反应前硫含量符合要求，降低了催化剂失活的风险，提高了甲烷化的效率及降低成本，大幅降低制气综合成本，可实现褐煤粉的高效利用；除碳工序可脱出不可燃烧的残余二氧化碳，提高煤制生物天然气的热值；

作为本发明褐煤基与生物质耦合制合成生物天然气的方法的一种优选，在二次脱硫之前，气化气还通过沉降式净化器进行分离、降尘，脱出颗粒杂质；再通过干式旋流净化器，与其内的木炭和石灰粉接触，进行脱焦脱硫；通过向干式旋流净化器内加入木炭，可吸附气化气中焦油，加入石灰粉，可增加一次脱硫；以上均提高气体纯净度；

作为本发明褐煤基与生物质耦合制合成生物天然气的方法的一种优选，在催化反应与除碳工序之间，还将反应后的气体通入氨水蒸汽脱出塔，通过在塔内加入氨水蒸汽脱出气体中的酸性物质；可防止酸性物质腐蚀存储设备，便于煤制生物天然气的储存；

综上所述，本发明不仅提质成本低、便于造粒、工序较为简单，并大大降低了催化剂失活的风险，大幅降低制气综合成本，可实现褐煤粉的高效利用。

附图说明

图1为本发明褐煤基与生物质耦合制合成生物天然气的装置实施例的结构简图。

图2为图1中旋转式卸料仓的主视图。

图3为图2中大齿圈与固定料斗连接处结构图。

图4为图1中衍生燃料造粒机的主视图。

图5为图4的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本实施例的褐煤基与生物质耦合制合成生物天然气的装置，包括相连的提升机1和分料螺旋输送机2，分料螺旋输送机2的各出口分别与褐煤粉料仓3、秸秆粉料仓4、炭粉料仓5和氧化钙料仓6的进口相连，上述四个料仓3至6的出口均通过各自的电子皮带称7与一汇集皮带输送机8相连，汇集皮带输送机8再依次与混合机9、旋转式卸料仓10、衍生燃料造粒机11和气化炉12依次串联，其中在混合机9与旋转式卸料仓10之间设有提升机13，在旋转式卸料仓10与衍生燃料造粒机11之间设有螺旋输送机14，在衍生燃料造粒机11与气化炉12的进口之间设有依次串联的提升机15、旋转式卸料仓16和螺旋输送机17；气化炉12的出口通过依次串联的沉降式净化器19、引风机20、干式旋流净化器21、预热器22与二次脱硫塔18相连，干式旋流净化器21的净化剂进口处设有螺旋输送机，用于向干式旋流净化器21内添加木炭和石灰粉，二次脱硫塔18内设有石灰浆；二次脱硫塔18的出口与甲烷催化反应器23相连，甲烷催化反应器23上设有催化剂螺旋输送机27，甲烷催化反应器23的出口通过串联的热回收器25、氨水蒸汽脱出塔26与二氧化碳脱出塔24相连；

其中旋转式卸料仓10，如图2和图3所示，包括由上向下依次相连的固定料仓31、支架32和固定料斗33，在固定料仓31与固定料斗33之间设有中空的旋转布料仓34，旋转布料仓34的上部套装在固定料仓31的下部外，旋转布料仓34的下部置于固定料斗33内，在旋转布料仓34外侧焊接固联有大齿圈35，一电机37的输出轴上联有与大齿圈35啮合的小齿轮36，电机37固定连接在支架32上；在大齿圈35的下端面设有环槽38，固定料斗33的上端面位于此环槽内，在环槽38端面和固定料斗33的上端面均设有相对应的滚动槽，数个滚珠39置于相对应的滚动槽中，在固定料斗33内的底部中心设有分料锥40，在固定料斗33底部与分料锥40偏心的设有出料口41，在旋转布料仓34内壁上设置有数块刮料板42；使用时，物料进入固定料仓31、启动电机37，通过小齿轮36、大齿圈35带动旋转布料仓34转动，分料锥40将物料推向外侧，分料锥40与固定料斗33之间形成出料通道，刮料板42推动物料经过出料口41时将其排出；使用时，物料进入固定料仓31、启动电机37，通过小齿轮36、大齿圈35带动旋转布料仓34转动，分料锥40将物料推向外侧，分料锥40与固定料斗33之间形成出料通道，刮料板42推动物料经过出料口41时将其排出；该装置通过采用旋转布料仓34，能够使轻质的秸秆粉、炭粉、石灰粉顺利下料，不会出现堵塞，同时，能够实现均匀下料的效果，保证造粒的连续性，实现系统长时间的正常工作；

衍生燃料造粒机11，如图4和图5所示，包括机座51、外壳52、顶盖53、通过轴承61设于外壳52内的主轴54、电机55、联于电机55输出轴上小锥齿轮56、联于主轴54上的大锥齿轮57，大锥齿轮57与小锥齿轮56相啮合，顶盖53上设有进料口58，在主轴54外设有与外壳52相连的支撑板59，一环形筛筒60设于支撑板59上，环形筛筒60外侧的支撑板59上设有数个落料孔62，在支撑板59下方设有排料口63和接料板64，在支撑板59与接料板64之间的主轴54上紧定螺钉通过联有排料叶片65；在环形筛筒60内的主轴54上通过上联接板66及下联接板67设有两根压辊68，每根压辊68上均通过轴承设有三个纵向排列的压轮69，在环形筛筒60内设有数层纵向的筛孔，每层筛孔均包括数个筛孔70；在主轴54上还固联有与三层螺旋叶片71，螺旋叶片71位于同层的各压轮69之间；工作时，电机55通过小锥齿轮56、大锥齿轮57带动主轴54及压辊68、压轮69和螺旋叶片71旋转，物料进入环形筛筒60内，受离心作用加上螺旋叶片71将物料推向环形筛筒60，压轮69同时可做随动的自转，对其与环形筛筒69之间的物料进行正向挤压，符合粒度要求的物料再被挤压进入筛孔70内，之后被推出，物料在此过程中承受高压、同时被自然地升温，物料中秸秆粉的柔韧性得到提高，其内部的结合水和焦油之类的活性有机物被挤压出来，易于造粒，无需使用粘接剂，其堆比重和能量密度也得到提高，可提高气化时的产气率，就要较佳的造粒效果；破碎后的物料由落料孔62落入接料板64上，随主轴54旋转的排料叶片65将物料推经排料口63时排出；

使用上述装置的褐煤基与生物质耦合制合成生物天然气的方法，包括以下步骤：1）混合：将质量百分比为55-70%的褐煤粉、15-30%的秸秆粉、10-15%的炭粉、3-5%的氧化钙经提升机1和分料螺旋输送机2分别送入各自的料仓，并由各自的电子皮带称7称重后控制配比，在混合机9内均匀混合；2）造粒：将混合后的物料由提升机13送入旋转式卸料仓10内、经卸料后通过螺旋输送机14进入衍生燃料造粒机11内被挤压、造粒，得到的颗粒状衍生燃料，此时其含水率低于30%；3）气化：将颗粒状衍生燃料经提升机15、旋转式卸料仓16和螺旋输送机17送入气化炉12内，在600℃-800℃、氧气含量0.2-1.2当量比的微氧条件下燃烧、气化，得到含有部分杂质的气化气；4）二次脱硫：气化气在引风机20的作用下先被送至沉降式净化器19，进行降尘、分离，脱出颗粒杂质，再进入干式旋流净化器21，与其内的木炭和石灰粉接触，进行脱焦脱硫；气化气经预热器22加热至300-400℃，再进入二次脱硫塔18，与其内的石灰浆接触、脱硫；5）催化反应：脱硫后的气化气进入甲烷催化反应器23内，通过催化剂螺旋输送机27加入催化剂，300℃以上的气化气在催化剂的作用下，其中的一氧化碳、氢气和部分二氧化碳反应生成甲烷，甲烷等可燃气体占比达96%；6）除碳：反应后的气体经过热回收器25、氨水蒸汽脱出塔26后再进入二氧化碳脱出塔24内，脱出残余的二氧化碳后得到煤制生物天然气；

本发明通过将一定比例的褐煤粉、秸秆粉、炭粉、氧化钙均匀混合，进行耦合混合造粒，不仅物料自身含水率减低，在挤压、造粒时物料被升温，部分水分蒸发，进一步脱水，其含水率低于30%，其热值可达3000-3500大卡，在造粒的同时完成脱水，工序更为简单；秸秆粉粒度为1-20毫米均可，其含有木质素和纤维素，在造粒时被升温、软化，易于造粒，避免颗粒粉化，利于后续的气化，加上炭粉含水量低于5%，添加后不仅对降低褐煤粉综合水分有极大利益，更重要是炭粉和秸秆粉的配合对褐煤的气化过程的脱硫起到了积极催化和吸附作用，提质成本低；为了进一步达到脱硫固硫作用，添加了3-5%的氧化钙，对褐煤热解气化反应产生的二氧化硫有固化作用，可生成硫酸钙或亚硫酸钙，达到气化炉内脱硫目的，大大减少气化气中二氧化硫含量，比原褐煤减少45-55%，为后工序甲烷化创造有利合成工艺条件，加上后续的二次脱硫工序，可保证催化反应前硫含量符合要求，降低了催化剂失活的风险，提高了甲烷化的效率及降低成本，大幅降低制气综合成本，可实现褐煤粉的高效利用；气化气主要包含一氧化碳、氢气、二氧化碳、二氧化硫、硫化氢及少量的甲烷、乙炔和惰性气体，二氧化硫和硫化氢可通过与石灰粉、石灰浆的多次反应及木炭的吸附，去除率达95%以上；除碳工序可脱出不可燃烧的残余二氧化碳，提高煤制生物天然气的热值；通过向干式旋流净化器21内加入木炭，可吸附气化气中焦油，加入石灰粉，可增加一次脱硫，以上均提高气体纯净度；通过在氨水蒸汽脱出塔26内加入氨水蒸汽脱出气体中的酸性物质，可防止酸性物质腐蚀存储设备，便于煤制生物天然气的储存。