一种基于真空热分解的小粒径褐煤气化装置及其气化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种褐煤气化装置及气化方法，具体涉及基于真空热分解的小粒径褐煤气化装置及其气化方法，属于化工、煤炭和冶金领域。
【背景技术】
[0002]乌克兰专利#66849，ΜΠ K C10J3/02，煤炭气化方法。包括立式反应器，煤炭从反应器顶部进入反应器，灰渣从反应器底部排出。气化反应区在反应器底部，其包括灰渣高温熔体作为导热介质，含蒸汽、氧气的气体状作为气化催化剂从外加入熔体里面。合成气从反应器上部排出。其特点在于反应器上部具有多层沸腾气化煤层，合成气从熔体层往上扬时穿越几层煤床，煤炭逐渐从一个气化层移动到另一层。最低的煤层设有蒸汽外加入、熔体导热媒介层设有合成气加入。多层煤层其特点在于从上往下每一煤层的厚度25-30%小于前一个。该技术缺点是氧气使用导致合成气的二氧化碳含量过高、燃烧热值低。对熔体介质和热解温度很高。能耗高。发生的合成气需要过滤分离。费用高。
[0003]乌克兰专利RU#2240341, M Π K C10J3/68, C10J3/00, 20.11.2004 目标气体生产方法。其特点是有机混合原料发生高热值的合成气、有循环式导热介质，其特点在与其循环时导热介质经过加热区、反应区、热分解区、物质分离区、再返回到加热区。原料加入到热分解区，产生的半焦炭和气体在物质分离区进行分离，随后气体加入蒸汽后再返回到反应区二次合成高热值的气体。半焦炭在锅炉燃烧后产生的热量用于导热介质加热。该技术缺点是需要很高的工作温度、气体燃烧热值过低、耗料量高(成品率低)、肥料多。
[0004]乌克兰专利RU#226646, M Π K C10J3/38, C10J3/00, 27.12.2005 基于气化、氢和一氧化碳加入的高热值气体生产方法。其特点在与设有分上下两区的反应器，上区有预热到400-700°C原料加入、然后与蒸汽和氧气混合。需要时半氧化的原料可以与催化剂接触。其特点在与原料、蒸汽、氧气混合比例要保证其中的氧气和碳比例为0.5-0.7，蒸汽-碳比例为0.5-1.5，。该技术缺点在于发生的气体热值低、毒性一氧化碳在合成气的含量过高、需要采用很复杂的自动控制配比系统。
[0005]乌克兰专利RU#2414503, ΜΠ K，C10J3/00, (2006.01)，C10J3/6820.03.2011 固体含碳原料气化装置。该装置包括原料仓、螺旋给料机、热分解区、燃烧区、合成气出气管、半焦炭出料机。其特点在与螺旋给料机的处于热分解区段具有原料搅拌叶片、燃烧区位于热分解区后面(按原料移动方向)、燃烧器内有半焦炭输送螺旋给料机以及往炉箅下方供气的风机。热分解区给料机那段有燃烧器燃烧分解气体输送管、燃烧分解气输送方向为送料的反方向。热分解区上方具有合成气除尘装置。该技术缺点是导热介质(气体)和原料热交换面积小、合成气成分控制能力差、含碳原料的烧结固化、合成气热值低。
[0006]综上所述，现有的褐煤气化装置存在褐煤气化效率低、成本高和所生产出的气体热值低的问题。
【发明内容】
[0007]本发明为了解决现有的褐煤气化装置和方法存在褐煤气化效率低、成本高、生产工艺复杂、需要用水、高功率电气设备、高压高温、环境污染和所生产出的气体热值低的问题。进而提供基于真空热分解的小粒径褐煤气化装置及其气化方法。
[0008]本发明的技术方案是:基于真空热分解的小粒径褐煤气化装置及其气化方法包括反应器和炉筒，反应器的上部外侧壁上沿圆周方向开设多个吸气口，炉筒安装在反应器内，且炉筒的外侧壁与反应器的内侧壁之间留有间隙，它还包括装料计量装置、全密封盖、智能阀、第一传感器、第二传感器、旋转式除灰盘、螺旋给料机、燃烧器、烟道、排气管和蒸汽管，全密封盖密封安装在反应器的顶盖上端，全密封盖的上端与装料计量装置连接，智能阀安装在全密封盖上，第一传感器和第二传感器安装在全密封盖上，排气管插装在反应器的顶盖上，反应器的中部圆周侧壁上设有第一入口，反应器的下部外圆周侧壁上设有第二入口，旋转式除灰盘安装在反应器的内部，且旋转式除灰盘位于反应器的下部，螺旋给料机安装在反应器的下端并与反应器的内部连通，燃烧器穿过反应器的侧壁插入到旋转式除灰盘内，烟道插装在反应器的下部外侧壁上，蒸汽管穿过反应器的侧壁插入到旋转式除灰盘内。
[0009]反应器内由下至上依次为氧化区、初次还原区、二次还原区、挥发区和真空区。
[0010]本发明还提供了一种气化方法，具体包括以下步骤:
[0011]步骤一:反应器内负压真空；
[0012]开启真空栗，将反应器I内部达到负压真空状态；
[0013]步骤二:点燃底层褐煤；
[0014]开启燃烧器，用1-3分钟时间点燃位于旋转式除灰盘上方的氧化区内的底层褐煤；
[0015]步骤三:反应器内部调温、调压；
[0016]点燃氧化区内的底层褐煤后关闭燃烧器，经过1-3分钟时间反应器内部温度自动达到所需要的温度，压力自动达到所需要的压力；
[0017]步骤四:向反应器内加入蒸汽并产生化学反应；
[0018]向反应器内的氧化区注入蒸汽和空气，在进入炉筒之前混合成为蒸汽空气混合物，并将蒸汽空气混合物，在此之后反应器在氧化区、初次还原区、二次还原区、挥发区和真空区依次产生如下反应:
[0019]氧化区:蒸汽空气混合物经过氧化区的高温煤层转化为二氧化碳，二氧化碳经过高温煤层与初次还原区产生的碳发生化学反应转化为一氧化碳；
[0020]初次还原区:在初次还原反应区的二氧化碳经上层热媒与其热分解出来的元素碳产生反应并产生一氧化碳，空气蒸汽混合物中的水分和褐煤在加热过程中烘干出来的水蒸汽与元素碳产生反应及产生大量的一氧化碳和氢气；
[0021]二次还原区:水煤气和空气蒸汽混合物接下来经过上面煤层又和元素碳产生反应即转化为一氧化碳和二氧化碳；
[0022]挥发区和真空区:气化反应进行中所产生的元素氢和碳结成甲烷；依次经过挥发区和真空区后集中到反应器的顶部，随后经过出气管向外排出；
[0023]步骤五:向反应器内注入氢氧气；
[0024]向反应器内注入氢氧气因此提高气化过程中所产生气体中甲烷含量、提高气体燃烧热值。
[0025]本发明与现有技术相比具有以下效果:
[0026]1、本发明的合成气使用能解决能源、化工、煤炭、冶金等行业的能源、环保难题。使用本发明所发生的合成气特点在于其甲烷含量很高因此燃烧热值高、可用于居民区生活用。
[0027]2、本发明气化方法的优点在于小块褐煤价格比块煤价格低；气化过程中不会产生煤焦油、苯酚、其他芳香烃合物。本发明的气化方法和装置提高了褐煤50-60 %的气化率、气化速度提高了 30-35%，实现了褐煤气化技术的环保性和安全性。与传统褐煤燃烧技术相比气化技术节省20%褐煤。本气化装置能避免废气排放、无空气污染。在生产过程中不需要大量的水、不需要高压高温高功率。本发明的气化炉启动时间很短(1-2分钟)。
[0028]3、本气化装置能生产由甲烧、氢气、一氧化碳、氮气、二氧化碳的合成气。与上述提到的其他技术相比，本装置没有烟气、废弃和污水排放，其能效高。原料初步加工包括粉碎到0.5-2.5cm粒径、筛除0-0.5cm粒径，初步加工设备投资小、加工成本低。本发明装置和方法能直接用水分(30-50% )和灰分(30%以上)较高的褐煤，并生产出高热值合成气(6000-6500大卡/立方)、反应器内的褐煤原料煤层单位面积气化量能达到2500立方/小时。本发明装置和方法能充分利用褐煤自带的水分，减少水的用量。
[0029]4、本发明基于真空热分解的小粒径褐煤气化装置适合批量生产和多个行业使用。为了减少所产生气体中含氮和物含量二次还原区3需要注入氢氧气，另外通过温度控制可以提高所产生气体中的甲烷含量，因此实现气体燃烧热值，另外气体在出气管9后面安装催化式甲烷化装置，促进气体中的更大的部分成分转化为甲烷因此提高气体的燃烧热值。
【附图说明】
[0030]图1是本发明的整体结构示意图；图2是本发明的外部结构示意图；图3是本发明的剖视结构示意图。
【具体实施方式】
[0031]【具体实施方式】一:结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式包括反应器I和炉筒1-1，反应器I的上部外侧壁上沿圆周方向开设多个吸气口 11，炉筒1-1安装在反应器I内，且炉筒1-1的外侧壁与反应器I的内侧壁之间留有间隙，其特征在于:它还包括装料计量装置2、全密封盖2-1、智能阀2-2、第一传感器3、第二传感器4、旋转式除灰盘5、螺旋给料机6、燃烧器7、烟道8、排气管9和蒸汽管12，全密封盖2-1密封安装在反应器I的顶盖上端，全密封盖2-1的上端与装料计量装置2连接，智能阀2-2安装在全密封盖2-1上，第一传感器3和第二传感器4安装在全密封盖2-1上，排气管9插装在反应器I的顶盖上，反应器I的中部圆周侧壁上设有第一入口 10，反应器I的下部外圆周侧壁上设有第二入口10-1，旋转式除灰盘5安装在反应器I的内部，