本发明涉及煤气利用领域，具体为一种低阶煤的自热-自燃过程能量利用工艺，特别是通过不同气体控制低阶煤自热-自燃的自放热过程并回收利用能量的工艺。
背景技术：
低阶煤具有高水分、低热值和易自燃特点；高水分不利于运输，直接燃烧热值低，利用前需要进行脱水预处理，炭化过程是低阶煤利用的首选；低阶煤在空气中堆放易自热和自燃，学者对煤的自热和自燃过程的认知仅停留在抑制和钝化过程，而自热-自燃过程的放热量被忽略，造成热量的极大浪费。如何高效利用热量对节能减排具有巨大的社会意义。
因此需开发一种以水蒸气等气体对自放热热量进行热交的自热-自燃能量利用工艺。
技术实现要素：
本发明针对现有技术的不足，提供一种用于自热-自燃过程能量利用的工艺，建立了一个可调控的自热-自燃系统，充分利用水蒸气等气体的热交换能力，回收自放热的热量，形成一个低阶煤利用的新工艺，该工艺具有较好的能量利用率和利用方式。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种低阶煤的自热-自燃过程能量利用方法，包括如下步骤：
（1）、将水蒸气、空气、二氧化碳和氧气中的一种或多种气体的组合作为加热介质a，加热介质a与经过破碎筛分的煤料充分热交换，直至煤料脱水过程完成；
（2）、将氧气或空气的一种或两种气体组合作为气体b，将水蒸气、二氧化碳或氮气的一种或多种气体的组合作为控制气体c，将气体b和控制气体c按比例混合均匀得到混合气体；当煤料温度低于300℃时，气体b和控制气体c的体积混合比例为1:0~0.5，当煤料温度高于300℃时，气体b和控制气体c的体积混合比例为0~1:1；
（3）、将步骤（1）脱水完成的煤料与步骤（2）得到的混合气体充分接触，混合气体的初始温度为550~650℃，将煤料保持在非燃烧状态下，伴随有炭化过程，该阶段以半焦成熟作为结束；
（4）、将空气、氮气、二氧化碳和水蒸气一种或多种的组合作为热交换介质气体d，用热交换介质气体d对步骤（3）所得到的半焦进行熄焦过程。
低阶煤利用过程首先需进行预脱水处理，能得到大量水蒸气，水蒸气等气体是一种良好的热交换介质。煤料在自热-自燃过程中升温并放出大量热，如不利用就被浪费掉，水蒸气和氧气气体的调控可以完成自热-自燃过程的促进和抑制作用调控，同时自放热的热量足以使煤同时完成炭化过程，整个阶段完成后能得到高温半焦。熄焦过程中，高温半焦的热量也可用以水蒸气为主体的气体介质带出，并回收利用，熄焦后的半焦基本无自燃倾向。
在上述技术方案中，1、所述低阶煤的粒径为1~90mm；所述加热介质a的初始温度为100~650℃之间。脱水过程完成后，煤料的温度在90-110℃之间。低阶煤在脱水过程中会产生水蒸气，并可补充作为加热介质a重复利用。2、所述气体介质b和气体介质c体积按比例进行混合，混合比例受煤料温度影响。煤料温度低于300℃时，气体b和气体c的体积混合比例为1:0~0.5；煤料温度高于300℃时，气体b和气体c的体积混合比例为0~1:1。通入混合气体的体积空速为0~250000h-1，混合气体的初始温度为550~650℃，在煤料处于非燃烧状态下的自热-自燃阶段时，气体b与控制气体c的混合气体温度可调整为100~350℃，混合气体加热阶段时，煤料在自热-自燃阶段完成炭化过程。传统方法中炭化过程往往会抑制煤料的自热-自燃阶段，然而本方法则是通过水蒸气和氧气气体的调控来使煤料处于自热-自燃阶段，充分利用煤料的放热过程，完成炭化过程。煤料在刚开始的100~300℃低温阶段可提供适当的外加热源，使煤料快速进入非燃烧状态。3、所述热交换介质气体d中的一部分水蒸气为步骤（1）脱水产生的水蒸气，热交换介质气体d的初温为0~70℃，熄焦过程结束时半焦的温度降低到0~70℃之间。熄焦完成后，对热交换介质气体d进行热量和水蒸气回收；获得的高温水蒸气可作为脱水过程的传热介质，也可用于发电等其他过程。
本发明围绕低阶煤水分高、易自燃和自热-自燃的自放热热量未利用的特点，开发了一种低阶煤自热-自燃过程能量利用工艺。该工艺的优点与积极效果在于：脱水过程得到水蒸气，建立了一个用水蒸气和氧气组成可调控的自热-自燃系统，充分利用水蒸气等气体的热交换能力，回收自放热和高温半焦的热量去满足脱水和炭化过程的热量需求，形成一种用于自热-自燃过程能量利用的工艺，该工艺回收了水分和热量，能量利用率高，热损耗低。
附图说明
图1表示低阶煤自热-自燃过程能量利用工艺流程图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
实施例1
一种低阶煤的自热-自燃过程能量利用方法，包括如下步骤：
步骤一、将水蒸气作为加热介质a，300℃的加热介质a与1~10mm的粒径煤料充分热交换直至脱水过程完成，脱水过程完成后，煤料的温度在90~110℃，脱水过程产生的水蒸气可补充作为加热介质a重复利用。
步骤二、将氧气作为气体b，将水蒸气和氮气的组合作为控制气体c，将气体b和控制气体c按一定比例混合均匀，具体为，当煤料温度在90~300℃时，气体b和控制气体c的体积混合比例为1：0.5；当煤料温度在300~650℃时，气体b和控制气体c的体积混合比例为0.25：1。
步骤三、将步骤（一）得到的煤料与步骤（二）得到的混合气体充分接触，通入的混合气体的体积空速为150000h-1，混合气体的初始温度为650℃。煤料在300℃以下的低温阶段适当提供外加热源，使煤料快速达到非燃烧状态。当煤料处于非燃烧状态下的自热-自燃阶段后，气体b与控制气体c构成的混合气体温度调整为100~250℃，煤料在自热-自燃阶段伴随有炭化过程，该阶段以半焦成熟作为结束。
步骤四、将氮气和水蒸气的组合作为热交换介质气体d，热交换介质气体d对步骤（三）所得到的半焦进行熄焦，热交换介质气体d的初温为20℃，熄焦过程结束时半焦的温度降为70℃以下，熄焦完成后，对热交换介质气体d进行热量和水蒸气回收；高温水蒸气可作为脱水过程的传热介质，也可用于发电等其他过程。
实施例2
一种低阶煤的自热-自燃过程能量利用方法，包括如下步骤：
步骤一、将水蒸气、空气作为加热介质a，100~300℃的加热介质a与10~50mm的粒径煤料充分热交换直至脱水过程完成，脱水过程完成后，煤料的温度在90~110℃，水蒸气可补充作为加热介质a重复利用。
步骤二、将氧气和空气作为气体b，将水蒸气作为控制气体c，将气体b和控制气体c按一定比例混合均匀，煤料温度在90~300℃时，气体b和控制气体c的体积混合比例为1：0.2。当煤料温度在300~550℃时，气体b和控制气体c的体积混合比例为0.2：1；
步骤三、将步骤（一）得到的煤料与步骤（二）得到的混合气体充分接触，通入的混合气体的体积空速为250000h-1，混合气体的初始温度为550℃。煤料在300℃以下的低温阶段适当提供外加热源，使煤料快速达到非燃烧状态。当煤料处于非燃烧状态下的自热-自燃阶段后，气体b与控制气体c构成的混合气体温度调整为250~350℃，煤料在自热-自燃阶段伴随有炭化过程，该阶段以半焦成熟作为结束。
步骤四、将氮气、二氧化碳和水蒸气的组合作为热交换介质气体d，热交换介质气体d对步骤（三）所得到的半焦进行熄焦，热交换介质气体d的初温为0℃，熄焦过程结束时半焦的温度降为30℃，熄焦完成后，对热交换介质气体d进行热量和水蒸气回收；高温水蒸气可作为脱水过程的传热介质，也可用于发电等其他过程。
实施例3
一种低阶煤的自热-自燃过程能量利用方法，包括如下步骤：
步骤一、将水蒸气、二氧化碳和氧气作为加热介质a，300~650℃的加热介质a与50~90mm的粒径煤料充分热交换直至脱水过程完成，脱水过程完成后，煤料的温度在90~110℃，水蒸气可补充作为加热介质a重复利用。
步骤二、将空气作为气体b，将水蒸气和二氧化碳作为控制气体c，将气体b和控制气体c按一定比例混合均匀，煤料温度在90~300℃时，气体b和控制气体c的体积混合比例为1：0.1，当煤料温度在300~600℃时，气体b和控制气体c的体积混合比例为0.5：1；
步骤三、将步骤（一）得到的煤料与步骤（二）得到的混合气体充分接触，通入的混合气体的体积空速为200000h-1，混合气体的初始温度为600℃。煤料在300℃以下的低温阶段适当提供外加热源，使煤料快速达到非燃烧状态。当煤料处于非燃烧状态下的自热-自燃阶段后，气体b与控制气体c构成的混合气体温度调整为150~300℃，煤料在自热-自燃阶段伴随有炭化过程，该阶段以半焦成熟作为结束。
步骤四、将空气、氮气、二氧化碳和水蒸气的组合作为热交换介质气体d，热交换介质气体d对步骤（三）所得到的半焦进行熄焦，热交换介质气体d的初温为60℃，熄焦过程结束时半焦的温度降为70℃以下，熄焦完成后，对热交换介质气体d进行热量和水蒸气回收；高温水蒸气可作为脱水过程的传热介质，也可用于发电等其他过程。
以上仅为本发明的具体实施例，但并不局限于此。任何以本发明为基础解决基本相同的技术问题，或实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，均属于本发明的保护范围内。