CN105419874B - 一种真空热分解的有机原料气化装置 - Google Patents

Abstract

一种真空热分解的有机原料气化装置，它涉及一种有机原料气化装置。本发明为了解决现有的褐煤气化装置仅适用于破碎到一定粒径的褐煤，存在适用范围受限的问题。本发明的气化炉反应器上端侧壁上安装有两个传感器，第一反应区点火区的旋转炉箅子和第三反应区点火区的旋转炉箅子安装在气化炉反应器内，第三反应区合成气出气管与气化炉反应器连通并位于气化炉反应器的下部，第一反应区低热值合成气真空泵安装在第一反应区蒸汽空气管道上，第一反应区蒸汽空气管道和第三反应区的蒸汽空气管道之间通过高温蒸汽输送管道连接，第三反应区蒸汽发生器穿过多孔板与其相连通，第二反应区原料料位传感器安装在多孔板的上部。本发明用于有机原料气化。

Description

一种真空热分解的有机原料气化装置

技术领域

本发明涉及一种有机原料气化装置，具体涉及一种真空热分解的有机原料气化装置，属于煤炭加工、化工领域。

背景技术

现有的基于真空热分解的小粒径褐煤气化装置在使用时，需要点燃氧化区底层煤,然后随着真空泵所产生的负压,温度会自动达到并保持最佳水平(如450-500℃)进行褐煤热分解，在真空条件下气态分解物分子在自由运动中不会相互碰撞，其自由行程长度增大，气体往反应器出气口走时会产生漩涡效应，促进气态分解物往外输送。真空状态有利于煤炭的快速又充分气化、从煤块微裂中吸走易发物质。因此促进褐煤的充分分解。在此产生的热分解混合物经过出气管道送到外置催化式产甲烷装置，在此气体中大部分成分会转化为甲烷因此提高气体燃烧热值。本发明的反应器分为5个功能区。在1区叫氧化区，空气蒸汽混合物经炉箅子上方的燃烧中煤层氧化后转化为大量的二氧化碳；在2区叫初次还原反应区二氧化碳经上层热媒与其热分解出来的元素碳产生反应及产生一氧化碳，接下来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(水煤气)。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(此区为3区二次还原区)。

为了提高反应器气化出气量及其热值反应器采用外加入的水电解的氢氧混合气。经过几个反应阶段气状分解物会往上扬并依次经过4区挥发区和5区真空区后集中到反应器顶部。反应进行中所产生的元素氢和碳在特定温度下会结成甲烷。煤炭热分解剩下的灰由螺旋给料机往外输送。褐煤在气化前需要粉碎到0.5-3mm的粒径、水分10-30％。原煤水分决定所需外加氢气的量。

真空式热分解气化装置有装料计量装置，其固定在密闭的全密封盖上。装料计量装置设有智能阀，防止外部空气进入到固定在顶盖上的两个料位传感器位置。顶盖上有出气口与出气管连接连通。出气管与外置的真空泵连接。真空泵出气口与催化式产甲烷装置连接以及分选过滤装置和往用户输送成品气体管道。

真空热分解式褐煤反应器上部密封顶盖下方设有炉筒，其套在气化反应器外。炉筒上方具有一排吸气口用于装料时吸收环境空气以及注入空气蒸汽混合物从反应器底部经过一吸气口进入反应器和炉筒间隙空间进行循环。

反应器初次氧化区位于反应器底部并与反应器上方通过多孔板隔开。多孔板下方设有旋转炉箅子，旋转除灰装置下方两边设有气体液体两用燃料燃烧器及氢氧混合物供给管。旋转除灰装置下方有螺旋给料机，起作用是将煤灰排出。反应器下方单侧设有排烟道出口，其作用是反应器启动时产生初次负压。

空气蒸汽混合物供给管道具有两个口，第一入口与水电解装置出气口连接，其作用是供给氢氧混合物，第二入口用来实现气体液体两用燃料燃烧器燃烧物出气管和反应器桶和反应器之间间隙空间连通。反应器运行模式有脉冲式连续特征，其气体发生量有负压调整装置而控制。

但现有的褐煤气化装置仅适用于破碎到一定粒径的褐煤，存在适用范围受限的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的褐煤气化装置仅适用于破碎到一定粒径的褐煤，存在适用范围受限的问题，进而提供一种真空热分解的有机原料气化装置。

本发明的技术方案是：一种真空热分解的有机原料气化装置，它包括气化炉反应器、装料斗、多孔板和灰分出料机，装料斗安装在气化炉反应器的上端，多孔板扣装在气化炉反应器的外侧壁上，灰分出料机与气化炉反应器的下端连接，它还包括第一反应区蒸汽空气管道A、第一反应区蒸汽空气管道B、气化炉保护套、第一反应区点火区的旋转炉箅子、第三反应区点火区的旋转炉箅子、两个炉箅子驱动搅拌装置、第三反应区合成气出气管、第三反应区的蒸汽空气管道、高温蒸汽输送管道、第三反应区蒸汽发生器、进料料阀、料斗阀门系统、第一反应区原料料位传感器、原料不足报警传感器、第二反应区原料料位传感器、蒸汽发生器供汽调节阀、第一反应区低热值合成气真空泵和两个气液两用燃烧器，

气化炉保护套套装在气化炉反应器的外侧壁上，进料料阀安装在装料斗内，料斗阀门系统安装在进料料阀上，气化炉反应器上端侧壁上安装有第一反应区原料料位传感器和原料不足报警传感器，第一反应区点火区的旋转炉箅子和第三反应区点火区的旋转炉箅子由上至下依次安装在气化炉反应器内，两个炉箅子驱动搅拌装置分别与第一反应区点火区的旋转炉箅子和第三反应区点火区的旋转炉箅子连接并为第一反应区点火区的旋转炉箅子和第三反应区点火区的旋转炉箅子提供搅拌动力，第一反应区蒸汽空气管道B的一端和第三反应区的蒸汽空气管道的一端均穿过多孔板并分别与第一反应区点火区的旋转炉箅子和第三反应区点火区的旋转炉箅子的下端连接，第一反应区蒸汽空气管道B的一端和第三反应区的蒸汽空气管道的一端分别与一个气液两用燃烧器连接，第三反应区合成气出气管与气化炉反应器连通并位于气化炉反应器的下部，第一反应区蒸汽空气管道A的一端与气化炉反应器的上部连通，第一反应区蒸汽空气管道A的另一端穿过多孔板，并位于第一反应区点火区的旋转炉箅子和第三反应区点火区的旋转炉箅子之间，第一反应区低热值合成气真空泵安装在第一反应区蒸汽空气管道A上，第一反应区蒸汽空气管道B和第三反应区的蒸汽空气管道之间通过高温蒸汽输送管道连接，高温蒸汽输送管道上设有蒸汽发生器供汽调节阀，第三反应区蒸汽发生器穿过多孔板与其相连通，第二反应区原料料位传感器安装在多孔板的上部，且第二反应区原料料位传感器位于第一反应区点火区的旋转炉箅子的下方。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

本发明提供一种基真空热分解的多阶段式的褐煤及其他有机原料的气化装置，用于褐煤及其他有机原料气化，生产高热值合成气，满足居民用气、工业企业用气以及大规模工业行业对能源和化工原料的需求，解决中小型企业能源问题，提高生产率、降低成本、提高气化效率、提高高热值、洁净合成气的产量。

本发明的上述有益效果是这样是实现的：

本发明是一种使用基于推拉原理的真空热分解的多阶段式的褐煤及其他有机原料的气化装置，能够实现在气化炉反应器内真空负压状态下对有机原料进行热分解气化，生产高热值合成气。本发明装置为了生产高热值合成气进行多阶段式的气化，从反应器内气化过程性质和工作条件可分为三个阶段(功能区)：在位于气化炉上部的第一个反应区原料进行初步气化，并产生低热值高水分合成气、煤焦油和半焦炭。

在第一阶段原料进行烘干，在一阶段所产生的气壮分解物和蒸发物由真空泵抽出，随后进入蒸汽空气管道，并输送到第二反应区和第三反应区。在第一反应区所产生的固体废料经过第一反应区点火区的旋转炉箅子落入第二反应区(混合、热分解阶段)，在第二反应区的高温度下低热值合成气、半焦炭、煤焦油进行热分解转化为高热值的气壮热分解物(合成气)，第二反应区所产生的一切气体由真空泵抽入及输送到第三反应区(氧化区)，在第三反应区对第一反应区和第二反应区所产生的固体废料进行彻底分解回收，在此过程中所产生的灰分由螺旋给料机往外排出。在第三反应区所产生的高热值合成气经过第二反应区进入出气管，并排除气化炉外，随后直接输送给最终用户或进行下一步的催化式甲烷化。

本气化炉启动需要关闭装料进料阀关闭以后启动第一反应区的蒸汽空气管道内的气液燃料燃烧器。

基于推拉原理的真空热分解的多阶段式的褐煤及其他有机原料的气化装置的使用使得原料气化更充分、解决其他气化炉在气化过程产生的煤焦油问题、能生产热值为6500以上大卡的气体燃料，真空负压状态下的让气化过程很稳定、可在不同温度范围内实现平稳调节、连续生产。

气化炉外壳具有保护套，反应器内的第一反应区和第三反应区装有两个旋转炉箅子，两个炉箅子下方设有蒸汽空气进气管，两个进气管下面有两个进气管道，两个进气管分别经过阀门与蒸汽发生器出气管燃烧器出气风道连接。

本发明采用了真空泵用于将气化过程中产生的气体通过带调节阀的蒸汽空气管道抽出(“拉”功能)以及将气化中产生半焦炭、煤焦油等物质经过旋转炉箅子输送往第二和第三反应区(“推”功能)进行进一步的热解气化。真空泵的一端通过蒸汽空气管道与气化炉第一反应区口连接联通，另一端通过蒸汽空气管道与多孔板扣板入口连接连通。

为了提供高压高温蒸汽、防止反应器过热、稳定气化过程，插入两个蒸汽发生器供汽调节阀与第二反应区和第三反应区连接的蒸汽空气管道的蒸汽发生器，其出气管与第一反应区和第三反应区设有旋转炉箅子驱动装置，其轴通过反应器壁板口穿出外，其驱动装置具有搅拌原料的副作用。

第二反应区内壁上设有的反映第二反应区和第三反应区气化原料料位传感器。本发明的基于推拉原理的真空热分解的多阶段式的褐煤及其他有机原料的气化装置具有脉冲式(间断式)连续进料和出废料的装置，其热效为96％以上。

附图说明

图1是本发明的气化装置结构示意图(图1中的标号6表示第三反应区的氧化区；标号15表示第二反应区混合热分解区；标号5表示蒸汽空气管道)；

图2是本发明的气化原理示意图(图中的箭头表示原料的出口方向)；

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的一种真空热分解的有机原料气化装置，它包括气化炉反应器1、装料斗2、多孔板3和灰分出料机7，装料斗2安装在气化炉反应器1的上端，多孔板3扣装在气化炉反应器1的外侧壁上，灰分出料机7与气化炉反应器1的下端连接，它还包括第一反应区蒸汽空气管道A4、第一反应区蒸汽空气管道B8、气化炉保护套9、第一反应区点火区的旋转炉箅子10、第三反应区点火区的旋转炉箅子12、两个炉箅子驱动搅拌装置13、第三反应区合成气出气管14、第三反应区的蒸汽空气管道16、高温蒸汽输送管道17、第三反应区蒸汽发生器18、进料料阀19、料斗阀门系统20、第一反应区原料料位传感器21、原料不足报警传感器22、第二反应区原料料位传感器23、蒸汽发生器供汽调节阀24、第一反应区低热值合成气真空泵25和两个气液两用燃烧器26，

气化炉保护套9套装在气化炉反应器1的外侧壁上，进料料阀19安装在装料斗2内，料斗阀门系统20安装在进料料阀19上，气化炉反应器1上端侧壁上安装有第一反应区原料料位传感器21和原料不足报警传感器22，第一反应区点火区的旋转炉箅子10和第三反应区点火区的旋转炉箅子12由上至下依次安装在气化炉反应器1内，两个炉箅子驱动搅拌装置13分别与第一反应区点火区的旋转炉箅子10和第三反应区点火区的旋转炉箅子12连接并为第一反应区点火区的旋转炉箅子10和第三反应区点火区的旋转炉箅子12提供搅拌动力，第一反应区蒸汽空气管道B8的一端和第三反应区的蒸汽空气管道16的一端均穿过多孔板3并分别与第一反应区点火区的旋转炉箅子10和第三反应区点火区的旋转炉箅子12的下端连接，第一反应区蒸汽空气管道B8的一端和第三反应区的蒸汽空气管道16的一端分别与一个气液两用燃烧器26连接，第三反应区合成气出气管14与气化炉反应器1连通并位于气化炉反应器1的下部，第一反应区蒸汽空气管道A4的一端与气化炉反应器1的上部连通，第一反应区蒸汽空气管道A4的另一端穿过多孔板3，并位于第一反应区点火区的旋转炉箅子10和第三反应区点火区的旋转炉箅子12之间，第一反应区低热值合成气真空泵25安装在第一反应区蒸汽空气管道A4上，第一反应区蒸汽空气管道B8和第三反应区的蒸汽空气管道16之间通过高温蒸汽输送管道17连接，高温蒸汽输送管道17上设有蒸汽发生器供汽调节阀24，第三反应区蒸汽发生器18穿过多孔板3与其相连通，第二反应区原料料位传感器23安装在多孔板3的上部，且第二反应区原料料位传感器23位于第一反应区点火区的旋转炉箅子10的下方。

炉箅子驱动搅拌装置13在实际使用过程中，采用电机与减速器和传动装置相配合，只要能够为炉箅子提供旋转的动力即可，其具体实现形式可以为现有技术中任何一种能够为其提供旋转动力的方式。

旋转炉箅子各有独立的驱动装置和调速电机。这样在驱动装置的带动下进行旋转在加热和真空负压作用下褐煤等原料颗粒中的易发物质从夹层和微裂中的快速蒸发导致原料颗粒的爆破、分层，因此原料在往下掉落过程中其粒径会不断地变小，一直到能自由地通过旋转炉箅子的间隙，这样实现了不同粒径的有机原料尤其是褐煤在旋转过程中自由掉落，有效的避免了现有的气化装置只能处理相同粒径褐煤的问题，增大了气化炉的不同原料尤其是褐煤适用范围，避免了原料初步加工和初步加工设备的投资。

具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的多孔板3为圆环形多孔板，且安装在气化炉反应器1外侧壁的中间位置。使用时需要扣装在气化炉反应器1外侧壁。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的气化炉反应器1及第一反应区点火区的旋转炉箅子10之间的围合区域为第一反应区；第一反应区点火区的旋转炉箅子10至多孔板3的多孔上部之间围合区域为第二反应区；多孔板3的多孔下部与第三反应区点火区的旋转炉箅子12之间的围合区域为第三反应区。其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的高温蒸汽输送管道17为三通管道，蒸汽分别输送到第三反应区、第一反应区蒸汽空气管道B8和第三反应区的蒸汽空气管道16内。其它组成和连接关系与具体实施方式二或三相同。

本发明的气化炉褐煤及其他原料合成气发生量可以通过真空压力而平稳调节，基于推拉原理的真空热分解的多阶段式的褐煤及其他有机原料的气化装置的使用可减少气化中产生煤焦油的数量、提高合成气的燃烧热值，装置的热效超过96％。真空负压程度的调节允许在不同温度下很平稳地调节合成气发生量。

基于推拉原理的真空热分解的多阶段式的褐煤及其他有机原料的气化装置的工作原理：

原料经过粉碎后倒入装料斗2，然后通过进料料阀19和料斗阀门系统20进入气化炉反应器1的第一反应区直到与第一反应区原料料位传感器21的水平，此后进料料阀19关闭，随后经气液两用燃烧器26通过第一反应区蒸汽空气管道B8进行的连续5-6分钟的燃烧二启动第二反应器的气化过程。

第一反应区启动后开始产生低热值合成气、煤焦油性物质以及半焦炭。

第一反应区的第一反应区低热值合成气真空泵25将第一反应器所产生的气体经过第一反应区蒸汽空气管道A4以及多孔板3抽出，因此实现“拉”功能。

半焦炭废料经过第一反应区点火区的旋转炉箅子10落入第二反应区。

第一反应区产生的低热值合成气、水分和煤焦油蒸发物在经过第二反应区的混合热解阶段和第三反应区的氧化阶段彻底分解，并转化为高热值的合成气，随后从第三反应区在真空负压作用下通过第三反应区合成气出气管14输送第二反应区，第一反应区和第三反应区的第一反应区点火区的旋转炉箅子10和第三反应区点火区的旋转炉箅子12用于给连续第一反应区和第三反应区提供烘干过的半焦炭原料直到第二反应区原料料位传感器23指定的水平。第二反应区原料料位传感器23指定的水平后第三反应区的燃烧器自动启动。

第一反应区给料和料位由第一反应区原料料位传感器21和原料不足报警传感器22控制，灰分废料由外置的螺旋给料机连续地从第三反应区底部排出。高温蒸汽输送管道17和第三反应区蒸汽发生器18用于提供高温蒸汽、防止反应器过热、平稳气化过程。炉箅子驱动搅拌装置13由第一反应区原料料位传感器21、原料不足报警传感器22和第二反应区原料料位传感器23控制，用于驱动旋转炉箅子的旋转以及对原料进行搅拌。气液两用燃烧器26在气化炉启动时二运行，平时关闭。

本发明是基于推拉原理的真空热分解的多阶段式的褐煤及其他有机原料的气化装置采用了真空状态下的热解对原料进行充分的气化，并大量生产高热值的合成气。

技术效果得益于气化炉的“阶段性”结构，气化炉所产生的真空负压状态不仅是为了促进原料的热解气化，而且能将气体、水分和煤焦油蒸发物和半焦炭推进到第二和第三反应区，在此同时产生高热值的合成气。

气化炉反应器分成三个从上往下依次分三个反应区：第一反应区(热解干燥区)、第二反应区(混和热解)、第三反应区(热解)。反应器上部安装带密封装置和传感器的密封盖，密封盖上面两侧开两个口分别安装高热值合成气出气管和通往真空泵的合成气、蒸发物的出气管。密封盖安装两个传感器，一个为料位不足警报传感器，二个为料位传感器，密封盖上部中心位置安装原料进料斗，第三反应区的上端周边安装多孔板。反应器的上部可以拆装，以便检修热解区。第一和第三反应区内壁安装旋转炉箅子以及其驱动装置。两个旋转炉箅子下方设有分别与气液燃料燃烧器和连通的蒸汽空气管道和，第二反应器一侧开口装住料位传感器，第二反应器一侧开口安装出气管，为了提供高温蒸汽气化炉安装两个通过调节阀与蒸汽空气管道和的蒸汽发生器；反映其下端与螺旋出料机连接连通，本发明具有脉冲计量的连续给料功能。

高热值合成气的使用能解决能源业、化工业、煤炭、冶金、农业等行业的能源、环保以及化工原料等技术性问题。本发明装置能够降低气化过程中用水量，能够充分利用原料自带的水分，装置适合工业企业批量生产，适用于各行业的广泛使用。

本发明使用能实现原料的充分气化、降低煤焦油性废料出料量，生产高热值的合成气燃料(热值为20MJ/m³)、热效能达到96％，气化速度可以平稳的调节。

Claims (4)

1.一种真空热分解的有机原料气化装置，它包括气化炉反应器(1)、装料斗(2)、多孔板(3)和灰分出料机(7)，装料斗(2)安装在气化炉反应器(1)的上端，多孔板(3)扣装在气化炉反应器(1)的外侧壁上，灰分出料机(7)与气化炉反应器(1)的下端连接，其特征在于：它还包括第一反应区蒸汽空气管道A(4)、第一反应区蒸汽空气管道B(8)、气化炉保护套(9)、第一反应区点火区的旋转炉箅子(10)、第三反应区点火区的旋转炉箅子(12)、两个炉箅子驱动搅拌装置(13)、第三反应区合成气出气管(14)、第三反应区的蒸汽空气管道(16)、高温蒸汽输送管道(17)、第三反应区蒸汽发生器(18)、进料料阀(19)、料斗阀门系统(20)、第一反应区原料料位传感器(21)、原料不足报警传感器(22)、第二反应区原料料位传感器(23)、蒸汽发生器供汽调节阀(24)、第一反应区低热值合成气真空泵(25)和两个气液两用燃烧器(26)，

气化炉保护套(9)套装在气化炉反应器(1)的外侧壁上，进料料阀(19)安装在装料斗(2)内，料斗阀门系统(20)安装在进料料阀(19)上，气化炉反应器(1)上端侧壁上安装有第一反应区原料料位传感器(21)和原料不足报警传感器(22)，第一反应区点火区的旋转炉箅子(10)和第三反应区点火区的旋转炉箅子(12)由上至下依次安装在气化炉反应器(1)内，两个炉箅子驱动搅拌装置(13)分别与第一反应区点火区的旋转炉箅子(10)和第三反应区点火区的旋转炉箅子(12)连接并为第一反应区点火区的旋转炉箅子(10)和第三反应区点火区的旋转炉箅子(12)提供搅拌动力，第一反应区蒸汽空气管道B(8)的一端和第三反应区的蒸汽空气管道(16)的一端均穿过多孔板(3)并分别与第一反应区点火区的旋转炉箅子(10)和第三反应区点火区的旋转炉箅子(12)的下端连接，第一反应区蒸汽空气管道B(8)的一端和第三反应区的蒸汽空气管道(16)的一端分别与一个气液两用燃烧器(26)连接，第三反应区合成气出气管(14)与气化炉反应器(1)连通并位于气化炉反应器(1)的下部，第一反应区蒸汽空气管道A(4)的一端与气化炉反应器(1)的上部连通，第一反应区蒸汽空气管道A(4)的另一端穿过多孔板(3)，并位于第一反应区点火区的旋转炉箅子(10)和第三反应区点火区的旋转炉箅子(12)之间，第一反应区低热值合成气真空泵(25)安装在第一反应区蒸汽空气管道A(4)上，第一反应区蒸汽空气管道B(8)和第三反应区的蒸汽空气管道(16)之间通过高温蒸汽输送管道(17)连接，高温蒸汽输送管道(17)上设有蒸汽发生器供汽调节阀(24)，第三反应区蒸汽发生器(18)穿过多孔板(3)与其相连通，第二反应区原料料位传感器(23)安装在多孔板(3)的上部，且第二反应区原料料位传感器(23)位于第一反应区点火区的旋转炉箅子(10)的下方。

2.根据权利要求1所述的一种真空热分解的有机原料气化装置，其特征在于：多孔板(3)为圆环形多孔板，且安装在气化炉反应器(1)外侧壁的中间位置。

3.根据权利要求1或2所述的一种真空热分解的有机原料气化装置，其特征在于：气化炉反应器(1)及第一反应区点火区的旋转炉箅子(10)之间的围合区域为第一反应区；第一反应区点火区的旋转炉箅子(10)至多孔板(3)的多孔上部之间围合区域为第二反应区；多孔板(3)的多孔下部与第三反应区点火区的旋转炉箅子(12)之间的围合区域为第三反应区。

4.根据权利要求3所述的一种真空热分解的有机原料气化装置，其特征在于：高温蒸汽输送管道(17)为三通管道，蒸汽分别输送到第三反应区、第一反应区蒸汽空气管道B(8)和第三反应区的蒸汽空气管道(16)内。