CN110028989A - 一种水煤气的还原加工设备及其操作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水煤气的还原加工设备及其操作工艺，包括立式气化炉，所述立式气化炉包括设于立式气化炉的侧壁上部上的进料口，进料口投入炙热燃烧碳粒和水蒸气反应，生成水煤气。进料口内放置燃烧的炙热碳粒，将炉温提升至高温，雾化的水在高温下气化，气化的水和碳粒反应：C+H₂O(g)＝(高温)＝CO+H2，即生成大量水煤气，而少有二氧化碳的产生，热能转换洁净、高效；通过燃烧的炙热碳粒，将炉温提升，而非炉体其他加热装置进行加热，碳粒热量促进反应，减少了反应过程电能和其他能源的消耗，更佳节能环保。

Description

一种水煤气的还原加工设备及其操作工艺

技术领域

本发明涉及热化学领域，涉及一种水煤气的还原加工设备及其操作工艺。

背景技术

热解、干馏、裂解、气化技术是国际上第三代城市生活垃圾处理技术的核心，“垃圾围城”是全球“痛点”；其中，工业固体废弃物是痛点中的“难点”。

把工业固体废弃物中的可燃物，在一定的热力学条件下，借助于空气(或者氧气)、水蒸气的作用，即：高聚物发生热解、氧化、还原重整反应，最终转化为一氧化碳、氢气和低分子烃类等可燃气体的过程。

木炭生产是典型的热解过程，焦炭生产是典型的干馏过程，燃油制备是典型的裂解过程。不同的热解、干馏、裂解的工艺流程组合，可以展现气化和碳化过程；现研究主要在反应器内进行。Gil等在常压泡状流化床反应器内研究了空气、水蒸气和水蒸气-氧气三种不同的气化剂对气化产物的影响，发现以水蒸气为气化介质时，氢气的百分含量最高。气化和碳化过程有一个典型气碳还原工艺：在气化炉中碳与蒸汽发生如下反应:

C+H₂O(g)＝(高温)＝CO+H2；

而在水为液态时，发生如下反应：

C+2H₂O(g)＝(高温)＝CO₂+2H₂；

现有技术的缺点：

现有的工业固体废弃物气化炉系统没有蒸汽发生器，热效率低、没有减少二氧化碳能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种水煤气的还原加工设备，有效提升热能转换效率，提升设备操作的便捷性，简化工艺流程，节能环保，减少二氧化碳的排出量。

为解决该问题提供的如下技术方案：一种水煤气的还原加工设备，包括立式气化炉，所述立式气化炉包括设于立式气化炉的侧壁上部上的进料口，所述进料口内侧设置有布料板，所述布料板设置为倒三角结构，所述侧壁内侧上部设置有支撑隔板，所述布料板下端设置有驱动电机，所述驱动电机设置于支撑隔板上，所述布料板下部设置有纵置的布料器搅拌轴，所述布料器搅拌轴连接于驱动电机的输出端上，所述布料器搅拌轴下端设置有横置的拌料棒，拌料棒的下方设置有冷却水管炉排，侧壁下部设置有横置的冷却水管炉排固定托管，所述冷却水管炉排设置在冷却水管炉排固定托管上，所述冷却水管炉排设置有喷水雾的水雾化喷嘴，所述立式气化炉的顶部设置有集气口和连接在集气口上的集气装置。进料口内放置燃烧的炙热碳粒，将炉温提升至高温，雾化的水在高温下气化，气化的水和碳粒反应： C+H₂O(g)＝(高温)＝CO+H2，即生成大量水煤气，而少有二氧化碳的产生，热能转换洁净、高效；通过燃烧的炙热碳粒，将炉温提升，而非炉体其他加热装置进行加热，碳粒热量促进反应，减少了反应过程电能和其他能源的消耗，更佳节能环保。

作为一种改进，所述集气装置包括连接在集气口上的抽气机、连接在抽气机出口端的抽气管及连接在集气罐末端的集气罐。

作为一种改进，所述水雾化喷嘴上设置有控制水雾化喷嘴开关的温度感应装置，所述温度感应装置具体为设置在水雾化喷嘴通道内的一个封闭性的金属片，温度到达预设问题，金属片发生变形，通道开启。温度感应装置，也可以是温度感应器和PLC程序，设置到一个固定值，到达预设温度后，PLC程序发指令，启动机械部件开启，水雾化喷嘴开启。

作为一种改进，所述进料口边缘上转动连接有开关门。便于及时打开和封闭进料口，放置炉腔内温度流失和气体泄漏，设备工作更高效，更安全。

作为一种改进，所述水雾化喷嘴设于冷却水管炉排下侧壁上。

作为一种改进，所述冷却水管炉排下中部设置有纵置贯穿的炉排中心定位轴。

作为一种改进，所述冷却水管炉排的水管左右端分别设置有进水口和出水口。

作为一种改进，所述冷却水管炉排侧壁上设置有容置孔，所述水雾化喷嘴卡设于容置孔内，所述水雾化喷嘴为中轴设置狭长水孔的 304不锈钢圆柱体。经实验，高温环境下，水雾化喷嘴的狭长形水孔的直径会发生变化，加热到750℃，细管半径增量为2.014×10^-3mm，即增大1.34％；截面面积从0.0707mm²增大到0.0726mm²，仅增大 2.70％；在流速一定的情况下，截面流量与截面积成正比，所以在加热至750℃后，流量增大2.70％，即高温可以增加其孔径，单位时间内喷水量更多。

一种水煤气的还原加工设备的操作工艺，包括如下步骤：1)、开启立式气化炉，其内部拌料棒在驱动电机驱动下开始周向转动，在立式气化炉的炉腔内形成旋转的气流扰流，冷却水管炉排的管道内开始通水流；2)、所述步骤1)持续10min后，各功能部件趋于稳定状态，开始取燃烧状态的碳粒经进料口投入立式气化炉，炉腔内的温度开始迅速上升，且碳粒在扰流气流的推动下，迅速均匀分散，从而致使炉腔内温度迅速均匀上升，水雾化喷嘴周围温度升至90℃时，水雾化喷嘴上的温度传感器反应，水雾化喷嘴开启喷水模式，高温下喷出的水雾瞬间气化并和制热的碳粒发生反应，生成水煤气；3)、所述步骤2)反应持续20min，开启空压机抽气，将产生的水煤气收集到集气罐，备用，并继续下一流程的水煤气制备。雾化的水，在高温状态下瞬间气化，且气化效率高、气化充分，

作为一种改进，所述步骤2)中持续投料1.5min至2min，关闭进料口。保证反应充分顺利进行，并防止生成的水煤气外泄污染周围空间的空气。

作为一种改进，所述步骤2)中持续投料1.5min，关闭进料口。防止产生的高温水煤气泄漏到周围环境，对工作人员造成安全隐患。

在立式气化炉工作过程中急需一个高温水蒸汽同燃烧的碳发生还原反应：C与水蒸汽的变换反应、甲烷化反应以及可燃物在气化炉内的热分解反应等等，提高燃气质量和热值：H2含量高(30％～60％)，热值在10～16MJPm3。

在上述立式气化炉中，一种在热解干馏气化炉中二氧化碳还原成一氧化碳和氢气，即水煤气，工作流程是立式热解干馏气化炉做工过程中，燃烧的高温碳粒在推力和重力的作用下，遇到冷却水炉排下端喷嘴的水滴瞬间气化成水蒸气，水蒸气与高温碳粒发生反应生成较洁净的水煤气，该水煤气主要成分是CO和H2。立式气化炉的炉腔内反应环境的高温，源自燃烧的高温碳粒，不需另外匹配加热装置，简化了设备结构，提升工艺效率。

上述炉腔内的高温环境，源自于燃烧状态的炙热碳粒，或其他高温燃烧状态的可燃物，高温环境的保持，则源自于不断加入的燃烧状态的炙热碳粒。

这是一种简洁的提高热解干馏气化炉生产燃气的热值、效率和减少二氧化碳量方法。

化学方程式为C+H₂O＝(高温)＝CO+H₂，以水蒸气为气化介质时，氢气的百分含量最高。

本专利采用的技术方案，其有益效果在于：相比于以前的方法中，系统需要蒸汽发生器和过热设备、需要外供热源、系统独立性差、技术较复杂等弊端，本发明创造采用水在高温下气化为水蒸气同碳粒发生反应，涉及二氧化碳、水蒸气和碳的还原反应CO，二氧化碳与水蒸气的变换反应等甲烷化反应以及有机物在气化炉内的热分解反应，燃气质量好，H2含量高达30％～60％，热值在10～16MJ/m3，二氧化碳排放减少，水煤气产生的比例提升，热转换效率高，设备操作便捷。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1是本发明一种实施例的结构示意图；

图2是图1中冷却水管炉排的结构示意图。

具体实施方式

如图1、2所示，一种水煤气的还原加工设备，包括立式气化炉 1，所述立式气化炉包括设于立式气化炉的侧壁上部上的进料口2，所述进料口内侧设置有布料板3，所述布料板设置为倒三角结构，所述侧壁内侧上部设置有支撑隔板4，所述布料板下端设置有驱动电机 5，所述驱动电机设置于支撑隔板上，所述布料板下部设置有纵置的布料器搅拌轴6，所述布料器搅拌轴连接于驱动电机的输出端上，所述布料器搅拌轴下端设置有横置的拌料棒7，拌料棒的下方设置有冷却水管炉排8，侧壁下部设置有横置的冷却水管炉排固定托管9，所述冷却水管炉排设置在冷却水管炉排固定托管上，所述冷却水管炉排设置有喷水雾的水雾化喷嘴10，所述立式气化炉的顶部设置有集气口11和连接在集气口上的集气装置。

进料口内放置燃烧的炙热碳粒，将炉温提升至高温，雾化的水在高温下气化，气化的水和碳粒反应：C+H₂O＝(高温)＝CO+H2，即生成大量水煤气，而少有二氧化碳的产生，热能转换洁净、高效；通过燃烧的炙热碳粒，将炉温提升，而非炉体其他加热装置进行加热，碳粒热量促进反应，减少了反应过程电能和其他能源的消耗，更佳节能环保。

该实施例中，所述集气装置包括连接在集气口上的抽气机12、连接在抽气机出口端的抽气管13及连接在集气罐末端的集气罐14。

该实施例中，所述水雾化喷嘴上设置有控制水雾化喷嘴开关的温度感应装置，所述温度感应装置具体为设置在水雾化喷嘴通道内的一个封闭性的金属片，温度到达预设问题，金属片发生变形，通道开启。温度感应装置，也可以是温度感应器和PLC程序，设置到一个固定值，到达预设温度后，PLC程序发指令，启动机械部件开启，水雾化喷嘴开启。

该实施例中，所述进料口边缘上转动连接有开关门。便于及时打开和封闭进料口，放置炉腔内温度流失和气体泄漏，设备工作更高效，更安全。

该实施例中，所述水雾化喷嘴设于冷却水管炉排下侧壁上。

该实施例中，所述冷却水管炉排下中部设置有纵置贯穿的炉排中心定位轴15。

该实施例中，所述冷却水管炉排的水管左右端分别设置有进水口和出水口。

该实施例中，所述冷却水管炉排侧壁上设置有容置孔，所述水雾化喷嘴卡设于容置孔内，所述水雾化喷嘴为中轴设置狭长水孔的 304不锈钢圆柱体。经实验，高温环境下，水雾化喷嘴的狭长形水孔的直径会发生变化，加热到750℃，细管半径增量为2.014×10^{- 3}mm，即增大1.34％；截面面积从0.0707mm²增大到0.0726mm²，仅增大 2.70％；在流速一定的情况下，截面流量与截面积成正比，所以在加热至750℃后，流量增大2.70％，即高温可以增加其孔径，单位时间内喷水量更多。

一种水煤气的还原加工设备的操作工艺，包括如下步骤：1)、开启立式气化炉，其内部拌料棒在驱动电机驱动下开始周向转动，在立式气化炉的炉腔内形成旋转的气流扰流，冷却水管炉排的管道内开始通水流；2)、所述步骤1)持续10min后，各功能部件趋于稳定状态，开始取燃烧状态的碳粒经进料口投入立式气化炉，炉腔内的温度开始迅速上升，且碳粒在扰流气流的推动下，迅速均匀分散，从而致使炉腔内温度迅速均匀上升，水雾化喷嘴周围温度升至90℃时，水雾化喷嘴上的温度传感器反应，水雾化喷嘴开启喷水模式，高温下喷出的水雾瞬间气化并和制热的碳粒发生反应，生成水煤气；3)、所述步骤2)反应持续20min，开启空压机抽气，将产生的水煤气收集到集气罐，备用，并继续下一流程的水煤气制备。雾化的水，在高温状态下瞬间气化，且气化效率高、气化充分，

该实施例中，所述步骤2)中持续投料1.5min，关闭进料口。防止产生的高温水煤气泄漏到周围环境，对工作人员造成安全隐患。

除上述优选实施例外，本专利还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本专利做出各种改变和变形，只要不脱离本专利的精神，均应属于本发明专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种水煤气的还原加工设备，其特征在于：包括立式气化炉(1)，所述立式气化炉包括设于立式气化炉的侧壁上部上的进料口(2)，所述进料口内侧设置有布料板(3)，所述布料板设置为倒三角结构，所述侧壁内侧上部设置有支撑隔板(4)，所述布料板下端设置有驱动电机(5)，所述驱动电机设置于支撑隔板上，所述布料板下部设置有纵置的布料器搅拌轴(6)，所述布料器搅拌轴连接于驱动电机的输出端上，所述布料器搅拌轴下端设置有横置的拌料棒(7)，拌料棒的下方设置有冷却水管炉排(8)，侧壁下部设置有横置的冷却水管炉排固定托管(9)，所述冷却水管炉排设置在冷却水管炉排固定托管上，所述冷却水管炉排设置有喷水雾的水雾化喷嘴(10)，所述立式气化炉的顶部设置有集气口(11)和连接在集气口上的集气装置。

2.根据权利要求1所述的一种水煤气的还原加工设备，其特征在于：所述集气装置包括连接在集气口上的抽气机(12)、连接在抽气机出口端的抽气管(13)及连接在集气罐末端的集气罐(14)。

3.根据权利要求1所述的一种水煤气的还原加工设备，其特征在于：所述水雾化喷嘴上设置有控制水雾化喷嘴开关的温度感应装置，所述温度感应装置具体为设置在水雾化喷嘴通道内的一个封闭性的金属片，温度到达预设问题，金属片发生变形，通道开启。

4.根据权利要求1所述的一种水煤气的还原加工设备，其特征在于：所述进料口边缘上转动连接有开关门。

5.根据权利要求1所述的一种水煤气的还原加工设备，其特征在于：所述水雾化喷嘴设于冷却水管炉排下侧壁上。

6.根据权利要求1所述的一种水煤气的还原加工设备，其特征在于：所述冷却水管炉排下中部设置有纵置贯穿的炉排中心定位轴(15)。

7.根据权利要求1或6所述的一种水煤气的还原加工设备，其特征在于：所述冷却水管炉排的水管左右端分别设置有进水口和出水口。

8.根据权利要求7所述的一种水煤气的还原加工设备，其特征在于：所述冷却水管炉排侧壁上设置有容置孔，所述水雾化喷嘴卡设于容置孔内，所述水雾化喷嘴为中轴设置狭长水孔的304不锈钢圆柱体。

9.根据权利要求1所述的一种水煤气的还原加工设备的操作工艺，其特征在于：包括如下步骤：1)、开启立式气化炉，其内部拌料棒在驱动电机驱动下开始周向转动，在立式气化炉的炉腔内形成旋转的气流扰流，冷却水管炉排的管道内开始通水流；2)、所述步骤1)持续10min后，各功能部件趋于稳定状态，开始取燃烧状态的碳粒经进料口投入立式气化炉，炉腔内的温度开始迅速上升，且碳粒在扰流气流的推动下，迅速均匀分散，从而致使炉腔内温度迅速均匀上升，水雾化喷嘴周围温度升至90℃时，水雾化喷嘴上的温度传感器反应，水雾化喷嘴开启喷水模式，高温下喷出的水雾瞬间气化并和制热的碳粒发生反应，生成水煤气；3)、所述步骤2)反应持续20min，开启空压机抽气，将产生的水煤气收集到集气罐，备用，并继续下一流程的水煤气制备。

10.根据权利要求9所述的一种水煤气的还原加工设备的操作工艺，其特征在于：所述步骤2)中持续投料1.5min至2min，关闭进料口。