CN111171874B - 牛粪原料用移动床纯氧连续气化炉制合成气或燃气的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种牛粪原料用移动床纯氧连续气化炉制合成气或燃气的工艺，属于环保、生物化工、气化领域。本技术方案首先是将牛粪与已破碎好的无烟粉煤混合，同时均匀加入腐植酸钠添加剂，混合料经堆放沤制、挤压制棒、热风烘干、然后用皮带将烘干好的牛粪棒输送至移动床纯氧连续气化炉中，在炉中与氧气、水蒸汽进行一系列的氧化还原反应，生成主要含一氧化碳和氢气的混合气。此气体经除尘、净化处理后，作为化工生产的合成气，用于生产合成氨、尿素、醋酸、甲醇、多元醇、烯烃、LNG，也可用来工艺补碳、制氢气、提一氧化碳，还可用作工业或民用燃气。本发明变废为宝，充分提高牛粪的利用价值，具有较好的经济效益和环保效益，应用前景广阔。

Description

牛粪原料用移动床纯氧连续气化炉制合成气或燃气的工艺
技术领域
本发明涉及一种牛粪原料用移动床纯氧连续气化炉制合成气或燃气的工艺，属于环保、生物化工、气化领域。
背景技术
随着我国社会经济的不断发展，人们的消费观念和生活水平也有了很大的转变与提升，牛肉及其奶制品的消费人群和数量在逐年增加，随着需求量越来越大，牛肉及其奶制品行情也随之增高，特别是牛肉产品在我国消费市场呈现出供不应求的局面。为了满足人们日益增长的牛肉及奶制品需求，近年来，我国非常重视肉牛和奶牛养殖业的发展，中央逐年加大财政投入，各地区也陆续加大政策扶持力度，鼓励和推进当地大力发展养牛产业，在一系列扶持政策的引导下，我国牛养殖产业得到了快速发展。
牛的养殖量越大，牛粪的处理量就会越多。牛粪不及时处理，就会占用大量土地，引起污水横流，放出大量的臭气，污染环境，同时还会滋生蚊蝇，蚊蝇是疾病传播的罪魁祸首。目前研究成果显示，牛粪也是引起温室效应的一大因素。
湿牛粪含有机质约14.5%，氮(N)0.30～0.45%，磷(P2O5)0.15～0.25%，钾(K2O)0.10～0.15%，干牛粪含有机质高达95%以上，热值约2700-3000kcal/kg。
如何做到科学、高效、环保处理好牛粪，许多人都在不断探索研究，目前主要是用来做有机肥，部分地方用来生产沼气，牧区则将晒干后的牛粪作燃料，也有部分人用牛粪做各种养殖或培养食用菌。
牛粪除以上几种用途外，目前用来制化工合成气的技术和范例还没有，鉴于牛粪含有较高的有机质，热值近3000kcal/kg，申请人有一想法，即用牛粪来制化工合成气或工业燃气，这样既可以提高牛粪的综合价值，同时可解决日益严重的牛粪污染环境的问题。申请人决定将牛粪与部分煤混合制成煤棒，利用移动床纯氧连续气化炉进行牛粪高温气化这一有重大实际意见的试验，为牛粪的综合利用、解决环境污染问题提供一条新的技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种牛粪原料用移动床纯氧连续气化炉制合成气或燃气的工艺，提高牛粪的综合利用价值，为工业企业提供合成气或工业燃气，解决牛粪占用大量土地、污染环境的问题。
本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：
一种牛粪原料用移动床纯氧连续气化炉制合成气或燃气的工艺；
该工艺包括牛粪的收贮和预处理方法、配料方法、制棒方法、烘干方法和气化方法；
所述牛粪的收贮和预处理方法为：收集来的牛粪首先按湿度不同分为干的牛粪和湿的牛粪，干的牛粪送往粉碎机粉碎，粉碎后的粉料与湿的牛粪搭配送入搅拌槽，搅拌均匀的牛粪输送至熟料槽，将牛粪熟料暂时存贮起来待用；
所述配料方法为：将褐煤、烧碱和水放入制备槽中，用蒸汽高温蒸煮制成腐植酸钠添加剂；
将无烟煤用破碎机破碎至其粒度直径≤2mm，堆放至粉煤库备用；
将已准备好的牛粪、粉煤、腐植酸钠添加剂送至双轴搅拌机搅拌，搅拌均匀后的混合物料送至特制的堆场，在此沤制使之充分熟化；
所述制棒方法为：沤制好的牛粪熟料，用皮带输送至制棒机上部的单轴搅拌机，在这里用水调节湿度，同时熟料进一步得到搅拌均匀，然后送牛粪制棒机制成一根根的圆棒，直径在12 mm -18 mm之间；或者制成梅花棒，从机头出来的湿牛粪棒用皮带送至烘干炉；
要保证牛粪棒的强度，必须确保水分不能太高。水分太高，电机电流会很低，牛粪棒则会很软，易断，易碎，这样会给烘干带来困难，同时多耗热能。牛粪棒质量的好坏，关系到气化质量的高低。
所述烘干方法为：制棒方法送来的湿牛粪棒，装入烘干炉各个夹层中，利用锅炉来的烟气余热或用热风炉来的热空气烘干牛粪棒，使牛粪棒中的水分含量降至≤4%；
注意烘干温度不能控制太高，以防温度过高导致牛粪棒起火。
所述气化方法为：烘干好后的牛粪棒输送至气化炉顶部的料仓，再从料仓进入自动加料机中，牛粪棒在此靠电脑控制自动定时定量加入气化炉中；
制气用的气化剂氧气来自空分制氧工段，另一种气化剂蒸汽则来自锅炉和气化装置自己所副产的；
纯氧和蒸汽经计量和比例调节进入混合罐中混合，蒸汽与氧气的控制比为2.4kg/Nm3至3.1kg/Nm3；
出混合罐温度约200℃的气化剂从炉底部进入气化炉，经灰渣层进一步预热，进入温度约1100℃-1200℃的气化层，在此高温下，气化剂与牛粪棒进行氧化还原反应，连续生产出由氢气、一氧化碳、二氧化碳气体组成的混合气；
高温混合气从气化层往上经干馏层和干燥层，温度逐步下降至450-550℃自炉顶排出，再经高效除尘器除尘，进入热量回收器回收高温气体余热，副产压力为0.1-0.5MPaG的蒸汽；
出热量回收器温度150-170℃的混合气进入净化洗涤塔底部，在塔中用来自循环水系统的冷却水喷淋洗涤冷却，洗涤其中夹带的尘埃和焦油，同时气体温度进一步降低至≤45℃，然后再送往下工段进一步处理，通过多级处理后的混合气便就是我们所需要的化工合成气或工业燃气。
进一步的，该工艺还包括有蒸汽方法和循环水方法；
所述蒸汽方法为：气化炉耐压夹套副产的1.3-2.5MPaG饱和蒸汽经调节阀减压后送蒸汽缓冲罐给气化系统自用；热量回收器下部蒸发段副产的0.1-0.5MPaG饱和蒸汽送热量回收器上部过热段将蒸汽温度过热至220-250℃，送蒸汽缓冲罐给气化系统自用；
所述循环水方法为：净化洗涤塔底部排出的含尘灰的热水通过管道或地沟排至气化装置所配套的循环水处理系统，经处理后的循环冷却水由泵送回气化系统继续循环使用。
本发明的有益效果为：
1 、在牛粪中加入已破碎好的无烟粉煤，并加入腐植酸钠添加剂，用搅拌机将上述物料搅拌均匀，然后送特制的堆场沤制使牛粪混合料充分熟化。
2、使用腐植酸钠添加剂，此添加剂主要是用来提高原料之间的粘结作用，以保证牛粪棒强度，使之在高温气化时不易粉化。
3、腐植酸钠添加剂由褐煤、烧碱、水用蒸汽经长时间的高温蒸煮熬制而成。
4、沤制好的熟料，送牛粪制棒机制成一根根的圆棒，直径在12-18mm之间，也可制成梅花棒。制棒时要确保制棒机电流基本上达到电机的额定电流，这样制出来的牛粪棒强度才有保证。
5、建设牛粪棒烘干系统，即利用锅炉烟气余热或用热风炉空气烘干牛粪棒，使牛粪棒中的水分降至≤4%。
6、烘干好后的牛粪棒由自制的自动加料机定时定量加入气化炉中。
7、气化反应温度1100-1200℃，如此高的温度，可将牛粪中的有害有机物质得到充分裂解，经氧化还原反应变成小分子，实现有害物质无害化。
8、牛粪中的有机质成分和掺入的煤炭在炉内高温状态下，与氧气和水蒸汽反应，能得到我们所需要的有效成分一氧化碳和氢气，这正是我们做工业生产所需要的化工合成气或工业燃气。
9、牛粪棒气化完后，其中的灰份会形成固态炉渣。炉渣残炭低（C≤2%）。炉渣可用来制环保砖或用作制水泥的熟料，环保效果好。
10、气化炉的反应压力可在0.05—2.5MPaG任意调节，满足客户不同的用气压力需求。
11、所产气体有效成分高，热值高。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明的设备工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种牛粪原料用移动床纯氧连续气化炉制合成气或燃气的工艺；
该工艺包括牛粪的收贮和预处理方法、配料方法、制棒方法、烘干方法和气化方法；
所述牛粪的收贮和预处理方法为：收集来的牛粪首先按湿度不同分为干的牛粪和湿的牛粪，干的牛粪送往粉碎机粉碎，粉碎后的粉料与湿的牛粪搭配送入搅拌槽，搅拌均匀的牛粪输送至熟料槽，将牛粪熟料暂时存贮起来待用；
所述配料方法为：将褐煤、烧碱和水放入制备槽中，用蒸汽高温蒸煮制成腐植酸钠添加剂；
将无烟煤用破碎机破碎至其粒度直径≤2mm，堆放至粉煤库备用；
将已准备好的牛粪、粉煤、腐植酸钠添加剂送至双轴搅拌机搅拌，搅拌均匀后的混合物料送至特制的堆场，在此沤制使之充分熟化；
所述制棒方法为：沤制好的牛粪熟料，用皮带输送至制棒机上部的单轴搅拌机，在这里用水调节湿度，同时熟料进一步得到搅拌均匀，然后送牛粪制棒机制成一根根的圆棒，直径在12 mm -18 mm之间；或者制成梅花棒，从机头出来的湿牛粪棒用皮带送至烘干炉；
要保证牛粪棒的强度，必须确保水分不能太高。水分太高，电机电流会很低，牛粪棒则会很软，易断，易碎，这样会给烘干带来困难，同时多耗热能。牛粪棒质量的好坏，关系到气化质量的高低。
所述烘干方法为：制棒方法送来的湿牛粪棒，装入烘干炉各个夹层中，利用锅炉来的烟气余热或用热风炉来的热空气烘干牛粪棒，使牛粪棒中的水分含量降至≤4%；
注意烘干温度不能控制太高，以防温度过高导致牛粪棒起火。
所述气化方法为：烘干好后的牛粪棒输送至气化炉顶部的料仓，再从料仓进入自动加料机中，牛粪棒在此靠电脑控制自动定时定量加入气化炉中；
制气用的气化剂氧气来自空分制氧工段，另一种气化剂蒸汽则来自锅炉和气化装置自己所副产的；
纯氧和蒸汽经计量和比例调节进入混合罐中混合，蒸汽与氧气的控制比为2.4kg/Nm3至3.1kg/Nm3；
出混合罐温度为200℃的气化剂从炉底部进入气化炉，经灰渣层进一步预热，进入温度约1100℃-1200℃的气化层，在此高温下，气化剂与牛粪棒进行氧化还原反应，连续生产出由氢气、一氧化碳、二氧化碳气体组成的混合气；
高温混合气从气化层往上经干馏层和干燥层，温度逐步下降至450-550℃自炉顶排出，再经高效除尘器除尘，进入热量回收器回收高温气体余热，副产压力为0.1-0.5MPaG的蒸汽；
出热量回收器温度150-170℃的混合气进入净化洗涤塔底部，在塔中用来自循环水系统的冷却水喷淋洗涤冷却，洗涤其中夹带的尘埃和焦油，同时气体温度进一步降低至≤45℃，然后再送往下工段进一步处理，通过多级处理后的混合气便就是我们所需要的化工合成气或工业燃气。
进一步的，该工艺还包括有蒸汽方法和循环水方法；
所述蒸汽方法为：气化炉耐压夹套副产的1.3-2.5MPaG饱和蒸汽经调节阀减压后送蒸汽缓冲罐给气化系统自用；热量回收器下部蒸发段副产的0.1-0.5MPaG饱和蒸汽送热量回收器上部过热段将蒸汽温度过热至220-250℃，送蒸汽缓冲罐给气化系统自用；
所述循环水方法为：净化洗涤塔底部排出的含尘灰的热水通过管道或地沟排至气化装置所配套的循环水处理系统，经处理后的循环冷却水由泵送回气化系统继续循环使用。
工艺技术参数：
1 原料：
①牛粪：主要成分为有机质、氮、磷、钾、水。
②粉煤（晋城煤）
Figure 536373DEST_PATH_IMAGE002
2 牛粪制浆配比：0-65%（干基）
3 气化压力：0.04-2.5MPaG
4 气化温度：1100-1200℃
5 气化强度：1400-2800Nm3/h·m2（干基），气化强度随着气化压力的升高而升高
6 灰渣残炭：≤2%
7 气化炉蓄势形式：下段为冷壁炉，设半管式耐压夹套；上段是热壁炉，内衬耐高温浇注料
8 牛粪棒直径：Φ12-18%，也可根据机头孔型制成梅花棒
9 干牛粪棒含水量：≤4%
10 混合料中腐植酸钠含量：2.0-2.5%
11 褐煤中腐植酸含量：≥35%
12 牛粪混合料沤制时长：≥48h
13 混合气热值：高位热值2400-2600kcal/Nm³
低位热值2200-2400kcal/Nm³
14 混合气成分：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
15 消耗指标：
按质量百分比（牛粪:无烟粉煤=9:11）
序号 内 容 单 位 指 标
1 牛粪消耗（干基） kg/kNm<sup>3</sup>混合气 202.5
牛粪消耗（湿基35%） kg/kNm<sup>3</sup>混合气 311.5
2 无烟粉煤消耗(干基) kg/kNm<sup>3</sup>混合气 247.5
3 氧气消耗(99.6%) Nm<sup>3</sup>/kNm<sup>3</sup>混合气 187
4 蒸汽水消耗 kg/kNm<sup>3</sup>混合气 330
5 脱盐水消耗 kg/kNm<sup>3</sup>混合气 340
6 褐煤消耗 kg/kNm<sup>3</sup>混合气 22.5
7 烧碱消耗 kg/kNm<sup>3</sup>混合气 1.8
试验过程中所产的混合气作为化工合成气，用来生产合成氨和甲醇。
本次试验取得了较满意的效果，装置运行稳定，气质好、消耗低，热值高、发气强度大，安全环保，完全达到了预期目的，为我国今后有效处置牛粪、解决牛粪污染环保问题、提高牛粪的综合利用价值创出了一条新路。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (2)

1.一种牛粪原料用移动床纯氧连续气化炉制合成气或燃气的工艺，该工艺的特征在于：
该工艺包括牛粪的收贮和预处理方法、配料方法、制棒方法、烘干方法和气化方法；
所述牛粪的收贮和预处理方法为：收集来的牛粪首先按湿度不同分为干的牛粪和湿的牛粪，干的牛粪送往粉碎机粉碎，粉碎后的粉料与湿的牛粪搭配送入搅拌槽，搅拌均匀的牛粪输送至熟料槽，将牛粪熟料暂时存贮起来待用；
所述配料方法为：将褐煤、烧碱和水放入制备槽中，用蒸汽高温蒸煮制成腐植酸钠添加剂；
将无烟煤用破碎机破碎至其粒度直径≤2mm，堆放至粉煤库备用；
将已准备好的牛粪、粉煤、腐植酸钠添加剂送至双轴搅拌机搅拌，搅拌均匀后的混合物料送至特制的堆场，在此沤制使之充分熟化；
所述制棒方法为：沤制好的牛粪熟料，用皮带输送至制棒机上部的单轴搅拌机，在这里用水调节湿度，同时熟料进一步得到搅拌均匀，然后送牛粪制棒机制成一根根的圆棒，直径在12 mm -18 mm之间；或者制成梅花棒；
从机头出来的湿牛粪棒用皮带送至烘干炉；
所述烘干方法为：制棒方法送来的湿牛粪棒，装入烘干炉各个夹层中，利用锅炉来的烟气余热或用热风炉来的热空气烘干牛粪棒，使牛粪棒中的水分含量降至≤4%；
所述气化方法为：烘干好后的牛粪棒输送至气化炉顶部的料仓，再从料仓进入自动加料机中，牛粪棒在此靠电脑控制自动定时定量加入气化炉中；
制气用的气化剂氧气来自空分制氧工段，另一种气化剂蒸汽则来自锅炉和气化装置自己所副产的；
纯氧和蒸汽经计量和比例调节进入混合罐中混合，蒸汽与氧气的控制比为2.4 kg/Nm3至3.1kg/Nm3；
出混合罐温度为200℃的气化剂从炉底部进入气化炉，经灰渣层进一步预热，进入温度约1100℃-1200℃的气化层，在此高温下，气化剂与牛粪棒进行氧化还原反应，连续生产出包含氢气、一氧化碳、二氧化碳气体的混合气；
高温混合气从气化层往上经干馏层和干燥层，温度逐步下降至450-550℃自炉顶排出，再经高效除尘器除尘，进入热量回收器回收高温气体余热，副产压力为0.1-0.5MPaG的蒸汽；
出热量回收器温度150-170℃的混合气进入净化洗涤塔底部，在塔中用来自循环水系统的冷却水喷淋洗涤冷却，洗涤其中夹带的尘埃和焦油，同时气体温度进一步降低至≤45℃，然后再送往下工段进一步处理，通过多级处理后的混合气便就是我们所需要的化工合成气或工业燃气。
2.根据权利要求1所述的牛粪原料用移动床纯氧连续气化炉制合成气或燃气的工艺，该工艺的特征在于：
该工艺还包括有蒸汽方法和循环水方法；
所述蒸汽方法为：气化炉耐压夹套副产的1.3-2.5MPaG饱和蒸汽经调节阀减压后送蒸汽缓冲罐给气化系统自用；热量回收器下部蒸发段副产的0.1-0.5MPaG饱和蒸汽送热量回收器上部过热段将蒸汽温度过热至220-250℃，送蒸汽缓冲罐给气化系统自用；
所述循环水方法为：净化洗涤塔底部排出的含尘灰的热水通过管道或地沟排至气化装置所配套的循环水处理系统，经处理后的循环冷却水由泵送回气化系统继续循环使用。
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