CN206089599U - 一步法合成甲烷气化炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及农林秸秆、生活垃圾、危险固废及煤炭为燃料的制气设备领域，特别涉及一步法合成甲烷气化炉，气化炉沿其长度方向依次分为热解区、燃烧区和缺氧区，热解区分为第一热解区和第二热解区，第二热解区靠近燃烧区；第一热解区设置有第一加热装置，第二热解区设置有焦炭排放孔，第二热解区设置有焦炭收集装置；燃烧区设置有输气系统；缺氧区设置有第二加热装置，缺氧区的长度为10‑50m。生物质经该气化炉处理后，产出的合成气含有大量甲烷，由分子筛吸附出甲烷成为热值＞31.4MJ/m3的天然气；该设备成本低廉，本气化炉在世界上率先将生物质合成天然气能源，同时，炉渣并入焦炭销售，固废零排放。

Description

一步法合成甲烷气化炉

技术领域

本实用新型涉及农林秸秆、生活垃圾、危险固废及煤炭为燃料的制气设备领域，具体而言，涉及一步法合成甲烷气化炉。

背景技术

1923年德国2位科学家实用新型了将煤合成CH₄等烷烃燃料的技术。根据科学家姓名，该技术简称为费托合成路线。技术分2步：第一步将煤置于气化炉内转化为CO和H₂，第二步将CO和H₂送甲烷化设备，经催化合成CH₄等烷烃燃料。90多年来，各国一直沿袭费托路线至今，气化炉产出的合成气，可燃组分主要是CO和H₂，热值≤2500kcal/m³(CH4＜6.5％)。合格天然气CH₄含量为94％，热值＞7500kcal/m³，所以必须甲烷化。甲烷化投资巨大，我国已建、在建、拟建煤制天然气项目近60个，每个项目的甲烷化在27亿元-100亿元以上。这么巨大的投资不适应生物质项目，所以无生物质合成天然气先例。

现有技术煤制天然气必定产生酚，例如，40亿m³/a煤制天然气项目回收酚59000t/a。酚类化合物是次于二恶英的剧毒物。水中含酚6.5～9.3毫克/升时，能致鱼腹腔出血死亡。含酚浓度高于100毫克/升的水流经农田，会使农作物枯死。人对酚的口服致死量为530毫克/公斤体重。其中，a表示年。

有鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的第一目的在于提供一步法合成甲烷气化炉，所述的气化炉将生物质经各个区的处理后，产出的合成气含有大量甲烷，其甲烷热值占合成气热值的约70％，经分子筛吸附出合成气中的甲烷，得到热值＞31.4MJ/m³的天然气；使用该设备制备天然气比现有技术煤制天然气节省造价70％，运行成本降低50％；且因回收焦炭，炉渣并入焦炭销售，使热利用率由现有秸秆发电热利用率约17％提高到71％以上，其中发电约12％，天然气约45％，焦炭约19％，约为现有秸秆发电技术热利用率的400％多。

为了实现本实用新型的上述目的，特采用以下技术方案：

一步法合成甲烷气化炉，所述气化炉沿其长度方向依次分为热解区、燃烧区和缺氧区，所述热解区分为第一热解区和第二热解区，所述第二热解区靠近所述燃烧区；

所述第一热解区设置有第一加热装置，所述第二热解区设置有焦炭排放孔，所述第二热解区设置有焦炭收集装置；

所述燃烧区设置有输气系统；

所述缺氧区设置有第二加热装置，所述缺氧区的长度为10-50m。

申请号为201420594937.1公开了一种兜轮炉排卧式回转气化炉，该气化炉的回转窑内壁安装有兜轮炉排，该炉排能将物料兜住，随窑的回转将物料提起再扬落形成硫化态，使CO₂与半焦充分接触反应生成CO、CH₄等组分的合成气；申请号为201520402533.2公开了一种闪速多仓气化炉，其长度方向依次为干馏区、氧化区和还原区，其中干馏区与氧化区由第一墙隔开，干馏温度≤400℃，干馏产生的可燃气翻越第一墙的速度为0.1/s，可燃气翻越第一墙进到氧化区明火燃烧≥700℃，焚烧垃圾从400℃到700℃的时间＜0.2秒，不会产生二恶英。上述气化炉虽然使生物质转化为燃气无烟气排放，且垃圾焚烧不产生二恶英，优点宝贵，但本实用新型人经分析发现存在以下局限性：

第一，气化炉干馏区没有明确的热源，单靠氧化区明火辐射使干馏区的生物质解热，温度不可控，干馏效果不稳定，不能产生足够的可燃气流至氧化区与气化剂混合燃烧，如同传统焚烧法，即：气化剂与生物质混合燃烧，而不是与生物质干馏出的可燃气混合燃烧，这样，燃烧温度会徘徊在850-950℃，而不是1050℃，温度≤1000℃，焦油不会充分裂解，而含有大量焦油的燃气后续处理成本过高，会导致项目不可行。

第二，气化炉还原区的长度没有最短尺寸限定，这会导致还原区虽能生成CH₄，但CH₄量不大，因为合成CH₄需要一定的反应时间，还原区过短，气体在还原区滞留时间就短，气体中的H与焦炭中的C反应时间不够，就不能合成大量CH₄，而没有大量CH₄的合成气，用分子筛吸附划不来，也就得不到＞31.4MJ/m³的天然气。

第三，焦炭中的C与CO₂还原反应，有个饱和平衡度问题，当炉渣含C低于20％时，C不再与CO₂反应，即C+CO₂＝2CO的反应式将不再能实现。实际气化运行表明：从还原区排出的炉渣的含C量，一般为22-24％，C含量难以再降低。这种炉渣不作再处理环保不允许，进一步处理则增加投资而经济效率划不来，陷于两难。

鉴于此，本实用新型提供一步法合成甲烷气化炉，第一热解区设置有加热装置，为热解区的生物质原料提供稳定的热源，使热解温度稳定可控，热解稳定而充分；第二热解区设置焦炭回收装置，使得热解后的产物焦炭大部分排出，使焦炭成为一个产品销售，提高热利用率，提高经济效益，又使含碳量约22％的炉渣可并入焦炭，炉渣成为焦炭产品销售，使固废零排放，可避免炉渣再处理的麻烦；燃烧区设置输气系统，为燃烧区的有氧燃烧提供良好的基础；缺氧区也设置有加热装置，并限定了其长度，可使气体在缺氧区滞留较长时间，确保H₂、CO₂与焦炭中的C充分接触合成大量CH₄，合成气排出气化炉后经分子筛吸附，可直接得到热值＞31.4MJ/m³的天然气，省掉甲烷化，制气成本大幅降低。

如根据实际的需求，缺氧区的长度可以设置为10m、15m、20m、25m、30m、35m、40m、45m、50m等等。

优选地，所述第一热解区为双层筒体结构，所述第一加热装置包括设置在所述气化炉的尾部的换热装置和管道，所述管道将所述换热装置制得的热气通入所述双层筒体结构的间隔中。

本实用新型中，双层筒体结构两个筒壁均为金属材料，如内筒的材质一般为不锈钢材质，外筒的材质一般为碳钢材质；内筒采用金属材质，便于热量的传递。双层筒体为悬挂固定。

本实用新型通过将第一热解区设置成双层筒体结构，将气化炉尾部的热量回收后通入双筒结构之间的夹层中，用于生物质原料的加热，节约能源，且热源稳定可靠。

优选地，所述第一热解区的长度为5m-20m，所述双层筒体结构的间隔距离为5cm-50cm。

第一热解区的长度根据处理的原料的量进行设置，如可以设置为5m、7m、10m、15m、18m、20m等等；相应地，双层筒体结构的间隔距离也根据处理的原料量以及提供的热气的温度进行相应的调整，如可以设置为5cm、10cm、15cm、20cm、25cm、35cm、40cm、50cm等等。优选地，双层筒体之间的距离为20-30cm。

优选地，所述第一热解区的双层筒体的内筒内壁上设置有扬料板。扬料板为L型扬料板，扬料板焊接在内筒内壁，原料进入气化炉热解区后，接受双层筒体夹层热空气间接传导的热能而加热、热解；原料经扬料板翻动，热解稳定、充分、可控。热解产物为可燃气和焦炭，其中，焦炭的一部分，优选为约2/3经焦炭排放孔从焦炭环形罩底部的螺旋输送机排出。

优选地，所述第二热解区至所述缺氧区为单层筒体结构，所述单层筒体结构的内壁设置有耐火层。

通过设置耐火层，既能使气化炉内部耐受高温，并且还可以减少筒体外的温度。耐火层一般通过浇注耐火材料制成，耐火材料一般采用高铝耐火浇注料。耐火层一般厚度为15cm-30cm。

进一步地，所述焦炭收集装置包括固定在所述第二热解区外部的集焦环形罩，所述集焦环形罩与所述第二热解区之间采用压板式软密封进行密封。

第一热解区的热解产物主要为可燃气和焦炭，其中，焦炭的一部分，优选为约2/3经焦炭排放孔排出至集焦环形罩中，进而可以收集。气化炉热解区回收部分焦炭后，含碳量约22％的炉渣可并入焦炭销售，整个过程无固废排放，又大幅提高了热利用率。

为了防止第二热解区筒体外的温度太高而影响密封装置的使用寿命，还可以在第二热解区筒体外焊接一层钢板，压板式密封是由一片片钢板沿筒体外壳一圈布置成鱼鳞片状的软密封压板组成，压板固定在集焦环形罩上，并与炉体上焊接的钢板接触。炉体转动时，集焦环形罩固定不转，一圈的压板也不转，压板外面是一圈钢丝紧固，有重锤紧固和螺纹拉紧2种，目的是使压板始终紧贴炉体外壳，任其炉体回转，整圈的鱼鳞片不转，从而达到密封的效果。

优选地，所述集焦环形罩的底部设置有输送机。输送机一般采用螺旋输送机，使得焦炭环形罩底部的焦炭通过螺旋输送机排出，方便快捷。

优选地，所述输气系统包括输气装置、集气环形罩和喷风防堵装置；

所述集气环形罩分为两部分，一部分固定在所述燃烧区外部，另一部分与燃烧区的筒体固定连接，所述集气环形罩的两部分之间通过压板式软密封进行密封；

所述输气装置与固定在燃烧区外部的集气环形罩连接，所述喷风防堵装置的一端与固定在燃烧区的集气环形罩连接，另一端可拆卸连接在所述燃烧区的筒体上，且所述喷风防堵装置的防堵口伸入燃烧区的筒体内。

其中，输气系统还可以设置多个阀门，以便于控制气体的通入量。

现有技术的喷风系统太简单，其做法是在集气环形罩内的回转窑壳体上打若干个洞，装入不锈钢管，气化剂经集气环形罩从不锈钢管直接进入炉膛，但是，该设置存在以下问题：炉膛明火有时会喷出，把集气环形罩烧毁，而且炉膛的灰渣会从不锈钢管进到集气环形罩内，使之难以连续提供气化剂而需要停炉清理。本实用新型采用喷气防堵装置，其材质既非金属，也非陶瓷，而是次级宝石或者优质刚玉，这是因为输气装置喷入的气化剂可以是高纯度氧气，在700℃高温下，高纯度氧气与金属会发生氧化反应，温度可高达2500℃，喷气防堵装置材质若采用金属，容易被氧化掉；也不宜用陶瓷，因为燃烧区火焰温度～1050℃，而喷入的气化剂是常温，温差过大，陶瓷易疲劳损坏。本实用新型提供的喷风防堵装置的防堵口为迷宫式设计，可防止灰渣进入喷风系统，使喷风系统经久耐用。

优选地，所述喷风防堵装置的材质为次级宝石或优质刚玉。

优选地，所述喷风防堵装置的防堵口采用迷宫式防堵口。

喷风防堵装置的防堵口为迷宫式设计，气化剂喷入炉膛，灰渣被迷宫装置阻挡，不会漏进输气系统；燃烧区的筒体上打孔，每个孔对应设置一个喷风防堵装置，喷风防堵装置可拆卸设置在燃烧区的筒体上，若漏进灰渣，可临时停炉，将喷风防堵装置从炉体上拆卸，抽出喷风防堵装置，倒掉灰渣后再装上。一般地，喷风防堵装置设置4-6个。

另外，集气环形罩与喷风防堵装置之间还可以再设置一个进气环形罩，进气环形罩与固定在筒体的集气环形罩部分连接，喷风防堵装置与进气环形罩连接，这样就增加了一个缓冲装置。

优选地，所述第二热解区至所述缺氧区的筒体内壁上沿其长度设置有炉排梗，所述炉排梗的一端埋入所述耐火层中，所述炉排梗的另一端向筒体的轴心延伸，所述炉排梗凸出所述耐火层的部分连接有扬料装置；

所述扬料装置为扬料板，所述扬料板为L型，所述扬料板的折角背对所述炉排梗设置。

扬料板与炉排梗可拆卸连接，一般采用螺栓连接。

另外，根据炉体的直径及实际需要，所述筒体内壁可以设置6-16条炉排梗，每条所述炉排梗均采用耐高温耐磨损耐酸抗冲击好的浇注料制成。相应地，每条炉排梗上对应设置一片片扬料板，每片扬料板沿炉排梗长度方向依次设置，为了达到更好的扬落效果，所述一片片扬料板的总宽度与炉排梗等长。如长度为35m的炉排梗，按扬料板的宽度为125mm计算的话，每条炉排梗上设置28片扬料板。

本实用新型缺氧区设置的扬料板与炉排梗形成90°左右的兜，随炉体的回转，焦炭被兜住，将其提起后再扬落下来，在炉膛形成硫化态。

现有技术的气化炉内安装的兜轮炉排或者T型扬料装置，要么材质同为高铝耐火材料，则炉排梗与兜轮必然一体化，一旦煤块等硬物料从回转窑直径3m多的高度砸落下来，在炉膛高温下容易将炉排梗与兜轮一起砸坏，修理难度大，整个炉排只好全部报废；要么扬料装置是金属材质，则由于金属与高铝耐火材料炉排梗的膨胀系数不一致，连接部位容易松动，且金属扬料装置连续在高温下易氧化损坏。本实用新型选用的扬料板为刚玉材质，用刚玉螺栓与炉排梗紧固，刚玉与高铝材质炉排梗的膨胀系数相近，紧固不易松动，刚玉在1740℃以下不会变形，耐疲劳和抗冲击性能好，不易损坏，并且万一损坏，更换方便。

优选地，所述扬料板的材质为刚玉材质。

优选地，所述扬料板每片的宽度为80-250mm，更优选为100-150mm。

缺氧区生成的合成气可包含C1-C19烷烃，其中C1-C4烷烃常温下为气体，C5-C19烷烃常温下为液体(称焦油)。C1-C4烷烃与焦油生成所需的温度、时间不同，为了控制C5-C19烷烃生成，促使C1-C4烷烃生成，在缺氧区设置加热装置，根据需要调节温度。

优选地，所述第二加热装置为中高频加热装置；

所述缺氧区设置2-12组中高频加热装置，优选为3-8组。

中高频是指频率为7000-30000Hz，更优选为15000-20000Hz，通过设置2-12组该加热装置，使缺氧区温度维持在650℃-950℃，优选为750℃-850℃。

中高频加热装置通过在气化炉外壳上导电滑环嵌入导电座，将交流电引入安装在炉膛的一道道加热装置，发出约950℃的高温。加热装置的材质为耐热钢，优先为钨钼合金。

在650℃-950℃的缺氧区环境下，焦炭中的C与H₂、CO₂充分接触反应，按反应式CO₂+C＝2CO、2H₂O+C＝CH₄+O₂、2H₂+C＝CH₄等，生成含有大量CH₄的合成气。

缺氧区生成的产物为炉渣和合成气，炉渣从炉尾排出落下相关排渣设备，合成气从炉尾排出后经过沉灰室-旋风除尘器-换热器-气液分离器、罗茨风机而进入下道工序。

优选地，所述气化炉还设置有用于所述气化炉旋转的动力装置。

进一步地，所述气化炉还包括前、后托轮装置；所述气化炉的炉壳的两端分别活动套接有轮带，所述炉壳的两端通过所述轮带支承在所述前、后托轮装置上，所述后托轮装置上设有挡板，所述炉壳的尾部的轮带与所述后托轮装置上设置的挡板滚动接触。该结构保证气化炉的稳固。优选地，每个托轮均设测温装置，测温讯号送达中央控制室并在窑墩上设置指示表，当轴承温度超过55℃时，应发出报警讯号，以便及时检查处理。

进一步地，还包括传动装置；所述炉壳的外壁上套设有齿圈，所述传动装置设在所述炉壳的底部，所述齿圈和所述传动装置啮合，驱动所述炉壳绕轴向转动。

优选地，所述气化炉还包括出料罩和进料罩；所述出料罩和进料罩分别设于炉壳的进料端和出料端。

优选地，所述气化炉还包括前、后软密封装置，所述前、后密封装置分别设在所述出料罩和进料罩与所述炉壳连接的连接处的外壁上。

为了促使物料以及生成的气体能够更顺利地流向出料端，优选地，所述气化炉为卧式安装，安装的斜度为3％-4％，所述气化炉的旋转速度为0.2-5r/min。

进一步地，输气设备输入的气化剂为氧含量70-99.6％的高纯度纯氧，或者来源于干净空气和水蒸气中的任一种。

采用本实用新型提供的气化炉合成甲烷的方法，包括以下步骤：

生物质在所述热解区热解，得到的焦炭的一部分，优选为65％-75％排出；

热解区的产物进入燃烧区进行有氧燃烧，所述燃烧区的温度不小于1000℃；

燃烧区的产物进入所述缺氧区，控制所述缺氧区的温度为650-950℃，优选为750-850℃；

所述气化炉为卧式安装，安装的斜度为3％-4％，所述气化炉的旋转速度为0.2-5r/min。

本实用新型中的生物质可以为固体生物质或煤炭，在进入本实用新型提供的气化炉前，生物质经破碎后烘干至含水低于15％。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型提供的气化炉，通过设计炉体各区域结构及其参数，最终在缺氧区合成大量CH₄，合成气排出气化炉后经分子筛吸附，可直接得到热值＞31.4MJ/m³的天然气，省掉现有技术中的甲烷化，制气成本大幅降低。

(2)本实用新型设置的喷风防堵装置的材质为次级宝石或优质刚玉，耐用；且其防堵口采用迷宫式防堵口，防止了火焰和灰渣进入输气系统，使输气系统更经久耐用。

(3)本实用新型设置限定长度的缺氧区，确保合成大量CH₄所需的反应时间，通过设置刚玉材质的L型扬料板，其与炉排梗可拆卸连接，使得扬料板耐疲劳和抗冲击性能好，不易损坏，确保扬料装置经久耐用，确保C与H₂充分接触反应而稳定地合成大量CH₄。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的气化炉的示意图；

图2为本实用新型提供的燃烧区内部的结构示意图；

附图标记：

1-第一热解区；2-第二热解区；3-燃烧区；4-缺氧区；5-第一加热装置；6-焦炭收集装置；7-输气装置；8-喷风防堵装置；9-第二加热装置；10-进料罩；11-出料罩；12-废气出口；13-动力装置；14-托轮支撑装置；101-双层筒体结构的间隔；401-耐火层；402-炉排梗；403-扬料板；404-螺栓连接。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图1为本实用新型提供的气化炉的示意图。

本实用新型提供的气化炉的结构如下：气化炉沿其长度方向依次分为热解区、燃烧区3和缺氧区4，热解区分为第一热解区1和第二热解区2，第二热解区2靠近燃烧区3；第一热解区1设置有第一加热装置5，第二热解区2设置有焦炭排放孔，第二热解区2设置有焦炭收集装置6；燃烧区3设置有输气系统；缺氧区4设置有第二加热装置9，缺氧区4的长度为10-50m；

进一步地，第一热解区1为双层筒体结构，第一加热装置5包括设置在气化炉的尾部的换热装置和管道，管道将换热装置制得的热气通入双层筒体结构的间隔101中；其中，第一热解区1的长度为5-20m，双层筒体结构的间隔101距离为5-50cm，优选为20-30cm；另外，第一热解区1的双层筒体的内筒内壁上设置有扬料板；

进一步地，第二热解区2至缺氧区4为单层筒体结构，单层筒体结构的内壁设置有耐火层401；

进一步地，焦炭收集装置6包括固定在第二热解区2外部的集焦环形罩，集焦环形罩与第二热解区2之间采用压板式软密封进行密封；集焦环形罩的底部优选设置有输送机；

燃烧区3设置有输气系统，具体地，输气系统包括输气装置7、集气环形罩和喷风防堵装置8；集气环形罩分为两部分，一部分固定在燃烧区外部，另一部分与燃烧区3的筒体固定连接，集气环形罩的两部分之间通过压板式软密封进行密封；输气装置与固定在燃烧区外部的集气环形罩连接，喷风防堵装置8的一端与固定在燃烧区的集气环形罩连接，另一端可拆卸连接在燃烧区3的筒体上，且喷风防堵装置的防堵口伸入燃烧区3的筒体内。

缺氧区4设置有第二加热装置9，第二加热装置9为中高频加热装置，根据温度需求设置2-12组，中高频加热装置通过在气化炉外壳上导电滑环嵌入导电座，将交流电引入安装在炉膛的一道道加热装置，加热装置的材质为耐热钢，优先为钨钼合金，进而使得缺氧区的温度保持在650℃-950℃的高温。

第二热解区2至缺氧区4中的扬料装置如图2所示，筒体内壁上沿其长度设置有炉排梗402，炉排梗402的一端埋入耐火层401中，炉排梗的另一端向筒体的轴心延伸，炉排梗凸出耐火层401的部分连接有扬料板403，该扬料板为L型，扬料板的折角背对炉排梗设置；扬料板403与炉排梗402采用螺栓连接404。本实用新型选用扬料板403为刚玉材质，用刚玉螺栓与炉排梗紧固，刚玉与高铝材质炉排梗的膨胀系数相近，紧固不易松动，刚玉在1740℃以下不会变形，耐疲劳和抗冲击性能好，不易损坏，并且万一损坏，更换方便。

进一步地，气化炉还包括出料罩11和进料罩10；出料罩11和进料罩10分别设于炉体的进料端和出料端；出料罩11和进料罩10与炉体通过软密封与炉体连接，进料罩上设置有废气出口12。

本实用新型提供的气化炉还包括前、后托轮支撑装置14；气化炉的炉壳的两端分别活动套接有轮带，炉壳的两端通过轮带支承在前、后托轮装置上，后托轮装置上设有挡板，炉壳的尾部的轮带与后托轮装置上设置的挡板滚动接触。该结构保证气化炉的稳固。每个托轮均设测温装置，测温讯号送达中央控制室并在窑墩上设置指示表，当轴承温度超过55℃时，应发出报警讯号，以便及时检查处理。

进一步地，气化炉还包括动力装置13，具体地，动力装置13包括传动装置；炉壳的外壁上套设有齿圈，传动装置设在炉壳的底部，齿圈和传动装置啮合，驱动炉壳绕轴向转动。

本实用新型提供的气化炉的工作原理如下：

卧式安装气化炉，安装的斜度为3％-4％，气化炉的旋转速度为0.2-5r/min；

破碎后烘干至含水低于15％的固体生物质以及煤炭，由螺旋输送机从进料罩10送入气化炉热解区1。螺旋输送机伸入进料罩10内的一端20cm-100cm没有螺旋铰刀，优选为40-80cm，此处燃料依靠有铰刀段的螺旋推力挤压进炉膛，此处燃料因为压实而起到炉体内外密封作用。气化炉的炉尾依次安装有除尘装置、换热装置和罗茨风机，罗茨风机的抽力使制气系统为微负压或微正压工况。

燃料进气化炉第一热解区1后，受到双层筒体结构的间隔101中的热空气间接传导的热能而热解；双层筒体的内筒内壁焊接有扬料板，燃料经扬料板翻动，热解稳定、充分、可控；其中，双层筒体结构的间隔101中的热空气来源于第一加热装置5，第一加热装置5为热气体进口罩，其中通入由气化炉尾部的热量经热交换得到的热空气。

热解产物主要为可燃气和焦炭，经旋转进入第二热解区2，焦炭的一部分，优选为约2/3经焦炭排放孔从焦炭环形罩6底部的螺旋输送机排出收集。

第二热解区2产生的可燃气和剩余焦炭以及焦油，一并进入到气化炉燃烧区3。输气装置7提供的气化剂进入集气环形罩中，然后经喷风防堵装置8喷入炉膛与可燃气明火燃烧。由于可燃气着火温度理论上≥1200℃，所以，炉膛温度可保持1050℃以上，焦油也全部裂解。

由于燃烧区3的温度很高，因此，喷风防堵装置8的材质为次级宝石或优质刚玉；喷风防堵装置8采用迷宫式防堵口，既能防止炉膛火焰进入集气环形罩而造成气体的燃烧，又能防止炉膛灰尘进入集气环形罩，防止造成气体输入的障碍。

燃烧区3燃烧产生的CO₂、H₂O(水蒸气)与焦炭一道，随气化炉的回转进入缺氧区4。

缺氧区4内部的扬料板403的折角背对炉排梗402设置，扬料板403与炉排梗402形成90°左右的兜，随炉体的回转，焦炭被兜住，被提起后再扬落下来，在炉膛形成硫化态；经多组中高频加热装置的加热，缺氧区温度保持在650℃-950℃；在650℃-950℃环境下焦炭中的C与H₂、CO₂充分接触反应，按反应式CO₂+C＝2CO、2H₂O+C＝CH₄+O₂、2H₂+C＝CH₄等，生成含有大量CH₄的合成气。

缺氧区4生成的产物经出料罩11排出，出料罩11与炉壳通过软密封装置密封；具体地，炉渣从窑尾落下相关排渣设备；气体经过沉灰室进入旋风除尘器-换热器-气液分离器-罗茨风机而进入下道工序。

得到的合成气经分子筛吸附出CH₄，获得热值＞31.4MJ/m³的天然气，实现一步法合成甲烷，不再需要昂贵的甲烷化设施的投资和运行成本，使煤制天然气工程比现有技术节省造价70％，使制气运行成本降低50％；因回收焦炭，炉渣并入焦炭销售，使全厂热利用率由现有秸秆发电的约17％提高到71％以上，其中发电约12％，天然气约45％，焦炭约19％，约为现有秸秆发电技术热利用率的400％多。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一步法合成甲烷气化炉，其特征在于，所述气化炉沿其长度方向依次分为热解区、燃烧区和缺氧区，所述热解区分为第一热解区和第二热解区，所述第二热解区靠近所述燃烧区；

所述第一热解区设置有第一加热装置，所述第二热解区设置有焦炭排放孔，所述第二热解区设置有焦炭收集装置；

所述燃烧区设置有输气系统；

所述缺氧区设置有第二加热装置，所述缺氧区的长度为10-50m。

2.根据权利要求1所述的一步法合成甲烷气化炉，其特征在于，所述第一热解区为双层筒体结构，所述第一加热装置包括设置在所述气化炉的尾部的换热装置和管道，所述管道将所述换热装置制得的热气通入所述双层筒体结构的间隔中。

3.根据权利要求2所述的一步法合成甲烷气化炉，其特征在于，所述第一热解区的长度为5-20m，所述双层筒体结构的间隔距离为5-50cm。

4.根据权利要求1所述的一步法合成甲烷气化炉，其特征在于，所述第二热解区至所述缺氧区为单层筒体结构，所述单层筒体结构的内壁设置有耐火层。

5.根据权利要求4所述的一步法合成甲烷气化炉，其特征在于，所述焦炭收集装置包括固定在所述第二热解区外部的集焦环形罩，所述集焦环形罩与所述第二热解区之间采用压板式软密封进行密封。

6.根据权利要求4所述的一步法合成甲烷气化炉，其特征在于，所述输气系统包括输气装置、集气环形罩和喷风防堵装置；

所述集气环形罩分为两部分，一部分固定在所述燃烧区外部，另一部分与燃烧区的筒体固定连接，所述集气环形罩的两部分之间通过压板式软密封进行密封；

所述输气装置与固定在燃烧区外部的集气环形罩连接，所述喷风防堵装置的一端与固定在燃烧区的集气环形罩连接，另一端可拆卸连接在所述燃烧区的筒体上，且所述喷风防堵装置的防堵口伸入燃烧区的筒体内。

7.根据权利要求6所述的一步法合成甲烷气化炉，其特征在于，所述喷风防堵装置的防堵口采用迷宫式防堵口。

8.根据权利要求4所述的一步法合成甲烷气化炉，其特征在于，所述第二热解区至所述缺氧区的筒体内壁上沿其长度方向设置有炉排梗，所述炉排梗的一端埋入所述耐火层中，所述炉排梗的另一端向筒体的轴心延伸，所述炉排梗凸出所述耐火层的部分连接有扬料装置；

所述扬料装置为扬料板，所述扬料板为L型，所述扬料板的折角背对所述炉排梗设置。

9.根据权利要求1所述的一步法合成甲烷气化炉，其特征在于，所述第二加热装置为低压中频加热装置；

所述缺氧区设置2-12组低压中频加热装置。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一步法合成甲烷气化炉，其特征在于，所述气化炉还设置有用于所述气化炉旋转的动力装置。