本發(fā)明涉及煤氣利用領(lǐng)域，具體為一種低階煤的自熱-自燃過程能量利用工藝，特別是通過不同氣體控制低階煤自熱-自燃的自放熱過程并回收利用能量的工藝。

背景技術(shù)：

低階煤具有高水分、低熱值和易自燃特點(diǎn)；高水分不利于運(yùn)輸，直接燃燒熱值低，利用前需要進(jìn)行脫水預(yù)處理，炭化過程是低階煤利用的首選；低階煤在空氣中堆放易自熱和自燃，學(xué)者對煤的自熱和自燃過程的認(rèn)知僅停留在抑制和鈍化過程，而自熱-自燃過程的放熱量被忽略，造成熱量的極大浪費(fèi)。如何高效利用熱量對節(jié)能減排具有巨大的社會意義。

因此需開發(fā)一種以水蒸氣等氣體對自放熱熱量進(jìn)行熱交的自熱-自燃能量利用工藝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于自熱-自燃過程能量利用的工藝，建立了一個可調(diào)控的自熱-自燃系統(tǒng)，充分利用水蒸氣等氣體的熱交換能力，回收自放熱的熱量，形成一個低階煤利用的新工藝，該工藝具有較好的能量利用率和利用方式。

本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種低階煤的自熱-自燃過程能量利用方法，包括如下步驟：

（1）、將水蒸氣、空氣、二氧化碳和氧氣中的一種或多種氣體的組合作為加熱介質(zhì)a，加熱介質(zhì)a與經(jīng)過破碎篩分的煤料充分熱交換，直至煤料脫水過程完成；

（2）、將氧氣或空氣的一種或兩種氣體組合作為氣體b，將水蒸氣、二氧化碳或氮?dú)獾囊环N或多種氣體的組合作為控制氣體c，將氣體b和控制氣體c按比例混合均勻得到混合氣體；當(dāng)煤料溫度低于300℃時，氣體b和控制氣體c的體積混合比例為1:0~0.5，當(dāng)煤料溫度高于300℃時，氣體b和控制氣體c的體積混合比例為0~1:1；

（3）、將步驟（1）脫水完成的煤料與步驟（2）得到的混合氣體充分接觸，混合氣體的初始溫度為550~650℃，將煤料保持在非燃燒狀態(tài)下，伴隨有炭化過程，該階段以半焦成熟作為結(jié)束；

（4）、將空氣、氮?dú)?、二氧化碳和水蒸氣一種或多種的組合作為熱交換介質(zhì)氣體d，用熱交換介質(zhì)氣體d對步驟（3）所得到的半焦進(jìn)行熄焦過程。

低階煤利用過程首先需進(jìn)行預(yù)脫水處理，能得到大量水蒸氣，水蒸氣等氣體是一種良好的熱交換介質(zhì)。煤料在自熱-自燃過程中升溫并放出大量熱，如不利用就被浪費(fèi)掉，水蒸氣和氧氣氣體的調(diào)控可以完成自熱-自燃過程的促進(jìn)和抑制作用調(diào)控，同時自放熱的熱量足以使煤同時完成炭化過程，整個階段完成后能得到高溫半焦。熄焦過程中，高溫半焦的熱量也可用以水蒸氣為主體的氣體介質(zhì)帶出，并回收利用，熄焦后的半焦基本無自燃傾向。

在上述技術(shù)方案中，1、所述低階煤的粒徑為1~90mm；所述加熱介質(zhì)a的初始溫度為100~650℃之間。脫水過程完成后，煤料的溫度在90-110℃之間。低階煤在脫水過程中會產(chǎn)生水蒸氣，并可補(bǔ)充作為加熱介質(zhì)a重復(fù)利用。2、所述氣體介質(zhì)b和氣體介質(zhì)c體積按比例進(jìn)行混合，混合比例受煤料溫度影響。煤料溫度低于300℃時，氣體b和氣體c的體積混合比例為1:0~0.5；煤料溫度高于300℃時，氣體b和氣體c的體積混合比例為0~1:1。通入混合氣體的體積空速為0~250000h^-1，混合氣體的初始溫度為550~650℃，在煤料處于非燃燒狀態(tài)下的自熱-自燃階段時，氣體b與控制氣體c的混合氣體溫度可調(diào)整為100~350℃，混合氣體加熱階段時，煤料在自熱-自燃階段完成炭化過程。傳統(tǒng)方法中炭化過程往往會抑制煤料的自熱-自燃階段，然而本方法則是通過水蒸氣和氧氣氣體的調(diào)控來使煤料處于自熱-自燃階段，充分利用煤料的放熱過程，完成炭化過程。煤料在剛開始的100~300℃低溫階段可提供適當(dāng)?shù)耐饧訜嵩矗姑毫峡焖龠M(jìn)入非燃燒狀態(tài)。3、所述熱交換介質(zhì)氣體d中的一部分水蒸氣為步驟（1）脫水產(chǎn)生的水蒸氣，熱交換介質(zhì)氣體d的初溫為0~70℃，熄焦過程結(jié)束時半焦的溫度降低到0~70℃之間。熄焦完成后，對熱交換介質(zhì)氣體d進(jìn)行熱量和水蒸氣回收；獲得的高溫水蒸氣可作為脫水過程的傳熱介質(zhì)，也可用于發(fā)電等其他過程。

本發(fā)明圍繞低階煤水分高、易自燃和自熱-自燃的自放熱熱量未利用的特點(diǎn)，開發(fā)了一種低階煤自熱-自燃過程能量利用工藝。該工藝的優(yōu)點(diǎn)與積極效果在于：脫水過程得到水蒸氣，建立了一個用水蒸氣和氧氣組成可調(diào)控的自熱-自燃系統(tǒng)，充分利用水蒸氣等氣體的熱交換能力，回收自放熱和高溫半焦的熱量去滿足脫水和炭化過程的熱量需求，形成一種用于自熱-自燃過程能量利用的工藝，該工藝回收了水分和熱量，能量利用率高，熱損耗低。

附圖說明

圖1表示低階煤自熱-自燃過程能量利用工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

下面對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例1

一種低階煤的自熱-自燃過程能量利用方法，包括如下步驟：

步驟一、將水蒸氣作為加熱介質(zhì)a，300℃的加熱介質(zhì)a與1~10mm的粒徑煤料充分熱交換直至脫水過程完成，脫水過程完成后，煤料的溫度在90~110℃，脫水過程產(chǎn)生的水蒸氣可補(bǔ)充作為加熱介質(zhì)a重復(fù)利用。

步驟二、將氧氣作為氣體b，將水蒸氣和氮?dú)獾慕M合作為控制氣體c，將氣體b和控制氣體c按一定比例混合均勻，具體為，當(dāng)煤料溫度在90~300℃時，氣體b和控制氣體c的體積混合比例為1：0.5；當(dāng)煤料溫度在300~650℃時，氣體b和控制氣體c的體積混合比例為0.25：1。

步驟三、將步驟（一）得到的煤料與步驟（二）得到的混合氣體充分接觸，通入的混合氣體的體積空速為150000h^-1，混合氣體的初始溫度為650℃。煤料在300℃以下的低溫階段適當(dāng)提供外加熱源，使煤料快速達(dá)到非燃燒狀態(tài)。當(dāng)煤料處于非燃燒狀態(tài)下的自熱-自燃階段后，氣體b與控制氣體c構(gòu)成的混合氣體溫度調(diào)整為100~250℃，煤料在自熱-自燃階段伴隨有炭化過程，該階段以半焦成熟作為結(jié)束。

步驟四、將氮?dú)夂退魵獾慕M合作為熱交換介質(zhì)氣體d，熱交換介質(zhì)氣體d對步驟（三）所得到的半焦進(jìn)行熄焦，熱交換介質(zhì)氣體d的初溫為20℃，熄焦過程結(jié)束時半焦的溫度降為70℃以下，熄焦完成后，對熱交換介質(zhì)氣體d進(jìn)行熱量和水蒸氣回收；高溫水蒸氣可作為脫水過程的傳熱介質(zhì)，也可用于發(fā)電等其他過程。

實(shí)施例2

一種低階煤的自熱-自燃過程能量利用方法，包括如下步驟：

步驟一、將水蒸氣、空氣作為加熱介質(zhì)a，100~300℃的加熱介質(zhì)a與10~50mm的粒徑煤料充分熱交換直至脫水過程完成，脫水過程完成后，煤料的溫度在90~110℃，水蒸氣可補(bǔ)充作為加熱介質(zhì)a重復(fù)利用。

步驟二、將氧氣和空氣作為氣體b，將水蒸氣作為控制氣體c，將氣體b和控制氣體c按一定比例混合均勻，煤料溫度在90~300℃時，氣體b和控制氣體c的體積混合比例為1：0.2。當(dāng)煤料溫度在300~550℃時，氣體b和控制氣體c的體積混合比例為0.2：1；

步驟三、將步驟（一）得到的煤料與步驟（二）得到的混合氣體充分接觸，通入的混合氣體的體積空速為250000h^-1，混合氣體的初始溫度為550℃。煤料在300℃以下的低溫階段適當(dāng)提供外加熱源，使煤料快速達(dá)到非燃燒狀態(tài)。當(dāng)煤料處于非燃燒狀態(tài)下的自熱-自燃階段后，氣體b與控制氣體c構(gòu)成的混合氣體溫度調(diào)整為250~350℃，煤料在自熱-自燃階段伴隨有炭化過程，該階段以半焦成熟作為結(jié)束。

步驟四、將氮?dú)狻⒍趸己退魵獾慕M合作為熱交換介質(zhì)氣體d，熱交換介質(zhì)氣體d對步驟（三）所得到的半焦進(jìn)行熄焦，熱交換介質(zhì)氣體d的初溫為0℃，熄焦過程結(jié)束時半焦的溫度降為30℃，熄焦完成后，對熱交換介質(zhì)氣體d進(jìn)行熱量和水蒸氣回收；高溫水蒸氣可作為脫水過程的傳熱介質(zhì)，也可用于發(fā)電等其他過程。

實(shí)施例3

一種低階煤的自熱-自燃過程能量利用方法，包括如下步驟：

步驟一、將水蒸氣、二氧化碳和氧氣作為加熱介質(zhì)a，300~650℃的加熱介質(zhì)a與50~90mm的粒徑煤料充分熱交換直至脫水過程完成，脫水過程完成后，煤料的溫度在90~110℃，水蒸氣可補(bǔ)充作為加熱介質(zhì)a重復(fù)利用。

步驟二、將空氣作為氣體b，將水蒸氣和二氧化碳作為控制氣體c，將氣體b和控制氣體c按一定比例混合均勻，煤料溫度在90~300℃時，氣體b和控制氣體c的體積混合比例為1：0.1，當(dāng)煤料溫度在300~600℃時，氣體b和控制氣體c的體積混合比例為0.5：1；

步驟三、將步驟（一）得到的煤料與步驟（二）得到的混合氣體充分接觸，通入的混合氣體的體積空速為200000h^-1，混合氣體的初始溫度為600℃。煤料在300℃以下的低溫階段適當(dāng)提供外加熱源，使煤料快速達(dá)到非燃燒狀態(tài)。當(dāng)煤料處于非燃燒狀態(tài)下的自熱-自燃階段后，氣體b與控制氣體c構(gòu)成的混合氣體溫度調(diào)整為150~300℃，煤料在自熱-自燃階段伴隨有炭化過程，該階段以半焦成熟作為結(jié)束。

步驟四、將空氣、氮?dú)狻⒍趸己退魵獾慕M合作為熱交換介質(zhì)氣體d，熱交換介質(zhì)氣體d對步驟（三）所得到的半焦進(jìn)行熄焦，熱交換介質(zhì)氣體d的初溫為60℃，熄焦過程結(jié)束時半焦的溫度降為70℃以下，熄焦完成后，對熱交換介質(zhì)氣體d進(jìn)行熱量和水蒸氣回收；高溫水蒸氣可作為脫水過程的傳熱介質(zhì)，也可用于發(fā)電等其他過程。

以上僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，但并不局限于此。任何以本發(fā)明為基礎(chǔ)解決基本相同的技術(shù)問題，或?qū)崿F(xiàn)基本相同的技術(shù)效果，所作出地簡單變化、等同替換或者修飾等，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。