本發(fā)明涉及一種用于煤制天然氣的裝置及方法，特別是用于褐煤與生物質(zhì)耦合制合成生物天然氣的裝置及方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)是富煤貧油的國(guó)家，能源結(jié)構(gòu)以煤為主，近年來(lái)煤制天然氣也得到較為成熟的發(fā)展；但褐煤是煤化程度最低的煤種，占我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量的13%左右，由于褐煤外水和內(nèi)水含量高達(dá)52-55%，影響了褐煤的燃燒熱值，其熱值最低僅為2800大卡左右，褐煤采礦分選后剩下大量的褐煤粉，難以得到有效利用，大量產(chǎn)生的褐煤粉經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性極差，如不能很好處理不僅對(duì)資源產(chǎn)生極大浪費(fèi)，還給當(dāng)?shù)貛?lái)極大污染；為了提高褐煤粉的熱值，國(guó)內(nèi)外大都采用干燥提質(zhì)的工藝技術(shù)路線，提質(zhì)成本高，影響了褐煤的高效利用；如進(jìn)行造粒處理，由于褐煤強(qiáng)度低，難以造粒，需加入粘接劑，這不僅增加成本，工序也較為繁復(fù)；加上褐煤含硫較高，現(xiàn)有煤制天然氣技術(shù)無(wú)法有效降低氣體中的含硫量，這將導(dǎo)致催化制取甲烷中催化劑的失活，嚴(yán)重影響甲烷化的效率及成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種褐煤基與生物質(zhì)耦合制合成生物天然氣的裝置及方法，它不僅提質(zhì)成本低、便于造粒、工序較為簡(jiǎn)單，并大大降低了催化劑失活的風(fēng)險(xiǎn)，大幅降低制氣綜合成本，可實(shí)現(xiàn)褐煤粉的高效利用。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的褐煤基與生物質(zhì)耦合制合成生物天然氣的裝置，包括褐煤粉料倉(cāng)、秸稈粉料倉(cāng)、炭粉料倉(cāng)和氧化鈣料倉(cāng)，其特征在于：上述四個(gè)料倉(cāng)的出口均通過(guò)各自的電子皮帶稱與一匯集皮帶輸送機(jī)相連，匯集皮帶輸送機(jī)再依次與混合機(jī)、旋轉(zhuǎn)式卸料倉(cāng)、衍生燃料造粒機(jī)和氣化爐依次串聯(lián)，氣化爐的出口通過(guò)引風(fēng)機(jī)和預(yù)熱器與二次脫硫塔相連，二次脫硫塔的出口與甲烷催化反應(yīng)器相連，甲烷催化反應(yīng)器的出口與二氧化碳脫出塔相連；

作為上述裝置的進(jìn)一步改進(jìn)，一提升機(jī)通過(guò)分料螺旋輸送機(jī)與所述四個(gè)料倉(cāng)的進(jìn)口相連；可提高送料效率；

作為上述裝置的進(jìn)一步改進(jìn)，在引風(fēng)機(jī)與氣化爐的出口之間設(shè)有沉降式凈化器，在引風(fēng)機(jī)與預(yù)熱器之間還設(shè)有干式旋流凈化器；可分別脫出顆粒雜質(zhì)和脫焦脫硫，利于后續(xù)的甲烷催化反應(yīng)；

作為上述裝置的進(jìn)一步改進(jìn)，甲烷催化反應(yīng)器的出口還通過(guò)串聯(lián)的熱回收器、氨水蒸汽脫出塔與二氧化碳脫出塔相連；可有效回收熱能及脫出氣體中的酸性物質(zhì)；

作為上述裝置的進(jìn)一步改進(jìn)，混合機(jī)與旋轉(zhuǎn)式卸料倉(cāng)之間設(shè)有提升機(jī)，在旋轉(zhuǎn)式卸料倉(cāng)與衍生燃料造粒機(jī)之間設(shè)有螺旋輸送機(jī)，在衍生燃料造粒機(jī)與氣化爐的進(jìn)口之間設(shè)有依次串聯(lián)的提升機(jī)、旋轉(zhuǎn)式卸料倉(cāng)和螺旋輸送機(jī)；可實(shí)現(xiàn)送料的自動(dòng)化；

本發(fā)明使用上述裝置的褐煤基與生物質(zhì)耦合制合成生物天然氣的方法，其特征在于包括以下步驟：1）混合：將質(zhì)量百分比為55-70%的褐煤粉、15-30%的秸稈粉、10-15%的炭粉、3-5%的氧化鈣經(jīng)稱重后均勻混合；2）造粒：將混合后的物料送入旋轉(zhuǎn)式卸料倉(cāng)、經(jīng)卸料后進(jìn)入衍生燃料造粒機(jī)被擠壓、造粒，得到的顆粒狀衍生燃料其含水率低于30%；3）氣化：將顆粒狀衍生燃料送入氣化爐內(nèi)，在600℃-800℃、氧氣含量0.2-1.2當(dāng)量比的微氧條件下燃燒、氣化，得到含有部分雜質(zhì)的氣化氣；4）二次脫硫：氣化氣在引風(fēng)機(jī)的作用下被送至預(yù)熱器加熱至300-400℃，再進(jìn)入二次脫硫塔，與其內(nèi)的石灰漿接觸、脫硫；5）催化反應(yīng)：脫硫后的氣化氣進(jìn)入甲烷催化反應(yīng)器內(nèi)，300℃以上的氣化氣在催化劑的作用下，其中的一氧化碳、氫氣和部分二氧化碳反應(yīng)生成甲烷，甲烷等可燃?xì)怏w占比達(dá)96%；6）除碳：反應(yīng)后的氣體再進(jìn)入二氧化碳脫出塔內(nèi)，脫出殘余的二氧化碳后得到煤制生物天然氣；

本發(fā)明通過(guò)將一定比例的褐煤粉、秸稈粉、炭粉、氧化鈣均勻混合，進(jìn)行耦合混合造粒，不僅物料自身含水率減低，在擠壓、造粒時(shí)物料被升溫，部分水分蒸發(fā)，進(jìn)一步脫水，其含水率低于30%，其熱值可達(dá)3000-3500大卡，在造粒的同時(shí)完成脫水，工序更為簡(jiǎn)單；秸稈粉粒度為1-20毫米均可，其含有木質(zhì)素和纖維素，在造粒時(shí)被升溫、軟化，易于造粒，避免顆粒粉化，利于后續(xù)的氣化，加上炭粉含水量低于5%，添加后不僅對(duì)降低褐煤粉綜合水分有極大利益，更重要是炭粉和秸稈粉的配合對(duì)褐煤的氣化過(guò)程的脫硫起到了積極催化和吸附作用，提質(zhì)成本低；為了進(jìn)一步達(dá)到脫硫固硫作用，添加了3-5%的氧化鈣，對(duì)褐煤熱解氣化反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化硫有固化作用，可生成硫酸鈣或亞硫酸鈣，達(dá)到氣化爐內(nèi)脫硫目的，大大減少氣化氣中二氧化硫含量，為后工序甲烷化創(chuàng)造有利合成工藝條件，加上后續(xù)的二次脫硫工序，可保證催化反應(yīng)前硫含量符合要求，降低了催化劑失活的風(fēng)險(xiǎn)，提高了甲烷化的效率及降低成本，大幅降低制氣綜合成本，可實(shí)現(xiàn)褐煤粉的高效利用；除碳工序可脫出不可燃燒的殘余二氧化碳，提高煤制生物天然氣的熱值；

作為本發(fā)明褐煤基與生物質(zhì)耦合制合成生物天然氣的方法的一種優(yōu)選，在二次脫硫之前，氣化氣還通過(guò)沉降式凈化器進(jìn)行分離、降塵，脫出顆粒雜質(zhì)；再通過(guò)干式旋流凈化器，與其內(nèi)的木炭和石灰粉接觸，進(jìn)行脫焦脫硫；通過(guò)向干式旋流凈化器內(nèi)加入木炭，可吸附氣化氣中焦油，加入石灰粉，可增加一次脫硫；以上均提高氣體純凈度；

作為本發(fā)明褐煤基與生物質(zhì)耦合制合成生物天然氣的方法的一種優(yōu)選，在催化反應(yīng)與除碳工序之間，還將反應(yīng)后的氣體通入氨水蒸汽脫出塔，通過(guò)在塔內(nèi)加入氨水蒸汽脫出氣體中的酸性物質(zhì)；可防止酸性物質(zhì)腐蝕存儲(chǔ)設(shè)備，便于煤制生物天然氣的儲(chǔ)存；

綜上所述，本發(fā)明不僅提質(zhì)成本低、便于造粒、工序較為簡(jiǎn)單，并大大降低了催化劑失活的風(fēng)險(xiǎn)，大幅降低制氣綜合成本，可實(shí)現(xiàn)褐煤粉的高效利用。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明褐煤基與生物質(zhì)耦合制合成生物天然氣的裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖2為圖1中旋轉(zhuǎn)式卸料倉(cāng)的主視圖。

圖3為圖2中大齒圈與固定料斗連接處結(jié)構(gòu)圖。

圖4為圖1中衍生燃料造粒機(jī)的主視圖。

圖5為圖4的俯視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

如圖1所示，本實(shí)施例的褐煤基與生物質(zhì)耦合制合成生物天然氣的裝置，包括相連的提升機(jī)1和分料螺旋輸送機(jī)2，分料螺旋輸送機(jī)2的各出口分別與褐煤粉料倉(cāng)3、秸稈粉料倉(cāng)4、炭粉料倉(cāng)5和氧化鈣料倉(cāng)6的進(jìn)口相連，上述四個(gè)料倉(cāng)3至6的出口均通過(guò)各自的電子皮帶稱7與一匯集皮帶輸送機(jī)8相連，匯集皮帶輸送機(jī)8再依次與混合機(jī)9、旋轉(zhuǎn)式卸料倉(cāng)10、衍生燃料造粒機(jī)11和氣化爐12依次串聯(lián)，其中在混合機(jī)9與旋轉(zhuǎn)式卸料倉(cāng)10之間設(shè)有提升機(jī)13，在旋轉(zhuǎn)式卸料倉(cāng)10與衍生燃料造粒機(jī)11之間設(shè)有螺旋輸送機(jī)14，在衍生燃料造粒機(jī)11與氣化爐12的進(jìn)口之間設(shè)有依次串聯(lián)的提升機(jī)15、旋轉(zhuǎn)式卸料倉(cāng)16和螺旋輸送機(jī)17；氣化爐12的出口通過(guò)依次串聯(lián)的沉降式凈化器19、引風(fēng)機(jī)20、干式旋流凈化器21、預(yù)熱器22與二次脫硫塔18相連，干式旋流凈化器21的凈化劑進(jìn)口處設(shè)有螺旋輸送機(jī)，用于向干式旋流凈化器21內(nèi)添加木炭和石灰粉，二次脫硫塔18內(nèi)設(shè)有石灰漿；二次脫硫塔18的出口與甲烷催化反應(yīng)器23相連，甲烷催化反應(yīng)器23上設(shè)有催化劑螺旋輸送機(jī)27，甲烷催化反應(yīng)器23的出口通過(guò)串聯(lián)的熱回收器25、氨水蒸汽脫出塔26與二氧化碳脫出塔24相連；

其中旋轉(zhuǎn)式卸料倉(cāng)10，如圖2和圖3所示，包括由上向下依次相連的固定料倉(cāng)31、支架32和固定料斗33，在固定料倉(cāng)31與固定料斗33之間設(shè)有中空的旋轉(zhuǎn)布料倉(cāng)34，旋轉(zhuǎn)布料倉(cāng)34的上部套裝在固定料倉(cāng)31的下部外，旋轉(zhuǎn)布料倉(cāng)34的下部置于固定料斗33內(nèi)，在旋轉(zhuǎn)布料倉(cāng)34外側(cè)焊接固聯(lián)有大齒圈35，一電機(jī)37的輸出軸上聯(lián)有與大齒圈35嚙合的小齒輪36，電機(jī)37固定連接在支架32上；在大齒圈35的下端面設(shè)有環(huán)槽38，固定料斗33的上端面位于此環(huán)槽內(nèi)，在環(huán)槽38端面和固定料斗33的上端面均設(shè)有相對(duì)應(yīng)的滾動(dòng)槽，數(shù)個(gè)滾珠39置于相對(duì)應(yīng)的滾動(dòng)槽中，在固定料斗33內(nèi)的底部中心設(shè)有分料錐40，在固定料斗33底部與分料錐40偏心的設(shè)有出料口41，在旋轉(zhuǎn)布料倉(cāng)34內(nèi)壁上設(shè)置有數(shù)塊刮料板42；使用時(shí)，物料進(jìn)入固定料倉(cāng)31、啟動(dòng)電機(jī)37，通過(guò)小齒輪36、大齒圈35帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)布料倉(cāng)34轉(zhuǎn)動(dòng)，分料錐40將物料推向外側(cè)，分料錐40與固定料斗33之間形成出料通道，刮料板42推動(dòng)物料經(jīng)過(guò)出料口41時(shí)將其排出；使用時(shí)，物料進(jìn)入固定料倉(cāng)31、啟動(dòng)電機(jī)37，通過(guò)小齒輪36、大齒圈35帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)布料倉(cāng)34轉(zhuǎn)動(dòng)，分料錐40將物料推向外側(cè)，分料錐40與固定料斗33之間形成出料通道，刮料板42推動(dòng)物料經(jīng)過(guò)出料口41時(shí)將其排出；該裝置通過(guò)采用旋轉(zhuǎn)布料倉(cāng)34，能夠使輕質(zhì)的秸稈粉、炭粉、石灰粉順利下料，不會(huì)出現(xiàn)堵塞，同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)均勻下料的效果，保證造粒的連續(xù)性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間的正常工作；

衍生燃料造粒機(jī)11，如圖4和圖5所示，包括機(jī)座51、外殼52、頂蓋53、通過(guò)軸承61設(shè)于外殼52內(nèi)的主軸54、電機(jī)55、聯(lián)于電機(jī)55輸出軸上小錐齒輪56、聯(lián)于主軸54上的大錐齒輪57，大錐齒輪57與小錐齒輪56相嚙合，頂蓋53上設(shè)有進(jìn)料口58，在主軸54外設(shè)有與外殼52相連的支撐板59，一環(huán)形篩筒60設(shè)于支撐板59上，環(huán)形篩筒60外側(cè)的支撐板59上設(shè)有數(shù)個(gè)落料孔62，在支撐板59下方設(shè)有排料口63和接料板64，在支撐板59與接料板64之間的主軸54上緊定螺釘通過(guò)聯(lián)有排料葉片65；在環(huán)形篩筒60內(nèi)的主軸54上通過(guò)上聯(lián)接板66及下聯(lián)接板67設(shè)有兩根壓輥68，每根壓輥68上均通過(guò)軸承設(shè)有三個(gè)縱向排列的壓輪69，在環(huán)形篩筒60內(nèi)設(shè)有數(shù)層縱向的篩孔，每層篩孔均包括數(shù)個(gè)篩孔70；在主軸54上還固聯(lián)有與三層螺旋葉片71，螺旋葉片71位于同層的各壓輪69之間；工作時(shí)，電機(jī)55通過(guò)小錐齒輪56、大錐齒輪57帶動(dòng)主軸54及壓輥68、壓輪69和螺旋葉片71旋轉(zhuǎn)，物料進(jìn)入環(huán)形篩筒60內(nèi)，受離心作用加上螺旋葉片71將物料推向環(huán)形篩筒60，壓輪69同時(shí)可做隨動(dòng)的自轉(zhuǎn)，對(duì)其與環(huán)形篩筒69之間的物料進(jìn)行正向擠壓，符合粒度要求的物料再被擠壓進(jìn)入篩孔70內(nèi)，之后被推出，物料在此過(guò)程中承受高壓、同時(shí)被自然地升溫，物料中秸稈粉的柔韌性得到提高，其內(nèi)部的結(jié)合水和焦油之類的活性有機(jī)物被擠壓出來(lái)，易于造粒，無(wú)需使用粘接劑，其堆比重和能量密度也得到提高，可提高氣化時(shí)的產(chǎn)氣率，就要較佳的造粒效果；破碎后的物料由落料孔62落入接料板64上，隨主軸54旋轉(zhuǎn)的排料葉片65將物料推經(jīng)排料口63時(shí)排出；

使用上述裝置的褐煤基與生物質(zhì)耦合制合成生物天然氣的方法，包括以下步驟：1）混合：將質(zhì)量百分比為55-70%的褐煤粉、15-30%的秸稈粉、10-15%的炭粉、3-5%的氧化鈣經(jīng)提升機(jī)1和分料螺旋輸送機(jī)2分別送入各自的料倉(cāng)，并由各自的電子皮帶稱7稱重后控制配比，在混合機(jī)9內(nèi)均勻混合；2）造粒：將混合后的物料由提升機(jī)13送入旋轉(zhuǎn)式卸料倉(cāng)10內(nèi)、經(jīng)卸料后通過(guò)螺旋輸送機(jī)14進(jìn)入衍生燃料造粒機(jī)11內(nèi)被擠壓、造粒，得到的顆粒狀衍生燃料，此時(shí)其含水率低于30%；3）氣化：將顆粒狀衍生燃料經(jīng)提升機(jī)15、旋轉(zhuǎn)式卸料倉(cāng)16和螺旋輸送機(jī)17送入氣化爐12內(nèi)，在600℃-800℃、氧氣含量0.2-1.2當(dāng)量比的微氧條件下燃燒、氣化，得到含有部分雜質(zhì)的氣化氣；4）二次脫硫：氣化氣在引風(fēng)機(jī)20的作用下先被送至沉降式凈化器19，進(jìn)行降塵、分離，脫出顆粒雜質(zhì)，再進(jìn)入干式旋流凈化器21，與其內(nèi)的木炭和石灰粉接觸，進(jìn)行脫焦脫硫；氣化氣經(jīng)預(yù)熱器22加熱至300-400℃，再進(jìn)入二次脫硫塔18，與其內(nèi)的石灰漿接觸、脫硫；5）催化反應(yīng)：脫硫后的氣化氣進(jìn)入甲烷催化反應(yīng)器23內(nèi)，通過(guò)催化劑螺旋輸送機(jī)27加入催化劑，300℃以上的氣化氣在催化劑的作用下，其中的一氧化碳、氫氣和部分二氧化碳反應(yīng)生成甲烷，甲烷等可燃?xì)怏w占比達(dá)96%；6）除碳：反應(yīng)后的氣體經(jīng)過(guò)熱回收器25、氨水蒸汽脫出塔26后再進(jìn)入二氧化碳脫出塔24內(nèi)，脫出殘余的二氧化碳后得到煤制生物天然氣；

本發(fā)明通過(guò)將一定比例的褐煤粉、秸稈粉、炭粉、氧化鈣均勻混合，進(jìn)行耦合混合造粒，不僅物料自身含水率減低，在擠壓、造粒時(shí)物料被升溫，部分水分蒸發(fā)，進(jìn)一步脫水，其含水率低于30%，其熱值可達(dá)3000-3500大卡，在造粒的同時(shí)完成脫水，工序更為簡(jiǎn)單；秸稈粉粒度為1-20毫米均可，其含有木質(zhì)素和纖維素，在造粒時(shí)被升溫、軟化，易于造粒，避免顆粒粉化，利于后續(xù)的氣化，加上炭粉含水量低于5%，添加后不僅對(duì)降低褐煤粉綜合水分有極大利益，更重要是炭粉和秸稈粉的配合對(duì)褐煤的氣化過(guò)程的脫硫起到了積極催化和吸附作用，提質(zhì)成本低；為了進(jìn)一步達(dá)到脫硫固硫作用，添加了3-5%的氧化鈣，對(duì)褐煤熱解氣化反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化硫有固化作用，可生成硫酸鈣或亞硫酸鈣，達(dá)到氣化爐內(nèi)脫硫目的，大大減少氣化氣中二氧化硫含量，比原褐煤減少45-55%，為后工序甲烷化創(chuàng)造有利合成工藝條件，加上后續(xù)的二次脫硫工序，可保證催化反應(yīng)前硫含量符合要求，降低了催化劑失活的風(fēng)險(xiǎn)，提高了甲烷化的效率及降低成本，大幅降低制氣綜合成本，可實(shí)現(xiàn)褐煤粉的高效利用；氣化氣主要包含一氧化碳、氫氣、二氧化碳、二氧化硫、硫化氫及少量的甲烷、乙炔和惰性氣體，二氧化硫和硫化氫可通過(guò)與石灰粉、石灰漿的多次反應(yīng)及木炭的吸附，去除率達(dá)95%以上；除碳工序可脫出不可燃燒的殘余二氧化碳，提高煤制生物天然氣的熱值；通過(guò)向干式旋流凈化器21內(nèi)加入木炭，可吸附氣化氣中焦油，加入石灰粉，可增加一次脫硫，以上均提高氣體純凈度；通過(guò)在氨水蒸汽脫出塔26內(nèi)加入氨水蒸汽脫出氣體中的酸性物質(zhì)，可防止酸性物質(zhì)腐蝕存儲(chǔ)設(shè)備，便于煤制生物天然氣的儲(chǔ)存。