CN104789265A - 炭及碳化合物直接气化方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及炭气化技术领域，公开了炭及碳化合物直接气化方法，将炭及碳化合物置于密闭腔体的前段，与水或氢气混合后，加热至800℃以上，腔体内形成高温高压,炭及碳化合物热裂解为各种单元素原子或小分子,与水热裂解的氢原子和氧原子或氢气热裂解为氢原子,它们重新组合为低分子(或称小分子)为主的高热值气体(以甲烷,一氧化碳为主)；于腔体后段布置回收室，用于收集所述高热值气体和一些固体。整个气化过程在密闭的腔体内进行，最后由与前端相通的回收室回收，完全杜绝空气污染；在此过程中，直接利用炭及碳化合物与水或氢气热裂解为单元素原子或小分子过程与原子重组过程的能量释放与吸收,达到能耗最小，经济效益较佳，并且工艺简约，在实际生产中，可以完全在密闭式的生产线中实现流水线生产。

Description

炭及碳化合物直接气化方法及其装置

技术领域

本发明涉及炭气化的技术领域，尤其涉及炭及碳化合物直接气化方法及其装置。

背景技术

我国属于富煤炭、贫油少气的能源格局，炭及碳化合物在我们生活、工业以及商业等中占据能源供给主导地位，能源供给主要以煤炭为主。

2012年我国煤炭占能源消费总量比重约为66.5%，但煤炭是以碳元素为主的复杂有机的高分子化合物，其在直接燃烧使用中，会出现燃烧不完全、有烟以及多灰尘的现象，并且伴随着煤炭伴生物硫，主要以二氧化硫为主，造成能源浪费以及环境污染等问题，目前，中国雾霾生成的主因之一也就是这个问题。为了有效解决炭及碳化合物在使用中存在浪费以及污染等问题，目前，国内外采用煤炭制天然气（煤气化转化技术）及煤炭制油法（煤的液化技术），具体如下：

其中，煤的液化技术主要分为煤的直接液化和煤的间接液化两大类。煤的直接液化指的是煤在氢气和催化剂作用下，通过加氢裂化转变为液体燃料的过程。裂化是一种使烃类分子***为几个较小分子的反应过程。因煤的直接液化过程主要采用加氢手段，故又称煤的加氢液化法；煤的间接液化是以煤为原料，先气化制成合成气，然后，通过催化剂作用将合成气转化成烃类燃料、醇类燃料和化学品的过程。

煤气化转化技术可分为较为传统的两步法甲烷化工艺，以及将气体转换单元与甲烷化单元合并为一个部分同时进行的一步法甲烷化工艺。其中，一步法甲烷化工艺主要有催化气化工艺和加氢气化工艺。催化气化工艺是一种利用催化剂在加压流化气化炉中一步合成煤基天然气的技术；加氢化工艺是将煤粉和氢气均匀混合后加热，直接生产富氢气体。

由于现有技术中的将炭及碳化合物气化的技术（如煤气化转化技术），其工艺冗长、复杂，并且，其在转换过程中，能耗高，并伴随一些污染，经济效益不高。

发明内容

本发明的目的在于提供炭及碳化合物直接气化方法，旨在解决现有技术中的炭及碳化合物气化技术存在工艺冗长、复杂生产、能耗高、水耗高、有污染以及经济效益不高的问题。

本发明是这样实现的，炭及碳化合物直接气化方法，提供一密闭的腔体，将炭及碳化合物置于所述腔体的前段，与水或氢气混合后，加热至800℃以上，腔体内形成高温高压,以使炭及碳化合物与水或氢气热裂解为单元素原子或小分子,重新组合为低分子为主的高热值气体,如甲烷,一氧化碳等；

于所述腔体后段布置回收室，用于收集所述高热值气体及固体。

根据上述的炭及碳化合物直接气化方法，本发明还提供了炭及碳化合物直接气化装置，包括流通管，所述流通管内具有密闭的腔体；所述流通管的前端连接有将炭及碳化合物送至腔体内的送料结构，其后端连接有用于收集气体及固体的回收室；所述流通管包括温度加热至800℃以上,形成高温高压以使炭及碳化合物与水或氢气热裂解为单元素原子或小分子的加热段及使所述成分重新组合为低分子为主的高热值气体，所述预加热段高温加热段沿所述流通管前端至后端的方向依序布置，所述加热段中设有用于往所述流通管内注入水或氢气的注入口。

与现有技术相比，本发明提供的炭及碳化合物直接气化方法中，其整个过程都在密闭的腔体内进行，并且最后由与前端连通的回收室回收，其不需要向外排放，完全杜绝空气污染；在气化过中，直接利用炭及碳化合物与水或氢气热裂解和原子重组释放能量,吸收能量，能量互补,使其能耗较低，经济效益较佳，并且工艺简约，在实际生产中，可以完全在密闭式的生产线中实现流水线生产。

附图说明

图1是本发明实施例提供的炭及碳化合物直接气化装置的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

如图1所示，为本发明提供的一较佳实施例。

本实施例提供的炭及碳化合物直接气化方法，其可用于对炭，以及任何碳化合物进行直接气化，如煤则属于碳化合物中的一种。

上述的炭及碳化合物直接气化方法如下：

提供一密闭且无空气流通的腔体，将炭及碳化合物置于腔体的前段，与水或氢气混合后进行加热至至少800℃以上，形成高温高压以使炭及碳化合物与水或氢气热裂解为单元素原子或小分子等；

上述的单元素原子或小分子重新组合为低分子(或称小分子)为主的高热值气体，如甲烷及一氧化碳等；

在腔体的后端布置回收室14，用于回收上述的高热值气体以及固体。

在上述的炭及碳化合物直接气化方法中，其采用在密闭且无空气流通的腔体内进行，这样，不需要设置烟囱出口，完全杜绝空气污染；且在腔体的高温段进行加热的过程中，瞬间将温度加热至800℃以上，内压达到10kg/cm²以上，腔体内形成高温高压，腔体内的物质分别依序经过初始热裂解、持续热裂解以及原子重组，腔体内温度与气压可持续升高，使得炭及碳化合物与水或氢气充分并且容易热裂解为单元素原子或小分子等，能耗较低，可以实现较高的经济效益；该方法的工艺简约，效果较高，可以采用密闭式腔体实现流水线生产。

根据上述的方法，本实施例提供了炭及碳化合物直接气化装置1，其包括流通管12，该流通管12内具有密闭且无空气流通的腔体，当然，此处的“密闭”并非指整个流通管12处于完全密封的状态，其上还是可以与外部的设备流通，这样，保证外部设备可以流通管12的腔体内注入需要的物质，其指的是流通管12上不会与外部空气连通，从而避免其内出现空气流通的现象。

在流通管12的前端，连接有送料结构11，其用于向流通管12的腔体内输送炭及碳化合物；在流通管12的末端，其连接有回收室14，其用于回收从流通管12内输出的气体及固体等，该回收室14上端设置有气体收集口144。

上述的流通管12包括加热段，该加热段沿流通管12前端至后端的方向延伸布置，外设置有加热结构，采用高频感应加热或超高频感应加热，且其上设置有注入口，该注入口用于往加热段内注入水或氢气，这样，利用加热结构，可以将加热段内的温度加热至800℃以上，这样，当炭及碳化合物流至该加热段时，其与水或氢气混合，在加热结构的作用下，腔体内行成高温高压,炭及碳化合物与水或氢气则会发生热裂解，其分解为单元素原子或小分子等.

当热裂解后形成的单元素原子或小分子,可以重新组合为低分子为主的高热值气体，如甲烷,一氧化碳等.

从流通管12后段进入回收室14中的气体则会通过气体收集口144被回收，也就是一氧化碳及甲烷等气体则可以被收集利用。

上述的炭及碳化合物直接气化装置1，其整体的工艺简约，整个气化过程可以生产线布置，实现生产线生产，并且，整个装置最后只设置了气体收集口144，用于回收高热值气体，不需要向外排放任何气体，避免污染环境，且利用热裂解与氧化的吸收能量和释放能量的效应，大大降低直接气化过程的能耗。

本实施例中，送料结构11包括储料箱111，该储料箱111通过送料螺杆114与流通管12的前端连接，当然，该送料螺杆114分别连通储料箱111及流通管12的腔体，且送料螺杆114连接有马达112，这样，在马达112的作用下，送料螺杆114可以将储料箱111中的炭及碳化合物送入流通管12的前段中，.此送料方式，可以使得腔体与外界空气隔绝，形成密闭腔体。

当然，在储料箱111的上端设置有入料斗113，通过该入料斗113，可以将外部的炭及碳化合物直接置于储料箱111中。上述采用送料螺杆114，主要为了保证流通管12的密闭性，当然，根据实际需要，其也可以通过其它结构来进行送料，具体可视实际情况而定。

流通管12的加热段包括预加热段121及高温段122，沿流通管12前端至后端的方向，预加热管15及高温段122依序布置，上述的加热结构设置在该预加热段121及高温段122外，注入口设置在高温段122上，这样，炭及碳化合物进入流通管12后，经由预加热段121进行预加热，并进入高温段122中，与水或氢气混合，并被加热至800℃以上，腔体内形成高温高压,发生热裂解.

本实施例中，预加热段121与高温段122的连接处形成倾斜状的过渡台，上述的注入口则设置在过渡台中，这样，可以保证水或氢气等及时与进入高温段122内的炭及碳化合物进行混合。

为了便于水或氢气的注入，该注入口连接有注入管125，该注入管125直接与外部的注入设备连接，且沿流通管12前端至后端的方向，注入管125朝前倾斜布置。

当然，注入管125的布置方式还可以其它多种方式，其可以根据外部的注入设备的不同而作不同布置，不仅限制于本实施例。

本实施例中，加热结构采用高频感应加热或超高频感应加热，使得加热段内的温度升高，节约空间，且提高加热效率。

为了便于对流通管12加热段的温度控制，本实施例中，加热段外设置有外箱体123，该外箱体123上设置有第一显示屏124，其通过控制元件电器连接加热管15，这样，即便于对加热管15的温度进行控制，且便于用户通过第一显示屏124查看加热温度。

当然，为了进一步精化温度控制，分别在外箱体123上分别设置有两个第一显示屏124，分别用于显示预加热段121及高温段122的温度。

本实施例中，流通管12的后端置于回收室14内，其上侧朝下倾斜，下侧呈水平状，这样，流通管12内呈高温高压状，且后端呈缩口状，可以使得气体以及固体更好进入回收室14内；并且，其下侧呈水平状，可以便于固体从该流通管12内落入回收室14中。

本实施例中，回收室14呈塔状布置，其内设有固体回收腔142以及气体回收腔141，并且，气体回收腔141位于固体回收腔142的上方，气体收集口144设置在气体回收腔141的上端，流通管12的末端连通气体回收腔141，这样，由流通管12末端流出的气体以及固体直接进入回收室14中，并且，低分子的高热值气体可以经由气体收集口144排出，并被收集；固体（未被重组完的碳黑以及固体矿物质）则进入固体回收腔142中，被收集起来。

上述的回收室14外设置有压力表143，用于监测气体回收腔141内的压力，避免发生压力过大，导致回收室14损坏的现象。

在上述的气体回收腔141与固体回收腔142之间还设置有两隔离阀门146，其可以将气体回收腔141与固体回收腔142之间隔离，当然，当固体需要落入固体回收腔142中时，隔离阀门146则被打开。

本实施例中，回收室14上还连接有抽气管145，该抽气管145连通回收室14内部，并且位于两隔离阀门146之间，这样，当该装置1在排固体时，直接利用抽真空机，可以将回收室14内的空气抽至外部；并且，在抽取空气时，由于由隔离阀门146的隔离作用，则不会将气体回收腔141中的气体抽出。

当低分子的高热值气体及固体进入回收室14内后，为了对其进行进一步的降温冷却，本实施例中，气体回收室14内设有冷却结构，这样，该冷却结构可以将低分子的高热值气体及固体冷却，冷却后的高热值气体通由气体收集口144出去，固体则落入固体回收腔142中。

具体地，上述的冷却结构包括设置在气体回收室14内的冷却管147，该冷却管147在气体回收室14内呈迂回状布置，且具有进口及出口，该进口及出口延伸至回收室14外，这样，当需要进行冷却时，可以往冷却管147内注入循环流动的水或油等，这样，使得气体回收室14的温度降低，进而降低分子的高热值气体及固体的温度。

由于冷却管147呈迂回状，这样，更加有效的增加其在气体回收室14内的路径，更加有利于降温效果。

本实施例中，固体回收室14的侧壁呈外凸状，这样，使得整个回收室14呈上小下大的形状，即便于其安置，也便于收集固体，以及将高热值气体排出。

为了使得上述炭及碳化合物直接气化装置1的自动化控制，以及达到较佳的精度控制，上述整个炭及碳化合物的运作都在控制元件的控制下进行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.炭及碳化合物直接气化方法，其特征在于，提供一密闭的腔体，将炭及碳化合物置于所述腔体的前段，与水或氢气混合后，加热至800℃以上，腔体内形成高温高压，以使炭及碳化合物与水或氢气热裂解为单元素原子或小分子,并重新组合为小分子为主的高热值气体；

于所述腔体后段布置回收室，用于收集所述高热值气体及固体。

2.炭及碳化合物直接气化装置，其特征在于，包括流通管，所述流通管内具有密闭的腔体；所述流通管的前端连接有将炭及碳化合物送至腔体内的送料结构，其后端连接有用于收集气体及固体的回收室；所述流通管包括温度加热至800℃以上以使炭及碳化合物与水或氢气热裂解为单元素原子或小分子的加热段，所述加热段沿所述流通管前端至后端的方向延伸布置，所述加热段中设有用于往所述流通管内注入水或氢气的注入口。

3.如权利要求2所述的炭及碳化合物直接气化装置，其特征在于，所述送料结构包括用于放置炭及碳化合物的储料箱，所述储料箱与所述腔体的前端之间连接有将炭及碳化合物送至腔体前段内的送料螺杆。

4.如权利要求2所述的炭及碳化合物直接气化装置，其特征在于，所述加热段包括预加热段以及温度加热至800℃以上的高温段，所述预加热段及高温段沿所述流通管前端至后端的方向依序布置，所述注入口设于所述高温段上。

5.如权利要求4所述的炭及碳化合物直接气化装置，其特征在于，所述预加热段与高温段之间的过渡处呈扩口状，形成倾斜状的过渡台。

6.如权利要求5所述的炭及碳化合物直接气化装置，其特征在于，所述注入口设于所述过渡台上。

7.如权利要求6所述的炭及碳化合物直接气化装置，其特征在于，所述注入口上连接有朝前倾斜布置的注入管。

8.如权利要求2至7任一项所述的炭及碳化合物直接气化装置，其特征在于，所述回收室包括固体回收腔及置于所述固体回收腔上方的气体回收腔，所述气体收集口设于所述气体回收腔上。

9.如权利要求8所述的炭及碳化合物直接气化装置，其特征在于，所述气体回收腔与固体回收腔之间设有两隔离阀门，两所述隔离阀门之间设有用于将固体回收腔内气体抽出的抽气管。

10.如权利要求8所述的炭及碳化合物直接气化装置，其特征在于，所述气体回收腔中设有冷却管，所述冷却管呈迂回状布置，且所述冷气管具有延伸至所述气体回收腔外的进口及出口。