CN101818071A - 一种煤热解反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤热解反应器，其包括热解反应器，且该热解反应器的上部设置有用于导入煤原料的原料煤管与用于导出煤热解气相产物的导出管路，该热解反应器的底部设置有用于导出半焦的排料口，该热解反应器内设置有用于导入高温颗粒介质的管路结构，该管路结构的出口延伸至该热解反应器中部或中下部。本发明提供在热解反应器中设置用于分流高温颗粒介质的管路结构，并且该管路结构延伸至热解反应器中部或中部以下，采用间接预热与直接换热相结合的方式对原料煤进行热解，提高了热能的利用率，并且热解反应器上部的煤原料起到过滤粉尘的作用，该种结构最大限度地降低了产品中携带粉尘的含量。

Description

一种煤热解反应器

技术领域

本发明涉及煤热解生产煤焦油、粗苯、煤气与半焦等产品的领域，尤其涉及一种煤热解反应器。

背景技术

利用固体热载体的显热将煤热解的工艺是一种重要的煤热转化方法，特别是在能够获得稳定固体热源的情况下，利用热载体颗粒与煤颗粒直接换热，具有传热速度快，热效率高、受热均匀等优势。

近二十年来，随着循环流化床锅炉技术的发展，利用循环流化床锅炉的高温热灰将煤热解的工艺过程受到研究者的重视，该工艺利用循环流化床锅炉的高温循环灰作为热载体将煤进行热解，析出煤气和焦油，热解半焦和循环灰返回循环流化床锅炉燃烧室继续燃烧用于发电和供热，实现热、电、油、气的联合生产。虽然该工艺具有明显的经济、技术优势，但由于作为热载体的循环流化床锅炉循环灰粒度较小，在实际生产过程中热解气将细灰从反应器带出的现象特别严重，导致焦油渣产率高，对热解焦油品质造成影响；严重时还会堵塞煤气导出系统的管路，使得系统无法正常运行。迄今为止，如何将热解煤气中携带的小粒度固体热载体(特别是粒径小于0.1mm的细灰)分离出来并未得到很好的解决，如采用旋风分离器、表面过滤器、静电除尘器等，结果表明上述方法并未从根本上解决油中带灰的问题。

申请号为200820033524.0的中国实用新型专利公开了“一种单床自热式热解气化燃烧反应器”，其采用分隔板的方式解决油中带灰的技术问题，但由于灰尘的粒径一般小于0.1mm，若分隔板的间隙太小，则煤的热解反应不充分，不能使反应顺利完成；若分隔板的间隙太大，则不能解决油中带灰的技术问题。由此可见，现有技术有待于更进一步的改进和发展。

发明内容

本发明为解决上述现有技术中的缺陷提供一种煤热解反应器，对现有技术中的热解反应器进行科学合理的改进，以提高产品的品质，降低产品中的带灰率。

为解决上述技术问题，本发明方案包括：

一种煤热解反应器，其包括热解反应器，该热解反应器的上部设置有用于导入煤原料的原料煤管与用于导出煤原料热解气相产物的导出管路，该热解反应器的底部设置有排料口，其特征在于：该热解反应器内设置有用于导入高温颗粒介质的管路结构，该管路结构的出口延伸至该热解反应器中部或中下部；煤原料由原料煤管导入热解反应器内，自上向下洒落，经管路结构预热后，在管路结构的出口与高温颗粒介质混合；位于管路结构出口上方的煤原料形成一用于过滤煤原料热解气相产物灰尘的过滤层。

所述的煤热解反应器，其中，上述管路结构设置在该热解反应器的顶部，该管路结构包括主管路，该主管路的下端设置有一级分流部，该一级分流部设置有至少两根一级管路，一级管路通过一级分流部与主管路相连通；每根一级管路的下端均设置有二级分流部，每个二级分流部设置有至少两根二级管路，二级管路通过二级分流部与相对应的一级管路相连通。

所述的煤热解反应器，其中，上述一级分流部设置有四根一级管路，一级管路通过一级分流部与主管路相连通；每根一级管路的下端均设置有二级分流部，每个二级分流部设置有四根二级管路，二级管路通过二级分流部与相对应的一级管路相连通；每个二级管路的下端均设置有三级分流部，每个三级分流部设置有四根三级管路，三级管路通过三级分流部与相对应的二级管路相连通，且每根三级管路的出口延伸至该热解反应器中部或中下部。

所述的煤热解反应器，其中，上述管路结构设置在该热解反应器的顶部，该管路结构包括主管路，该主管路下端设置有分流部，该分流部上设置有至少两根分流管，分流管通过分流部与主管路相连通，且每根分流管的出口延伸至该热解反应器中部或中下部。

所述的煤热解反应器，其中，在上述原料煤管煤管下方与管路结构出口上方之间设置有至少一层用于分散煤原料的漏板。

所述的煤热解反应器，其中，上述管路结构出口的下方与排料口上方之间设置有搅拌结构，该搅拌结构包括至少一层搅拌棒。

所述的煤热解反应器，其中，上述搅拌结构包括至少两层搅拌棒，相邻层之间搅拌棒的设置方向相互垂直。

所述的煤热解反应器，其中，利用高温固体颗粒为热载体对煤进行加热，上述排料口连通有提升管相，该提升管的另一端与管路结构相连通。

所述的煤热解反应器，其中，上述排料口连通有循环流化床锅炉，该循环流化床锅炉的分灰器与管路结构相连通。

所述的煤热解反应器，其中，上述高温颗粒介质为高温半焦或循环流化床锅炉循环灰。

本发明提供的一种煤热解反应器，在热解反应器中设置用于分流高温颗粒介质的管路结构，并且该管路结构延伸至热解反应器中部或中部以下，采用间接预热与直接换热相结合的方式对原料煤进行热解，提高了热能的利用率；在热解反应器中上部料层内均为煤颗粒，在热解反应器中下部料层内为煤颗粒与热载体颗粒的混合体系，而煤焦油、粗苯等产品中80％以上粉尘均来自循环热载体，管路结构直接将高温颗粒介质导入到热解反应器的中下部，煤原料直接从热解反应器的顶部向下洒落，管路结构出口上方的煤颗粒起到过滤粉尘的作用，该种结构最大限度地降低了产品中携带粉尘的含量，提高了产品的纯净度，当然，本发明根据煤种性质、高温颗粒介质等物质的性质可以对管路结构进行适当的调整设定。

附图说明

图1是本发明中煤热解反应器的简图；

图2是本发明中煤热解反应器的剖面结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明中各较佳实施例进行较为详尽的说明。

本发明提供了一种煤热解反应器，在热解反应器中设置接近于呈倒树状结构或其他形状的管路结构，对高温固体热载体进行分流，上述高温热载体即高温颗粒介质，也可以称为颗粒热载体，使高温颗粒介质与原料煤进行充分混合，提高煤的热解效率，并降低了产品中携带粉尘的含量。如图1所示的，煤热解反应器包括热解反应器1，该热解反应器1的上部设置有用于导入煤原料的原料煤管2与用于导出煤热解气相产物的导出管路3，该热解反应器的底部设置有用于导出半焦的排料口4，并且该热解反应器1内设置有用于导入高温颗粒介质的管路结构5，该管路结构5的出口6延伸至该热解反应器1的中部或中下部，煤原料由原料煤管2导入热解反应器1内，自上向下洒落，经管路结构5预热后，在管路结构5的出口6与高温颗粒介质混合；位于管路结构5的出口6上方的煤原料形成一用于过滤煤热解气相产物灰尘的过滤层。上面所描述的煤原料的粒径在1mm-30mm之间且其黏结指数小于40，作为热载体的高温颗粒介质温度一般在750℃之上，并且其粒径小于20mm，煤原料从热解反应器1顶部进入向下洒落，而高温热载体通过管路结构5到达热解反应器1的中部以下，煤原料通过管路结构5进行预热，并在热解反应器1的中部以下与高温热载体进行直接换热，产生煤焦油、粗苯、煤气等气态产物，这些气相产物通过导出管路3导出，并通过换热设备进行冷却处理，关于将煤焦油、粗苯、煤气等产物进行处理的工艺，现有技术已经非常成熟，在此不在赘述；在上述过程中煤焦油、粗苯、煤气等气相产物自热解反应器中部以下向上导出时，其将经过位于热解反应器中上部的煤原料形成的过滤层，过滤层将对气相产物携带的粉尘起到过滤作用，使收集到产品的带灰率在3％以下，提高了产品的品质，得到高品质的中热值煤气、半焦和低灰优质焦油等多种产品。

为了提高本发明的性能，如图2所示的，对上述的煤热解反应器进行改进，将管路结构5设置在该热解反应器1的顶部，该管路结构5包括主管路7，该主管路7的下端设置有一级分流部8，该一级分流部8设置有至少两根一级管路9，一级管路9通过一级分流部8与主管路7相连通；每根一级管路9的下端均设置有二级分流部10，每个二级分流部10设置有至少两根二级管路11，二级管路11通过二级分流部10与相对应的一级管路相连通，使上述颗粒热载体分散更加均匀，煤原料预热更加充分。当然为了更进一步提高煤热解反应器的性能，上述一级分流部8设置有四根一级管路9(当然也可以设置三根、五根或其他合适数目的一级管路)，一级管路9通过一级分流部8与主管路7相连通；每根一级管路9的下端均设置有二级分流部10，每个二级分流部10设置有四根二级管路11，二级管路11通过二级分流部10与相对应的一级管路相连通；每个二级管路11的下端均设置有三级分流部12，每个三级分流部12设置有四根三级管路13，三级管路13通过三级分流部12与相对应的二级管路相连通，且每根三级管路13的出口6延伸至该热解反应器1的中部或中下部，当然为了使上述颗粒高温热载体分散的更均匀，可以设置四级、五级或更多的分流结构，通过三级分流或者更多级的分流器在煤热解反应器的空间内形成一分散区域，使煤原料被充分打散，从而使得煤原料与各个管路充分接触，提高了80％以上的预热效率，同步提高了过滤层的过滤效率，使收集到得气相产物带灰率在3％以下。也可以将管路结构5设置在该热解反应器1的顶部，该管路结构5包括主管路7，该主管路7下端设置一个分流部，该分流部上设置有至少两根分流管，且分流管通过分流部与主管路7相连通，且每根分流管的出口延伸至该热解反应器1的中部或中下部。为了使煤原料充分散开，消除堆积角，在上述原料煤管2下方与管路结构5的出口6上方之间设置有至少一层用于分散煤原料的漏板14，漏板14也可以使用晃动的方式将煤原料充分打散；管路结构5的出口6下方与排料口4上方之间设置有搅拌结构，该搅拌结构包括两层搅拌棒15，每层搅拌结构设置有多根搅拌棒15，并且相邻层之间搅拌棒15的设置方向相互垂直，为了提高煤原料与固体热载体的混合程度，也可以设置多层搅拌结构；为了实现热解半焦的循环利用可将排料口4与提升管或循环流化床锅炉的下部连通，该提升管的另一端或循环流化床锅炉的旋风分离器与管路结构5相连通，这样热载体在提升管或循环流化床锅炉中得以再生，提高了热效率。

为了进一步阐述本发明，现以采用提升管作为热载体再生方式的煤热解过程为例进行说明，煤原料通过原料煤管煤管2进入到漏板14上，漏板14对煤原料进行充分分散落入热解反应器1中，此时，高温半焦颗粒通过主管路7依次进入一级管路9、二级管路11与三级管路13中，并最终通过出口6进入热解反应器1中，并且煤原料与上述颗粒高温热载体在热解反应器1中部以下充分混匀，煤原料充分热解，产生煤焦油、煤气与粗苯等产物，然后上述产物向上挥发并通过煤原料形成的过滤层，过滤层对挥发的产物进行过滤，气相产物通过导出管路3导出，使煤焦油、煤气与粗苯等产物的含灰率低于3％；煤原料热解后的半焦一大部分通过排料口4进入半焦储存槽中，另一小部分通过排料口4进入提升管，进入提升管的半焦通过空气提升、加热，并通过管路结构5再次进入热解反应器1中对煤原料进行加热，对高温半焦重复循环利用，节省了能耗和生产成本。

当然也可以将本发明中的煤热解反应器与循环流化床锅炉结合应用，将循环流化锅炉的分灰器与管路结构5的主管路7相连通，以循环流化锅炉的热灰作为热源，将煤热解反应器的排料口4与循环流化锅炉的燃烧室相连，将煤原料热解后得到的半焦与作为热载体的灰送入燃烧室内充分燃烧，半焦燃烧的能量用于锅炉发电、供热，燃烧后的热灰再次进入煤热解反应器的管路结构5内，为煤原料热解提供热源。通过上述简要描述可知，煤热解反应器与循环流化床锅炉形成一个循环系统，在向外界输出能源的同时能够得到高品质的煤焦油、粗苯、煤气等产品，提高了资源利用率，降低了工人操作强度。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换、简单组合等多种变形，这些均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种煤热解反应器，其包括热解反应器，该热解反应器的上部设置有用于导入煤原料的原料煤管与用于导出煤原料热解气相产物的导出管路，该热解反应器的底部设置有排料口，其特征在于：该热解反应器内设置有用于导入高温颗粒介质的管路结构，该管路结构的出口延伸至该热解反应器中部或中下部；煤原料由原料煤管导入热解反应器内，自上向下洒落，经管路结构预热后，在管路结构的出口与高温颗粒介质混合；位于管路结构出口上方的煤原料形成一用于过滤煤原料热解气相产物灰尘的过滤层。

2.根据权利要求1所述的煤热解反应器，其特征在于：上述管路结构设置在该热解反应器的顶部，该管路结构包括主管路，该主管路的下端设置有一级分流部，该一级分流部设置有至少两根一级管路，一级管路通过一级分流部与主管路相连通；每根一级管路的下端均设置有二级分流部，每个二级分流部设置有至少两根二级管路，二级管路通过二级分流部与相对应的一级管路相连通。

3.根据权利要求2所述的煤热解反应器，其特征在于：上述一级分流部设置有四根一级管路，一级管路通过一级分流部与主管路相连通；每根一级管路的下端均设置有二级分流部，每个二级分流部设置有四根二级管路，二级管路通过二级分流部与相对应的一级管路相连通；每个二级管路的下端均设置有三级分流部，每个三级分流部设置有四根三级管路，三级管路通过三级分流部与相对应的二级管路相连通，且每根三级管路的出口延伸至该热解反应器中部或中下部。

4.根据权利要求1所述的煤热解反应器，其特征在于：上述管路结构设置在该热解反应器的顶部，该管路结构包括主管路，该主管路下端设置有分流部，该分流部上设置有至少两根分流管，分流管通过分流部与主管路相连通，且每根分流管的出口延伸至该热解反应器中部或中下部。

5.根据权利要求3所述的煤热解反应器，其特征在于：在上述原料煤管下方与管路结构出口上方之间设置有至少一层用于分散煤原料的漏板。

6.根据权利要求3所述的煤热解反应器，其特征在于：上述管路结构出口的下方与排料口上方之间设置有搅拌结构，该搅拌结构包括至少一层搅拌棒。

7.根据权利要求6所述的煤热解反应器，其特征在于：上述搅拌结构包括至少两层搅拌棒，相邻层之间搅拌棒的设置方向相互垂直。

8.根据权利要求1至7任一权项所述的煤热解反应器，其特征在于：上述排料口连通有提升管，该提升管的另一端与管路结构相连通。

9.根据权利要求1至7任一权项所述的煤热解反应器，其特征在于：上述排料口连通有循环流化床锅炉，该循环流化床锅炉的分灰器与管路结构相连通。

10.根据权利要求1至7任一权项所述的煤热解反应器，其特征在于：上述高温颗粒介质为高温半焦或循环流化床锅炉循环灰。

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