CN104194806B - 一种旋转床热解炉和热解方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种旋转床热解炉，包括炉壁、炉顶和可水平旋转的炉底，所述炉壁、炉顶和炉底围成一个炉膛，所述炉底上设置有布料板，所述布料板底部设置有气体支管，所述布料板下面设置有积渣滑板，所述炉膛的上部空间设置有辐射管加热装置。本发明提供的热解炉可加快热解速度，降低热损失，提高效率。
Description
技术领域
本发明涉及干馏技术，特别是涉及一种旋转床热解炉及热解方法。
背景技术
低温干馏技术普遍用于煤、油页岩、废旧轮胎等常规资源利用和开发过程中。目前低温干馏技术也突破了人们关于垃圾处理唯有焚烧、垃圾资源化唯有发电的固有思维模式，具有革命性意义。其最大亮点在于实现了垃圾处理不仅无废气排放、无二恶英和其它污染，还真正实现垃圾处理的资源化。低温干馏技术不仅可用于垃圾处理，也可以用于新能源，尤其是生物质能源的开发。其原理非常简单，把收集起来的各种原料(主要包括各种树枝、树叶、秸秆等)利用低温干馏垃圾处理设备生产可燃气体发电。解决了人类大量使用矿物燃料带来日益严重的环境问题。
干馏技术是指物料在隔绝空气条件下加热、分解，生成焦炭(或半焦)、焦油、溶液、干馏气等产物的过程。物料干馏主要过程如下：当物料的温度高于100℃时，物料中的水分开始蒸发；温度升高至200℃以上时，物料中结合水释放出来；温度在350℃以上时，粘结性物料开始软化，并进一步形成粘稠的胶质体(有些不发生此现象)；至400～500℃大部分干馏气和焦油析出，称一次热分解产物；在450～550℃，热分解继续进行，残留物逐渐变稠并固化形成固体产物；高于550℃，固体物继续分解,析出余下的挥发物(主要成分是氢气)，固体物失重同时进行收缩，形成裂纹；温度高于800℃,有些物料如煤干馏的半焦体积缩小变硬能形成多孔焦炭。
低温干馏的方法和类型很多，按加热方式分有外热式、内热式和内外热结合式；按物料的形态分有块物料、型物料与粉物料三种；按供热介质不同又有气体热载体和固体热载体二种。
中国专利201110200854.0公开了一种利用旋转炉热解物料的方法，将物料破碎到粒度为10～100mm；大于100mm的原料进一步破碎，小于10mm的物料压球造粒。破碎后满足要求的物料，通过布料装置布入旋转炉，在辐射管的作用下隔绝空气加热到400～700℃，热解生成固体产物和油气混合物，整个过程耗时30～120分钟。固体产物经冷却，送入成品料场。油气混合物经油气分离后得到产品焦油和干馏气。
旋转炉加热干馏热解方法中的旋转炉采用辐射加热方式，传热效果差，中下层物料难热解，布料厚度受到限制，从而降低单台炉的处理能力。由于现有技术的上述种种缺点，发明一种总投资成本和运行成本低、热解效果好、热解速率快、产品品质好、处理能力高，物料适应范围广并能降低成本的热解物料的方法是十分必要的。
发明内容
本发明的目的是针对如何降低现有热解炉投资成本和运行成本，提高单台设备的物料处理能力，缩短热解时间，提高热解过程中热解油气品质。现提供一种适用物料范围广、粒径要求低、热解油气产物品质好、操作安全可控的热解炉和热解方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种旋转床热解炉，包括炉壁、炉顶和水平旋转的炉底，所述炉壁、炉顶和炉底围成一个炉膛，所述炉底上设置有布料板，所述布料板采用多孔结构，所述布料板底部设置有气体支管，所述布料板下面设置有积渣滑板，所述炉膛的上部空间设置有辐射管加热装置。
优选地，所述布料板为具有多个圆孔结构的圆环形不锈钢板，通过多个中心轴与炉底连接。
优选地，所述积渣滑板固定在多个中心轴和炉底的内侧和外侧上，中心轴将积渣滑板分为内环和外环，在布料板径向上所述积渣滑板呈双斜面状结构，积渣滑板在中心轴处高于内环和外环。
优选地，所述积渣滑板内外环上均设置有刮渣槽和刮渣板。
优选地，还包括出料螺旋，所述出料螺旋的下方设置有振动粒度分布器。
一种采用上述旋转床热解炉的热解方法，步骤如下：
步骤1、将准备好的物料均匀布料在布料板上，升温加热，热解炉内的温度为500-750℃，表压为0-10kpa，时间少于2h；
步骤2、当中下层物料达到预定温度后，通过气体支管向布料板底部通入气体，气体穿过布料板上的孔，使得布料板上的底层物料燃烧以释放热量，热量向中上层物料传导，确保上下层物料充分热解，燃烧后的残渣落到积渣滑板上；
步骤3、固体干馏产物沿圆环形布料板径向向外侧出料。
优选地，所述步骤2中所述中下层物料为离布料板40-60mm的物料，所述预定温度为150-300℃，能够控制向所述一个或者多个气体支管通入气体，所述气体为氧气或者空气。
优选地，所述步骤2中燃烧后的残渣在重力和出料螺旋的挤压下通过布料板的孔落到积渣滑板上。
优选地，所述步骤2中对干馏炉内热解气中氧含量在线实时监测，控制其氧含量不得超过1.5vol％；当氧含量超过1.5vol％时，降低或切断氧气入口阀；一旦氧含量超过2.5vol％，紧急停车。
优选地，固体干馏产物在出料螺旋的作用下出料至振动粒度分布器，振动粒度分布器的孔径小于10mm，将振动粒度分布器筛上的固体产物作为产品回收，将振动粒度分布器筛下的产物返回热解炉进料仓，作为返混料的固体热载体与原料混合。
本发明带来的有益效果：
(1)热解炉实现商业化运营，必须降低投资和生产成本，本发明可以取消高温循环风机，降低投资成本和风机运行成本；
(2)本发明通过采用燃烧底层物料，获得固体产物作为热载体，加快热解速度，降低热损失，并且固体热载体不影响固体产物品质；
(3)对于粒径小于100mm的物料均可进入该装置热解，无需将小粒径及粉状物料做压块预处理，降低投资成本，提供原料利用率；
(4)热解过程中物料相对布料板不动，上下层同时受热，物料升温快，底层物料和返混的固体产物燃烧产生的灰渣收集到集渣桶中，不影响热解固体产物品质。
附图说明
图1是热解炉剖面图；
1、炉顶 2、辐射管加热装置 3、炉壁 4、刮渣槽 5、炉底 6、布料板 7、物料 8、气体支管 9、积渣滑板 91内环 92外环 10、中心轴。
具体实施方式
为了更好地说明本发明，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
一种旋转床热解炉，包括炉壁3、炉顶1和水平旋转的炉底5，所述炉壁3、炉顶1和炉底5围成一个炉膛，所述炉底5上设置有布料板6，所述布料板6采用多孔结构，所述布料板6底部设置有气体支管8，所述炉膛的上部空间设置有辐射管加热装置。所述布料板6下面设置有积渣滑板9，所述积渣滑板固定在多个中心轴10和炉底5的内侧和外侧上，中心轴10将积渣滑板9分为内环91和外环92。所述积渣滑板9内环91和外环92上均设置有刮渣槽4和刮渣板。
实施例1：
本发明提供的一种采用上述旋转床热解炉的热解方法，其较佳的具体实施方式如图1所示，包括步骤：
(1)原料的前处理：将煤经过预处理后得到能作为热解的原料；所述的预处理包括以下一项或多项：
原料破碎：将上述原料根据热解的要求进行破碎，破碎至粒径小于100mm。
原料烘干：将已经破碎好的原料根据热解要求进行烘干，烘干温度为30℃-220℃。
(2)装入物料
将上述物料7通过热解炉上部进料口加入布料板6入口仓，在布料挡板作用下，物料7均匀布料在布料板6上，料层厚度小于400mm。整个运行过程中，炉顶1和炉壁3固定不动，物料7随布料板6在炉底5驱动轮的作用下，一起做圆周运动，物料7相对布料板6静止不动。布料板6和炉底5通过中心轴10连接。布料板6采用圆孔结构不锈钢板。
(3)置换及气密性检测
在整个系统正式投运以前，要通入一定量的氮气，将整个系统内部置换2-3次，排掉系统内空气，然后关上系统的放气阀，确保整个系统的气密性良好。在整个热解过程中，系统处于隔氧条件下进行。
(4)热解炉干馏
将备好的煤料均匀布料在布料板上，升温加热，煤料在密闭空间内被逐渐热解。热解炉的温度控制在550-700℃，压力为200-1000pa(表压)。热解原料在热解炉中的停留时间控制在2h以内。在辐射管加热装置2的加热作用下，上层物料受热升温，先达到热解温度，逐渐热解产生高温油气。同时，煤料之间通过传热和导热作用，中下层物料缓慢升温。根据煤料升温的情况，当离布料板6大约50mm处煤料温度达到180-220℃后，通过气体支管8向布料板6下底通入一定量的氧气，氧气穿过布料板上的孔。此时，返混的粉状焦炭平铺在布料板6上物料的底层，焦炭温度约为600℃，此焦炭在氧气的作用下，部分氧化燃烧，释放大量的热，热量向中上层物料传导。
可在热解炉布料板底部布置多根气体支管8，并且根据热解效果，多根气体支管可同时通氧气或空气，也可向单根管道通氧气或空气。具体操作根据离出料口1000-2000mm处焦炭的料温来实施。当此处焦炭最低温度点料温低于500℃，增加通气量或加开气体支管8；当最低温度点料温高于550℃时，降低通氧量或关闭部分通氧管道阀。通过控制通气总气量，达到控制底层煤料燃烧消耗量来满足热解需要的热量。煤料从炉顶1加入布料板6过程中，在进料管道上的振动器作用下，块状物料相互挤压和摩擦后，粉状和细块状物料大部分分布在底层，较大的块状物料堆积在布料板6上层。从布料板6底层通氧气或空气后，粉状及小块状物料更容易燃烧，所产生的热量更均匀。并且燃烧后的残渣更细，残渣在重力和出料螺旋的挤压下，大部分残渣通过布料板6的圆孔落到积渣滑板9上。从圆孔落到积渣滑板的残渣最终滑到积渣滑板最内和最外层的刮渣槽4中，采用设置在刮渣槽内的刮渣板(图上未标注)将残渣收集到集渣桶中。
(5)产物收集
固体干馏产物在出料螺旋的作用下，沿圆环形布料板6径向向外侧出料，固体物料经过振动粒度分布器，分布器的孔径控制在固体燃烧产物颗粒粒径上限，其中得到粒径大于5mm的半焦或是炭黑产物经过后段的喷雾熄焦冷却，另外粒径小于5mm的高温固体燃烧产物返回热解炉进料仓，作为返混料的固体热载体与原料混合。
所得的液体产物储存在油罐中，直接外销或可进一步深加工。所得的气体产物一部分作为热源供物料热解使用，另一部分可以外供，也可以作为化工合成用原料气。
实施例2：
如图1所示，本方法也可用生活垃圾替代实施例1中的煤作为热解原料。
在热解炉干馏生活垃圾的过程中，热解炉的温度控制在650-750℃，压力为1kpa-10kpa(表压)。热解原料在热解炉中的停留时间控制在1.5h-2h。在辐射热的作用下，上层生活垃圾受热升温，先达到热解温度，逐渐热解产生高温油气。同时，生活垃圾之间通过传热和导热作用，中下层生活垃圾缓慢升温。根据生活垃圾升温的情况，当离布料板6大约50mm处生活垃圾的温度达到200-250℃后，通过气体支管8向布料板6下底通入一定量的氧气。此时，返混的固体炭渣平铺在布料板6上物料的底层，固体炭渣温度约为650℃，此炭渣在氧气的作用下，部分氧化燃烧，释放大量的热，热量向中上层生活垃圾传导。
在热解炉布料板6底部布置多根气体支管8，并且根据热解效果，多根气体支管8可同时通氧，也可向单根管道通氧。具体操作根据离出料口1000-2000mm处生活垃圾的固体产物的料温来实施。当此处生活垃圾的固体产物最低温度点料温低于550℃，增加通氧量或加开通氧管道；当最低温度点料温高于680℃时，降低通氧量或关闭部分氧管道阀。通过控制通氧总气量，达到控制底层生活垃圾燃烧消耗量来满足热解需要的热量。
热解过程中其他实施步骤同实施例一。
实施例3
如图1所示，本方法也可用废旧轮胎替代实施例一中的煤作为热解原料。
在热解炉干馏废旧轮胎的过程中，热解炉的温度控制在550-620℃，压力为0pa-500pa(表压)。热解原料在热解炉中的停留时间控制在1.5h。在辐射热的作用下，上层废旧轮胎受热升温，先达到热解温度，逐渐热解产生高温油气。同时，废旧轮胎之间通过传热和导热作用，中下层废旧轮胎缓慢升温。根据物料升温的情况，当离布料板6大约50mm处废旧轮胎温度达到150-200℃后，通过气体支管8向布料板6下底通入一定量的氧气。此时，返混的粉状炭黑平铺在布料板6上物料的底层，固体炭黑温度约为500℃，此炭黑在氧气的作用下，部分氧化燃烧，释放大量的热，热量向中上层废旧轮胎传导。
在热解炉布料板6底部布置多根气体总管8，并且根据热解效果，多根气体支管8可同时通氧，也可向单根管道通氧。具体操作根据离出料口1000-2000mm处炭黑的料温来实施。当此处炭黑最低温度点料温低于500℃，增加通氧量或加开通氧管道；当最低温度点料温高于550℃时，降低通氧量或关闭部分氧管道阀。通过控制通氧总气量，达到控制底层废旧轮胎燃烧消耗量来满足热解需要的热量。
热解过程中其他实施步骤同实施例一。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种旋转床热解炉，包括炉壁、炉顶和水平旋转的炉底，所述炉壁、炉顶和炉底围成一个炉膛，其特征在于，所述炉底上设置有布料板，所述布料板采用多孔结构，所述布料板底部设置有气体支管，所述布料板下面设置有积渣滑板，所述炉膛的上部空间设置有辐射管加热装置。
2.根据权利要求1所述的旋转床热解炉，其特征在于，所述布料板为具有多个圆孔结构的圆环形板，通过多个中心轴与炉底连接。
3.根据权利要求2所述的旋转床热解炉，其特征在于，所述积渣滑板固定在多个中心轴和炉底的内侧和外侧上，中心轴将积渣滑板分为内环、外环和中心轴处，在布料板径向上所述积渣滑板呈双斜面状结构，积渣滑板在中心轴处高于内环和外环。
4.根据权利要求3所述的旋转床热解炉，其特征在于，所述积渣滑板内外环上均设置有刮渣槽和刮渣板。
5.根据权利要求1所述的旋转床热解炉，其特征在于，还包括出料螺旋，所述出料螺旋的下方设置有振动粒度分布器。
6.一种热解方法，所述方法利用前述权利要求1-5中任一所述的旋转床热解炉，包括如下步骤：
步骤1、将准备好的物料均匀布料在布料板上，升温加热，热解炉内的温度为500-750℃，时间少于2h；
步骤2、当中下层物料达到预定温度后，通过气体支管向布料板底部通入气体，气体穿过布料板上的孔，使得布料板上的底层物料燃烧以释放热量，热量向中上层物料传导，确保上下层物料充分热解，燃烧后的残渣落到积渣滑板上；
步骤3、固体干馏产物沿圆环形布料板径向向外侧出料。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤2中所述中下层物料为离布料板40-60mm的物料，所述预定温度为150-300℃，能够控制向所述气体支管通入气体，所述气体为氧气或者空气。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤2中燃烧后的残渣在重力和出料螺旋的挤压下通过布料板的孔落到积渣滑板上。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤2中对干馏炉炉内热解气中氧含量在线实时监测，控制其氧含量不得超过1.5vol％；当氧含量超过1.5vol％时，降低或切断氧气入口阀；一旦氧含量超过2.5vol％，紧急停车。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，固体干馏产物在出料螺旋的作用下出料至振动粒度分布器，振动粒度分布器的孔径小于10mm，将振动粒度分布器筛上的固体产物作为产品回收，将振动粒度分布器筛下的产物返回热解炉进料仓，作为返混料的固体热载体与原料混合。
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