CN104212469A - 一种热解、除尘、催化调质一体化反应装置 - Google Patents

Abstract

一种热解、除尘、催化调质一体化反应装置，属于固体能源化工处理技术领域。其包括热解反应器和催化反应床，催化反应床位于热解反应器顶部。热解反应器为双层结构，其分别包括输煤管和热解管，热解管的顶部设置有用于控制煤气流向的帽型分布板。催化反应床内放置有颗粒催化剂或石英砂，催化反应床的底端斜向设置有出口。本发明在热解管顶部设有帽型分布板，当热解产生的高温煤气向上逸出流经帽型分布板时，煤气气流受阻，将夹带的灰尘限制在热解管内，随半焦排出；通过帽型分布板后，高温煤气气流的流向改变，进入高温催化剂床层的底部，经过颗粒床过滤催化后从床层上部流出，可在催化调质的同时，完成对高温热解气夹带灰尘的脱除。

Description

一种热解、除尘、催化调质一体化反应装置

技术领域

本发明属于固体能源化工处理技术领域，具体涉及一种热解、除尘、催化调质一体化反应装置。

背景技术

煤的热解是将褐煤和高挥发分烟煤在惰性气氛下进行加热，制取半焦、煤气、焦油等产品。目前煤的热解工艺按加热方式可分为外热式和内热式两类，外热式热解工艺的热源是由热解炉外提供，代表性的工艺有冶金焦炉、伍德(W-D)炭化炉和考伯斯炭化炉；内热式热解的热源是借助高温热载体的热量直接传递给煤粉，使含碳物质发生热解反应。内热式热解工艺根据热载体的不同，分为气体热载体热解工艺和固体热载体热解工艺。气体热载体热解工艺通常是将燃料燃烧后获得的高温烟气直接引入热解器内，与含碳物质混合，实现对原料的加热，代表性的工艺有美国的COED技术和ENCOAL技术；固体热载体热解工艺则利用高温固体颗粒(比如半焦、陶瓷球、石英砂等)与煤在热解室内混合实现煤的热解，代表性的工艺有美国Garrett技术、德国鲁奇-鲁尔(L-R)技术、中国科学院过程工程研究所的煤拔头技术、大连理工大学的DG技术等。由于热解反应，涉及到复杂的气、液、固三相反应，高温热解气溢出至炉外时，会夹带有粉尘。特别是内热式热解工艺中，气相与固相扰动剧烈，热解气中夹带的粉尘含量会更高，因此无论何种热解工艺，其产生的高温热解气均需在高温阶段进行气-固分离，以实现高温热解气的除尘和净化。

目前煤热解反应装置中通常包括热解反应器和分离器，分离器位于热解反应器的尾部，其工艺路线是将烟煤等通入热解反应器中，在热解反应器中热解后再进入分离器中进行分离，而热解气进入分离器中不可避免的会发生降温，导致热解油从高温热解气中析出，并与灰尘粘结在一起，造成分离设备部件的粘连或堵塞，清除起来极不方便；而且更重要的是，因为夹带的灰尘不能在分离器中得到有效的去除，所以获得的焦油尘含率高，处理成本增大，利用价值低；特别是，一些内热式的热解工艺，固体颗粒在热解器中扰动剧烈，高温热解气中的尘含量更大，管道堵塞的问题更严重。

另外，为了实现对热解油气产物的催化调质，需对热解产生的高温煤气在催化反应器中进行催化调质，使热解器内产生的高温热解气在溢出热解器之后，直接进入催化反应器，完成对高温热解油气的品质调控和结构重整，以改善热解油气品的质量。但是由于热解器与催化反应器相互独立，高温热解气夹带的灰尘未得到脱除，易导致催化剂的失活，还有一些冷凝的重质焦油，也会使催化剂失活，引起催化反应器的堵塞；如果将催化反应器放置于气-固分离装置之后，使灰尘预先得到脱除，则又需要保温以及加热设备，存在能耗高的缺点。

为此，CN 203513564 U公开了一种含碳物质的热解反应器，其包括内外双层结构，内层组成热解腔，且内层壁设有滤孔，内外层之间为集气腔，入料口与热解腔相连，集气腔的顶部设有溢出口，其将热解反应器设置为内外双层结构，并将气固分离单元及催化装置集成于热解炉内，使得分离体系一直维持在高温阶段运行，避免了液相的析出，提高了分离效率。但是，催化剂失活后需要停产对催化剂进行更换。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明提出了一种热解、除尘、催化调质一体化反应装置，该装置解决了由于热解器与气-固分离器、催化反应器各自独立，高温条件下，除尘效率低导致管道堵塞、催化剂失活后更换不方便、焦油尘含量高以及稳定运行困难等问题。

本发明技术方案包括：

一种热解、除尘、催化调质一体化反应装置，包括热解反应器和催化反应床，催化反应床内置颗粒催化剂，同时具备隔灰性能。所述热解反应器为双层结构，其分别包括输煤管和热解管，输煤管经过催化反应床，与热解管相连接，所述热解管的顶部设置有用于控制煤气流向的帽型分布板；所述催化反应床的底端斜向设置有出口。

作为本发明的一个优选方案，上述输煤管与加料机连接，通过上述加料机向输煤管内输送原料。

作为本发明的另一个优选方案，上述催化反应床的顶部左右两侧分别设置有一个催化剂进料口，一个排气口，上述排气口处连接有管道，煤气经过上述管道依次流经一级冷凝罐、二级冷凝罐后，最后流至气液分离罐。

上述热解管的底部连接有接料罐或排焦装置。

上述热解管的顶部设置有调节煤气流向的帽型分布板，帽型分布板为筒形帽型分布板、伞形帽型分布板或锥形帽型分布板。

本发明提出了一种热解、除尘、催化调质一体化反应装置，热解反应器包括输煤管和热解管，包括下行热解反应器和催化反应床，热解反应器为双层结构，其分别包括输煤管和热解管，输煤管经过催化反应床，与热解管相连接。

本发明在热解管顶部设置有帽型分布板，当高温煤气向上逸出流经帽型分布板时，煤气气流受阻，夹带的灰尘被限制在热解管内，随半焦排出，由于有帽型分布板的存在，煤气流向改变，从高温催化反应床层下面进入颗粒催化床，经颗粒床催化层过滤、调质后从顶部逸出，增大煤气与催化剂以及滤料的接触面积，且不会造成煤气温度的降低，抑制了重质焦油的冷凝，更好的达到了除尘、改质、催化效果。

热解管与输煤管中的一部分在催化反应床内，可以通过外加热的方式控制催化剂床层的温度。与之前独立的催化装置相比，本发明将除尘、改质集为一体，可使煤气在高温条件下实现除尘的同时，使部分重质焦油裂解，得到理想产物轻质焦油。

在催化反应床的底端斜向设置有出口，催化反应床内失活的催化剂可以从出口排出，然后从催化反应床的顶部左侧的进料口放入催化剂，既方便了催化剂的更换，又可以在反应中及时补给、更换催化剂，不需要反应停止再进行更换，提高效率。

本发明装置可以起到热解、除尘、催化调质于一体的作用。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步清楚、完整的说明：

图1为本发明催化热解反应装置的结构示意图；

图中，1、氮气，2、过滤器，3、球阀，4、流量控制器，5、单向阀，6、加料机，7、一级冷凝罐，8、二级冷凝罐，9、气液分离罐，10、接料罐，11、催化反应床，12、帽型分布板，13、输煤管，14、热解管，15、出口，16、催化剂(或/和石英砂)。

具体实施方式

本发明提出了一种热解、除尘、催化调质一体化反应装置，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做进一步清楚、完整的说明。

如图1所示，本发明为一种热解、除尘、催化调质一体化反应装置，包括热解反应器和催化反应床11，热解反应器的部分区段为双层套管式结构，其是由输煤管13和热解管14组成的，含碳物质经螺旋加料机6进入到输煤管13内，在下行过程中发生热解反应，热解产生的高温热解气向上逸出，经过帽型分布板12，将夹带的灰尘阻挡在热解管14内，并进入催化剂床层中，实现调质处理。催化反应床11的底端斜向设置有出口15，帽型分布板12可以为筒形帽型分布板、伞形帽型分布板或锥形帽型分布板，更优选为筒形帽，可将高温煤气完全调向，使其从催化反应床11的底部进入。

当热解产生的高温气体经过帽型分布板12时，煤气气流受帽型分布板阻挡，方向改变，使煤气从催化反应床11下面进入到颗粒催化剂床层中，从顶部出来，增大煤气与催化剂以及滤料的接触面积，进一步实现除尘与催化调质。

与本发明装置配合使用的进料装置与现有技术类似，在此仅作简要介绍，结合图1，氮气1依次经过滤器2、球阀3、流量控制器4后，通过单向阀5控制形成正压，使物料进入加料机6，或在油气收集后，利用真空泵形成负压进行抽气，促进高温热解气的流动。

下面通过实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

粒径200目的煤粉，在105℃干燥后，从热解器的顶部入料口处加入到热解器的输煤管13，在外热加热模式下，使输煤管13保持在400～700℃范围内，煤粉发生热解反应，气态产物向上逸出，通过热解管14顶部设置的帽型分布板12时，高温煤气的风向改变，从催化反应床11的底部进入，依次经过石英滤料、催化剂后，从催化反应床顶部的出口排出，依次流经一级冷凝罐7、二级冷凝罐8后，进入气液分离罐9进行分离，其具体半焦油气收集方式可借鉴现有技术进行处理。

通过该种方式热解后产生的高温热解气，经过部分区段双套管内部的过滤，和帽型分布板的流向调整，高温热解气经过催化反应床层后，可使热解焦油的尘含率控制在0.1％以下。

实施例2

粒径小于1mm的煤粉，在75℃干燥后，采用内加热热解的模式，与平均粒径为2.5mm的950℃的石英砂在热解器的顶部入料口处加入到热解器的输煤管13，以石英砂为热载体，对煤粉颗粒进行加热，通过调整煤粉与石英砂的物料配比，使输煤管温度保持在400～700℃范围内，煤粉发生热解反应，产生的高温热解气向上逸出，通过热解管14顶部设置的帽型分布板12时，高温煤气的风向改变，从催化反应床11的底部进入，经过催化剂床层中的催化剂16后，从催化反应床顶部的出口排出，依次流经一级冷凝罐7、二级冷凝罐8后，进入气液分离罐9进行分离，其具体分离方式可借鉴现有技术进行处理，经帽型分布板阻挡的一些粉尘落入热解管底部连接的半焦接料罐10内。

实施例3

105℃烘干的松木木屑、锯屑与稻壳的混合废弃生物质，经过高速粉碎机粉碎后，从热解器顶部入料口加入到热解器的输煤管13，在外加热的模式下，使热解器的输煤管温度保持在400～750℃范围内，生物质发生热解反应，热解高温气态产物向上逸出，通过热解管14顶部设置的帽型分布板12时，高温煤气的风向改变，从催化反应床11的底部进入，经过催化剂床层中的催化剂16后，从催化反应床顶部的出口排出，依次流经一级冷凝罐7、二级冷凝罐8后，进入气液分离罐9进行分离，其具体分离方式可借鉴现有技术进行处理，经帽型分布板阻挡的一些粉尘落入热解管底部连接的半焦接料罐10内。

实施例4

油页岩经过粉碎后，6mm以细的油页岩粉，从热解器顶部入料口加入到热解器的输煤管13，在外加热的模式下，使热解器的输煤管温度保持在400～750℃范围内，油页岩发生热解反应，热解高温气态产物向上逸出，通过热解管14顶部设置的帽型分布板12时，高温煤气的风向改变，从催化反应床11的底部进入，经过催化剂床层中的催化剂16后，从催化反应床顶部的出口排出，依次流经一级冷凝罐7、二级冷凝罐8后，进入气液分离罐9进行分离，其具体分离方式可借鉴现有技术进行处理，经帽型分布板阻挡的一些粉尘落入热解管底部连接的半焦接料罐10内。

实施例5

选用发明人已公布的发明专利(CN 103877980 A)中所述Al-Mg-Ni-O催化剂，将催化剂预先从催化反应床11顶部左侧的催化剂加料口加入到催化反应床11内。粒径200目的煤粉，在105℃干燥后，从热解器的顶部入料口处加入到热解器的输煤管13，在外热加热模式下，使输煤管13保持在400～700℃范围内，煤粉发生热解反应，气态产物向上逸出，通过热解管14顶部设置的帽型分布板12时，高温煤气的风向改变，从催化反应床11的底部进入，依次经过石英滤料、催化剂后，从催化反应床顶部的出口排出，依次流经一级冷凝罐7、二级冷凝罐8后，进入气液分离罐9进行分离，其具体半焦油气收集方式可借鉴现有技术进行处理。

通过该种方式热解后产生的高温热解气，经过部分区段双套管内部的过滤、帽型分布板的流向调整和催化反应床层的过滤后，热解焦油的尘含率控制在0.1％以下，并且使热解焦油中沥青的含量降低50％以上。

Claims (8)

1.一种热解、除尘、催化调质一体化反应装置，包括下行热解反应器和催化反应床11，其特征在于：所述热解反应器为双层结构，其分别包括输煤管13和热解管14，输煤管13经过催化反应床11，与热解管14相连接，所述热解管14的顶部设置有用于控制煤气流向的帽型分布板12；所述催化反应床11的底端斜向设置有出口15。

2.根据权利要求1所述的催化热解反应装置，其特征在于：所述输煤管13与加料机6连接，通过所述加料机6向输煤管13内输送原料。

3.根据权利要求1或2所述的催化热解反应装置，其特征在于：所述催化反应装置采用外加热形式，或利用高温气体热载体、高温固体热载体的内加热方式进行加热，反应床11的顶部左右两侧分别设置有一个催化剂进料口，一个排气口，所述排气口处连接有管道，煤气经过所述管道依次流经一级冷凝罐7、二级冷凝罐8后，最后流至气液分离罐9。

4.根据权利要求3所述的催化热解反应装置，其特征在于：所述热解管14的顶部设置有帽型分布板12，当热解产生的高温煤气流经帽型分布板12时，煤气气流受帽型分布板12阻挡，将夹带的灰尘限制在热解管14内，随半焦排出；通过帽型分布板12后，煤气气流方向改变，使煤气从高温催化剂床层的底部流入，经过颗粒床过滤催化后从床层上部流出，实现高温除尘和催化。

5.根据权利要求4所述的催化热解反应装置，其特征在于：所述热解管14的底部连接有接料罐或排焦装置。

6.根据权利要求5所述的催化热解反应装置，其特征在于：所述催化反应床11内放置有颗粒催化剂或石英砂。

7.根据权利要求6所述的催化热解反应装置，其特征在于：所述帽型分布板12为筒形帽型分布板、伞形帽型分布板或锥形帽型分布板。

8.根据权利要求7所述的催化热解反应装置，其特征在于：其采用外加热、内加热或内外协同加热的热解方式。