CN105419843B - 移动床催化快速热解反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种移动床催化快速热解反应器，包括：蓄热式辐射管、布料锥和催化剂加入组件。其中，蓄热式辐射管沿热解反应器的高度方向多层布置，每层具有多根在水平方向上彼此平行的蓄热式辐射管；布料锥布置在蓄热式辐射管的上方并覆盖蓄热式辐射管的上表面的一部分；催化剂加入组件包括：催化剂储罐、催化剂泵、催化剂主管以及与催化剂主管相连通的催化剂支管，其中，催化剂泵连接至催化剂储罐和催化剂主管，催化剂支管延伸穿过反应器的侧壁伸入反应器内，催化剂支管上设置有多个催化剂喷口。该移动床催化快速热解反应器适于针对生物质及煤炭资源进行快速热解，具有大幅提高气相产率并降低液相产率的优点。

Description

移动床催化快速热解反应器

技术领域

本发明属于对传统化石燃料进行快速热解处理技术领域，具体而言，本发明涉及移动床催化快速热解反应器。

背景技术

天然气是最为清洁、热值高的传统能源，并且其运输非常方便，适合于工业化及民用。然而，我国当前富煤少气，在产业化路线中受到了非常大的限制。生物质资源和低阶性煤炭(比如褐煤、长焰煤等)的挥发分高、热值较低，并且其中含有大量的高附加值化学品，直接作为燃料使用会造成大大的浪费。因此，非常有必要先将其中的高附加值化学品取出，剩余的含碳量较高的半焦成分再进行燃烧或其它行业应用。

快速热解由于能够获得最高能量密度的液相产品，是目前最为常用的方法，所采用的装置主要有流化床、固定床反应器等。然而，此类方法获得的液相产品中化学成分异常复杂，一般有数百上千乃至上万种物质，具有粘度大、密度高的特点，难以直接作为燃料油使用。而目前对其进行加氢的路线工业上存在一些问题，尚未完成业内成熟的工艺装置。因此，副产的液相产品便制约着快速热解工艺的推广。

催化热解的提出有效解决了上述问题。首先，通过催化的方式，将其中的大分子化学品原位转化成小分子的物质，大大降低了重质焦油产率；其次，此类小分子物质可以是工业上有大量需求的呋喃类或酚类物质，能够有效缓解对石油资源的依赖，而非直接用于燃烧；再次，在热解过程中进行催化，能够有效减少大分子化合物的二次聚合反应，极大地降低了结焦可能性；最后，催化热解提高了气相产率，该气相产品有很高的热值和反应活性，可用于直接燃烧或合成LNG。

因此，现有的热解技术还有待进一步改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种移动床催化快速热解反应器，该移动床催化快速热解反应器适于针对生物质及煤炭资源进行快速热解，具有大幅提高气相产率并降低液相产率的优点。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种移动床催化快速热解反应器，根据本发明的实施例的移动床催化快速热解反应器包括：

蓄热式辐射管，所述蓄热式辐射管沿所述热解反应器的高度方向多层布置，每层具有多根在水平方向上彼此平行的蓄热式辐射管；

布料锥，所述布料锥布置在所述蓄热式辐射管的上方并覆盖所述蓄热式辐射管的上表面的一部分；

催化剂加入组件，所述催化剂加入组件包括：催化剂储罐、催化剂泵、催化剂主管以及与所述催化剂主管相连通的催化剂支管，其中，所述催化剂泵连接至所述催化剂储罐和所述催化剂主管，所述催化剂支管延伸穿过所述反应器的侧壁伸入所述反应器内，所述催化剂支管上设置有多个催化剂喷口。

由此，根据本发明实施例的移动床催化快速热解反应器采用的蓄热式辐射管，反应系统结构简单，操作方便，温度分布均匀，加热效果好，并且采取蓄热式辐射管错层排列的方式，可以有效地提高了油气的二次裂解和热解气产率，经济效益好。同时在所述蓄热式辐射管的上方具有一个布料锥，既能有效防止辐射管上方的结焦，又有利于打散物料，进而更好地促进热解效果。

另外，根据本发明上述实施例的移动床催化快速热解反应器，还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施方案中，所述催化剂支管是多个，并且沿所述催化剂主管的长度方向彼此平行布置。

在本发明的一些实施方案中，所述催化剂支管上设置有背压阀，所述背压阀布置在所述反应器的外部。

在本发明的一些实施方案中，所述催化剂支管与所述蓄热式辐射管层在所述反应器的高度方向上交替布置。由此，可以提高物料的热解效率。

在本发明的一些实施方案中，所述反应器的进料口的侧壁上具有氮气入口。由此，可以将物料打散，便于与催化剂的混合，进而提高热解效率。

在本发明的一些实施方案中，所述催化剂支管垂直于所述催化剂主管。

在本发明的一些实施方案中，所述催化剂支管延伸至所述蓄热式辐射管层的整个层宽度。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的移动床催化快速热解反应器的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种移动床催化快速热解反应器。下面参考图1详细描述本发明具体实施例的移动床催化快速热解反应器，包括：蓄热式辐射管10、布料锥20和催化剂加入组件30。

根据本发明的具体实施例，热解反应器具有位于顶部的进料口11、位于下部的油气出口12、位于侧壁的多个烟气出口13以及位于底部的排渣口14，热解反应器内自上而下形成多个热解区，进料口11的侧壁上具有氮气入口15。

根据本发明的具体实施例，热解反应器的高度为3～20m，热解反应器的宽度为2～6m。由此，可以实现对物料的完全热解。

根据本发明的具体实施例，通过控制辐射管的温度可以使热解反应器内自上而下可以形成3-4个热解区(高度视情况而定)。第一区辐射管调节温度范围为500-800℃，能够保证物料的充分热解，剩余区域辐射管调节温度范围为450-650℃，进一步加热一部分没有完全热解的物料，进而提高物料热解率。采用蓄热式辐射管不仅能提高系统的热效率，而且能够保证温度场的均匀性。辐射管定期换向的燃烧方式，使得单根辐射管的表面温差只有30℃左右，没有局部高温区。

根据本发明的具体实施例，蓄热式辐射管10沿热解反应器的高度方向多层布置，每层具有多根在水平方向上彼此平行的蓄热式辐射管10.由此将蓄热式辐射管10在热解反应器内沿高度方向间隔分布，更加有利于提高物料的停留时间，提高热解效率。

根据本发明的具体实施例，每层蓄热式辐射管包括多个平行并且均匀分布的蓄热式辐射管且每个蓄热式辐射管与相邻上下两层蓄热式辐射管中的每一个蓄热式辐射管平行并且沿热解反应器高度方向错开分布。采用上述分布方式更加有利于提高物料经螺旋进料器进入移动床催化快速热解反应器后的停留时间，进而提高油气的二次裂解，并进一步地提高热解产率。

根据本发明的具体实施例，物料可以在料斗中经螺旋进料器进入移动床催化快速热解反应器中，在移动床快速催化反应器中均匀布置了单向蓄热式辐射管，管壁温度利用燃气调节阀控制在500～700℃范围，物料在反应器中自上而下停留8到10秒，并加热到500～600℃，完成热解过程。

根据本发明的具体实施例，每相邻两个蓄热式辐射管的中心之间的水平距离为200～500mm，每相邻两个蓄热式辐射管的中心之间的垂直距离为200～700mm，蓄热式辐射管为管径200～300mm的圆形或者半圆形辐射管，多层蓄热式辐射管的层数为10～25层。需要解释的是，相邻蓄热式辐射管中心之间的水平距离可以理解为在同层上蓄热式辐射管中心之间的距离，而相邻蓄热式辐射管中心之间的垂直距离可以理解为相邻上下两层间的相邻蓄热式辐射管中心之间的距离。发明人发现该种结构布置可以使得热解反应区中温度场分布均匀，从而可以显著提高物料的热解效率，进而提高热解油的收率。

根据本发明的具体实施例，布料锥20布置在蓄热式辐射管10的上方并覆盖蓄热式辐射管10的上表面的一部分。由此既能有效防止辐射管上方的结焦，又有利于打散物料，进而更好地促进热解效果。

根据本发明的具体实施例，催化剂加入组件30包括：催化剂储罐31、催化剂泵32、催化剂主管33以及与催化剂主管33相连通的催化剂支管34，其中，催化剂泵32连接至催化剂储罐31和催化剂主管33，催化剂主管33竖直地设置在反应器的外部，催化剂支管34延伸穿过反应器的侧壁伸入反应器内，催化剂支管34上设置有多个催化剂喷口35。

根据本发明的具体实施例，催化剂支管34是多个，并且沿催化剂主管33的长度方向彼此平行布置。根据本发明的具体实施例，催化剂支管34上设置有背压阀36，且背压阀36布置在反应器的外部。

根据本发明的具体实施例，催化剂支管34垂直于催化剂主管33。

根据本发明的具体实施例，催化剂支管34延伸至蓄热式辐射管层的整个层宽度，以便于催化剂能够均匀地喷洒到整个反应器中。

根据本发明的具体实施例，催化剂支管与蓄热式辐射管层在反应器的高度方向上交替布置。由此可以进一步提高物料与催化剂的混合均匀度，进而进一步提高催化热解效果。

根据本发明的具体实施例，催化剂支管上的多个催化剂喷口35朝上。由此可以进一步提高催化剂与热解物料之间的混合程度，进而提高催化热解效率。

根据本发明的具体实施例，更进一步地，采用本发明的移动床催化快速反应器能够获得高附加值的热解油，有利于下游分离和利用。

本发明的移动床催化快速反应器通过设置布料锥，能够有效防止辐射管上方的结焦，又有利用于打散物料，更好地促进热解效果。

根据本发明的具体实施例，进料口11的侧壁上具有氮气入口15。由此通过在进料口11的侧壁上设置氮气入口15，可以通过吹入氮气打散物料，进而提高进入热解反应器内的物料的分散度，使其能够与催化剂充分接触，提高催化效果，和热解反应效率。

本发明的移动床催化快速反应器通过设置催化剂加入组件，能够将块状、粒状、粉末状和浆态状等不同类型的催化剂加入到热解反应器内，进而提高本发明的移动床催化快速反应器的使用范围。此外，当沿反应器的高度设置多个催化剂支管时，能够使物料始终与新鲜催化剂充分接触，提高热解效率。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

利用移动床催化快速热解反应器对甘蔗渣进行催化热解处理，实验结果见表1-表2。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种移动床催化快速热解反应器，其特征在于，包括：

蓄热式辐射管，所述蓄热式辐射管沿所述热解反应器的高度方向多层布置，每层具有多根在水平方向上彼此平行的蓄热式辐射管；

布料锥，所述布料锥布置在所述蓄热式辐射管的上方并覆盖所述蓄热式辐射管的上表面的一部分；

催化剂加入组件，所述催化剂加入组件包括：

催化剂储罐、催化剂泵、催化剂主管以及与所述催化剂主管相连通的催化剂支管，其中，

所述催化剂泵连接至所述催化剂储罐和所述催化剂主管，

所述催化剂主管竖直地设置在所述反应器的外部，

所述催化剂支管延伸穿过所述反应器的侧壁伸入所述反应器内，所述催化剂支管上设置有多个催化剂喷口，

所述催化剂支管是多个，并且沿所述催化剂主管的长度方向彼此平行布置，

所述催化剂支管与所述蓄热式辐射管层在所述反应器的高度方向上交替布置。

2.根据权利要求1所述的移动床催化快速热解反应器，其特征在于，所述催化剂支管上设置有背压阀，所述背压阀布置在所述反应器的外部。

3.根据权利要求1所述的移动床催化快速热解反应器，其特征在于，所述反应器的进料口的侧壁上具有氮气入口。

4.根据权利要求1所述的移动床催化快速热解反应器，其特征在于，所述催化剂支管垂直于所述催化剂主管。

5.根据权利要求1或4所述的移动床催化快速热解反应器，其特征在于，所述催化剂支管延伸至所述蓄热式辐射管层的整个层宽度。