CN105419844A - 下行床热解反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了下行床热解反应器，包括：蓄热式辐射管、抽气伞和布料器，其中，蓄热式辐射管布置在反应器内部，并且沿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；抽气伞布置在蓄热式辐射管的上方，并与反应器的侧壁上的油气出口相连通；布料器布置在反应器的顶部，布料器的入口与反应器的进料口相连通，并且布料器具有多个一级排料通路。采用该下行床热解反应器热解效果良好，热解油产率高，而且反应系统结构简单，有利于工业化应用。
Description
技术领域
本发明属于对化石燃料采取热解处理技术领域，具体而言，本发明涉及一种下行床热解反应器。
背景技术
当今世界油气资源逐渐减少，日益匮乏，我国尤甚，必须依靠大量的进口原油，这关系到国家能源安全问题。我国拥有非常丰富的油页岩以及煤炭资源，目前我国的热解页岩油产量居世界第一位，并且有逐年增长的趋势。煤化工是通过煤转化利用技术，经过化学加工使煤炭转换为气体、液体和固体产品，而后进一步加工成化工、能源产品的过程。当前煤化工技术主要包括煤的干馏(焦化和低温干馏)、燃烧、气化、液化和煤基化学品的合成等。低温干馏是煤在隔绝空气的条件下，加热到500～600℃时，分解生成焦油、干馏气和半焦的过程。
干馏工艺按供热方式不同可分为外热式和内热式。外热式炉子供给的热量由炉墙外部传入。这种传热方式导致炉子的热效率较低，而且炉料在加热过程中受热不均匀，会产生较严重的挥发分二次裂解。内热式炉以热载体为媒介将热量直接传给煤料，该方式热效率高，耗热量低。并且煤料炉中受热均匀，解决了炉料过热现象和干馏不完全现象。气体热载体干馏工艺是采用高温气体，如烟气供热以干馏煤料的一种工艺，如抚顺炉、三江方炉、ENCOAL工艺、COED工艺和波兰的双沸腾床工艺等。固体热载体干馏工艺是高温固体物料，如干馏之后的高温半焦供热以干馏煤料的一种工艺。采用固体热载体进行煤干馏避免了煤热解析出的挥发产物被烟气稀释，提高煤气质量的同时降低了冷凝回收系统的工作负荷，这类工艺有Carrrtt，Toscoal，LR，DG和ETCH-175等。一些干馏炉型只能用来热解块状页岩和煤，造成小颗粒物料无法充分利用，资源利用率不高的问题；一些炉型的油收率较低，而且以气体为加热载体，造成冷凝回收系统庞大，热解干馏气被冲稀，气体热值低，难以进一步综合利用等问题；一些固体热载体的热解炉型，则存在原料与热载体混合，以及热载体再加热返混等工序，工艺较为复杂、设备较多，制造成本和运行费用高昂。
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能有效抑制油气二次裂解进而提高了热解效率的下行床热解反应器。
根据本发明的一个方面，本发明提出了一种下行床热解反应器，根据本发明的实施例的下行床热解反应器包括：
蓄热式辐射管，所述蓄热式辐射管布置在反应器内部，并且沿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；
抽气伞，所述抽气伞布置在所述反应器内部、位于所述蓄热式辐射管顶层的上方，并与所述反应器的侧壁上的油气出口相连通；
布料器，所述布料器布置在所述反应器内部、位于所述反应器的顶部，所述布料器的入口与所述反应器的进料口相连通，并且所述布料器具有多个一级排料通路。
由此，根据本发明实施例的下行床热解反应器首先采用蓄热式辐射管供热，反应系统结构简单，操作方便，温度分布均匀，加热效果好，其次，在蓄热式下行床反应器入料口处，设有物料均布器，物料经过均布器后，可以均匀的散落入反应器中，使物料能够充分热解，以及在下行床反应器油气出口处设有油气抽出伞，热解产生的油气能够迅速被抽出，今儿有效地抑制了油气的二次裂解，提高油收率。
另外，根据本发明上述实施例的下行床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，所述多个一级排料通路相对于所述布料器的中心轴对称分布。
在本发明的一些实施方案中，一级排料通路具有一个或多个二级排料通路。
在本发明的一些实施方案中，二级排料通路具有一个或多个三级排料通路，优选具有一个或多个更高级的排料通路。
在本发明的一些实施方案中，在各级排料通路的分支处设有惰性气体入口，所述惰性气体入口与设置在所述反应器外部的储气罐相连。
在本发明的一些实施方案中，所述在水平方向上彼此平行的蓄热式辐射管均匀分布。
在本发明的一些实施方案中，沿所述反应器的高度方向布置的蓄热式辐射管彼此平行并且错开布置。
根据本发明的另一方面，本发明提出了一种下行床热解反应器，所述反应器包括反应器本体、蓄热式辐射管、抽气伞和布料器，
所述反应器本体的顶部设置有进料口和油气出口，所述反应器本体内自上而下形成上段热解区和下段热解区，
所述蓄热式辐射管布置在所述上段热解区和所述下段热解区，
所述抽气伞布置在所述反应器本体的内部并且位于所述上段热解区的上方，
所述布料器布置在所述反应器本体的内部并且位于所述抽气伞的上方，其中，所述布料器的入口与所述反应器本体的进料口相连通，并且所述布料器具有多个一级排料通路。
在本发明的一些实施方案中，所述多个一级排料通路相对于所述布料器的中心轴对称分布。
在本发明的一些实施方案中，所述一级排料通路各自具有一个或多个二级排料通路。
在本发明的一些实施方案中，所述二级排料通路各自具有一个或多个三级排料通路，优选具有一个或多个更高级的排料通路。
在本发明的一些实施方案中，在各级排料通路的分支处设有惰性气体入口，所述惰性气体入口与设置在所述反应器外部的储气罐相连。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的下行床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，所述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，本发明提出了一种下行床热解反应器，下面参考图1对本发明实施例的下行床热解反应器进行详细描述。根据本发明实施例的下行床热解反应器包括：反应器本体10、抽气伞20、布料器30和蓄热式辐射管40。
根据本发明的具体实施例，反应器本体10具有位于顶部的进料口11和油气出口12以及位于底部的排渣口13，反应器本体内自上而下形成上段热解区和下段热解区；
根据本发明的具体实施例，反应器本体10的高度为3～20m，反应器本体10的宽度为2～6m，物料在反应器中自上而下停留1-10分钟，并加热到500～650℃。由此，可以实现物料在反应器本体10内的完全热解。进一步地，热解半焦从反应器底部的排渣口排出，并经冷渣螺旋排出。
根据本发明的具体实施例，抽气伞20布置在蓄热式辐射管40顶层的上方且位于上段热解区的上方，并与所应器的侧壁上的油气出口12相连通。由此在下行床热解反应器油气出口12处设有抽气伞20，能够将热解产生的油气在2秒内汇集并迅速导出，进而有效地抑制了油气的二次裂解，提高油收率。
根据本发明的具体实施例，布料器30布置在反应器的顶部，布料器30的入口与反应器的进料口11相连通，并且布料器30具有多个一级排料通路31，任选每个一级排料通路具有多个二级排料通路32。根据本发明的具体实施例，所述一级排料通路相对于布料器的轴向对称分布。根据本发明的具体示例，布料器30可以具有n+1个一级排料通路，n为3-8，一个一级排料通路设置在布料器的中间，其余n个一级排料通路在布料器的轴向上均匀地间隔开分布。由此设置的布料器可以使物料均匀的散落入反应器中，使物料能够充分热解。
根据本发明的具体实施例，每个二级排料通路具有多个三级排料通路，优选具有多个更高级的排料通路。由此布料器30由上往下呈多分支状布置，可以将物料分为7-14个分支，每部分物料可以均匀的散落入反应器中。布料器30的排料通路均为管径50～300mm的圆形管。通过设置多个三级排料器可以使物料更加均匀的散落入反应器中，进一步地提高物料热解效率，进而提高油的产率。
根据本发明的具体实施例，任选在不同级的排料通路的连接处具有惰性气体入口33，即在排料通路的分支处设有惰性气体入口，惰性气体入口与设置在反应器本体10外的储气罐相连。由此，在不同级的排料通路的连接处设置有惰性气体入口并使用氮气吹扫管线，可以避免物料堵塞。
优选地，布料器入口处设有惰性气体吹扫件，使物料能够顺利的落入各级排料通路。
根据本发明的具体实施例，蓄热式辐射管40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。换句话说，反应器内具有多层蓄热式辐射管，多层蓄热式辐射管在反应器本体10内沿反应器本体10高度方向间隔分布，每层蓄热式辐射管包括多个沿水平方向间隔分布的蓄热式辐射管；由此采用多层蓄热式辐射管40供热，反应系统结构简单，操作方便，温度分布均匀，加热效果好。
根据本发明的具体实施例，每层具有多根在水平方向上彼此平行并且均匀分布的蓄热式辐射管且每个所述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反应器高度方向错开分布。由此，可以显著提高物料的热解效率，进而提高热解油产率。
根据本发明的具体实施例，蓄热式辐射管为管径200～300mm的圆形辐射管，任选的，多层蓄热式辐射管的层数为10～25层。由此采用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，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。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。
根据本发明的具体实施例，反应器本体内自上而下形成上段热解区和下段热解区，所述蓄热式辐射管布置在所述上段热解区和所述下段热解区，上段热解区辐射管调节温度范围为500-800℃，能够保证物料的充分热解，下段热解区辐射管调节温度范围为500-700℃，进一步加热一部分没有完全热解的物料。采用蓄热式辐射管多层布置不仅能提高系统的热效率，而且能够保证温度场的均匀性。另外，发明人发现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，蓄热式辐射管可以为单向蓄热式燃气辐射管，即通过辐射管管体将燃烧燃气产生的热量以辐射的方式进行供热。根据本发明的具体实施例，蓄热式辐射管上可以设置有燃气调节阀(未示出)。由此，通过控制进入辐射管的空气、燃气量及其配比，来控制辐射管表面温度，控制反应所需温度场，实现对气化过程的精确控温，从而可以显著提高物料的热解效率，进而提高油的收率。在辐射管内燃烧产生的高温烟气，经与入辐射管低温控制换热，降低排烟温度，提高燃烧效率。
根据本发明的具体实施例，采取下行床热解反应器可以加热3mm以下的粉末油页岩或煤，无热载体，反应工艺简单，且温度分布均匀，系统热效率高。
实施例
利用下行床热解反应器对美国绿河油页岩进行处理，原料的基础数据、实验结果见表1-2。
表1：美国绿河油页岩基础数据
表2：物料平衡表
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 (10)
1.一种下行床热解反应器，其特征在于，包括：
蓄热式辐射管，所述蓄热式辐射管布置在所述反应器内部，并且沿所述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；
抽气伞，所述抽气伞布置在所述反应器内部、位于所述蓄热式辐射管顶层的上方，并与所述反应器的侧壁上的油气出口相连通；
布料器，所述布料器布置在所述反应器内部、位于所述反应器的顶部，所述布料器的入口与所述反应器的进料口相连通，并且所述布料器具有多个一级排料通路。
2.根据权利要求1所述的下行床热解反应器，其特征在于，所述多个一级排料通路相对于所述布料器的中心轴对称分布。
3.根据权利要求2所述的下行床热解反应器，其特征在于，所述一级排料通路各自具有一个或多个二级排料通路。
4.根据权利要求3所述的下行床热解反应器，其特征在于，所述二级排料通路各自具有一个或多个三级排料通路，优选具有一个或多个更高级的排料通路。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的下行床热解反应器，其特征在于，在各级排料通路的分支处设有惰性气体入口，所述惰性气体入口与设置在所述反应器外部的储气罐相连。
6.根据权利要求1所述的下行床热解反应器，其特征在于，所述在水平方向上彼此平行的蓄热式辐射管均匀分布；优选地，沿所述反应器的高度方向布置的蓄热式辐射管彼此平行并且错开布置。
7.一种下行床热解反应器，其特征在于，所述反应器包括反应器本体、蓄热式辐射管、抽气伞和布料器，
所述反应器本体的顶部设置有进料口和油气出口，所述反应器本体内自上而下形成上段热解区和下段热解区，
所述蓄热式辐射管布置在所述上段热解区和所述下段热解区，
所述抽气伞布置在所述反应器本体的内部并且位于所述上段热解区的上方，
所述布料器布置在所述反应器本体的内部并且位于所述抽气伞的上方，其中，所述布料器的入口与所述反应器本体的进料口相连通，并且所述布料器具有多个一级排料通路。
8.根据权利要求7所述的下行床热解反应器，其特征在于，所述多个一级排料通路相对于所述布料器的中心轴对称分布。
9.根据权利要求8所述的下行床热解反应器，其特征在于，所述一级排料通路各自具有一个或多个二级排料通路，任选地，所述二级排料通路各自具有一个或多个三级排料通路，优选具有一个或多个更高级的排料通路。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的下行床热解反应器，其特征在于，在各级排料通路的分支处设有惰性气体入口，所述惰性气体入口与设置在所述反应器外部的储气罐相连。
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