CN105482834B - 移动床热解反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种移动床热解反应器，包括：物料入口、热解油气出口和半焦出口；所述物料入口位于所述反应器的顶部；所述热解油气出口位于所述反应器的顶壁和/或侧壁上；所述半焦出口位于所述反应器的底部；蓄热式辐射管，所述蓄热式辐射管在所述移动床热解反应器的内部沿着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；以及油气导出管道，所述油气导出管道与所述热解油气出口连通，并且所述油气导出管道的管壁上设置有通孔。该反应器能有效抑制油气二次裂解，提高热解油收率，并且通过采用蓄热式辐射管加热技术，无需气、固热载体加热，在提高反应器热效率的同时简化了系统工艺。
Description
技术领域
本发明属于化工领域，具体而言，本发明涉及一种移动床热解反应器。
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。然而，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。现有的油页岩以及煤炭热解炉型主要有抚顺炉、三江方炉、大工的固体热载体干馏炉、爱莎尼亚的葛洛特(Galoter)炉和澳大利亚的ATP炉等。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。此外，现有的热解炉型均未设有快速导出油气的工艺设备，存在油气二次裂解的问题，原料热解过程中，若干馏炉内局部温度过高，则一次热解产物容易发生二次裂解，导致页岩油收率偏低。
因此，现有的热解技术有待进一步改进。
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热解反应器，该反应器能有效抑制油气二次裂解，提高热解油收率，并且通过采用蓄热式辐射管加热技术，无需气、固热载体加热，从而在提高反应器的热效率的同时简化了系统工艺。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种移动床热解反应器，根据本发明的实施例，该反应器包括：
物料入口、热解油气出口和半焦出口；
所述物料入口位于所述反应器的顶部；
所述热解油气出口位于所述反应器的顶壁和/或侧壁上；
所述半焦出口位于所述反应器的底部；
蓄热式辐射管，所述蓄热式辐射管在所述移动床热解反应器的内部沿着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；以及
油气导出管道，所述油气导出管道与所述热解油气出口连通，并且所述油气导出管道的管壁上设置有通孔。
由此，根据本发明实施例的移动床热解反应器能有效抑制油气二次裂解，提高热解油收率，并且通过采用蓄热式辐射管加热技术，无需气、固热载体加热，从而可以提高反应器的热效率，另外，采用本发明上述实施例的移动床热解反应器无复杂机械，反应器内部各点温度灵活可调，具有工艺流程简单等特点，便于大规模工业化生产。
在本发明的一些实施例中，所述油气导出管道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油气导出管道。由此，可以显著提高反应器中的油气导出效率。
在本发明的一些实施例中，所述油气导出管道与所述蓄热式辐射管平行布置，且所述蓄热式辐射管各自的左右两侧对称设置有两根油气导出管道。由此，可以进一步提高反应器中的油气导出效率。
在本发明的一些实施例中，所述油气导出管道与邻近的所述蓄热式辐射管的管壁之间距离为所述油气导出管道管径d的1/2-3倍。由此，可以进一步提高反应器中的油气导出效率。
在本发明的一些实施例中，所述油气导出管道的管壁上设置有多个通孔。由此，可以进一步提高反应器中的油气导出效率。
在本发明的一些实施例中，所述通孔在所述油气导出管道的长度方向上均匀分布。由此，可以进一步提高反应器中的油气导出效率。
在本发明的一些实施例中，所述蓄热式辐射管的两侧管壁上分别设置有挡板，所述挡板位于所述油气导出管道的上方，且覆盖所述油气导出管道的全部竖向投影。由此，不仅可以有效防止油气快速导出管道的堵塞，而且可以将下落的物料打散，从而提高物料热解效率。
在本发明的一些实施例中，所述挡板从所述蓄热式辐射管的管壁的竖直切面的相切线为起点，呈一定角度向下延伸至所述油气导出管道的竖直切面。
在本发明的一些实施例中，所述角度为40-90度，不含90度。
在本发明的一些实施例中，同一层所述油气导出管道连通至同一个所述热解油气出口。
在本发明的一些实施例中，相邻两层或更多层的油气导出管道连接至同一个热解油气出口。
在本发明的一些实施例中，所述油气导出管道通过集气管与所述热解油气出口连通。
在本发明的一些实施例中，同一层所述油气导出管道通过同一根所述集气管连通至同一个所述热解油气出口。
在本发明的一些实施例中，相邻两层或更多层的油气导出管道通过两根或更多根所述集气管连通至同一个所述热解油气出口，并且所述油气导出管的层数与所述集气管的根数相同。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的移动床热解反应器的结构示意图；
图2是根据本发明再一个实施例的移动床热解反应器的部分结构示意图；
图3是根据本发明又一个实施例的移动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。
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。
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，除非另有明确的限定。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。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种移动床热解反应器。下面参考图1-3对本发明实施例的移动床热解反应器进行详细描述。根据本发明的实施例，移动床热解反应器包括：物料入口101、蓄热式辐射管11、油气导出管道12、集气管13、热解油气出口102和半焦出口103。
根据本发明的实施例，物料入口101位于反应器的顶部，且适于将物料供给至反应器内。
根据本发明的实施例，热解油气出口102可以设置在反应器的顶壁和/或侧壁上，具体的，热解油气出口102可以为多个，并且多个热解油气出口102分别设置在反应器的顶壁和/或侧壁上。发明人发现，通过采用顶壁出气和/或侧壁出气结合的方式，可以使得热解油气中的半焦被沉降分离，从而显著降低热解油气的含尘率。从工艺设计的角度，从侧壁出气的方式是优选的。
根据本发明的实施例，半焦出口103可以设置在反应器的底部，且适于将热解生成的半焦排出反应器。
根据本发明的实施例，蓄热式辐射管11在移动床热解反应器的内部沿着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，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。根据本发明的具体示例，蓄热式辐射管的管径可以为100～300mm。由此，可以显著提高物料的热解效率，进而提高热解油收率。
根据本发明的实施例，相邻蓄热式辐射管外壁间的水平距离为200～500mm，相邻蓄热式辐射管外壁间的竖直距离为200～700mm。需要解释的是，相邻蓄热式辐射管外壁间的水平距离可以理解为在同层上蓄热式辐射管外壁间的距离，而相邻蓄热式辐射管外壁间的竖直距离可以理解为相邻上下两层间的相邻蓄热式辐射管外壁间的距离。
根据本发明的实施例，多层蓄热式辐射管的层数可以为10-25层。发明人发现，该种结构布置可以使得反应器内温度场分布均匀，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。
根据本发明的实施例，蓄热式辐射管可以为单向蓄热式燃气蓄热式辐射管，即通过蓄热式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，可以通过调整燃气调节阀调节通入蓄热式辐射管的燃气的流量来等实现对热解过程的精确控温，从而可以显著提高物料的热解效率，进而提高热解油的收率。
具体的，可以通过调整通入蓄热式辐射管的燃气的流量等实现对热解过程的精确控温，并且蓄热式辐射管采用定期换向的燃烧方式，使得单个蓄热式辐射管的温度场相差不大于30℃，从而保证反应器内温度场的均匀性，例如通过调整通入蓄热式辐射管的燃气的流量使得反应器内上段区域的蓄热式辐射管的调节温度范围为500～800℃，保证物料的充分热解，通过调整通入蓄热式辐射管的燃气的流量使得反应器内下段区域的蓄热式辐射管的调节温度范围为450～650℃，从而进一步加热一部分没有完全热解的物料。
根据本发明的实施例，油气导出管道12与热解油气出口102连通，并且油气导出管道12的管壁上设置有通孔。由此，通过设置油气导出管道，使得热解过程中产生的热解油气快速导出，从而有效抑制油气二次裂解，提高热解油收率。
根据本发明的具体实施例，油气导出管道12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油气导出管道。
根据本发明的具体实施例，油气导出管道12与蓄热式辐射管11平行布置，且蓄热式辐射管11的左右两侧对称设置有两根油气导出管道12。发明人发现，通过在每根蓄热式辐射管两侧安装油气导出管道，热解产生的油气通过导出管道被迅速导出，从而有效地抑制了油气的二次裂解，进而提高热解油的收率(热解油的收率达到了铝甑含油率的94％)，经济效益好。根据本发明的具体示例，油气导出管道的管径可以为30～80mm。
根据本发明的具体实施例，如图2所示，油气导出管道与邻近的蓄热式辐射管的管壁之间距离为油气导出管道管径d的1/2-3倍。由此可以立刻导出产生的热解油，避免热解油裂解，提高热解油产率。
根据本发明的具体实施例，油气导出管道12的管壁上设置有多个通孔，优选地，多个通孔在油气导出管道12的长度方向上均匀分布。由此可以便于热解油快速导出。
根据本发明的具体实施例，如图2所示，蓄热式辐射管11的两侧管壁上分别设置有挡板14，挡板14位于油气导出管道12的上方，且覆盖油气导出管道12的全部竖向投影。通过在蓄热式辐射管12的两侧管壁上设置挡板14，可以防止物料下降过程中摩擦油气导出管道，进而延长油气导出管道的寿命；并且挡板14还能起到对物料的引流作用，防止物料卡在蓄热式辐射管与油气导出管道之间，造成物料堵塞。
根据本发明的具体实施例，如图2所示，挡板14从蓄热式辐射管11的管壁的竖直切面A(A1)的相切线为起点，呈一定角度α向下延伸至油气导出管道12的竖直切面B(B1)，角度α为40-90度，不含90度。由此使得挡板的最短长度是能够遮挡油气导出管道。
根据本发明的具体实施例，同一层油气导出管道12连通至同一个热解油气出口103。由此可以将油气汇集，简化工艺并提高热解油产率，同时可以便于油气导出。
根据本发明的具体实施例，相邻两层或更多层的油气导出管道连接至同一个热解油气出口。由此，可以进一步简化工艺。
根据本发明的具体实施例，如图1所示，集气管13位于反应器内，油气导出管道12通过集气管13与热解油气出口102连通，使得反应器内的热解油气被油气导出管收集后经集气管供给至热解油气出口，即集气管13分别与油气导出管道12和热解油气出口102相连。
根据本发明的具体实施例，同一层油气导出管道12可以通过同一根集气管13连通至同一个热解油气出口102，即同一层油气导出管道12和同一个热解油气出口102分别连接同一根集气管13。由此可以将油气汇集，简化工艺并提高热解油产率，同时可以便于油气导出。
根据本发明的具体实施例，相邻两层或更多层的油气导出管道12可以通过两根或更多根的集气管13连通至同一个热解油气出口102，即油气导出管道的层数与集气管的根数相同，同一层的油气导出管道通过一根集气管与同一个热解油气出口相连，并且多根集气管最终汇集至同一个热解油气出口，例如如图1所示，相邻两层的油气导出管道12通过两根集气管13连通至同一个热解油气出口102。
根据本发明的实施例，反应器顶部区域可以呈球面型或锥形。
根据本发明的实施例，反应器的底部可以呈倒锥形。由此，可以使得热解生成的半焦顺利排出反应器。
根据本发明的实施例，反应器的高度可以为3～20m。由此，可以实现对物料的完全热解。
根据本发明实施例的移动床热解反应器通过使用多组蓄热式辐射管为热解过程提供热源，可以通过调整通入蓄热式辐射管的燃气的流量来实现对热解过程的精确控温，并且蓄热式辐射管通过蓄热式燃烧，保证了温度场的均匀性，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，同时较传统的使用气体热载体或固体热载体作为热解热源的热解反应装置相比，本发明的移动床热解反应器不需要设置预热单元和载体分离单元，从而可以极大简化热解反应工艺流程，进而显著降低装置的故障率且所得热解油中含尘率较低，并且排烟温度低，其次本发明通过在蓄热式辐射管的周围布置油气导出管道，可以将热解产生的油气迅速导出，从而有效地抑制了油气的二次裂解，进而提高热解油的收率，另外通过在油气导出管道的上方设置挡板，不仅可以有效防止油气导出管道的堵塞，而且可以将下落的物料打散，使得物料在反应器中均匀分散，从而提高物料热解效率。
根据本发明的实施例，参考图3，移动床热解反应器进一步包括：料仓15、螺旋进料器16和冷渣螺旋出料器17。
根据本发明的实施例，螺旋进料器16分别与料仓15和物料入口101相连，且适于将存储在料仓中的待热解物料经物料入口供给至反应器内进行热解处理。
根据本发明的实施例，冷渣螺旋出料器17设置在反应器的下方且与半焦出口103相连。
具体的，通过调整燃气管道上的调节阀调节通入单向蓄热式辐射管的燃气的流量等实现对热解过程的精确控温，使得蓄热式辐射管温度为500～700℃，存储在料仓中的待热解物料经螺旋进料器从物料入口进入反应器内，进入的物料均匀散落在反应器内被加热至500～600℃发生热解反应，生成的热解油气的一部分经设置在蓄热式辐射管周围的油气导出管道汇集至热解油气出口被快速导出(每2-3层油气导出管道为一组，热解产生的油气通过快速导出管道以组为单元在2秒内汇集到一起)，而另一部分经设置在反应器顶部的热解油气出口排出，并且物料在下落过程中被设置在油气导出管道上方的挡板打散并均匀分散，而热解过程中产生的半焦经冷渣螺旋出料器排出反应器，并且物料在反应器中停留时间为10～40分钟。
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
利用本发明的移动床热解反应器对油页岩进行处理。油页岩分析数据见表1，实验结果见表2所示。
表1：油页岩分析数据
表2物料平衡表
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须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 (15)
1.一种移动床热解反应器，其特征在于，包括：
物料入口、热解油气出口和半焦出口；
所述物料入口位于所述反应器的顶部；
所述热解油气出口位于所述反应器的顶壁和/或侧壁上；
所述半焦出口位于所述反应器的底部；
蓄热式辐射管，所述蓄热式辐射管在所述移动床热解反应器的内部沿着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；以及
油气导出管道，所述油气导出管道与所述热解油气出口连通，并且所述油气导出管道的管壁上设置有通孔。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述油气导出管道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油气导出管道。
3.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，所述油气导出管道与所述蓄热式辐射管平行布置，且所述蓄热式辐射管各自的左右两侧对称设置有两根油气导出管道。
4.根据权利要求3所述的反应器，其特征在于，所述油气导出管道与邻近的所述蓄热式辐射管的管壁之间距离为所述油气导出管道管径d的1/2-3倍。
5.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述油气导出管道的管壁上设置有多个通孔。
6.根据权利要求5所述的反应器，其特征在于，所述通孔在所述油气导出管道的长度方向上均匀分布。
7.根据权利要求1、2、4-6中任一项所述的反应器，其特征在于，所述蓄热式辐射管的两侧管壁上分别设置有挡板，所述挡板位于所述油气导出管道的上方，且覆盖所述油气导出管道的全部竖向投影。
8.根据权利要求7所述的反应器，其特征在于，所述挡板从所述蓄热式辐射管的管壁的竖直切面的相切线为起点，呈一定角度向下延伸至所述油气导出管道的竖直切面。
9.根据权利要求8所述的反应器，其特征在于，所述角度为40-90度，不含90度。
10.根据权利要求2所述的反应器，其特征在于，同一层所述油气导出管道连通至同一个所述热解油气出口。
11.根据权利要求2或10所述的反应器，其特征在于，相邻两层或更多层的油气导出管道连接至同一个热解油气出口。
12.根据权利要求10所述的反应器，其特征在于，所述油气导出管道通过集气管与所述热解油气出口连通。
13.根据权利要求11所述的反应器，其特征在于，所述油气导出管道通过集气管与所述热解油气出口连通。
14.根据权利要求12所述的反应器，其特征在于，同一层所述油气导出管道通过同一根所述集气管连通至同一个所述热解油气出口。
15.根据权利要求13所述的反应器，其特征在于，相邻两层或更多层的油气导出管道通过两根或更多根所述集气管连通至同一个所述热解油气出口。
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