CN105505412A - 移动床热解反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了移动床热解反应器，包括：物料入口和半焦出口；物料入口位于反应器顶部；半焦出口位于反应器底部；蓄热式辐射管，蓄热式辐射管在移动床热解反应器内部沿着反应器高度方向多层布置，每层具有多根在水平方向上彼此平行的蓄热式辐射管；油气导出管道，油气导出管道的管壁上设置有通孔；搅拌装置，搅拌装置包括搅拌轴和连接在搅拌轴上的多个搅拌杆，搅拌轴由半焦出口伸入到反应器的内部并被设置成可在反应器内旋转；集气管，集气管包括集气总管以及与集气总管相连通的集气支管，集气总管竖直地设置在反应器外部，集气支管延伸穿过反应器的侧壁伸入到反应器内与油气导出管道连通。该反应器可有效抑制油气的二次裂解，提高热解焦油产率。
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
我国的能源结构现状是富煤、贫油、少气，当今世界油气资源逐渐减少，日渐匮乏，我国油气资源短缺尤为严重，大量的油气资源依赖进口。油气资源匮乏严重制约着我国经济和社会发展，同时大量化石燃料的燃烧，又带来严重的环境问题，如粉尘，PM2.5、酸雨、温室气体等。大力展煤制油、煤制气技术、热解、气化、液化技术等，一方面能有效地缓解我国油气资源短缺，严重依赖进口的窘迫局面；另一方面减少煤等化石燃料的利用，可有效的解决，目前，我国经济高速发展面临的环境问题。据不完全统计，我国有90％以上的褐煤用于电站锅炉和各种工业锅炉。褐煤等低阶煤作为动力燃料直接燃烧，不但浪费了煤炭中蕴含的丰富油气资源，而且效率低、污染重。通过中低温热解技术与半焦燃烧、气化解耦，实现低阶煤分级高效清洁转化利用，是现在大型煤化工的主要方向。同时，针对我国高硫、高灰的IGCC技术，将能实现非常大的经济效率、社会效益和环境效益。
现代煤化工为实现低阶煤等含碳燃料的高效清洁转化利用，已开发出多种综合煤化工技术，热解-燃烧解耦、热解-化学品解耦、热解-气化解耦等，但真正实现工业化的却不多，从中试向工业化放大的过程中遇到了各式技术难题。其中尤以热解反应器设计、后续净化处理工艺尤为突出。目前，含碳燃料(煤、油页岩、生物质等)热解的主要炉型有抚顺炉、三江方炉、大连理工的固体热载体干馏炉、爱沙利亚的Galoter炉和澳大利亚的ATP炉等等。一些干馏炉只能用来热解块状油页岩和煤，小粒径物料无法利用，资源利用率低，粉状物料因无法利用而大量堆积；以气体为热载体的炉型，因冷凝回收系统庞大，热解气热值低，焦油收率低等问题，难以进一步推广示范；以固体为热载体的炉型，则存在原料和热载体均匀混合，分离等问题，而限制了其进一步发展。
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，该反应器可有效抑制油气的二次裂解，提高热解焦油产率，并且采用了蓄热式无热载体蓄热式辐射管加热技术，无需气、固热载体，提高了热解气的热值，同时移动床热解反应器兼顾了设备少，易操作，故障率低等优点。
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：
物料入口和半焦出口；
所述物料入口位于所述反应器的顶部；
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；
油气导出管道，所述油气导出管道的管壁上设置有通孔；
搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌轴和连接在所述搅拌轴上的多个搅拌杆，所述搅拌轴由所述半焦出口伸入到所述反应器的内部并被设置成可在所述反应器内旋转；
集气管，所述集气管包括集气总管以及与所述集气总管相连通的集气支管，
其中，所述集气总管竖直地设置在所述反应器外部，
所述集气支管延伸穿过所述反应器的侧壁伸入到所述反应器内且与所述油气导出管道相连通。
由此，根据本发明实施例的移动床热解反应器可有效抑制油气的二次裂解，提高热解焦油产率，并且采用了蓄热式无热载体蓄热式辐射管加热技术，无需气、固热载体，提高了热解气的热值，同时移动床热解反应器兼顾了设备少，易操作，故障率低等优点，另外通过在热解反应器中设置搅拌装置，能够强化传热效果。
在本发明的一些实施例中，所述集气支管为多个，并且沿所述集气总管的长度方向彼此平行布置。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，所述集气支管垂直于所述集气主管。
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。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。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根所述集气支管。
在本发明的一些实施例中，每层辐射管的上方均有一根或多根搅拌杆，且搅拌杆与辐射管的垂直距离为20～300mm。由此，能够强化传热效果。热解焦油例如，搅拌杆可以介于辐射管层与油气导出管道层之间。
在本发明的一些实施例中，所述搅拌杆垂直于所述搅拌轴，并且沿所述搅拌轴的长度方向间隔分布。由此，可以进一步提高热解焦油的收率。
在本发明的一些实施例中，所述搅拌杆在所述搅拌轴的同一横截面上的相邻投影呈一定角度。由此，可以进一步提高热解焦油的收率。
在本发明的一些实施例中，所述角度为0～90度，不含端值，优选的，所述角度为30～90度，不含90度。由此，可以进一步提高热解焦油的收率。
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是根据本发明一个实施例的移动床热解反应器上的搅拌装置的俯视图；
图3是根据本发明再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、半焦出口102、搅拌装置13和集气管14。
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，半焦出口102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，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。根据本发明的具体示例，蓄热式辐射管的管径可以为100～300mm。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。
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，进而提高热解焦油的收率。
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的管壁上设置有通孔，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油气导出管道被迅速导出，从而有效地抑制了油气的二次裂解，进而提高热解焦油的收率，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，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焦油，避免热解焦油裂解，提高热解焦油产率。
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。由此可以便于热解焦油快速导出。
根据本发明的实施例，搅拌装置13包括搅拌轴15和连接在搅拌轴15上的多个搅拌杆16，从而搅拌轴15在驱动电机的驱动下带动搅拌杆16旋转，根据本发明的具体实施例，搅拌轴15可旋转地从半焦出口102伸入到反应器内部。发明发现，通过在反应器内设置搅拌装置，搅拌杆在来回转动的过程中，可以有效避免辐射管表面的结焦，进而避免因辐射管结焦而降低传热效率，从而能够增强传热效果。
根据本发明的具体实施例，每层辐射管的上方均有一根或多根搅拌杆，且搅拌杆与辐射管的垂直距离为20～300mm。由此可以避免辐射管的上结焦，保证设备正常运行。例如，搅拌杆可以介于辐射管层与油气导出管道层之间。
根据本发明的具体实施例，搅拌杆16垂直于搅拌轴15，并且沿搅拌轴15的长度方向间隔分布。
根据本发明的具体实施例，搅拌杆16在搅拌轴15的同一横截面上的相邻投影呈一定角度。例如，如图2所示，所述角度θ可以为0～90度(不含端值)，优选30～90度(不含90度)。由此，可以使得搅拌杆有效地松动反应器内部物料，从而能够快速导出油气热解焦油。中心搅拌轴的长度可为1-18m，可拆卸搅拌杆垂直间距可以为0.4-1m，层数可以为11-26层。
根据本发明的实施例，集气管14包括集气总管17和与集气总管17连通的集气支管18，根据本发明的具体实施例，集气总管17竖直地设置在反应器外部，集气支管18延伸穿过反应器的侧壁伸入到反应器内且与油气导出管道12相连通。由此，进入油气导出管道热解焦油气经集气支管汇集至集气总管。
根据本发明的具体实施例，集气支管18为多个，并且多个集气支管18可以沿集气总管17的长度方向彼此平行布置，根据本发明的具体示例，集气支管18垂直于集气主管17。由此，多个集气支管可以保证油气导出管道中热解焦油气的快速导出，从而显著提高热解焦油的收率。
根据本发明的具体示例，如图1所示，同一层油气导出管道12连通至同一根集气支管18。
根据本发明的实施例，反应器顶部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，进而提高热解焦油的收率，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焦油中含尘率较低，并且排烟温度低，其次本发明通过在蓄热式辐射管的两侧布置油气导出管道，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，进而提高热解焦油的收率，并且热解气未被气体热载体稀释，热解气热值高，经济效益好，另外通过在反应器内设置搅拌装置配合蓄热式辐射管，搅拌杆在来回转动的过程中，使得堆积物料得以松动，增大了堆积物料间的空隙率，降低了热解焦油气透过物料层的压降，使得产生的热解焦油气能快速穿过物料层到达油气导出管，产生的热解焦油气能及时通过油气导出管导出，并且能够避免辐射管上端结焦，从而避免影响传热效率。
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：料斗19、螺旋进料机20和螺旋出料机21。
根据本发明额实施例，料斗19适于存储待热解物料。
根据本发明的实施例，螺旋进料机20分别与料斗19和物料入口101相连，且适于将料斗中的待热解物料经物料入口供给至反应器内。
根据本发明的实施例，螺旋出料机21设置在反应器的下方，且与半焦出口102相连。
具体地，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，使得反应器上部温度范围为680～730℃，通过调整通入蓄热式辐射管的燃气的流量使得反应器中部温度范围为500～650℃，通过调整通入蓄热式辐射管的燃气的流量使得反应器下部温度范围为500～600℃，物料从料斗经螺旋进料机从物料入口进入反应器内，物料在反应器上部干燥后分散开，使得物料均匀散落在反应器中部发生热解反应，并且反应器内的搅拌装置可以使得搅拌杆在来回转动的过程中，使得堆积物料得以松动，增大了堆积物料间的空隙率，降低了热解焦油气透过物料层的压降，使得产生的热解焦油气能快速穿过物料层到达油气导出管进入的，生成的热解焦油气经集气支管导出至集气总管中，而热解产生的半焦从半焦出口排至螺旋出料机。
如上所述，根据本发明实施例的移动床热解反应器可以具有选自下列的优点至少之一：
根据本发明实施例的移动床热解反应器采用蓄热式辐射管供热，反应系统结构简单，操作方便，内部温度场均匀可控；
根据本发明实施例的移动床热解反应器每根蓄热式辐射管底部设有1～2根油气导出管，用于快速导出热解焦油气，有效地抑制了热解焦油的二次裂解，热解焦油品质好，产率高，同时，热解煤气未被气体载体稀释，热值高；
根据本发明实施例的移动床热解反应器温度场可控，可根据不同物料热解特性不同，合理地调控温度场及温度场长度。
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
本实施例1利用图1-3的移动床热解反应器对褐煤进行处理。褐煤的工业分析：Mad％：6.75％、Vad％：31.59％、Aad％：5.41％、Fcad％：56.25％。
工艺参数：蓄热式辐射管反应器干燥脱水区温度为690℃，热解反应区温度为625℃，半焦成熟区温度为594℃，蓄热式辐射管反应器内部压力2.51Kpa。热解三产分布：热解焦油17.4％、热解气12.8％、半焦69.8％。
实施例2
本实施例2利用图1-3的移动床热解反应器对稻壳进行处理。稻壳的工业分析：Mad％：6.56％、Vad％：65.17％、Aad％：11.52％、Fcad％：16.75％。元素分析：Cad％：40.69％、Had％：4.96％、Nad％：0.05％、Oad％；35.13％.
工艺参数：蓄热式辐射管反应器干燥脱水区温度为680℃，热解反应区温度为560℃，半焦成熟区温度为520℃，蓄热式辐射管反应器内部压力4.77Kpa。热解三产分布：热解焦油43.3％、热解气17.1％、半焦39.6％。
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 (10)
1.一种移动床热解反应器，其特征在于，包括：
物料入口和半焦出口；
所述物料入口位于所述反应器的顶部；
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；
油气导出管道，所述油气导出管道的管壁上设置有通孔；
搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌轴和连接在所述搅拌轴上的多个搅拌杆，所述搅拌轴由所述半焦出口伸入到所述反应器的内部并被设置成可在所述反应器内旋转；
集气管，所述集气管包括集气总管以及与所述集气总管相连通的集气支管，
其中，所述集气总管竖直地设置在所述反应器外部，
所述集气支管延伸穿过所述反应器的侧壁伸入到所述反应器内且与所述油气导出管道相连通。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述集气支管为多个，并且沿所述集气总管的长度方向彼此平行布置，
任选的，所述集气支管垂直于所述集气主管。
3.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，
任选的，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1-4中任一项所述的反应器，其特征在于，所述油气导出管道的管壁上设置有多个通孔，优选地，所述通孔在所述油气导出管道的长度方向上均匀分布。
6.根据权利要求5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根所述集气支管。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的反应器，其特征在于，所述搅拌杆介于蓄热式辐射管层与油气导出管道层之间。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的反应器，其特征在于，所述搅拌杆垂直于所述搅拌轴，并且沿所述搅拌轴的长度方向间隔分布。
9.根据权利要求8所述的反应器，其特征在于，所述搅拌杆在所述搅拌轴的同一横截面上的相邻投影呈一定角度。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的反应器，其特征在于，所述角度为0～90度，不含端值，优选的，所述角度为30～90度，不含90度。
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