CN105505420A - 快速热解反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了快速热解反应器，包括：蓄热式辐射管，所述蓄热式辐射管在所述快速热解反应器内部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；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，所述搅拌轴可旋转地从半焦出口伸入到反应器内部。利用快速热解反应器可以显著提高热解效率，提高热解油产率。
Description
技术领域
本发明属于化工领域，具体而言，本发明涉及一种快速热解反应器。
背景技术
天然气由于其清洁环保性能，是一种非常宝贵的资源，我国的能源结构特点是“多煤、缺油、少气”，因此化石燃料制油和制气是解决我国能源问题的出路。煤制气工艺流程复杂、投资规模较大，且水资源耗费量大，成为制约煤制气发展的瓶颈。煤低温干馏，产品可综合利用(油、气、半焦)，既能提高附加值，增加经济效益，又可以减少燃煤造成的环境污染，被认为是煤炭高效清洁利用有效的途径。现有的用于工业生产的煤炭热解工艺主要有我国的三江方炉、大工的固体热载体干馏工艺和多段回转炉热解工艺，国外的伍德炉、鲁奇三段炉、考伯斯炉以及LFC干馏技术等。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，现有的工业热解工艺中均以制取大量焦油为目的，热解气产量较少，或者热解气被后续循环工艺所燃烧利用，更有甚者对煤的热解制气和制油程度都不够。
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快速热解反应器。该快速热解反应器能够实现小颗粒物料的热解制油和气，有效抑制油气的二次反应。反应器中采用了蓄热式辐射管加热技术无需气、固热载体加热，提高了反应器的热效率的同时简化了系统工艺，具有重要的社会效益、经济效益和环境效益。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种快速热解反应器，根据本发明的实施方案，该反应器包括：
蓄热式辐射管，所述蓄热式辐射管在所述快速热解反应器内部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；
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，所述搅拌轴可旋转地从半焦出口伸入到反应器内部。
由此，根据本发明实施方案的快速热解反应器采取蓄热式辐射管下行床工艺能够快速加热30mm以下(例如1-10mm，优选1-5mm，更优选1-3mm)的物料，温度分布均匀，热效率高，无热载体供热方式，反应系统结构简单，操作方便。反应器中设有搅拌装置，可有效的松动物料，使产生的油气尽快排出，减少二次裂解，提高油收率。
在本发明的一个实施方案中，多个所述搅拌杆垂直于所述搅拌轴，并且沿所述搅拌轴的长度间隔分布。由此，可以进一步提高热解油的收率。
在本发明的一个实施方案中，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油的收率。
在本发明的一个实施方案中，所述搅拌杆介于所述蓄热式辐射管的层间。多个所述搅拌杆的投影在所述搅拌轴的周向上均匀地间隔开分布。由此，可以进一步提高热解油的收率。
在本发明的一个实施方案中，所述角度为0～90度，不含端值。由此，可以进一步提高热解油的收率。
在本发明的一个实施方案中，所述角度30～90度，不含90度。可以进一步提高热解油的收率。
在本发明的一个实施方案中，所述快速热解反应器进一步包括：螺旋进料机和螺旋出料机，所述螺旋进料机与所述物料入口相连，所述螺旋出料机设置在所述快速热解反应器的下方且与所述半焦出口相连。
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快速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快速热解反应器中的搅拌装置的俯视图。
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，本发明提出了一种快速热解反应器。下面参考图1对本发明实施例的快速热解反应器进行详细描述。根据本发明的实施例，快速热解反应器包括蓄热式辐射管10和搅拌装置20。
根据本发明的实施例，快速热解反应器具有物料入口11、油气出口12和半焦出口13，所述快速热解反应器内自上而下形成上段热解区和下段热解区。
根据本发明的实施例，所述快速热解反应器的高度为5～20m，所述快速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。
根据本发明的实施例，物料入口11且适于将物料供给至上段热解区进行热解，未热解完全的物料继续在下段热解区内进行热解。
根据本发明的实施例，蓄热式辐射管10在所述快速热解反应器内部沿快速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。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快速热解反应器高度方向错开分布。根据本发明的具体示例，蓄热式辐射管的管径可以为200～300mm。由此，可以显著提高物料的热解效率，进而提高热解油产率。
根据本发明的实施例，相邻所述蓄热式辐射管中心之间的水平距离为200～500mm，相相邻所述蓄热式辐射管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。
根据本发明的实施例，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，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，使得单个辐射管的温度场相差不大于30℃，而没有局部保温区，从而保证快速热解反应器中温度场的均匀性，例如蓄热式辐射管将快速热解反应器内分为二段，上段区域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。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。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要选择段热解区和下段热解区的高度。
根据本发明的实施例，搅拌装置20包括搅拌轴21和连接在搅拌轴21上的多个搅拌杆22，从而搅拌轴在驱动电机14的驱动下带动搅拌杆旋转，根据本发明的具体实施例，搅拌轴21可旋转地从半焦出口13伸入到快速热解反应器内部。发明发现，通过在快速热解反应器内设置搅拌装置，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，降低了热解油气透过物料层的压降，使得产生的热解油气能快速穿过物料层排出。
根据本发明的一个具体实施例，多个所述搅拌杆垂直于所述搅拌轴，并且沿所述搅拌轴的长度间隔分布。由此，可以使得搅拌杆有效地松动反应器内部物料，从而可以显著提高热解油气的导出率。
根据本发明的再一个具体实施例，在搅拌轴的轴截面上，多个搅拌杆的投影在搅拌轴的长度间隔开分布。由此，可以使得搅拌杆有效地松动反应器内部物料，从而进一步提高热解油气的导出率。
根据本发明的又一个具体实施例，如图2所示，所述搅拌杆在所述搅拌轴的同一横截面上的投影呈一定角度，该角度为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，从而进一步提高热解油气的导出率。根据本发明的又一个具体实施例，在搅拌轴的轴截面上，多个搅拌杆的投影在搅拌轴的周向上均匀地间隔开分布，根据本发明的具体示例，在搅拌轴的轴截面上，多个搅拌杆的投影中，相邻的两个搅拌杆之间的夹角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，从而进一步提高热解油气的导出率。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。
根据本发明的具体示例，所述搅拌杆介于所述蓄热式辐射管的层间。由此可以有效地松动反应器内部物料，从而进一步提高热解油气的导出率，同时避免在蓄热式辐射管上结焦，保证设备正常运行。
根据本发明的实施例，半焦出口13可以设置在快速热解反应器的底部，且适于将热解生成的半焦排出快速热解反应器内。具体的，半焦出口13可以设置在快速热解反应器的底壁。
根据本发明的实施例，快速热解反应器的顶壁可以呈球面型或锥形。由此，可以使得物料均匀洒落在热解反应区，从而进一步提高物料的热解效率。
根据本发明的实施例，快速热解反应器的底壁可以呈倒锥形。由此，可以使得热解生成的半焦顺利排出半焦成熟区。
根据本发明实施例的快速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，本发明的快速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，其次通过在快速热解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，降低了热解油气透过物料层的压降，使得产生的热解油气能快速穿过物料层到达油气导出管，产生的热解油气能及时通过油气导出管导出。
根据本发明的实施例，快速热解反应器进一步包括：螺旋出料机30。根据本发明的实施例，螺旋出料机30设置在快速热解反应器的下方，且与半焦出口13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。物料从料斗经螺旋进料机从物料入口进入快速热解反应器内，均匀散落在热解反应区发生热解反应，并且快速热解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，降低了热解油气透过物料层的压降，使得产生的热解油气能快速穿过物料层到达油气导出管进入的，生成的热解油气集气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快速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快速热解反应器采用辐射管供热，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快速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
实施案例：利用蓄热式下行床催化快速热解系统对典型长焰煤进行处理，原料的基础数据、工艺操作参数和物料平衡见表1-表2。
表1：典型长焰煤基础数据
表2：工艺操作参数
| 序号 | 参数名称 | 参数值 | 序号 | 参数名称 | 参数值 |
| 1 | 上部辐射管壁面温度 | 650℃ | 反应器下部温度 | 515℃ | |
| 2 | 中部辐射管壁面温度 | 650℃ | 反应器出口温度 | 500℃ | |
| 3 | 下部辐射管壁面温度 | 600℃ | 旋风出口温度 | 490℃ | |
| 4 | 反应器上部温度 | 550℃ | 反应器压力 | 2.5Kpa | |
| 5 | 反应器中部温度 | 550℃ |
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 (7)
1.一种快速热解反应器，其特征在于，包括：
蓄热式辐射管，所述蓄热式辐射管在所述快速热解反应器内部沿所述快速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；
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，所述搅拌轴可旋转地从半焦出口伸入到快速热解反应器内部。
2.根据权利要求1所述的快速热解反应器，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间隔分布。
3.根据权利要求1或2所述的快速热解反应器，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。
4.根据权利要求1-3任一项所述的快速热解反应器，其特征在于，所述搅拌杆介于所述蓄热式辐射管的层间。
5.根据权利要求3所述的快速热解反应器，其特征在于，所述角度为0～90度，不含端值。
6.根据权利要求5所述的快速热解反应器，其特征在于，所述角度30～90度，不含90度。
7.根据权利要求1所述的快速热解反应器，其特征在于，螺旋进料机和螺旋出料机，所述螺旋进料机与物料入口相连，所述螺旋出料机与半焦出口相连。
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2016
- 2016-01-12 CN CN201610018187.7A patent/CN105505420B/zh active Active
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