CN105713625B - 一种适合中低温多气氛煤定向热解的固定床反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适合中低温多气氛条件下的煤热解的反应装置，包括固定床本体，其侧壁以及底座均为加热壁，其内腔中设置有抽气室、热解料和注气通道，注气通道为紧靠固定床本体的侧壁设置的一个环形圈的内外圈之间的空间，所述抽气室和热解料位于环形圈的内圈中，并且热解料位于抽气室和注气通道之间；抽气室上设置有出气口和加压装置，注气通道上设置有进气口和抽气装置；热解料分别通过注气喷嘴和出气喷嘴与注气通道、抽气室相连。本发明通过增压注气和负压抽气的供风形式，减少油气等挥发份的在热解料中的停留时间，抑制热解过程中的二次反应，增加了热解油和热解气的收率。

Description

一种适合中低温多气氛煤定向热解的固定床反应装置

技术领域

本发明涉及能源技术领域，特别是煤炭清洁转化利用技术中的多气氛中低温热解领域。

背景技术

煤的中低温热解是在温和条件下(中低温区)将煤炭中焦油、甲烷等挥发性组分通过热解的方式提取出来做化工原料或优质液体燃料，以提高煤炭利用效率、实现煤炭清洁转化利用的方法。但传统煤热解所得焦油量少(约10％)，焦油中重质组分含量高，不利于后续的加工利用。为了提高焦油收率和质量，人们提出了煤在多气氛条件下热解。该工艺的原理就是通过H2、CH4等不同气氛条件下来饱和煤热解产生的自由基，避免自由基间相互聚合发生二次反应，使自由基和含氢气氛结合生成轻质焦油和可燃气。与煤炭气化、液化等传统煤炭利用技术相比，多气氛中低温热解技术具有能耗低、反应条件温和等优点，还可产生优质燃气和低硫的半焦等高附加值的产品，因此受到越来越多的关注，在煤化工领域中也是一种很有潜力的清洁转化利用方式。

据查中国专利公开号CN101747922A公开了一种注入富含甲烷气氛而提高流化床热解制焦油产率的方法，该方法将富含甲烷的混合气氛由流化床底物进入，活化后作为流化气体，通过与煤热耦合作用提高了热焦油产率。中国专利公开号CN102161904A公开了一种以烃类为反应气氛提高焦油产率的方法，该专利以烃类为反应气氛代替传统纯氢气气氛，通过芳构化与热解耦合作用的方法提高焦油产率。中国专利公开号CN102746861A，公开了一种以杂醇为反应气氛提高焦油产率的热解方法，该方法将杂醇预热成为蒸汽后，与载气一起通入热解反应器，杂醇的热解产物与煤热解生产的自由基碎片相结合，进而提高了焦油收率。

但上述反应所用反应装置，都是在较小的流化床等反应器中进行的，实验的用料量都在g或者mg级别的，目前，kg级别或更大级别的用以研究煤工业化热解的反应器尤其对于多气氛的固定床热解反应还相当缺乏。因此，亟需发明一种新型适合工业化研究的煤热解反应装置，进而为中低温多气氛条件下煤热解的工业发展和应用提供理论和实验支持。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种合适中低温多气氛煤定向热解的固定床反应装置，用于解决该领域内现有的技术局限在无法适用于工业应用的技术问题。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种适合中低温多气氛煤定向热解的固定床反应装置，其特征在于：包括固定床本体，固定床本体的侧壁以及底座均为加热壁，固定床本体的内腔中设置有抽气室、热解料、环形通道和注气通道；

所述环形通道为紧靠固定床本体的侧壁设置的一个环形圈的内外圈之间的空间，所述环形通道上设置有进气口并通过进气口与固定床本体外部连通，所述进气口处设置有加压装置，所述环形通道上均匀设置有多个挡圈，所述注气通道有多个且每个注气通道分别通过一个挡圈与环形通道连通；所述抽气室和热解料位于环形圈的内圈中，并且热解料位于抽气室和注气通道之间；所述抽气室上设置有出气口并通过出气口与固定床本体外部连通，所述出气口处设置有抽气装置；所述注气通道上设置有注气喷嘴连通注气通道内部与热解料，所述抽气室上设置有出气喷嘴连通抽气室内部和热解料。在上述装置的基础上，采用在进气口注气和出气口抽气的供风形式，合理调控气氛的流速和流量，克服气氛不均匀不稳定，增加H2、CO、N2等多气氛在热解料中的流通速率，从而减少油气等挥发份的在热解料中的停留时间，降低热解过程中二次反应的发生，从而实现热解油和热解气较高的收率。这种布气方式从多方面解决了热解料在多气氛热解时气流不均匀不稳定的问题，因此，可以广泛应用于煤炭、油页岩在中低温多气氛条件下的热解研究。

进一步的，在本发明中，固定床本体上方设置有上盖，上盖与固定床本体之间设置有法兰密封圈，固定床本体与上盖通过螺栓连接；所述出气口与进气口分别穿过上盖与外界连通。

进一步的，在本发明中，还包括导热夹片，所述导热夹片设置在固定床本体的侧壁与注气通道之间。导热夹片选用导热良好的材料，使得固定床本体的侧壁上的热量传递到注气通道内。

进一步的，在本发明中，除环形通道外，各个注气通道之间还通过其他通道相互连通，保证每个注气通道内的压强相同、各个喷嘴内流速均匀稳定且相同。

进一步的，在本发明中，由于圆形的通道对于气体的流动阻力最小，所述进气口、出气口、注气通道、注气喷嘴、出气喷嘴均设置为圆形。进气口、出气口、注气通道、注气喷嘴、出气喷嘴的数量和内径设置可以根据实际需要进行调整，一方面调节不同气氛在各个通道内压强相同，一方面保证各个喷嘴内流速均匀稳定且相同，以减少诸多个喷嘴间的流速差，进而保证整个反应过程，气氛均匀且稳定。

有益效果：

本发明是一种提高热解油气收率的高效热解装置，通过增压注气和负压抽气的供风形式，灵活改变气氛，合理调控气氛的流速和流量，进而减少热解料热解过程中的二次反应和挥发份在热解料中的停留时间，从而提高了热解油和热解气的收率。

具有如下优点：，

1、适应性广，可以适应于褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤、气煤、气肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、无烟煤等各种品质的煤种；

2、气流均匀可控，设置合理的注气通道和注气喷嘴孔径比，使气体在反应釜四周的各个喷嘴处保证压力相同，气速均匀稳定，提升热解效率；

3、传热效率好，加热壁与注气管道中间采用热导夹片相连，使热解时产生的热量传递给热解料，进而增加传热和热解效率；

4、油气收率明显，采用多气氛下煤径向热解方式，在反应床内形成定向气流，促进煤炭一次裂解反应，降低煤炭二次聚焦反应，降低热解油气在煤中的停留时间，进而有效提高了焦油和热解气的收率和品质；

5、安全性高，中间出气区域，设置抽气装置，保证装置负压，避免反应釜压强增加导致漏气和爆燃。

附图说明

图1表示本发明的中低温多气氛煤热解的固定床反应装置的结构示意图；

图2表示10通道的注气孔道分布图；

图3表示10通道下的环形通道布置图；

图4表示4通道的注气通道的分布图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明.

以图1-3所示的10条注气通道3说明图，由此说明注气方式。固定床本体上方设置有顶盖13并通过匹配的上下螺口12、9将二者连接起来，同时通过法兰密封圈10进行密封。多组份气氛气体从进气口1进入环形通道2后，再通过挡圈11分别均匀进入10条注气通道3。根据工程经验和装置负载情况，设置相应程序可以实现分配阀的无人值守控制和智能化操作。注气通道3内的气体经过导热夹片15传递来的加热壁8的热量，并通过注气喷嘴4进入热解料5内，然后通过出气喷嘴6进入抽气室7中，最终从出气口14中被抽出。

注气通道3的多少可根据需要进行设置，如图4所示为4条注气通道3的示意图，其工作过程与上述10条注气通道3的装置类似，在此不做赘述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种适合中低温多气氛煤定向热解的固定床反应装置，其特征在于：包括固定床本体，固定床本体的侧壁以及底座均为加热壁，固定床本体的内腔中设置有抽气室、热解料、环形通道和注气通道；

所述环形通道为紧靠固定床本体的侧壁设置的一个环形圈的内外圈之间的空间，所述环形通道上设置有进气口并通过进气口与固定床本体外部连通，所述进气口处设置有加压装置，所述环形通道上均匀设置有多个挡圈，所述注气通道有多个且每个注气通道分别通过一个挡圈与环形通道连通；所述抽气室和热解料位于环形圈的内圈中，并且热解料位于抽气室和注气通道之间；所述抽气室上设置有出气口并通过出气口与固定床本体外部连通，所述出气口处设置有抽气装置；所述注气通道上设置有注气喷嘴连通注气通道内部与热解料，所述抽气室上设置有出气喷嘴连通抽气室内部和热解料。

2.根据权利要求1所述的适合中低温多气氛煤定向热解的固定床反应装置，其特征在于：固定床本体上方设置有上盖，上盖与固定床本体之间设置有法兰密封圈，固定床本体与上盖通过螺栓连接；所述出气口与进气口分别穿过上盖与外界连通。

3.根据权利要求1或2所述的适合中低温多气氛煤定向热解的固定床反应装置，其特征在于：还包括导热夹片，所述导热夹片设置在固定床本体的侧壁与注气通道之间。

4.根据权利要求3所述的适合中低温多气氛煤定向热解的固定床反应装置，其特征在于：除环形通道外，各个注气通道之间还通过其他通道相互连通。

5.根据权利要求3所述的适合中低温多气氛煤定向热解的固定床反应装置，其特征在于：所述进气口、出气口、注气通道、注气喷嘴、出气喷嘴均设置为圆形。