CN105713631B - 热解反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了热解反应器，该热解反应器包括：物料入口、油气出口、半焦出口，其中，半焦出口位于热解反应器底部；蓄热式辐射管，蓄热式辐射管在解反应器内部沿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；搅拌组件，搅拌组件包括：可旋转的搅拌轴，搅拌轴由半焦出口伸入到热解反应器的内部；多个搅拌杆，搅拌杆沿搅拌轴的长度分别连接在搅拌轴上，搅拌杆位于蓄热式辐射管的层间；抽气伞，抽气伞布置在热解反应器内部，且位于热式辐射管顶层的上方，并与热解反应器的侧壁上的油气出口相连通。该热解反应器物料在反应器内分布均匀，热解效果好，页岩油收率高。
Description
技术领域
本发明涉及热解反应器。
背景技术
油页岩是一种具有片理结构的有机质沉积岩，为低热值固体化石燃料，又称为油母页岩。油页岩含有两种有机质：一是油母质(或干酪根)，有机高分子聚合物质，不溶于普通有机溶剂；另一种为沥青，可溶于有机溶剂，含量不超过油页岩总质量的1％。油页岩中的无机质含量一般在50％以上，大部分为碳酸盐岩、石英等物质。在隔绝空气或氧气的情况下油页岩被加热至约500℃(即进行干馏时)，油母质热解，从而得到页岩油、干馏气、固体含碳残渣及少量的热解水。页岩油可进一步加工制取汽油、柴油和化学品，也可以作为燃料油使用。油页岩可以用于锅炉燃烧产汽发电，燃烧之后剩余的页岩灰，还可用于制取水泥。
目前中国有10座页岩油厂，年产页岩油共约70x104t。其中以抚顺中煤建设集团有限责任公司(原名抚顺矿务局)的产量最高，年产35x104t。龙口矿业集团建有40台改进的抚顺炉，年产页岩油12万t，所产页岩油主要用作船用燃料油。汪清龙腾能源公司建设有40台抚顺炉，年产页岩油5万吨。桦甸共有3个民营页岩油厂，年产页岩油5万吨。北票煤矿集团在2011年时，建有44台抚顺炉。2013年新建了48台150t/d的抚顺炉并且已经投产。国内油页岩热解工艺大部分为抚顺炉，抚顺干馏炉能加工贫矿油页岩，而且投资小、建造快，有其独特的优点，但是抚顺干馏炉只能加工块状油页岩，导致了页岩利用率不高，且为气体热载体加热，导致干馏气被稀释，热值偏低，较难利用等缺点，再者抚顺炉油收率较低。
由此，制备页岩油的装置有待改进。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种热解反应器，该热解反应器采取蓄热式辐射管进行热解处理，能够实现油页岩粉料的快速热解，并且油气产率高，反应装置的结构简单，操作方便。同时，该热解反应器内安装搅拌组件，使物料在反应器内分布均匀，更充分的热解，且能够使热解产生的油气更快的释放出来。而且，在热解反应器的热解油气出口处设有抽气伞，热解产生的热解油气能够迅速导出，有效地抑制了油气的二次裂解，提高页岩油收率。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种热解反应器。根据本发明的实施例，该热解反应器包括：物料入口、油气出口、半焦出口，其中，所述半焦出口位于所述热解反应器底部；蓄热式辐射管，所述蓄热式辐射管在所述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；搅拌组件，所述搅拌组件包括：可旋转的搅拌轴，所述搅拌轴由所述半焦出口伸入到所述热解反应器的内部；多个搅拌杆，所述搅拌杆沿所述搅拌轴的长度分别连接在所述搅拌轴上，所述搅拌杆位于所述蓄热式辐射管的层间；抽气伞，所述抽气伞布置在所述热解反应器内部，且位于所述蓄热式辐射管顶层的上方，并与所述热解反应器的侧壁上的油气出口相连通。
根据本发明实施例的热解反应器，采取蓄热式辐射管进行热解处理，能够实现油页岩粉料的快速热解，并且油气产率高。同时，该热解反应器内设置搅拌组件，使物料在反应器内分布均匀，更充分的热解，且能够使热解产生的油气更快的释放出来。而且，在热解反应器的热解油气出口处设有抽气伞，热解产生的热解油气能够迅速导出，有效地抑制了油气的二次裂解，提高页岩油收率。此外，该热解反应器的结构简单，操作方便，便于工业上应用。
在本发明的一个实施方案中，所述热解反应器具体反应器本体，所述反应本体具有进料口、烟气出口、热解油气出口和半焦出口，所述热解反应器本体内限定出反应空间。
在本发明的一个实施方案中，所述搅拌组件设置在所述反应空间中。
在本发明的一个实施方案中，所述抽气伞设置在所述反应空间内且与所述热解油气出口相连。
在本发明的一个实施方案中，所述搅拌杆垂直于所述搅拌轴，并且沿所述搅拌轴的长度间隔分布。
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。
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。
在本发明的一个实施方案中，所述角度为0～90度，不含端值。
在本发明的一个实施方案中，所述角度为30～90度，不含90度。
在本发明的一个实施方案中，所述热解反应器进一步包括：螺旋进料机，所述螺旋进料机与物料入口相连；以及螺旋出料机，所述螺旋出料机与半焦出口相连。
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显示了根据本发明一个实施例的热解反应器的结构示意图；
图2显示了根据本发明一个实施例的热解反应器的结构示意图；
图3显示了根据本发明一个实施例的搅拌组件的轴截面的结构示意图。
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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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而不是要求本发明必须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。
需要说明的是，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。进一步地，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种热解反应器。在本发明的一些实施例中，该热解反应器可以由以下形式提供的。该热解反应器包括：
反应器本体，所述反应本体具有进料口、烟气出口、热解油气出口和半焦出口，所述热解反应器本体内限定出反应空间；
多层蓄热式辐射管，所述多层蓄热式辐射管在所述反应空间中沿所述热解反应器本体高度方向间隔分布，并且每层所述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，所述蓄热式辐射管具有热解油气出口；
搅拌组件，所述搅拌组件设置在所述反应空间中，所述搅拌组件包括：
可旋转的搅拌轴，所述搅拌轴由所述半焦出口伸入到所述热解反应器的内部；
多个搅拌杆，所述搅拌杆沿所述搅拌轴的长度分别连接在所述搅拌轴上，所述搅拌杆位于所述蓄热式辐射管的层间；
抽气伞，所述抽气伞设置在所述反应空间内，且位于所述蓄热式辐射管顶层的上方，并与所述热解反应器的侧壁上的油气出口相连通。
图1示出了本发明一个实施例的热解反应器的结构示意图。参考图1，该热解反应器包括：反应器本体10、多层蓄热式辐射管20、搅拌组件30和抽气伞40。
其中，反应本体10具有物料入口、烟气出口、油气出口和半焦出口，反应器本体10内限定出反应空间。
多层蓄热式辐射管20在反应空间中沿反应器本体10高度方向间隔分布，并且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，该蓄热式辐射管具有热解油气出口。采取蓄热式辐射管下行床快速热解工艺，反应装置结构简单，操作方便，温度分布均匀，油收率高。
搅拌组件30设置在反应空间中，该搅拌组件30包括：可旋转的搅拌轴31和多个搅拌杆32，其中，搅拌轴31由半焦出口伸入到反应空间内，搅拌杆32沿搅拌轴31的长度分别连接在搅拌轴31上，具体地，搅拌杆32位于蓄热式辐射管20的层间，多个搅拌杆32交错分布在搅拌轴31上，且每个搅拌杆32均设置在多层蓄热式辐射管20中水平相临两层蓄热式辐射管之间的空隙中。
抽气伞40设置在反应空间内，且位于蓄热式辐射管20顶层的上方，并与反应本体10侧壁上的油气出口相连通。
根据本发明实施例的热解反应器，采取蓄热式辐射管进行热解处理，能够实现油页岩粉料的快速热解，并且油气产率高。同时，该热解反应器内安装搅拌组件，使物料在反应器内分布均匀，更充分的热解，且能够使热解产生的油气更快的释放出来。而且，在热解反应器的热解油气出口处设有抽气伞，热解产生的热解油气能够迅速导出，有效地抑制了油气的二次裂解，提高页岩油收率。此外，该热解反应器的结构简单，操作方便，便于工业上应用。
在本发明的一个实施方案中，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，进而提高热解油气的收率。
参考图2，在本发明的一个实施方案中，搅拌组件30包括搅拌轴31和连接在搅拌轴31上的多个搅拌杆32，搅拌轴带动搅拌杆旋转。根据本发明的具体实施例，搅拌轴31可以在电机50的驱动下旋转。根据本发明的具体实施例，搅拌轴31可旋转地从半焦出口伸入到热解反应器的反应空间内。由此，通过在热解反应器内设置搅拌组件，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，多个搅拌杆32垂直于搅拌轴31，并且沿搅拌轴31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31的轴截面上，多个搅拌杆32的投影在搅拌轴31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3所示，搅拌杆32在搅拌轴31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31的轴截面上，多个搅拌杆32的投影在搅拌轴31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31的轴截面上，多个搅拌杆32的投影中，相邻的两个搅拌杆32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。根据本发明的一些具体实施例，搅拌轴31的长度可为1-18m，可拆卸搅拌杆垂直间距可以为0.4-1m，搅拌杆的层数可以为11-26层。
在本发明的一个实施方案中，搅拌杆32介于蓄热式辐射管20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。
在本发明的一个实施方案中，半焦出口可以设置在热解反应器的底部，且适于将热解生成的半焦排出热解反应器内。具体的，半焦出口可以设置在热解反应器的底壁。
在本发明的一个实施方案中，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。
在本发明的一个实施方案中，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。
根据本发明实施方案的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，其次通过在热解反应器内设置搅拌组件配合蓄热式辐射管，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。
在本发明的一个实施方案中，热解反应器进一步包括：螺旋进料机60。根据本发明的实施例，螺旋进料机60设置在热解反应器的上方，且与物料入口相连。
在本发明的一个实施方案中，热解反应器进一步包括：螺旋出料机70。根据本发明的实施例，螺旋出料机70设置在热解反应器的下方，且与半焦出口相连。
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60从物料入口进入热解反应器内，均匀散落在热解反应区发生热解反应，并且热解反应器内的搅拌组件30可以使得搅拌杆32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经抽气伞排出，而热解产生的半焦从半焦出口经螺旋出料机70排出。
根据本发明实施方案的热解反应器，至少具有以下有益效果之一：
1)采取蓄热式辐射管下行床快速热解工艺，反应装置的结构简单，操作方便，温度分布均匀，油收率高。
2)热解反应器内设置有物料搅拌组件，物料在反应器本体内分布均匀，更充分的热解，油气产率高，且能够使热解产生的油气更快的释放出来。
3)热解产生的油气被抽气伞迅速抽出反应器外，有效地抑制了油气的二次裂解，提高页岩油收率。
4)该热解反应器能够处理3mm以下的粉状油页岩，原料利用率高，适于推广。
下面参考具体实施例，对本发明进行说明，需要说明的是，这些实施例仅仅是说明性的，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
利用热解反应器对油页岩进行处理，其中，热解反应器的结构示意图如图2所示，原料的基础数据见表1，具体步骤如下：
表1：龙口油页岩基础数据
1)将龙口油页岩破碎至粒度≤3mm，通过加料斗进入提升管干燥器，利用来自蓄热式下行床反应器的辐射管烟气出口处的约200℃烟气对油页岩进行干燥和提升；
2)油页岩进入蓄热式下行床反应器，反应器的工艺参数见表2，油页岩在反应器中自上而下停留5分钟，并加热到600℃，完成热解过程。
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 | 590℃ | 6 | 反应器下部温度 | 520℃ |
| 2 | 中部辐射管壁面温度 | 590℃ | 7 | 反应器出口温度 | 500℃ |
| 3 | 下部辐射管壁面温度 | 530℃ | 8 | 旋风出口温度 | 470℃ |
| 4 | 反应器上部温度 | 500℃ | 9 | 反应器压力 | 1.9Kpa |
| 5 | 反应器中部温度 | 520℃ |
3)在反应器内设置有搅拌组件，对物料进行搅拌，使物料在反应器内分布均匀，热解充分，且能够使热解产生的油气更快的释放出来。
4)热解产生的油气被抽气伞迅速抽出反应器外，有效地抑制了油气的二次裂解，提高页岩油收率。
5)油气进入橫管冷凝器冷凝得到页岩油，不凝可燃气用于生产人造天燃气。
6)热解产生的半焦用于燃烧发电。
使用本实施例的热解反应器处理龙口油页岩，油收率高达9.8％，可达到铝甑含油率的95％，可见本实施例的热解反应器的油收率较高。
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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种热解反应器，其特征在于，包括：
物料入口、油气出口、半焦出口，其中，所述半焦出口位于所述热解反应器底部；
蓄热式辐射管，所述蓄热式辐射管在所述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；
搅拌组件，所述搅拌组件包括：
可旋转的搅拌轴，所述搅拌轴由所述半焦出口伸入到所述热解反应器的内部；
多个搅拌杆，所述搅拌杆沿所述搅拌轴的长度分别连接在所述搅拌轴上，所述搅拌杆位于所述蓄热式辐射管的层间；
抽气伞，所述抽气伞布置在所述热解反应器内部，且位于所述蓄热式辐射管顶层的上方，并与所述热解反应器的侧壁上的油气出口相连通。
2.根据权利要求1所述的热解反应器，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3所述的热解反应器，其特征在于，所述角度为0～90度，不含端值。
5.根据权利要求4所述的热解反应器，其特征在于，所述角度为30～90度，不含90度。
6.根据权利要求1所述的热解反应器，其特征在于，进一步包括：
螺旋进料机，所述螺旋进料机与物料入口相连；以及
螺旋出料机，所述螺旋出料机与半焦出口相连。
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