CN106497590A - 一种蓄热式热解反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种蓄热式热解反应器,包括：热解室、双蓄热式辐射管系统、进料口、出料口和热解气出气系统，其中：双蓄热式辐射管系统包括：辐射管、蓄热体、燃气烧嘴、空气管线、烟气管线、燃气管线和换向阀；热解气出气系统包括：多个热解气出口、管路以及热解气导出口；蓄热体设置在蓄热式热解反应器的外壁上，蓄热体中心设有燃气烧嘴；蓄热式热解反应器外壁与热解室的侧壁之间形成密闭通道，密闭通道与辐射管连通。该反应器利用蓄热式辐射管作为加热源，采取外热内热结合布置方式，使系统结构和热解工艺简单，同时，多层布置的辐射管，调温方便、控温准确，有利于实现热解目标产物的调整，既能处理粉状原料，也能处理块状原料。

Description

一种蓄热式热解反应器

技术领域

本发明属于含碳物质的热解处理技术领域，具体涉及一种主要针对低阶煤、生物质、油页岩、废旧轮胎、污泥等含碳物质的新型蓄热式热解反应器，用于提取焦油、可燃气和半焦产品。

背景技术

我国拥有丰富的含碳的低品位能源和废弃物资源，主要包括低阶煤、生物质、油页岩、废旧轮胎、污泥等，这些物质很多没有得到充分有效的利用。热解的定义是指无氧的环境下，有机含碳物质在高温下的分解反应，可以生成油气产品，是对含碳物质的一种有效处理方法，能为我国能源需求提供有力的补充。目前的热解反应器主要包括内热式、外热式及混合加热式，根据热载体分类可以分为气体热载体、固体热载体及无热载体反应器。内热式热解反应器由于要采取气体或固体热载体进行加热，涉及的工艺流程长，设备复杂，所以系统的连续和稳定性差；而外热式热解反应器采取外壁传热，虽然工艺简单，但存在效率低，规模小缺点。另外单一的热解反应器要不只能处理粉状原料，要不只能处理块状原料，原料适用范围小。因此，如何设计一种结构和工艺流程简单、控温准确且原料粒径利用范围广的热解反应器成为本领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，设计并开发出一种新型的蓄热式热解反应器，利用蓄热式辐射管作为加热源，采取外热内热结合布置方式，使系统结构简单、调温方便，有利于实现热解目标产物的调整，并采取模块化组合方式设计，处理规模可以大型化，提高系统热效率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种蓄热式热解反应器。根据本发明的实施例，该反应器包括：热解室、双蓄热式辐射管系统、进料口、出料口和热解气出气系统，其中：所述双蓄热式辐射管系统包括：辐射管、蓄热体、燃气烧嘴、空气管线、烟气管线、燃气管线和换向阀；所述热解气出气系统包括：设置在所述热解室侧壁上的、位于相邻两层辐射管之间的多个热解气出口、将多个所述热解气出口连接的管路以及位于所述热解反应器下部的热解气导出口，所述管路的下端与所述热解气导出口连接；其中：所述辐射管沿所述蓄热式热解反应器的高度方向多层布置在所述热解室内部，每层具有多根沿水平方向布置的所述辐射管，所述辐射管的两端分别与所述热解室的侧壁固定连接；所述蓄热体左右对称的设置在所述蓄热式热解反应器的外壁上，所述蓄热体中心设有所述燃气烧嘴，用于使通入的燃气和空气燃烧，产生烟气；所述蓄热式热解反应器外壁与所述热解室的侧壁之间形成密闭通道，所述密闭通道与所述辐射管连通，用于将所述燃气烧嘴燃烧产生的烟气通入所述辐射管中，并使烟气通过所述热解室侧壁直接加热所述热解室；所述空气管线、烟气管线与所述换向阀连接，所述换向阀和所述燃气管线分别与所述燃气烧嘴连接。

发明人发现，根据本发明实施例的热解反应器，利用蓄热式辐射管作为加热源，采取外热内热结合布置方式，使系统结构和热解工艺简单，提高了系统可靠性，同时，多层布置的辐射管，调温方便、控温准确，有利于实现热解目标产物的调整，并采取模块化组合方式设计，处理规模可以大型化，提高系统热效率。此外，热解反应器的原料粒径利用范围广，既能处理粉状原料，也能处理块状原料。

根据本发明的实施例，所述蓄热式热解反应器为立式炉结构。

根据本发明的实施例，所述蓄热体沿所述蓄热式热解反应器的高度方向多层布置，每层包括左右对称的位于所述辐射管两端的两个蓄热体。

根据本发明的实施例，所述换向阀通过空气/烟气管线与燃气烧嘴连接，所述燃气管线一端连接到所述燃气烧嘴。

根据本发明的实施例，所述蓄热体为陶瓷蜂窝体材料，每层的蓄热体为4-8层的辐射管提供作为加热源的所述烟气。

根据本发明的实施例，所述换向阀根据所述蓄热体温度变化设置换向时间间隔，以使所述双蓄热式辐射管系统的两侧交替进行燃烧-排烟气。

根据本发明的实施例，所述时间间隔为20-150秒。

根据本发明的实施例，燃气和空气在所述燃气烧嘴中燃烧，产生600-1000℃的高温烟气；所述烟气经所述辐射管后，温度下降至500-700℃。

根据本发明的实施例，经过所述辐射管后的所述烟气，将所述蓄热体加热到500-650℃，并且所述烟气的温度被降至200℃以下排出。

根据本发明的实施例，所述反应器处理的原料为：0-6mm的粉状原料或8-100mm的块状原料。

本发明的有益效果在于：

1）利用蓄热式辐射管作为加热源，采取外热内热结合布置方式，使系统结构和热解工艺简单，提高了系统可靠性。

2）多层布置的辐射管，调温方便、控温准确，有利于实现热解目标产物的调整。

3）单蓄热体带多个辐射管，进一步简化了工艺。

4）并采取模块化组合方式设计，处理规模可以大型化，提高系统热效率。

5）原料粒径利用范围广，既能处理粉状原料，也能处理块状原料。

附图说明

图1为本发明蓄热式热解反应器的结构图。

图2为本发明蓄热式热解反应器的工作示意图。

其中，1、热解室；2、双蓄热式辐射管系统；3、热解气出气系统；310、热解气出口；320、热解气导出口；410、进料口；420、出料口；5、辐射管；6、蓄热体；7、燃气烧嘴；8、换向阀；910、空气管线；920、烟气管线；930、燃气管线；10、密闭通道。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。下面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。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种蓄热式热解反应器，图1为该蓄热式热解反应器的结构图，如图1所示，热解反应器包括热解室1、双蓄热式辐射管系统2、进料口410、出料口420和热解气出气系统3，其中：所述双蓄热式辐射管系统2包括：辐射管5、蓄热体6、燃气烧嘴7、空气管线910、烟气管线920、燃气管线930和换向阀8；所述热解气出气系统3包括：设置在所述热解室侧壁上的、位于相邻两层辐射管之间的多个热解气出口310、将多个所述热解气出口连接的管路以及位于所述热解反应器下部的热解气导出口320，所述管路的下端与所述热解气导出口连接。由此，高效、便捷地将热解室产生的热解气进行传输和收集。

下面进一步描述，本发明中双蓄热式辐射管系统的具体结构。根据本发明的具体实施例，如图1所示，辐射管5沿所述蓄热式热解反应器的高度方向多层布置在所述热解室1内部，每层具有多根沿水平方向布置的所述辐射管，所述辐射管的两端分别与所述热解室的侧壁固定连接。由此，利用蓄热式辐射管作为加热源，辐射管温度均匀，排烟温度低，能量利用率高，使系统结构和热解工艺简单，并且，多层布置的辐射管，调温方便、控温准确，能够实现理想的热解温度控制和灵活调整，有利于实现热解目标产物的调整。

根据本发明的具体实施例，所述蓄热体左右对称的设置在所述蓄热式热解反应器的外壁上，所述蓄热体中心设有所述燃气烧嘴，用于使通入的燃气和空气燃烧，产生烟气。所述蓄热式热解反应器外壁与所述热解室的侧壁之间形成密闭通道10，所述密闭通道与所述辐射管连通，用于将所述燃气烧嘴燃烧产生的烟气通入所述辐射管中，并使烟气通过所述热解室侧壁直接加热所述热解室。由此，实现了外热和内热结合的高效率的布置方式来加热热解室，提高了蓄热式热解反应器的效率及可靠性。

根据本发明的具体实施例，所述空气管线、烟气管线与所述换向阀连接，所述换向阀和所述燃气管线分别与所述燃气烧嘴连接。进一步的，所述换向阀通过空气/烟气管线与燃气烧嘴连接，所述燃气管线一端连接到所述燃气烧嘴。由此，为燃气烧嘴的燃烧提供了燃气和空气，并经烟气通道进行排气。本发明中的空气管线和烟气管线并不特殊限定，当双向交替燃烧时，可以根据工作模式调整使用，来对应的传输空气或烟气。

发明人发现，根据本发明实施例的热解反应器，利用蓄热式辐射管作为加热源，采取外热内热结合布置方式，使系统结构和热解工艺简单，提高了系统可靠性，同时，多层布置的辐射管，调温方便、控温准确，有利于实现热解目标产物的调整，并采取模块化组合方式设计，处理规模可以大型化，提高系统热效率。此外，热解反应器的原料粒径利用范围广，既能处理粉状原料，也能处理块状原料。

根据本发明的具体实施例，适用于该热解反应器的炉型不受特别限制，在本发明的一些优选实施例中，蓄热式热解反应器为立式炉结构。利用原料自重力从上往下落下来，边热解边把热解气导出。

根据本发明的具体实施例，适用于该热解反应器的热解料的具体种类和粒径不受特别限制，根据本发明的一些优选实施例，热解料为低阶煤、生物质、油页岩、废旧轮胎、污泥等，热解料可以为块状热解料也可以为小颗粒热解料，在本发明的一些优选实施例中，该反应器采用的热解料为粒径0-6mm的粉状原料或8-100mm的块状原料。处理粒径0-6mm范围的粉状原料时，利用原料自重力从上往下落下来，边热解边把热解气导出，处理粒径8-100mm范围的块状原料时，利用出料系统（未示出）的出料速度控制原料下行速度，而热解气从原料间隙中出来，沿着辐射管的间隙导入到热解气出口中。由此，原料粒径利用范围广，使得资源利用率高，解决大量堆积污染环境的问题。

根据本发明的具体实施例，适用于该热解反应器的蓄热体的材质和设置方式不受特别限制，在本发明的一些优选实施例中，所述蓄热体沿所述蓄热式热解反应器的高度方向多层布置，每层包括左右对称的位于所述辐射管两端的两个蓄热体，其中，每层的蓄热体为4-8层的辐射管提供作为加热源的所述烟气。由此，单蓄热体带多个辐射管，进一步简化了结构和工艺。在本发明的一些优选实施例中，蓄热体为陶瓷蜂窝体材料，具有单位体积表面大，热稳定好、耐腐蚀等优点。

根据本发明的具体实施例，换向阀的换向方式不受特别限制，在本发明的一些优选实施例中，换向阀根据所述蓄热体温度变化设置换向时间间隔，以使所述双蓄热式辐射管系统的两侧交替进行燃烧-排烟气，优选的，所述时间间隔为20-150秒。

根据本发明的具体实施例，燃气和空气在所述燃气烧嘴中燃烧，产生600-1000℃的高温烟气；所述烟气经所述辐射管后，温度下降至500-700℃。经过所述辐射管后的所述烟气，将所述蓄热体加热到500-650℃，并且所述烟气的温度被降至200℃以下排出。

图2是本发明蓄热式热解反应器的工作示意图，下面结合图2介绍本发明热解反应器的工作方式。如图2所示，原料通过进料系统（未示出）进入热解反应器的上部，在物料在下行过程中，经过辐射管加热，在隔绝空气的氛围发生热解反应，产生热解气和热半焦，热解气汇集后从热解反应器下方侧部的热解气导出口导出，而热半焦从炉底排出。燃气和空气在左边烧嘴中燃烧产生600-1000℃高温烟气，烟气经4-8个辐射管进入热解反应中作为加热源提供热解反应需要的能量，烟气温度下降至500-700摄氏度后，经过右边蓄热体把烟气温度降至200℃以下后排出，而右边蓄热体被加热到500-650℃；换向阀根据蓄热体温度变化设置了换向时间间隔，一般为20-150s，当换向阀换向后，左边蓄热式的烧嘴停止供燃气，而右边烧嘴开始供燃气燃烧，空气经原先烟气管线进入右边蓄热体，经蓄热式加热，常温空气加热至500-650℃后，与燃气混合在右边烧嘴中燃烧，产生高温烟气通过辐射管进入热解反应器中，进行热解反应。在热解过程中，循环重复上述过程，直至反应结束。

实施例一：

利用蓄热式热解反应系统对澳大利亚褐煤进行处理，其褐煤分析数据、工艺操作参数和物料平衡见表1-表3，褐煤的粒径范围为0-6mm。采取三层蓄热体布置，每层蓄热体布置4层辐射管，从表3得出的焦油产率高达12.3%，是葛金法得到的焦油产率110%，热解气产率为16.7%。

表1：澳大利亚褐煤分析数据

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	一层辐射管壁温	650℃	6	一层辐射管排烟温度	180℃
2	二层辐射管壁温	600℃	7	二层辐射管壁温	160℃
						3	三层辐射管壁温	550℃	8	三层辐射管壁温	140℃
4	换向阀设置时间	60s

表3：物料平衡表

实施案例2：

把褐煤的粒径改为6-100mm，改变辐射管壁温及换向阀停留时间，得到的焦油产率为8.6%，热解气产率为19.4%，通过热解温度的提高，热解油的产率下降了，但热解气的产率比案例1提高了。

表4：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	一层辐射管壁温	700℃	6	一层辐射管排烟温度	190℃
2	二层辐射管壁温	660℃	7	二层辐射管壁温	170℃
						3	三层辐射管壁温	600℃	8	三层辐射管壁温	150℃
4	换向阀设置时间	80s

表5：物料平衡表

由此，本发明新型的蓄热式热解反应器，利用蓄热式辐射管作为加热源，采取外热内热结合布置方式，使系统结构简单、调温方便，有利于实现热解目标产物的调整，并采取模块化组合方式设计，处理规模可以大型化，提高系统热效率。

在本发明的描述中，需要理解的是，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。

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。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，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。

Claims (10)

1.一种蓄热式热解反应器，其特征在于，包括：热解室、双蓄热式辐射管系统、进料口、出料口和热解气出气系统，其中：

所述双蓄热式辐射管系统包括：辐射管、蓄热体、燃气烧嘴、空气管线、烟气管线、燃气管线和换向阀；所述热解气出气系统包括：设置在所述热解室侧壁上的、位于相邻两层辐射管之间的多个热解气出口、将多个所述热解气出口连接的管路以及位于所述热解反应器下部的热解气导出口，所述管路的下端与所述热解气导出口连接；其中：

所述辐射管沿所述蓄热式热解反应器的高度方向多层布置在所述热解室内部，每层具有多根沿水平方向布置的所述辐射管，所述辐射管的两端分别与所述热解室的侧壁固定连接；

所述蓄热体左右对称的设置在所述蓄热式热解反应器的外壁上，所述蓄热体中心设有所述燃气烧嘴，用于使通入的燃气和空气燃烧，产生烟气；

所述蓄热式热解反应器外壁与所述热解室的侧壁之间形成密闭通道，所述密闭通道与所述辐射管连通，用于将所述燃气烧嘴燃烧产生的烟气通入所述辐射管中，并使烟气通过所述热解室侧壁直接加热所述热解室；

所述空气管线、烟气管线与所述换向阀连接，所述换向阀和所述燃气管线分别与所述燃气烧嘴连接。

2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述蓄热式热解反应器为立式炉结构。

3.根据权利要求2所述的反应器，其特征在于，所述蓄热体沿所述蓄热式热解反应器的高度方向多层布置，每层包括左右对称的位于所述辐射管两端的两个蓄热体。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的反应器，其特征在于，所述换向阀通过空气/烟气管线与燃气烧嘴连接，所述燃气管线一端连接到所述燃气烧嘴。

5.根据权利要求3所述的反应器，其特征在于，所述蓄热体为陶瓷蜂窝体材料，每层的蓄热体为4-8层的辐射管提供作为加热源的所述烟气。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的反应器，所述换向阀根据所述蓄热体温度变化设置换向时间间隔，以使所述双蓄热式辐射管系统的两侧交替进行燃烧-排烟气。

7.根据权利要求6所述的反应器，其特征在于，所述时间间隔为20-150秒。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的反应器，其特征在于，燃气和空气在所述燃气烧嘴中燃烧，产生600-1000℃的高温烟气；所述烟气经所述辐射管后，温度下降至500-700℃。

9.根据权利要求8所述的反应器，其特征在于，经过所述辐射管后的所述烟气，将所述蓄热体加热到500-650℃，并且所述烟气的温度被降至200℃以下排出。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的反应器，其特征在于，所述反应器处理的原料为：0-6mm的粉状原料或8-100mm的块状原料。