CN106753487A - 一种蓄热式热解反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄热式热解反应器。该蓄热式热解反应器包括反应器本体、辐射管和多个挡板；辐射管为多个，水平同方向间隔排布在反应器本体内的不同高度，相邻高度层的辐射管错列布置；挡板为多个，挡板倾斜设置于两层辐射管之间。本发明提供的快速热解反应器结构简单、占地面积小，而且能有效的热解粉状含碳燃料。

Description

一种蓄热式热解反应器

技术领域

本发明涉及热解反应器，具体涉及一种蓄热式热解反应器。

背景技术

将含碳燃料(煤、油页岩、生物质等)热解是现代煤化工产业的主要趋势。然而，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。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种粉状含碳燃料热解用的蓄热式热解反应器。

本发明提供的一种蓄热式热解反应器，包括反应器本体、辐射管和多个挡板；

所述辐射管为多个，水平同方向间隔排布在所述反应器本体内的不同高度，相邻高度层的所述辐射管错列布置；

所述挡板为多个，所述挡板倾斜设置于两层辐射管之间。

进一步地，所述挡板包括第一挡板，所述第一挡板的竖直截面与竖直方向之间的夹角α₁为30°-45°。

进一步地，上下相邻两层所述第一挡板错列布置。

进一步地，所述挡板包括第二挡板，所述第二挡板的一端与所述反应器本体内侧壁相连，并形成夹角α₂。

进一步地，所述夹角α₂为15°-60°。

进一步地，所述挡板与上下相邻两层辐射管之间的垂直距离相等。

进一步地，所述挡板的长度为所述辐射管直径的1-2倍。

进一步地，所述辐射管的上侧安装有顶盖。

进一步地，所述顶盖的顶角α₃为60°-90°。

进一步地，所述顶盖的垂直截面的宽度为所述辐射管直径的1.1-1.5倍。

本发明提供的蓄热式热解反应器能有效的热解粉状含碳燃料。

本发明提供的蓄热式热解反应器采用了蓄热式无热载体辐射管加热技术，无需气、固热载体，提高了热解气的热值，该反应器结构简单、占地面积小，易于工业化。

其次，反应器内设置了挡板，挡板能增加含碳燃料在热解反应器内停留的时间。因此，添加挡板后，反应器的高度可降低。若不改变反应器本体的高度，添加挡板后，可将辐射管的垂直间距加大，从而可减少反应器内辐射管的数量。而且，挡板还可以起到打散物料的作用，提高含碳燃料的热解效果。此外，辐射管上方安装有顶盖，顶盖能有效地起到保护辐射管不受受到物料冲刷，延长辐射管的使用寿命。

附图说明

图1为实施例中一种蓄热式热解反应器的结构示意图；

图2为图1中A区的局部放大图。

图中：1、进料料斗；2、螺旋进料器；3、螺旋出料器；41、反应器本体；42、辐射管；431、第一挡板；432、第二挡板；44、燃料气进口；45、空气入口；46、烟气出口；47、油气出口；48、顶盖。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

需要说明的是，本发明中的“辐射管”指得是蓄热式无热载体辐射管。其次，术语“上”、“下”、“左”、“右”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。此外，本发明中的术语“第一”或“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隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”或“第二”特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。

本发明提供了一种蓄热式热解反应器(本发明中也简称为“反应器”)。参考图1，根据本发明的实施例对该蓄热式热解反应器进行解释说明，该反应器包括：反应器本体41、辐射管42、挡板、燃料气进口44、空气入口45、烟气出口46、油气出口47、顶盖48、进料口和出料口。辐射管42为多个，水平同方向间隔排布在反应器本体41的不同高度，相邻高度层的辐射管错列布置。挡板为多个，挡板倾斜设置于两层辐射管之间。反应器本体41上设有进料口、出料口、燃料气进口44、空气入口45、烟气出口46和油气出口47。辐射管42的上方安装有顶盖48。

本发明提供的蓄热式热解反应器采用了蓄热式无热载体辐射管加热技术，无需气、固热载体，提高了热解气的热值，该反应器结构简单、占地面积小，易于工业化。

参考图2，根据本发明的实施例，挡板包括第一挡板431和第二挡板432。第一挡板431的竖直截面与竖直方向之间的夹角为α₁。第二挡板432的一端与反应器本体41的内侧壁相连，并形成夹角α₂。

参考图2，根据本发明的实施例，辐射管的上侧可以安装顶盖48。顶盖48能有效地起到保护辐射管不受受到物料冲刷，延长辐射管的使用寿命。顶盖48的形状并不需要限定，其形状优选为开口向下且具有一个顶角，这样设置可避免含碳燃料滞留在顶盖上，也可以对含碳燃料起到引流作用。

为了阐述方便，将图2中所显示的两层辐射管分别记为第一层辐射管和第二层辐射管。发明人通过数值模拟分析得出含碳燃料从入口进入炉内中，从上到下经过辐射管后会被分散，分散的物料如果不经过减速或改变方向则大部分会从第一层的两根辐射管中间的空隙落下，既减少了壁面传热效率又缩短了物料在反应器内的停留时间，如果想增加物料在炉内的热解时间则必然要加高反应器的高度，增加占地面积及投资，效益降低。通过模拟发现，第一层辐射管与第二层辐射管之间的挡板加入能有效地的改善对经过第一层辐射管的物料分布，使其充分打散，最大面积的让含碳燃料参与炉内传热。

含碳燃料从进料口进入后，开始下落，碰到挡板和顶盖后，被弹起，然后再下落；含碳燃料每碰到一次挡板和顶盖，即被弹到一定高度，其下落速度被减缓，因此，增加了含碳燃料在热解反应器内的停留时间。而且，挡板和顶盖还起到对含碳燃料的引流作用，增加了含碳燃料在反应器本体内移动的距离，这也能增加含碳燃料在热解反应器内的停留时间。

因此，添加挡板和顶盖后，反应器的高度可降低。若不改变反应器本体的高度，添加挡板和顶盖后，可将辐射管的垂直间距加大，从而可减少反应器内辐射管的数量。此外，挡板还可以起到打散物料的作用，提高含碳燃料的热解效果。

根据本发明的实施例，挡板和顶盖48的材质也并不需要特别限定，优选为金属，金属的热传导性好，能提高含碳燃料热解的效果。

根据本发明的实施例，挡板的具体位置、形状并不需要特别限定。挡板可以只有第一挡板431，也可以只有第二挡板432。当然，两个都有是最佳的。同一层的第一挡板431可以都往左侧倾斜，也可以都往左侧倾斜，优选地，两个第一挡板431的一端相连，另一端一个向左倾斜、一个向右倾斜，配套使用。为了更好的起到引流的作用，上下相邻两层的第一挡板431最好错列布置。挡板可以根据需要设置在某层辐射管的上方或下方，挡板的最佳位置为两层辐射管的正中间，即与上下两层辐射管之间的垂直距离相等。

如图1所示，挡板最好设置在反应器本体的中下部，最上层挡板位于反应器本体高度的1/2-2/3处。

如图1及图2所示，可将两个第一挡板431组成开口向下的挡板组件，该挡板组件优选设置在两个辐射管之间的空隙的上方，其最佳位置为两个辐射管之间的空隙的正上方，即挡板组件与该两个辐射管之间的水平距离相等，能保证停留在挡板上的含碳燃料受热均匀。

根据本发明的实施例，挡板的长度并不需要特别限定，发明人发现，挡板的长度优选为辐射管42的直径的1-2倍。挡板的长度主要影响含碳燃料在挡板上的停留时间及含碳燃料在反应器内的移动的轨迹。挡板的长度越长，含碳燃料在挡板上的停留时间越长，但含碳燃料无法均匀的分散到下层辐射管；挡板的长度越短，含碳燃料在挡板上的停留时间越少。

根据本发明的实施例，α₁的角度并不需要特别限定，发明人发现，α₁的角度优选为30°-45°。α₁的角度主要影响含碳燃料在第一挡板431上的停留时间。α₁太大，含碳燃料也容易堆积到第一挡板431上；α₁太小，含碳燃料在第一挡板431的停留时间短，热解效果不好。

根据本发明的实施例，α₂的角度并不需要特别限定，发明人发现，α₂的角度优选为15°-60°。α₂的角度主要影响含碳燃料在第二挡板432上停留的时间。α₂太大，含碳燃料容易堆积到第二挡板432上；α₂太小，含碳燃料在第二挡板432上的停留时间短，热解效果不好。

根据本发明的实施例，α₃的角度并不需要特别限定，发明人发现，α₃的角度优选为60°-90°。α₃的角度主要影响含碳燃料在顶盖48上停留的时间。α₄太大，含碳燃料容易堆积到顶盖48上；α₂太小，含碳燃料在顶盖48上的停留时间短，热解效果不好。

根据本发明的实施例，顶盖48的垂直截面的宽度d并不需要特别限定，只要大于辐射管42的直径即可。发明人发现，d的长度最佳为辐射管42的直径的1.1-1.5倍，过长会影响辐射管热量的有效利用，过短对分散物料的作用不大。

参考图1，根据本发明的实施例，反应器的进料口和螺旋进料器2的一端相连，螺旋进料器2的另一端与进料料斗1相连；反应器的出料口与螺旋出料器3相连。进料料斗1和螺旋进料器2用于将粉状含碳燃料送入反应器中，螺旋出料器3用于将含碳燃料热解后产生的固体产物运送至下一工段。进料料斗1、螺旋进料器2和螺旋出料器3并不是必要装置，可视现场情况和具体的工艺决定是否要添加。

根据本发明的实施例，辐射管42的直径及形状并不需要限定，公称直径为200-300mm的圆形管是最佳选择。

根据本发明的实施例，左右相邻的两辐射管的水平间距也不需要限定，其最佳间距为200-400mm。

根据本发明的实施例，上下相邻的两辐射管的竖直间距也不需要限定，其最佳间距为500-1200mm。

根据本发明的实施例，反应器本体41的最佳高度为5-20m、最佳宽度(其内壁的宽度)为2-6m、最佳长度(其内壁的长度)为5-15m，反应器本体41中辐射管42的最佳层数为10-25层。燃料气进口44和空气入口45分别与辐射管相连。

下面参考具体实施例，对本发明进行说明。下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述发明内容中所示。下述实施例所用的检测方法均为本行业常规的检测方法。

实施例

用本发明提供的快速热解反应器对印尼褐煤进行热解，该印尼褐煤的成分分析如表1所示，所用的快速热解反应器的结构示意图如图1所示。其中，α₁为35°，α₂为40°，α₃为70°，d为330mm，挡板的长度均为450mm，辐射管42均为是公称直径为300mm的圆形管，左右相邻的两辐射管的水平间距为400mm，上下相邻的两辐射管的竖直间距为1200mm。反应器本体41的高度为20m、内壁的宽度为6m、内壁的长度为15m，有25层辐射管。

印尼褐煤热解的具体过程如下：

将印尼褐煤送入进料料斗1中，经螺旋进料器2进入反应器中。每根辐射管单独控温，反应器自上而下设有三个区：干燥脱水区、热解反应区和半焦生成区。往辐射管42中分别通入燃料气和空气，将干燥脱水区的温度控制在700℃、热解反应区的温度在控制600℃，半焦成熟区的温度控制在550℃。珲春褐煤自上而下依次通过干燥脱水区、热解反应区和半焦生成区，完成热解过程。热解产生的热解气和焦油从油气出口47中排出反应器本体41外并被进一步处理，产生的半焦通过螺旋出料器3送入下一个工序。热解还会产生烟气，烟气从烟气出口46中排出反应器本体1外，烟气与空气换热后会降温至200℃左右。将降温后的烟气用于干燥进入反应器的印尼褐煤。

表2为反应器内各区温度分布，表3为热解产物的产量。

表1 印尼褐煤的成分分析

Mad/％	Vad/％	Aad/％	Fcad/％
				7.67	36.39	8.06	47.88

表2 反应器各区温度分布

反应区	反应区温度/℃
		干燥脱水区	700
热解反应区	600
		半焦生成区	550

表3 热解产物产量

热解产物	比例/％
		热解气	14.08
热解水	10.1
		焦油	15.85
半焦	59.97

从表3可知，本发明提供的蓄热式热解反应器能有效的热解粉状含碳燃料。

上述实施例中，干燥脱水区的温度设置得比较高，这样有利于速脱去入炉的含碳燃料所含的水分，而且还能减少干燥脱水区的所占用的空间。此外，将降温后的烟气用于干燥进入反应器的含碳燃料，这样能进一步提高反应器效率和燃烧效率。

综上可知，本发明提供的蓄热式热解反应器采用了蓄热式无热载体辐射管加热技术，无需气、固热载体，提高了热解气的热值，该反应器结构简单、占地面积小，易于工业化。

其次，反应器内设置了挡板，挡板能增加含碳燃料在热解反应器内停留的时间。因此，添加挡板后，反应器的高度可降低。若不改变反应器本体的高度，添加挡板后，可将辐射管的垂直间距加大，从而可减少反应器内辐射管的数量。而且，挡板还可以起到打散物料的作用，提高含碳燃料的热解效果。此外，辐射管上方安装有顶盖，顶盖能有效地起到保护辐射管不受受到物料冲刷，延长辐射管的使用寿命。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (10)

1.一种蓄热式热解反应器，包括反应器本体、辐射管和多个挡板；

所述辐射管为多个，水平同方向间隔排布在所述反应器本体内的不同高度，相邻高度层的所述辐射管错列布置；所述挡板倾斜设置于两层辐射管之间。

2.根据权利要求1所述的蓄热式热解反应器，其特征在于，所述挡板包括第一挡板，所述第一挡板的竖直截面与竖直方向之间的夹角α₁为30°-45°。

3.根据权利要求2所述的蓄热式热解反应器，其特征在于，上下相邻两层所述第一挡板错列布置。

4.根据权利要求1所述的蓄热式热解反应器，其特征在于，所述挡板包括第二挡板，所述第二挡板的一端与所述反应器本体内侧壁相连，并形成夹角α₂。

5.根据权利要求4所述的蓄热式热解反应器，其特征在于，所述夹角α₂为15°-60°。

6.根据权利要求1所述的蓄热式热解反应器，其特征在于，所述挡板与上下相邻两层辐射管之间的垂直距离相等。

7.根据权利要求1所述的蓄热式热解反应器，其特征在于，所述挡板的长度为所述辐射管直径的1-2倍。

8.根据权利要求1-7中任一所述的蓄热式热解反应器，其特征在于，所述辐射管的上侧安装有顶盖。

9.根据权利要求8所述的蓄热式热解反应器，其特征在于，所述顶盖的顶角α₃为60°-90°。

10.根据权利要求8所述的蓄热式热解反应器，其特征在于，所述顶盖的垂直截面的宽度为所述辐射管直径的1.1-1.5倍。