CN106833689A - 蓄热式移动床热解反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种蓄热式移动床热解反应器，包括热解气出口、燃气进口和空气入口，热解气出口设置于反应器的顶部，燃气进口、空气入口设置于反应器的侧壁，还包括在反应器横向方向间隔设置的传热体，并竖直地贯穿于反应器内，将反应器的内部空间分割成多个热解室和多个辐射管室，多个热解室与所述多个辐射管室隔层设置。本发明的反应器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，而且物料热解室与辐射管隔层布置，在能充分热解的情况下，有效避免了物料与辐射管接触，防止辐射管磨损、结焦，延长了辐射管的使用寿命。
Description
技术领域
本发明创造属于对化石燃料采取热解处理技术领域，主要是针对煤和油页岩等资源开发的一种蓄热式移动床热解反应器，以制取热解油、可燃气和半焦产品。
背景技术
当今世界油气资源逐渐减少，日益匮乏，我国尤甚，必须依靠大量的进口原油，这关系到国家能源安全问题。然而，我国拥有非常丰富的油页岩以及煤炭资源，目前我国的热解页岩油产量居世界第一位，并且有逐年增长的趋势。现有的油页岩以及煤炭热解炉型主要有抚顺炉、三江方炉、大工的固体热载体干馏炉、爱莎尼亚的葛洛特（Galoter）炉和澳大利亚的ATP炉等。现有的热解炉型均以制取油品为主要目的，但是大多热解炉型，尤其是以处理粉煤为原料的炉型，热解油中含有大量尘，造成热解油难以有效利用，热解油价值不高等问题。因此，如何设计一种高效除尘、系统结构和工艺流程简单、辐射管寿命长的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，设计并开发出一种蓄热式移动床热解反应器，该反应器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，而且物料热解室与辐射管隔层布置，在能充分热解的情况下，有效避免了物料与辐射管接触，防止辐射管磨损、结焦，延长了辐射管的使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
本发明提供的一种蓄热式移动床热解反应器，根据本发明的实施例，该反应器包括热解气出口、燃气进口和空气入口，所述热解气出口设置于反应器的顶部，所述燃气进口、空气入口设置于反应器的侧壁，还包括：传热体，所述传热体沿所述反应器横向方向间隔设置，且竖直地贯穿于所述反应器内，将所述反应器的内部空间分割成多个腔室，所述腔室用作多个热解室和多个辐射管室，且所述多个热解室与所述多个辐射管室隔层设置；其中，所述辐射管室内部均匀设置有单向蓄热式辐射管，所述辐射管自反应器的上部至底部呈多层布置；所述传热体使所述辐射管室内部的所述蓄热式辐射管与所述热解室中的物料进行分隔，防止所述蓄热式辐射管磨损和结焦；中空的所述热解室利用所述辐射管室的辐射热将物料进行热解处理。
发明人发现，根据本发明实施例的该反应器的结构简单，操作方便，物料热解室与辐射管室在不同腔室中隔层布置，保证物料在充分热解的情况下，避免了物料与辐射管直接接触，防止辐射管磨损、结焦，延长了辐射管的使用寿命，提高系统运行可靠性。
进一步地，所述传热体上分布有孔带，所述孔的直径为3-30mm，所述传热体上总开孔面积占所述传热体总面积的20-60%。
进一步地，所述辐射管室和所述热解室的顶壁均设置有热解气出口，用于排出进入辐射管室和热解室的热解油气；
所述辐射管室和所述热解室的底端还设置有半焦排出口；
更进一步地，所述热解室的顶端上还设置有原料进料口。
优选地，所述反应器的下端还连接有冷渣螺旋装置，所述冷渣螺旋装置与半焦排出口相连。
进一步地，所述辐射管采用直径为200-300mm的圆形管，所述辐射管之间的水平方向的间距为200-700mm，所述辐射管室的辐射管的层数为10-20层。
优选地，所述辐射管与燃气调节阀连接，所述燃气调节阀将所述辐射管的管壁温度控制在550-800℃。
进一步地，所述反应器的上部还设置有料斗，所述料斗通过螺旋进料器与所述进料口相连。
进一步地，所述反应器宽度为2-6m，反应器高度为3-20m；所述反应器的侧壁还设置有烟气出口，所述烟气出口设置在所述燃气进口和所述空气出口之间。
优选地，所述传热体的材料为易传热的金属材料。
进一步地，所述反应器用于加热直径在20mm以下的化石燃料。
本发明的一种蓄热式移动床热解反应器的优点在于：（1）本发明采取蓄热式辐射管移动床工艺反应器加热20mm以下的化石燃料，原料处理范围大，无热载体，反应工艺简单，且温度分布均匀，系统热效率高。
（2）本发明产生的热解气未被稀释，热解气热值高。
（3）本发明采用了立式炉，结构简单，节省建造成本和占地面积。
（4）本发明中的物料热解室与辐射管隔层布置，在充分热解的情况下，有效避免了物料与辐射管接触，防止辐射管磨损、结焦，延长了辐射管的使用寿命，提高系统运行可靠性。
附图说明
图1是本发明蓄热式移动床热解反应器的结构示意图。
其中，1-料斗、2-螺旋进料器、3-传热体、4-热解室、5-辐射管室、6-辐射管、7-热解气出口、8-燃气进口、9-烟气出口、10-空气入口、11-冷渣螺旋装置、12-半焦排出口、13-原料进料口。
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。
以下将结合附图，对本发明的一种蓄热式移动床热解反应器进行进一步地详细说明。
根据图1所示的本发明的一种蓄热式移动床热解反应器的结构示意图， 本发明的反应器包括热解气出口7、燃气进口8和空气入口10，所述热解气出口7设置于反应器的顶部，所述燃气进口8、空气入口10设置于反应器的侧壁。本发明的反应器还包括：传热体3，所述传热体3沿所述反应器横向方向间隔设置，且竖直地贯穿于所述反应器内，将所述反应器的内部空间分割成多个腔室，所述腔室用作多个热解室4和多个辐射管室5，且所述多个热解室4与所述多个辐射管室5隔层设置；其中，所述辐射管室5内部均匀设置有单向蓄热式辐射管6，所述辐射管6自反应器的上部至底部呈多层布置；所述传热体3使所述辐射管室5内部的所述蓄热式辐射管与所述热解室4中的物料进行分隔，防止所述蓄热式辐射管磨损和结焦；中空的所述热解室4利用所述辐射管室5的辐射热将物料进行热解处理。
发明人发现，根据本发明实施例的该反应器的结构简单，操作方便，物料热解室4与辐射管室5在不同腔室中隔层布置，保证物料在充分热解的情况下，避免了物料与辐射管6直接接触，防止辐射管6磨损、结焦，延长了辐射管的使用寿命，提高系统运行可靠性。
通过对所述传热体3上孔带的设计，所述孔的直径为3-30mm，所述传热体3上总开孔面积占所述传热体总面积的20-60%。发明人发现，当传热体3上的开孔面积比率达到上述范围内时，在任何工况下，蓄热式反应器中的热量都可以得到很好地散发，从而保证了内部反应的稳定性。
本发明的蓄热式移动床热解反应器上的所述辐射管室5和所述热解室4的顶壁均设置有热解气出口7，用于排出反应过程中辐射管室5和热解室4的热解油气。所述辐射管室5和所述热解室4的底端还设置有半焦排出口12，在所述热解室4的顶端上还设置有原料进料口13，在所述反应器的下端还连接有冷
渣螺旋装置11，所述冷渣螺旋装置11与半焦排出口12相连。
本发明中采用了多个出口和进口的设计，其目的是为了解决在热解室中产生的产物不同所设计，对于热解油气，其产生在所述热解室的顶端，发明人相应地将其设置在了热解室的上部。本发明中的传热体上具有多个孔带，所以为了避免在热解过程中，少数的物料进入到辐射管室中，所以在辐射管室的上部也相应地设计了用于排出热解油气的热解气出口。
所述反应器的侧壁还设置有烟气出口，所述烟气出口9设置在所述燃气进口8和所述空气入口10之间，不同的位置也意味着不同产物在产生过程中热解室中的分布位置。固体物质如焦状固体则产生于热解室4和辐射管室5的底部。
本发明的移动床反应器采用蓄热式辐射管供热，辐射管室5中均匀布置了单向蓄热式辐射管6，辐射管6自反应器的上部至底部多层布置，管壁温度利用燃气调节阀控制在550～800℃范围，而本发明中的热解室需要热解的热源来源于辐射管壁的传热。所以本发明中的传热体的材料为易传热的金属材料，也正是为了充分达到本发明中热解室热解需要的温度。
本发明中的辐射管6均采用直径为200-300mm的圆形管，所述辐射管6之间的水平方向的间距为200-700mm，所述辐射管室5的辐射管的层数为10-20层。
在本发明的所述反应器的上部还设置有料斗1，所述料斗1通过螺旋进料器2与设置在热解室4上端的原料进料口13相连。
本发明的反应器宽度为2-6m，反应器高度为3-20m，反应器采用立式结构，结构简单，有效地节省了建造成本，充分地减少了占地面积。
本发明的反应器用于加热直径在20mm以下的化石燃料，原料处理范围大，无热载体，反应工艺简单，且温度分布均匀，系统热效率高。
本发明中反应器的反应过程为：物料在料斗1中经螺旋进料器2进入蓄热式移动床反应器的热解室4中，物料在热解室4中自上而下停留10-100分钟，利用来自热解室4两侧辐射管室5的辐射热，将物料加热到500～600℃，完成热解过程。热解过程中产生的热解油气，通过热解室4的热解气出口7排出；少部分进入辐射管室5的热解油气由辐射管室5的热解气出口排出。在热解过程中产生的热解半焦从热解室4底部的半焦排出口12排出到冷渣螺旋装置11中，少部分进入辐射管室5的热解半焦由辐射管室5的半焦排出口12排出到冷渣螺旋装置11中，并经冷渣螺旋装置11排出到任一的回收装置或者是废渣堆放处。
利用蓄热式移动床热解反应器对朝鲜油页岩进行处理，原料的基础数据见表1。
利用该反应器处理朝鲜油页岩，热解气热值高达5000kcal/m3，品质高。系统热转化效率达到90%以上。辐射管经5000小时应用后，无结焦、磨损现象，使用寿命长。
本发明的一种蓄热式移动床热解反应器，该反应器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，而且物料热解室与辐射管隔层布置，在能充分热解的情况下，有效避免了物料与辐射管接触，防止辐射管磨损、结焦，延长了辐射管的使用寿命。
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)
1.一种蓄热式移动床热解反应器，包括热解气出口、燃气进口和空气入口，所述热解气出口设置于反应器的顶部，所述燃气进口、空气入口设置于反应器的侧壁，其特征在于,还包括：
传热体，所述传热体沿所述反应器横向方向间隔设置，且竖直地贯穿于所述反应器内，将所述反应器的内部空间分割成多个腔室，所述腔室用作多个热解室和多个辐射管室，且所述多个热解室与所述多个辐射管室隔层设置；
其中，所述辐射管室内部均匀设置有单向蓄热式辐射管，所述辐射管自反应器的上部至底部呈多层布置；
所述传热体使所述辐射管室内部的所述蓄热式辐射管与所述热解室中的物料进行分隔，防止所述蓄热式辐射管磨损和结焦；
中空的所述热解室利用所述辐射管室的辐射热将物料进行热解处理。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述传热体上分布有孔带，所述孔的直径为3-30mm，所述传热体上总开孔面积占所述传热体总面积的20-60%。
3.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述辐射管室和所述热解室的顶壁均设置有热解气出口，用于排出进入辐射管室和热解室的热解油气；
所述辐射管室和所述热解室的底端还设置有半焦排出口；进一步地，所述热解室的顶端上还设置有原料进料口。
4.根据权利要求3所述的反应器，其特征在于，所述反应器的下端还连接有冷渣螺旋装置，所述冷渣螺旋装置与半焦排出口相连。
5.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述辐射管采用直径为200-300mm的圆形管，所述辐射管之间的水平方向的间距为200-700mm，所述辐射管室的辐射管的层数为10-20层。
6.根据权利要求5所述的反应器，其特征在于，所述辐射管与燃气调节阀连接，所述燃气调节阀将所述辐射管的管壁温度控制在550-800℃。
7.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述反应器的上部还设置有料斗，所述料斗通过螺旋进料器与所述进料口相连。
8.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述反应器宽度为2-6m，反应器高度为3-20m；
所述反应器的侧壁还设置有烟气出口，所述烟气出口设置在所述燃气进口和所述空气出口之间。
9.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述传热体的材料为易传热的金属材料。
10.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述反应器用于加热直径在20mm以下的化石燃料。
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