CN107236575B - 一种倾斜塔板式耦合流化床热解气化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种倾斜塔板式耦合流化床热解气化装置，包括进料口、气化剂进口、反应段壳体、倾斜塔板、扩大段壳体、气体分布板、出气口、旋风分离器、返料进口及灰渣排料管。煤颗粒由进料口进入，经倾斜塔板的下行分级分离，与气化剂进口输入的气化剂在高温下发生热解气化反应，产出携带部分飞灰和细小半焦颗粒的气体经旋风分离器进一步处理，得到纯化的气体产物，其中分离出来的灰料经返料口进入到扩大段壳体内，最终的灰渣由灰渣排料管排出。本发明同时具有气流床和循环流化床两部分，通过不同的床层有效实现煤的分级热解和气化，且整个流程为在密闭环境中进行，避免了异味的扩散和对周围环境的污染问题。

Description

一种倾斜塔板式耦合流化床热解气化装置
技术领域
本发明涉及煤的提质领域，具体涉及一种倾斜塔板式耦合流化床热解气化装置。
背景技术
我国拥有十分丰富的煤炭资源，地质储量约为1.4万亿吨，目前已探明储量约为6426亿吨，其中可开采储量为2303亿吨，但是大部分煤炭品质较低，直接燃烧会产生大量CO2、SOx，NOx等大气污染物，如何充分利用这些低品质煤缓解我国的能源压力十分必要。同时，我国煤炭资源中低阶煤所占比例较高，超过全国煤炭总储量的50％。这些煤具有水分大、挥发分高、化学反应性好等特点，所以能否解决低阶煤的处理问题是中国经济进入新常态的重要问题。中科院院士郭慕孙提出“煤拔头煤炭综合利用新工艺”，通过温和热解的方式把原煤中的挥发分“拔”出来，把产生半焦、煤气用于发电，尽可能多的获得焦油产品，这有助于提高煤炭资源利用率、减少对进外石油依赖、维护国家能源安全。
煤的挥发分中富含可直接转化为高价值化学品、大宗燃料油及燃气的碳氢结构，通过热解对这些低阶煤进行提质是有效利用的有效方法，通过热解直接提取煤中的挥发分，获得焦油、热解气和半焦，是一种利用煤炭本身的组成与结构特征生产油气和化学品的分级转化过程。
在煤热解的实际操作过程中，影响热解效率的因素很多，主要是反应器类型和热解工艺条件。因为反应器能够极大地影响化学反应体系的热量、动量和质量传递过程，从而影响化学反应的速度和进行程度，所以反应器研究更加重要。美国采用循环流化床反应器和输送床反应器，欧洲各国多采用鼓泡流化床反应器，目前已经做了大量研究工作，但是仍有许多不足之处。
发明内容
针对现有技术中煤热解效率低的问题，本发明提供了一种倾斜塔板式耦合流化床热解气化装置，该装置设有气流床和循环流化床两部分，通过设置倾斜塔板式分级分离器，使夹带半焦按粒度的不同进入不同的床层，有效实现煤的分级热解和气化。
本发明采用以下的技术方案：
一种倾斜塔板式耦合流化床热解气化装置，包括进料口、反应段壳体、扩大段壳体和旋风分离器，所述扩大段壳体设置在反应段壳体的底端，所述进料口设置在反应段壳体的上部侧面，反应段壳体的顶部设置有出气口，所述出气口连接于所述旋风分离器，反应段壳体内连续交错设置有倾斜塔板，倾斜塔板包括本体部和弯折部，所述本体部的表面上设置有均匀分布的塔板气孔，所述弯折部与所述反应段壳体的内侧壁间形成物料出口，物料经首尾相连的、连续交错的各个倾斜塔板的物料出口由上至下运输到扩大段壳体中。
所述扩大段壳体内的下部设有气体分布板，扩大段壳体的下部侧面设置有气化剂进口，所述气化剂进口位于气体分布板的平面下方，气体分布板上设置有均匀分布的气体分布板气孔，扩大段壳体的底面圆心处和气体分布板的圆心处均设有开口段，在所述两开口段间设置有灰渣排料管，扩大段壳体的上部侧面设置有返料进口，旋风分离器将所述出气口携带的部分飞灰和细小半焦颗粒进行旋风分离，分离出来的灰料经旋风分离器的排灰口输送到所述返料进口。
优选地，所述反应段壳体的高和直径的比为(5～10):1。
优选地，所述灰渣排料管的下部设有排料控制阀，用于根据需求随时调节排料的流量大小。
优选地，所述反应段壳体、扩大段壳体、倾斜塔板和气体分布板均采用不锈钢板材。
优选地，所述倾斜塔板的倾角为15°～30°。
优选地，所述反应段壳体和扩大段壳体的外表面设有硅酸盐材料的保温层，用于防止热量损失，极大提高能量的利用效率。
有益效果：
(1)一个设备同时具有气流床和循环流化床两部分，通过设置倾斜塔板组成分级分离器，使夹带半焦按粒度的不同进入不同的床层，有效实现煤的分级热解和气化；(2)能够实现反应器内部脱硫，简化了净化过程，其生成气中含有大量的甲烷，热值高，适合于做燃气；(3)气流床的气化剂进口切线进料和液体排渣所生成的高温气和液态灰渣同时为循环流化床供热，液体渣落入炉底的床料中，消除了流化床燃烧、热解或气化的飞灰重金属污染；(4)气化强度大，设备体积小，钢材耗量低，固定投资大大降低，且操作简单，开停车方便，连续性好，适应性强，垃圾灰中残碳含量低，固体灰渣排出，排灰过程简单；(5)整个工艺流程在密闭环境中进行，避免了异味的扩散和对周围环境的污染。
附图说明
图1为倾斜塔板式耦合流化床热解气化装置的结构示意图。
图2为倾斜塔板的结构示意图。
图3为气体分布板的结构示意图。
1为反应段壳体，2为扩大段壳体，3为倾斜塔板，31为塔板气孔，4为气体分布板，41为气体分布板气孔，5为气化剂进口，6为返料进口，7为灰渣排料管，8为进料口，9为出气口，10为旋风分离器。
具体实施方式
结合图1、图2和图3，一种倾斜塔板式耦合流化床热解气化装置，包括进料口8、反应段壳体1、扩大段壳体2和旋风分离器10，扩大段壳体2设置在反应段壳体1的底端，进料口8设置在反应段壳体1的上部侧面，反应段壳体1的顶部设置有出气口9，出气口9连接于旋风分离器10，反应段壳体1内连续交错设置有倾斜塔板3，倾斜塔板3包括本体部和弯折部，本体部的表面上设置有均匀分布的塔板气孔31，弯折部与反应段壳体1的内侧壁间形成物料出口，物料经首尾相连的、连续交错的各个倾斜塔板3的物料出口由上至下运输到扩大段壳体2中。
扩大段壳体2内的下部设有气体分布板4，扩大段壳体2的下部侧面设置有气化剂进口5，气化剂进口5位于气体分布板4的平面下方，气体分布板4上设置有均匀分布的气体分布板气孔41，扩大段壳体2的底面圆心处和气体分布板4的圆心处均设有开口段，在两开口段间设置有灰渣排料管7，扩大段壳体2的上部侧面设置有返料进口6，旋风分离器10将出气口9携带的部分飞灰和细小半焦颗粒的气体进行旋风分离，分离出来的灰料经旋风分离器10的排灰口输送到返料进口6。
其中，反应段壳体1的高和直径的比为(5～10):1，,灰渣排料管7的下部设有排料控制阀，用于根据需求随时调节排料的流量大小，反应段壳体1、扩大段壳体2、倾斜塔板3和气体分布板4均采用不锈钢板材，倾斜塔板3的倾角为15°～30°，反应段壳体1和扩大段壳体2的外表面设有硅酸盐材料的保温层，用于防止热量损失，极大提高能量的利用效率。
干燥粉粹后的煤颗粒由进料口8进入，然后沿着倾斜塔板3倾斜下行，在高温下发生热解气化反应，产生的气体由顶部的出气口9排出，固体半焦依次沿倾斜塔板3下行最终进入扩大段壳体2，水蒸气和氧气由气化剂进口5进入扩大段壳体中，然后参与反应，其中的主要反应是：C+O2→CO2，C+H2O→CO+H2，这为煤的热解气化反应提供了热量，气体携带部分飞灰和细小半焦颗粒由顶部的出气口9排出后进入旋风分离器10，旋风分离器10经旋风分离出来的灰料固体经过返料进口6再进入到扩大段壳体2进行彻底反应，最终的灰渣由扩大段壳体2底部的灰渣排料管7排出，气体经过处理后可以作为燃气火车燃气轮机发电。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种倾斜塔板式耦合流化床热解气化装置，其特征在于，包括进料口、反应段壳体、扩大段壳体和旋风分离器，所述扩大段壳体设置在反应段壳体的底端，所述进料口设置在反应段壳体的上部侧面，反应段壳体的顶部设置有出气口，所述出气口连接于所述旋风分离器，反应段壳体内连续交错设置有倾斜塔板，倾斜塔板包括本体部和弯折部，所述本体部的表面上设置有均匀分布的塔板气孔，所述弯折部与所述反应段壳体的内侧壁间形成物料出口；
所述扩大段壳体内的下部设有气体分布板，扩大段壳体的下部侧面设置有气化剂进口，所述气化剂进口位于气体分布板的平面下方，气体分布板上设置有均匀分布的气体分布板气孔，扩大段壳体的底面圆心处和气体分布板的圆心处均设有开口段，在所述两开口段间设置有灰渣排料管，扩大段壳体的上部侧面设置有返料进口，所述返料进口连接于所述旋风分离器；
所述反应段壳体的高和直径的比为(5～10):1；
所述倾斜塔板的倾角为15°～30°。
2.根据权利要求1所述的一种倾斜塔板式耦合流化床热解气化装置，其特征在于，所述灰渣排料管的下部设有排料控制阀。
3.根据权利要求1所述的一种倾斜塔板式耦合流化床热解气化装置，其特征在于，所述反应段壳体、扩大段壳体、倾斜塔板和气体分布板均采用不锈钢板材。
4.根据权利要求1所述的一种倾斜塔板式耦合流化床热解气化装置，其特征在于，所述反应段壳体和扩大段壳体的外表面设有硅酸盐材料的保温层。
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