CN107245342A - 热解反应炉及其热解方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热解反应炉及其热解方法，热解反应炉包括：热解炉体，热解炉体的上部设有第一进料口，热解炉体的下端设有中间出料口；加热管，加热管伸入到热解炉体内以对热解炉体内的物料提供热解热量；螺旋输送搅拌器，螺旋输送搅拌器包括壳体和搅拌轴，壳体设在热解炉体的底部，壳体在长度方向上的两端设有第二进料口和终出料口，壳体的顶壁设有与中间出料口连通的中间进料口，中间进料口位于第二进料口和终出料口之间，搅拌轴可转动地伸入到壳体内以将从中间进料口和第二进料口排入到壳体内的物料输送至终出料口。本发明的热解反应炉，可降低系统的能耗，提高热解焦油的产率。同时结构简单，能够在一定程度上减小占地面积，易于工业化。
Description
技术领域
本发明涉及高温空气燃烧技术领域，尤其涉及一种热解反应炉及其热解方法。
背景技术
相关技术的热解反应炉的系统能耗高，并且热解反应炉内的物料热解后的固态产物自身显热高，而相关技术的热解工艺及热解反应炉极大地浪费了固态产物的显热，从而造成了能量的损失。
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，本发明提出一种热解反应炉，可降低系统的能耗，提高热解焦油的产率。同时结构简单，能够在一定程度上减小占地面积，易于工业化。
本发明还提出了一种上述热解反应炉的热解方法。
根据本发明实施例的热解反应炉，包括：热解炉体，所述热解炉体的上部设有第一进料口，所述热解炉体的下端设有中间出料口；加热管，所述加热管伸入到所述热解炉体内以对所述热解炉体内的物料提供热解热量；螺旋输送搅拌器，所述螺旋输送搅拌器包括壳体和搅拌轴，所述壳体设在所述热解炉体的底部，所述壳体在长度方向上的两端设有第二进料口和终出料口，所述壳体的顶壁设有与所述中间出料口连通的中间进料口，所述中间进料口位于所述第二进料口和所述终出料口之间，所述搅拌轴可转动地伸入到所述壳体内以将从所述中间进料口和所述第二进料口排入到所述壳体内的物料输送至所述终出料口。
根据本发明实施例的热解反应炉，通过设置螺旋输送搅拌器，从而能够充分地利用热解炉体内物料热解后产生的高温的固态产物自身的显热，有效地降低系统的能耗，提高热解焦油的产率。同时结构简单，能够在一定程度上减小占地面积，易于工业化。
根据本发明的一些实施例所述搅拌轴包括轴体和多个螺旋叶片，每个所述螺旋叶片设在所述轴体上，所述多个螺旋叶片沿所述轴体的轴向间隔设在所述轴体上。由此可知，搅拌轴的结构简单，同时有利于保证搅拌轴的转动对从热解炉体和第二进料口排入到壳体内的物料的混合效果，使从第二进料口排入到壳体内的物料充分地利用从热解炉体内排入到壳体内的高温的固态产物释放的自身显热，进而提高热解反应炉的热解焦油的产率。
进一步地，所述搅拌轴还包括多个搅拌杆，所述多个搅拌杆设在所述轴体上，在所述轴体的长度方向上，所述多个搅拌杆设在所述轴体的中部，所述多个螺旋叶片分布在所述多个搅拌杆的两侧。从而可以提高热解反应炉的热解焦油的产率，保证螺旋输送搅拌器工作的连续性和可靠性。
具体地，所述轴体的邻近所述第二进料口的一侧的设置所述螺旋叶片的部分的长度为所述轴体的总长度的1/5-1/4。从而，可以保证螺旋输送搅拌器对从第二进料口进入到壳体内的物料输送至设有多个搅拌杆的轴体的中部的速度，进而保证壳体内物料的热解效率，提高热解反应炉的热解焦油的产率。
具体地，所述轴体的邻近所述终出料口的一侧的设置所述螺旋叶片的部分的长度为所述轴体的总长度的5/12-11/20。从而，可以保证螺旋输送搅拌器对壳体内热解后的固态产物和释放自身显热的固态产物输送至终出料口的速度，进而为新进入到壳体内的物料和高温固态产物的混合提供有效的空间，提高热解反应炉的热解焦油的产率，同时有利于保证螺旋输送搅拌器工作的可靠性和工作效率。
具体地，所述轴体设置的所述搅拌杆的部分的长度为所述轴体的总长度的1/4-1/3。由此，可以保证从第二进料口进入到壳体内的物料和从热解炉体内排入到壳体内的高温的固态产物的混合效果，使壳体内的物料热解的更加充分，进而提高热解反应炉的热解焦油的产率。
可选地，相邻的两个所述搅拌杆之间的距离为30mm-200mm。由此，不但可以保证壳体内从第二进料口进入到壳体内的物料和从热解炉体内排入到壳体内的高温的固态产物的混合效果，而且还能够为壳体内物料热解后产生的油气的排出提供有效的空间，在一定程度上避免焦油发生二次裂解，进而提高热解反应炉的热解焦油的产率。
根据本发明的一些实施例，所述热解炉体的长度和所述壳体的长度的比值为10:9-4:3。由此，能够保证物料在热解炉体内自上而下停留5s-10s以热解地更加充分，进而提高热解反应炉的热解焦油的产率，同时在一定程度上降低系统的能耗。
可选地，所述壳体的内周壁上设有保温材料件。从而有利于避免从热解炉体排入到壳体内的高温的固态产物释放的自身显热从壳体的内周壁向外散出，进而提高了壳体的保温效果，能够在一定程度上提高壳体内物料的热解焦油的产率。
根据本发明实施例的热解反应炉的热解方法，所述热解反应炉为根据本发明上述实施例的热解反应炉，所述热解方法包括如下步骤：
S1：将物料通过所述第一进料口输送至所述热解炉体内，所述加热管工作以对所述热解炉体内的物料提供热解热量；
S2：在预定时间后，开启所述螺旋输送搅拌器使得所述搅拌轴转动，将物料通过所述第二进料口输送至所述壳体内，热解后的物料从所述终出料口排出。
根据本发明实施例的热解反应炉的热解方法，能够充分地利用热解炉体内物料热解后产生的高温的固态产物自身的显热，有效地降低热解反应炉的系统的能耗，提高热解焦油的产率。
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是根据本发明实施例的热解反应炉的示意图。
附图标记：
热解反应炉100；
第一进料口1；第二进料口2；热解炉体3；加热管4；螺旋输送搅拌器5；壳体51；搅拌轴52；轴体521；螺旋叶片522；搅拌杆523；电机53；中间出料口6；终出料口8；燃气进口9；空气进口10；烟气出口11；油气出口12；螺旋进料机13。
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，需要理解的是，术语“长度”、“上”、“下”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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，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。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
下面参考图1描述根据本发明实施例的热解反应炉100。
如图1所示，根据本发明实施例的热解反应炉100包括：热解炉体3、加热管4和螺旋输送搅拌器5。
具体而言，热解炉体3的上部设有第一进料口1，热解炉体3的下端设有中间出料口6。加热管4伸入到热解炉体3内以对热解炉体3内的物料提供热解热量。由此可知，物料通过第一进料口1进入到热解炉体3内后，热解炉体3内的加热管4为物料提供热量以使物料在热解炉体3内进行充分的热解，物料热解后形成油气和高温的固态产物。可以理解的是，热解炉体3上设有油气出口12以将物料热解后产生的油气快速导出，从而可以避免焦油发生二次裂解，提高热解焦油的产率。而高温的固态产物沿着中间出料口6从热解炉体3内排出。
螺旋输送搅拌器5包括壳体51和搅拌轴52，壳体51设在热解炉体3的底部，壳体51在长度方向上的两端设有第二进料口2和终出料口8，壳体51的顶壁设有与中间出料口6连通的中间进料口，中间进料口位于第二进料口2和终出料口8之间，搅拌轴52可转动地伸入到壳体51内以将从中间进料口和第二进料口2排入到壳体51内的物料输送至终出料口8。
由此可知，热解炉体3内的物料热解后产生的高温的固态产物沿着连通的中间出料口6和中间进料口而排入到螺旋输送搅拌器5的壳体51内，然后高温的固态产物与从第二进料口2进入到壳体51内的物料在搅拌轴52的搅拌下混合并朝向终出料口8运动，从而在运动过程中，高温的固态产物释放自身显热以为从第二进料口2进入到壳体51内的物料提供热量，使得从第二进料口2进入到壳体51内的物料在壳体51内吸收热量并进行热解，热解后形成的固态产物及释放自身显热后的固态产物被搅拌轴52输送至终出料口8，最终排出热解反应炉100。从而可知，热解反应炉100的壳体51内无外加热源，充分地利用热解炉体3内物料热解后产生的高温的固态产物自身的显热，从而有效地降低了系统的能耗，提高了热解焦油的产率。同时，热解反应炉100的结构简单，能够在一定程度上减小占地面积，易于工业化。
根据本发明实施例的热解反应炉100，通过设置螺旋输送搅拌器5，从而能够充分地利用热解炉体3内物料热解后产生的高温的固态产物自身的显热，有效地降低系统的能耗，提高热解焦油的产率。同时结构简单，能够在一定程度上减小占地面积，易于工业化。
可选地，螺旋输送搅拌器5还包括电机53，电机53位于壳体51的外侧，电机53与搅拌轴52配合以驱动搅拌轴52转动。由此可知，通过调节电机53的转动速度即可控制螺旋输送搅拌器5对壳体51内的物料的搅拌效果和输送速度。当电机53的转动速度在50r/min-60r/min时，能够保证搅拌轴52对从热解炉体3和第二进料口2排入到壳体51内的物料的混合效果，使壳体51内的物料热解充分。同时可保证螺旋输送搅拌器5输送物料的速度，进而保证螺旋输送搅拌器5工作的可靠性。优选地，电机53的转动速度为52.5r/min-56.8r/min。
根据本发明的一些实施例，搅拌轴52包括轴体521和多个螺旋叶片522，每个螺旋叶片522设在轴体521上，多个螺旋叶片522沿轴体521的轴向间隔设在轴体521上。由此可知，搅拌轴52的结构简单，同时有利于保证搅拌轴52的转动对从热解炉体3和第二进料口2排入到壳体51内的物料的混合效果，使从第二进料口2排入到壳体51内的物料充分地利用从热解炉体3排入到壳体51内的高温的固态产物释放的自身显热，进而提高热解反应炉100的热解焦油的产率。
进一步地，搅拌轴52还包括多个搅拌杆523，多个搅拌杆523设在轴体521上，在轴体521的长度方向上，多个搅拌杆523设在轴体521的中部，多个螺旋叶片522分布在多个搅拌杆523的两侧。由此可知，物料通过第二进料口2进入到壳体51内后首先在轴体521和邻近第二进料口2的一侧的多个螺旋叶片522的转动作用下被输送至设有多个搅拌杆523的轴体521的中部，此时从第二进料口2进入到壳体51内的物料和从热解炉体3排入到壳体51内的高温的固态产物在多个搅拌杆523的搅拌作用下能够充分的混合，从而使从第二进料口2进入到壳体51内的物料充分地吸收从热解炉体3排入到壳体51内的高温的固态产物释放的自身显热以进行热解，进而可以提高热解反应炉100的热解焦油的产率。
同时可知，搅拌杆523在轴体521的带动下不但对壳体51内的物料和固态产物具有搅拌的作用，而且还具有输送的作用。从而使热解后形成的固态产物及释放自身显热后的固态产物朝向终出料口8运动，然后固态产物在轴体521和邻近终出料口8的一侧的多个螺旋叶片522的转动作用下被输送至终出料口8，最终排出热解反应炉100。进而能够为螺旋输送搅拌器5内的从第二进料口2新进入的物料和从热解炉体3新排入到壳体51内的物料提供有效的混合空间，保证了螺旋输送搅拌器5工作的连续性和可靠性。
具体地，当轴体521的邻近第二进料口2的一侧的设置螺旋叶片522的部分的长度为轴体521的总长度的1/5-1/4时，可以保证螺旋输送搅拌器5对从第二进料口2进入到壳体51内的物料输送至设有多个搅拌杆523的轴体521的中部的速度，进而保证壳体51内物料的热解效率，提高热解反应炉100的热解焦油的产率。
具体地，当轴体521的邻近终出料口8的一侧的设置螺旋叶片522的部分的长度为轴体521的总长度的5/12-11/20时，可以保证螺旋输送搅拌器5对壳体51内热解后的固态产物和释放自身显热的固态产物输送至终出料口8的速度，进而为新进入到壳体51内的物料和高温固态产物的混合提供有效的空间，提高热解反应炉100的热解焦油的产率，同时有利于保证螺旋输送搅拌器5工作的可靠性和工作效率。
具体地，当轴体521设置的搅拌杆523的部分的长度为轴体521的总长度的1/4-1/3时，可以保证从第二进料口2进入到壳体51内的物料和从热解炉体3内排入到壳体51内的高温的固态产物的混合效果，使壳体51内的物料热解的更加充分，进而提高热解反应炉100的热解焦油的产率。
可选地，当相邻的两个搅拌杆523之间的距离为30mm-200mm时，不但可以保证壳体51内从第二进料口2进入到壳体51内的物料和从热解炉体3内排入到壳体51内的高温的固态产物的混合效果，而且还能够为壳体51内物料热解后产生的油气的排出提供有效的空间，在一定程度上避免焦油发生二次裂解，进而提高热解反应炉100的热解焦油的产率。进一步地，相邻的两个搅拌杆523之间的距离为100.2mm-183.3mm。
根据本发明的一些实施例，当热解炉体3的长度和壳体51的长度的比值为10:9-4:3时，能够保证物料在热解炉体3内自上而下停留5s-10s以热解地更加充分，进而提高热解反应炉100的热解焦油的产率，同时在一定程度上降低系统的能耗。
根据本发明的一些实施例，热解反应炉100还包括螺旋进料机13，螺旋进料机13设在第一进料口1处。由此可知，外界物料通过螺旋进料机13输送至第一进料口1，从而便于物料的进料。
可选地，壳体51的内周壁上设有保温材料件。从而有利于避免从热解炉体3排入到壳体51内的高温的固态产物释放的自身显热从壳体51的内周壁向外散出，进而提高了壳体51的保温效果，能够在一定程度上提高壳体51内物料的热解焦油的产率。
可选地，加热管4为蓄热式辐射管。从而使加热管4的热效率高、运行稳定、可靠性高。可以理解的是，当加热管4为蓄热式辐射管时，热解炉体3上还设有燃气进口9、空气进口10和烟气出口11，从而可以保证蓄热式辐射管内的热效率和可靠性，进而保证加热管4为热解炉体3内的物料提供充分的热量以热解。其中蓄热式辐射管的管壁的温度通过燃气调节阀(图未示出)控制。
可选地，油气出口12为多个，多个油气出口12在热解炉体3和壳体51上间隔分布。从而能够提高油气出口12导出油气的效率，更加有效地避免焦油发生二次裂解，提高热解反应炉100的热解焦油的产率。优选地，多个油气出口12外接油气管道(图未示出)，多个油气管道将油气导向同一个油气总出口(图未示出)。从而使热解反应炉100的结构简单，工作效率高。
根据本发明实施例的热解反应炉100的热解方法，热解反应炉100为根据本发明上述实施例的热解反应炉100，热解方法包括如下步骤：
S1：将物料通过第一进料口1输送至热解炉体3内，加热管4工作以对热解炉体3内的物料提供热解热量。从而使从第一进料口1进入到热解炉体3内的物料能够在热解炉体3内进行充分的热解，最终形成油气和高温的固态产物。
S2：在预定时间后，开启螺旋输送搅拌器5使得搅拌轴52转动，将物料通过第二进料口2输送至壳体51内，热解后的物料从终出料口8排出。从而使从第二进料口2进入到壳体51内的物料和从热解炉体3排入到壳体51内的高温的固态产物在搅拌轴52的转动作用下充分的混合，高温的固态产物释放自身显热，从第二进料口2进入到壳体51内的物料吸收热量并热解。热解后形成的固态产物及释放自身显热后的固态产物在搅拌轴52的转动作用下被输送至终出料口8，最终排出热解反应炉100。
根据本发明实施例的热解反应炉100的热解方法，能够充分地利用热解炉体3内物料热解后产生的高温的固态产物自身的显热，有效地降低热解反应炉100的系统的能耗，提高热解焦油的产率。
下面参考图1对根据本发明一个具体实施例的热解反应炉100的结构进行详细说明。但是需要说明的是，下述的说明仅具有示例性，普通技术人员在阅读了本发明的下述技术方案之后，显然可以对其中的技术方案或者部分技术特征进行组合或者替换、修改，这也落入本发明所要求的保护范围之内。
如图1所示，根据本发明实施例的热解反应炉100具有第一进料口1、第二进料口2、终出料口8、燃气进口9、空气进口10、烟气出口11和油气出口12。热解反应炉100还包括：热解炉体3、加热管4、螺旋输送搅拌器5和螺旋进料机13。
第一进料口1设在热解炉体3的上部，热解炉体3的下端设有中间出料口6。螺旋进料机13设在第一进料口1处。加热管4伸入到热解炉体3内以对热解炉体3内的物料提供热解热量。加热管4为蓄热式辐射管，加热管4的管壁的温度通过燃气调节阀控制在900℃-1000℃的范围内。
螺旋输送搅拌器5包括壳体51、搅拌轴52和电机53。
壳体51设在热解炉体3的底部，热解炉体3的长度和壳体51的长度之间的比值为5:4。壳体51在长度方向上的两端设有第二进料口2和终出料口8，壳体51的顶壁设有与中间出料口6连通的中间进料口，中间进料口位于第二进料口2和终出料口8之间，壳体51的内周壁上设有保温材料件。
电机53位于壳体51的外侧，电机53与搅拌轴52配合以驱动搅拌轴52转动，并且电机53的转动速度为55r/min。搅拌轴52伸入到壳体51内以将从中间进料口和第二进料口2排入到壳体51内的物料输送至终出料口8。
搅拌轴52包括：轴体521、多个螺旋叶片522、多个搅拌杆523。
在轴体521的长度方向上，多个搅拌杆523设在轴体521的中部，多个螺旋叶片522分布在多个搅拌杆523的两侧且相邻的两个螺旋叶片522间隔设置，同时相邻的两个搅拌杆之间的距离为30mm-200mm。轴体521的邻近第二进料口2的一侧的设置螺旋叶片522的部分的长度为轴体521的总长度的1/4，轴体521的邻近终出料口8的一侧的设置螺旋叶片522的部分的长度为轴体521的总长度的11/20，轴体521设置的搅拌杆523的部分的长度为轴体521的总长度的1/3。
利用本发明实施例的热解反应炉100对印尼褐煤(煤质分析如表1)和温佳梁长焰煤(煤质分析如表2)进行热解，其中从第一进料口1进入到热解炉体3内的物料为印尼褐煤，从第二进料口2排入到螺旋输送搅拌器5的壳体51内的物料为温佳梁长焰煤，热解后得到的热解焦油的产率分布如表3所示。
表1：印尼褐煤煤质分析
表2：温佳梁长焰煤煤质分析
表3：印尼褐煤和温佳梁长焰煤热解产率分布
从表3可以看出，在热解反应炉100的热解炉体3内使印尼褐煤热解，在螺旋输送搅拌器5的壳体51内使温家梁长焰煤热解，热解产物焦油产率高达8.3％，是铝甑含油率的97.0％，系统能耗降低了15-30％。
根据本发明实施例的热解反应炉100的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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 (10)
1.一种热解反应炉，其特征在于，包括：
热解炉体，所述热解炉体的上部设有第一进料口，所述热解炉体的下端设有中间出料口；
加热管，所述加热管伸入到所述热解炉体内以对所述热解炉体内的物料提供热解热量；
螺旋输送搅拌器，所述螺旋输送搅拌器包括壳体和搅拌轴，所述壳体设在所述热解炉体的底部，所述壳体在长度方向上的两端设有第二进料口和终出料口，所述壳体的顶壁设有与所述中间出料口连通的中间进料口，所述中间进料口位于所述第二进料口和所述终出料口之间，所述搅拌轴可转动地伸入到所述壳体内以将从所述中间进料口和所述第二进料口排入到所述壳体内的物料输送至所述终出料口。
2.根据权利要求1所述的热解反应炉，其特征在于，所述搅拌轴包括轴体和多个螺旋叶片，每个所述螺旋叶片设在所述轴体上，所述多个螺旋叶片沿所述轴体的轴向间隔设在所述轴体上。
3.根据权利要求2所述的热解反应炉，其特征在于，所述搅拌轴还包括多个搅拌杆，所述多个搅拌杆设在所述轴体上，在所述轴体的长度方向上，所述多个搅拌杆设在所述轴体的中部，所述多个螺旋叶片分布在所述多个搅拌杆的两侧。
4.根据权利要求3所述的热解反应炉，其特征在于，所述轴体的邻近所述第二进料口的一侧的设置所述螺旋叶片的部分的长度为所述轴体的总长度的1/5-1/4。
5.根据权利要求3所述的热解反应炉，其特征在于，所述轴体的邻近所述终出料口的一侧的设置所述螺旋叶片的部分的长度为所述轴体的总长度的5/12-11/20。
6.根据权利要求3所述的热解反应炉，其特征在于，所述轴体设置的所述搅拌杆的部分的长度为所述轴体的总长度的1/4-1/3。
7.根据权利要求3所述的热解反应炉，其特征在于，相邻的两个所述搅拌杆之间的距离为30mm-200mm。
8.根据权利要求1所述的热解反应炉，其特征在于，所述热解炉体的长度和所述壳体的长度的比值为10:9-4:3。
9.根据权利要求1所述的热解反应炉，其特征在于，所述壳体的内周壁上设有保温材料件。
10.一种热解反应炉的热解方法，所述热解反应炉为根据权利要求1-9中任一项所述的热解反应炉，其特征在于，所述热解方法包括如下步骤：
将物料通过所述第一进料口输送至所述热解炉体内，所述加热管工作以对所述热解炉体内的物料提供热解热量；
在预定时间后，开启所述螺旋输送搅拌器使得所述搅拌轴转动，将物料通过所述第二进料口输送至所述壳体内，热解后的物料从所述终出料口排出。
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