CN107267171B - 热解反应装置及其热解方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热解反应装置及其热解方法，热解反应装置包括：热解炉体，第一进料口设在热解炉体上；加热管，加热管伸入到热解炉体内；混合部件，混合部件包括多个混合炉体和多个搅拌器，每个混合炉体设在热解炉体的下方且与热解炉体连通，每个混合炉体设有出料口，多个搅拌器和多个混合炉体一一对应设置，每个搅拌器包括伸入到相应的混合炉体内的搅拌轴，第二进料口位于加热管和搅拌轴的上端之间，每个搅拌轴转动以混合从热解炉体和第二进料口排入到相应的混合炉体内的物料。本发明的热解反应装置，可降低系统的能耗，提高可靠性和热解焦油的产率。同时结构简单，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装置及其热解方法。
背景技术
相关技术的热解反应装置的系统能耗高，并且热解反应装置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装置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装置，可降低系统的能耗，提高可靠性和热解焦油的产率。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装置的热解方法。
根据本发明实施例的热解反应装置，具有第一进料口和第二进料口，包括：热解炉体，所述第一进料口设在所述热解炉体上；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；混合部件，所述混合部件包括多个混合炉体和多个搅拌器，每个所述混合炉体设在所述热解炉体的下方且与所述热解炉体连通，每个所述混合炉体设有出料口，所述多个搅拌器和所述多个混合炉体一一对应设置，每个所述搅拌器包括伸入到相应的所述混合炉体内的搅拌轴，所述第二进料口设在所述热解炉体或者所述混合炉体上，所述第二进料口位于所述加热管和所述搅拌轴之间，每个所述搅拌轴转动以混合从所述热解炉体和所述第二进料口排入到相应的所述混合炉体内的物料。
根据本发明实施例的热解反应装置，通过设置混合部件，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，提高可靠性和热解焦油的产率。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，所述混合炉体为两个，所述第二进料口为一个且在所述热解炉体上。从而使热解反应装置的结构简单，制造方便。同时第二进料口的位置设置有利于使从热解炉体内排出的高温的固态产物能够均匀地排入到两个混合炉体内，进而提高热解反应装置的工作效率。
根据本发明的一些实施例，所述搅拌轴包括轴体和多个叶片，每个所述叶片外套在所述轴体上，所述多个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每个混合炉体内的物料的混合效果，使从第二进料口排入到混合炉体内的物料充分地利用从热解炉体内排入到混合炉体内的高温的固态产物的显热，进而提高热解反应装置的热解焦油的产率。
进一步地，所述混合炉体的横截面形成为圆形，每个所述叶片的直径与相应的所述混合炉体的内周壁的直径之间的比值为0.3-0.5。由此，有利于混合炉体内的固态产物从混合炉体和搅拌器之间的间隙移动至出料口以排出热解反应装置，为从第二进料口排入到混合炉体内的物料提供热解的空间，从而在一定程度上保证了混合炉体内热解焦油的产率，进而提高热解反应装置的整体工作效率。
具体地，所述搅拌轴的长度与相应的所述混合炉体的长度的比值为0.5-0.7。由此，能够进保证从热解炉体和第二进料口排入到混合炉体内的物料的混合效果，进而保证混合炉体内热解焦油的产率。
根据本发明的一些实施例，每个所述混合炉体的第一纵向中心轴线与水平面之间的夹角为10°-20°，所述热解炉体的第二纵向中心轴线垂直于所述水平面。从而能够在一定程度上控制热解炉体内的高温的固态产物排入到混合炉体内的速度及混合炉体内的固态产物从出料口排出的速度，使热解反应装置内的物料热解地更加充分。同时能够控制从热解炉体和第二进料口排入到混合炉体内的物料的数量，使混合炉体内物料的填充率在50％～65％之间，从而能够为混合炉体内物料热解后产生的油气的排出提供了有效的空间，进而提高热解反应装置的热解焦油的产率。
根据本发明的一些实施例，所述搅拌轴的旋转中心轴线与相应的所述混合炉体的第一纵向中心轴线平行。从而使热解炉体和第二进料口排入到混合炉体内的物料混合的更加均匀，进而使从第二进料口排入到混合炉体内的物料热解地更加充分。
可选地，每个所述混合炉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混合炉体内的高温的固态产物的热量从混合炉体的内周壁向外散出，进而提高了混合炉体的保温效果，能够在一定程度上提高混合炉体内物料的热解焦油的效率。
具体地，所述热解炉体和每个所述混合炉体之间的长度比为1:1—3:1。由此，能够保证物料在热解炉体内自上而下停留6s-9s以热解地更加充分，进而提高热解反应装置的热解焦油的效率，同时在一定程度上降低系统的能耗。
根据本发明实施例的热解反应装置的热解方法，所述热解反应装置为根据权利要求1-10中任一项所述的热解反应装置，所述热解方法包括如下步骤：
S1：通过所述第一进料口将物料输送至所述热解炉体内，控制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：在预定时间后通过所述第二进料口将物料输送至多个所述混合炉体内，控制每个所述搅拌轴转动以混合从所述热解炉体和所述第二进料口排入到每个所述混合炉体内的物料；
S3：热解后的物料通过每个所述混合炉体上的所述出料口排出所述热解反应装置。
根据本发明实施例的热解反应装置的热解方法，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装置的系统的能耗，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装置的示意图；
图2是根据本发明实施例的叶片的示意图。
附图标记：
热解反应装置100；
第一进料口1；第二进料口2；热解炉体3；加热管4；混合部件5；混合炉体51；搅拌器52；搅拌轴521；轴体521a；叶片521b；电机522；出料口6；螺旋进料机7；螺旋输送机8；燃气进口9；空气进口10；烟气出口11；油气出口12。
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“中心”、“纵向”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“水平”、“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-图2描述根据本发明实施例的热解反应装置100。
如图1-图2所示，根据本发明实施例的热解反应装置100具有第一进料口1和第二进料口2，热解反应装置100包括：热解炉体3、加热管4和混合部件5。
具体而言，第一进料口1设在热解炉体3上，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。而高温的固态产物留在热解炉体3内。
混合部件5包括多个混合炉体51和多个搅拌器52，每个混合炉体51设在热解炉体3的下方且与热解炉体3连通，每个混合炉体51上设有出料口6，多个搅拌器52和多个混合炉体51一一对应设置，每个搅拌器52包括伸入到混合炉体51内的搅拌轴521，第二进料口2设在热解炉体3或者混合炉体51上，第二进料口2位于加热管4和搅拌轴521之间，每个搅拌轴521转动以混合从热解炉体3和第二进料口2排入到相应的混合炉体51内的物料。由此可知，多个混合炉体51的设置还能够在一定程度上避免热解炉体3与混合炉体51连接处的物料和固态产物堆积而堵塞热解反应装置100的问题的发生，提高热解反应装置100的可靠性。
热解炉体3内的物料热解后产生的高温的固态产物沿着热解炉体3排入到多个混合炉体51内后与从第二进料口2进入到多个混合炉体51内的物料在相应的搅拌轴521的搅动下混合，从而排入到每个混合炉体51内的高温的固态产物释放自身显热以为从第二进料口2进入到相应的每个混合炉体51内的物料提供热量，使得从第二进料口2进入到多个混合炉体51内的物料在多个混合炉体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从多个混合炉体51上的出料口6排出热解反应装置100。从而可知，热解反应装置100的每个混合炉体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，热解反应装置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装置100，通过设置混合部件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，提高可靠性和热解焦油的产率。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，混合炉体51为两个，第二进料口2为一个且在热解炉体3上。从而使热解反应装置100的结构简单，制造方便。同时第二进料口2的位置设置有利于使从热解炉体3内排出的高温的固态产物能够均匀地排入到两个混合炉体51内，进而提高热解反应装置100的工作效率。
可选地，搅拌器52还包括电机522，电机522与搅拌轴521配合以驱动搅拌轴521转动。当电机522的转动速度在20r/min-30r/min时，能够保证搅拌器52对从热解炉体3和第二进料口2排入到每个混合炉体51内的物料的混合效果。优选地，电机522的转动速度为24.5r/min-28.7r/min。
根据本发明的一些实施例，搅拌轴521包括轴体521a和多个叶片521b，每个叶片521b外套在轴体521a上，多个叶片521b沿轴体521a的轴向间隔设在轴体521a上。由此可知，搅拌轴521的结构简单，同时有利于保证搅拌轴521的转动对从热解炉体3和第二进料口2排入到混合炉体51内的物料的混合效果，使从第二进料口2排入到混合炉体51内的物料充分地利用从热解炉体3内排入到混合炉体51内的高温的固态产物的显热，进而提高热解反应装置100的热解焦油的产率。
进一步地，混合炉体51的横截面形成为圆形，当每个叶片521b的直径与相应的混合炉体51的内周壁的直径之间的比值为0.3-0.5时，有利于混合炉体51内的固态产物从混合炉体51和搅拌器52之间的间隙移动至出料口6以排出热解反应装置100，为从第二进料口2排入到混合炉体51内的物料提供热解的空间，从而在一定程度上保证了混合炉体51内热解焦油的产率，进而提高热解反应装置100的整体工作效率。优选地，每个叶片521b的直径与混合炉体51的内周壁的直径之间的比值为0.32-0.46。
具体地，当搅拌轴521的长度与混合炉体51的长度的比值为0.5-0.7时，能够进保证从热解炉体3和第二进料口2排入到混合炉体51内的物料的混合效果，进而保证混合炉体51内热解焦油的产率。进一步地，搅拌轴521的长度与混合炉体51的长度的比值为0.56-0.65。
具体地，当每个混合炉体51的第一纵向中心轴线与水平面之间的夹角为10°-20°，热解炉体3的第二纵向中心轴线垂直于水平面时，能够在一定程度上控制热解炉体3内的高温的固态产物排入到混合炉体51内的速度及混合炉体51内的固态产物从出料口6排出的速度，使热解反应装置100内的物料热解地更加充分。同时能够控制从热解炉体3和第二进料口2排入到混合炉体51内的物料的数量，使混合炉体51内物料的填充率在50％～65％之间，从而能够为混合炉体51内物料热解后产生的油气的排出提供了有效的空间，进而提高热解反应装置100的热解焦油的产率。进一步地，混合炉体51的第一纵向中心轴线与水平面之间的夹角为11.4°-19.2°。
根据本发明的一些实施例，搅拌轴521的旋转中心轴线与相应的混合炉体51的第一纵向中心轴线平行。从而使热解炉体3和第二进料口2排入到混合炉体51内的物料混合的更加均匀，进而使从第二进料口2排入到混合炉体51内的物料热解地更加充分。优选地，搅拌轴521的旋转中心轴线与相应的混合炉体51的第一纵向中心轴线重合。
可选地，热解反应装置100还可以包括两个螺旋进料机7，两个螺旋进料机7分别设在第一进料口1和第二进料口2处。由此可知，外界物料通过两个螺旋进料机7输送至第一进料口1和第二进料口2，从而便于物料的进料。
可选地，热解反应装置100还可以包括多个螺旋输送机8，多个螺旋输送机8与多个混合炉体51一一对应设置，螺旋输送机8设在混合炉体51上的出料口6处。从而可以将出料口6处的固态产物输送至热解反应装置100的外部，在一定程度上避免固态产物在出料口6堆积而堵塞出料口6。
可选地，混合炉体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排入到混合炉体51内的高温的固态产物的热量从混合炉体51的内周壁向外散出，进而提高了混合炉体51的保温效果，能够在一定程度上提高混合炉体51内物料的热解焦油的效率。
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和多个混合炉体51的侧壁上间隔分布。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)。从而使热解反应装置100的结构简单，工作效率高。
具体地，当热解炉体3和每个混合炉体51之间的长度比为1:1-3:1时，能够保证物料在热解炉体3内自上而下停留6s-9s以热解地更加充分，进而提高热解反应装置100的热解焦油的效率，同时在一定程度上降低系统的能耗。
根据本发明实施例的热解反应装置100的热解方法，热解反应装置为根据本发明上述实施例的热解反应装置100，热解方法包括如下步骤：
S1：通过第一进料口1将物料输送至热解炉体3内，控制加热管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：在预定时间后通过第二进料口2将物料输送至多个混合炉体51内，控制每个搅拌轴521转动以混合从热解炉体3和第二进料口2排入到每个混合炉体51内的物料。从而使从热解炉体3排入到每个混合炉体51内的高温的固态产物释放自身显热以为从第二进料口2进入到相应的每个混合炉体51内的物料提供热量，使得从第二进料口2进入到多个混合炉体51内的物料在多个混合炉体51内吸收热量并进行热解。
S3：热解后的物料通过每个混合炉体51上的出料口3排出热解反应装置100。由此可知，热解后形成的固态产物及释放自身显热后的固态产物从多个混合炉体51上的出料口6排出热解反应装置100。
根据本发明实施例的热解反应装置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装置100的系统的能耗，提高热解焦油的产率。
下面参考图1-图2对根据本发明一个具体实施例的热解反应装置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-图2所示，根据本发明实施例的热解反应装置100具有第一进料口1、第二进料口2、出料口6、燃气进口9、空气进口10、烟气出口11和油气出口12。热解反应装置100还包括：热解炉体3、加热管4、混合部件5、螺旋进料机7和螺旋输送机8。
具体而言，第一进料口1和第二进料口2均设在热解炉体3上。螺旋进料机7为两个且分别设在第一进料口1和第二进料口2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℃。
混合部件5包括两个横截面为圆形的混合炉体51和两个搅拌器52。两个混合炉体51和两个搅拌器52一一对应设置。
每个混合炉体51设在热解炉体3的下方且与热解炉体3连通，每个混合炉体51上设有一个出料口6，每个出料口6处设有一个螺旋输送机8。每个混合炉体51的内周壁上设有保温材料件。热解炉体3和每个混合炉体51之间的长度比为1.2:1。热解炉体3的第二纵向中心轴线垂直于水平面，每个混合炉体51的第一纵向中心轴线与水平面之间的夹角为20°，从而两个混合炉体51形成倒V形。
搅拌器52包括伸入到相应的混合炉体51内的搅拌轴521和与搅拌轴521配合以驱动搅拌轴521转动的电机522，电机522的转动速度为25r/min。第二进料口2位于加热管4和两个搅拌轴521之间。
搅拌轴521的长度与相应的混合炉体51的长度的比值为0.6，每个搅拌轴521的旋转中心轴线与相应的混合炉体51的第一纵向中心轴线重合。搅拌轴521包括轴体521a和多个叶片521b，每个叶片521b外套在轴体521a上以由轴体521a带动转动，多个叶片521b沿轴体521a的轴向间隔设在轴体521a上。每个叶片521b的直径与混合炉体51的内周壁的直径之间的比值为0.45。电机522驱动搅拌轴521转动以混合从热解炉体3和第二进料口2排入到混合炉体51内的物料。
利用本发明实施例的热解反应装置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排入到两个混合炉体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，在热解反应装置100的热解炉体3内使印尼褐煤热解，在两个混合炉体51内使温家梁长焰煤热解，热解产物焦油产率高达8.2％，是铝甑含油率的96.5％，系统能耗降低了10-25％。
根据本发明实施例的热解反应装置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 (8)
1.一种热解反应装置，其特征在于，所述热解反应装置具有第一进料口和第二进料口，所述热解反应装置包括：
热解炉体，所述第一进料口设在所述热解炉体上；
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；
混合部件，所述混合部件包括多个混合炉体和多个搅拌器，每个所述混合炉体设在所述热解炉体的下方且与所述热解炉体连通，每个所述混合炉体设有出料口，所述多个搅拌器和所述多个混合炉体一一对应设置，每个所述搅拌器包括伸入到相应的所述混合炉体内的搅拌轴，所述第二进料口设在所述热解炉体或者所述混合炉体上，所述第二进料口位于所述加热管和所述搅拌轴之间，每个所述搅拌轴转动以混合从所述热解炉体和所述第二进料口排入到相应的所述混合炉体内的物料；
其中，所述混合炉体为两个，所述第二进料口为一个且在所述热解炉体上；
其中，所述搅拌轴包括轴体和多个叶片，每个所述叶片外套在所述轴体上，所述多个叶片沿所述轴体的轴向间隔设在所述轴体上。
2.根据权利要求1所述的热解反应装置，其特征在于，所述混合炉体的横截面形成为圆形，每个所述叶片的直径与相应的所述混合炉体的内周壁的直径之间的比值为0.3-0.5。
3.根据权利要求1所述的热解反应装置，其特征在于，所述搅拌轴的长度与相应的所述混合炉体的长度的比值为0.5-0.7。
4.根据权利要求1所述的热解反应装置，其特征在于，每个所述混合炉体的第一纵向中心轴线与水平面之间的夹角为10°-20°，所述热解炉体的第二纵向中心轴线垂直于所述水平面。
5.根据权利要求1所述的热解反应装置，其特征在于，所述搅拌轴的旋转中心轴线与相应的所述混合炉体的第一纵向中心轴线平行。
6.根据权利要求1所述的热解反应装置，其特征在于，每个所述混合炉体的内周壁上设有保温材料件。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的热解反应装置，其特征在于，所述热解炉体和每个所述混合炉体之间的长度比为1:1—3:1。
8.一种热解反应装置的热解方法，其特征在于，所述热解反应装置为根据权利要求1-7中任一项所述的热解反应装置，所述热解方法包括如下步骤：
通过所述第一进料口将物料输送至所述热解炉体内，控制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；
在预定时间后通过所述第二进料口将物料输送至多个所述混合炉体内，控制每个所述搅拌轴转动以混合从所述热解炉体和所述第二进料口排入到每个所述混合炉体内的物料；
热解后的物料通过每个所述混合炉体上的所述出料口排出所述热解反应装置。
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