CN107321272A - 一种气体热载体干燥与热解耦合系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种气体热载体干燥与热解耦合系统及方法。所述系统包括气体热载体热解反应器以及气体热载体干燥器。所述气体热载体热解反应器包括气体热载体分布器；所述气体热载体分布器包括：进气管道、主管道以及支管道所述主管道内设置有密封圆盘，所述主管道的上部侧壁上与所述密封圆盘上均设置有孔；所述支管道嵌套在所述主管道的上部；所述气体热载体干燥器设置有干燥器物料出口与干燥器物料入口，所述干燥器物料出口与所述热解反应器的进料口相连，所述气体热载体干燥器设有干燥器进气口与干燥器出气口。本发明可保证物料与气体完全发生反应，进而缩短反应时间；利用热解后的气体热载体进行原料的干燥，实现热量的再次利用，节省资源。

Description

一种气体热载体干燥与热解耦合系统及方法
技术领域
本发明涉及热解领域，具体涉及一种气体热载体干燥与热解耦合系统及方法。
背景技术
在热解领域或其他固体物料反应的领域中，传统地，为实现气体在反应器中分布的问题，通常采用将气体由下至上自行穿透固料层实现气体分布，但是，实现气体在固体物料中分布的过程中，经常会出现沟流现象，使得固体物料无法与气体充分均匀接触，并且极易出现反应死区，使得固体物料反应不彻底，造成原料的浪费；若进行二次反应，则降低效率，浪费资源。热解完成后，人们直接将气体热载体从热解反应器中排出，使得气体热载体的温度白白浪费。
此外，传统工艺中，采用气体由下至上自行分布的方式，难以控制气体量，气体分布不均。气体分布为平面式，通常会出现下部固料已开始与气体反应，甚至完成了与气体的反应，而上部的固料还未开始反应，造成上下反应的时间差，大大增加了反应时间，而且，下部固料反应时间过长，甚至容易发生其他不必要的副反应。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种气体热载体干燥与热解耦合系统及方法。
本发明所提供的一种气体热载体干燥与热解耦合系统，包括气体热载体热解反应器以及气体热载体干燥器，其中，
所述气体热载体热解反应器，包括进料口、出料口、入气口、排气口，及气体热载体分布器；其中，
所述气体热载体分布器包括：进气管道、主管道以及支管道；所述进气管道与所述入气口相通；所述主管道内设置有密封圆盘，所述密封圆盘将所述主管道分为上部和下部，所述主管道的下部与所述进气管道相通，所述主管道的上部侧壁上与所述密封圆盘上均设置有孔；所述支管道包括支管道气体进口与支管道气体出口，所述支管道嵌套在所述主管道的上部，所述支管道气体进口通过所述密封圆盘上的孔与所述主管道的下部相通，所述支管道气体出口与所述主管道的上部侧壁上的孔相通；
所述气体热载体干燥器设置有干燥器物料出口与干燥器物料入口，所述干燥器物料出口与所述热解反应器的进料口相连，所述气体热载体干燥器设有干燥器进气口与干燥器出气口。
优选地，所述气体热载体分布器中，所述主管道上部的侧壁从上到下均匀设置4排孔，所述4排孔关于所述主管道的轴线呈十字交叉状；和/或所述密封圆盘上的孔的排列呈十字交叉状。
具体地，所述气体热载体分布器中，所述密封圆盘上的孔的数量与所述支管道的数量相同，所述主管道的上部侧壁上的孔的数量与所述支管道的数量相同。
具体地，所述气体热载体分布器中，所述密封圆盘上的孔的直径与所述支管道气体进口的直径相同，所述主管道的上部侧壁上的孔的直径均与所述支管道气体出口的直径相同。
更具体地，所述气体热载体分布器中，所述主管道的下部为总气室，其设置为圆锥形，所述主管道上部为圆管；和/或所述主管道上部的直径与所述热解反应器的直径比为1:10；和/或所述支管道的直径与所述主管道上部的直径比为1:10。
优选地，所述气体热载体干燥器内设置有另一气体热载体分布器，所述另一气体热载体分布器的进气管道与所述干燥器进气口相通。
优选地，所述干燥器物料出口与所述热解反应器的进料口通过导料管相连，优选的，所述导料管上设置有卸料阀；和/或所述气体热载体干燥器的干燥器进气口与所述热解反应器的排气口连通。
本发明还提供一种利用上述系统进行物料热解的方法，其包括以下步骤：
(1)湿物料干燥：将第一气体热载体和湿物料分别经干燥器进气口和干燥器物料入口，通入气体热载体干燥器中，对所述湿物料进行干燥，得到干物料；
(2)干物料热解：经由所述气体热载体干燥器的干燥器物料出口，与气体热载体热解反应器的进料口，将所述干物料通入所述气体热载体热解反应器中；
从所述气体热载体热解反应器的入气口，将第二气体热载体，通入所述气体热载体热解反应器中的气体热载体分布器，所述第二气体热载体经由支管道在所述气体热载体热解反应器中均匀分布，使所述干物料热解；
(3)排料：将固体热解产物从所述气体热载体热解反应器中的出料口导出，将冷却后的气体热载体从所述气体热载体热解反应器的排气口排出。
优选地，将所述干燥器进气口与所述气体热载体热解反应器的排气口连通，所述第一气体热载体为由所述气体热载体热解反应器排出的气体。
更优选地，将所述第一气体热载体经所述干燥器进气口，通入设置于所述气体热载体干燥器中的另一气体热载体分布器的进气管道，所述第一气体热载体在所述气体热载体干燥器中均匀分布，对所述湿物料进行干燥。
本发明可以保证气体在反应器中均匀而又充分的穿透料层，可以消除沟流现象的发生，从而保证反应器内不形成反应死区，保证物料与气体完全发生反应，进而缩短反应时间；实现了气体分布由平面式向立体式的转变；同时，无论气体作为热载体还是作为反应气，上层物料都可以直接与新鲜气体直接接触，加快传热速率或者反应速率。此外，利用热解后的气体热载体进行原料的干燥，实现热量的再次利用，节省资源。
附图说明
图1是本发明所述的气体热载体热解反应器的结构示意图。
图2是图1气体热载体热解反应器中的气体热载体分布器的结构示意图。
图3是图2气体热载体分布器中密封圆盘的俯视图。
图4是本发明所述的气体热载体干燥与热解耦合系统的结构示意图。
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。
本发明中，优选的，热解反应器为圆柱体形，术语“热解反应器的直径”是指圆柱体形热解反应器横切面的直径；优选的，主管道为变径管，其被密封圆盘分为上部和下部，其中上部为等径圆管，下部为圆锥形管，术语“主管道上部的直径”是指主管道上部的圆管的直径；还优选的，支管道为等径管道，术语“支管道的直径”为所述等径管道的直径。
如图1所示，本发明所提供的气体热载体热解反应器11，包括进料口110、出料口130、入气口120及排气口140，进料口110与出料口130均可设置阀门，以调整进料和出料速度，所述热解反应器1内设置有气体热载体分布器2。
如图1-3所示，所述气体热载体分布器2包括进气管道250、主管道210以及支管道220；所述进气管道250与所述入气口120相通；所述主管道210内设置有密封圆盘230，所述密封圆盘230将所述主管道210分为上、下两部分，其中，上部分为等径圆管，下部分为圆锥形管。所述主管道210的下部与所述进气管道250相通，所述主管道210的侧壁上与所述密封圆盘230上均设置有孔；所述支管道220包括支管道220气体进口与支管道220气体出口，所述支管道220嵌套在所述主管道210的上部，所述支管道220气体进口通过所述密封圆盘230上的孔与所述进气管道250相通，所述支管道220气体出口与所述主管道210的侧壁上的孔相通。
具体地，所述主管道210的侧壁从上到下均匀设置4排孔，所述4排孔关于所述主管道210的轴线呈十字交叉状，也就是说，这4排孔每一排的连线均与主管道210上部的轴线相平行，四条线将主管道210上部的侧壁均分；如图3所示，所述密封圆盘230上的孔呈十字交叉状。根据需要亦可增加开孔排数，通过加开数排开孔实现气体360度均匀分布。
更具体地，所述密封圆盘230上的孔的数量与所述支管道220的数量相同，所述主管道210上部侧壁上的孔数量与所述支管道220的数量相同。所述密封圆盘230上的孔的直径与所述支管道220气体进口的直径相同，所述主管道210上部侧壁上的孔的直径均与所述支管道220气体出口的直径相同。
优选的，支管道为等径管道，主管道210上部侧壁上的孔的直径和密封圆盘230上孔的直径，均与支管直径相同，每个开孔与一个支管道220连接，支管道220与支管道220之间彼此独立；物料处在热解反应器1的外壳与所述气体热载体分布器2之间的空隙中，气体热载体分布器2与反应器1是固定不动的，气体热载体分布器2被固体物料包围。
优选地，如图1和2所示，所述主管道210的下部为总气室240，其设置为圆锥形。所述主管道210上部的直径与所述热解反应器1直径比为1:10；所述支管道220的直径与所述主管道210上部的直径比为1:10。
利用上述热解反应器1进行物料热解，包括以下步骤：
将物料从所述进料口110通入所述热解反应器1，该过程可通过阀门调节进料速度。
从所述入气口120将气体热载体通入所述热解反应器1中的气体热载体分布器2，经由所述支管道220均匀分布在所述热解反应器1中，物料热解。该发明可以保证气体热载体在反应器中均匀而又充分的与物料接触，保证反应器内不形成传热死区，保证物料快速与气体热载体进行热量传递，进而缩短反应时间；另外该发明可以保证整个物料层温度均一同步，温差几乎为零，避免了缓慢的固体物料之间的热传导，物料升温的热量主要是通过固体物料与气体热载体之间的对流传热，传热速率快，可以明显缩短相同处理量物料的反应时间，提高了反应器的热效率。
最后，将固体热解产物从所述出料口130导出，将气体从所述排气口140排出，该过程可通过阀门调节出料速度。
如图4所示，本发明提供的气体热载体干燥与热解耦合系统，包括上述气体热载体热解反应器1以及气体热载体干燥器3。所述气体热载体干燥器3设置有干燥器物料出口320与干燥器进气口310以及干燥器出气口330，所述干燥器物料出口320与所述热解反应器1的进料口110相连，所述干燥器进气口310与所述热解反应器1的排气口140相连。
所述气体热载体干燥器3内设置有另一气体热载体分布器2’，所述气体热载体分布器2’的进气管道250与所述干燥器进气口310相通。
特别地，所述干燥器物料出口320与所述热解反应器1的进料口110通过导料管相连，所述导料管上设置有卸料阀；和/或所述干燥器进气口310与所述热解反应器的排气口140通过导气管相连。
利用上述耦合系统进行物料热解，包括以下步骤：
(1)湿物料干燥：将第一气体热载体和湿物料分别经干燥器进气口310和干燥器物料入口(未示出)，通入气体热载体干燥器3中，对所述湿物料进行干燥，得到干物料；
(2)干物料热解：经由所述气体热载体干燥器3的干燥器物料出口320，与气体热载体热解反应器1的进料口110，将所述干物料通入所述气体热载体热解反应器1中；
从所述气体热载体热解反应器1的入气口120，将第二气体热载体，通入所述气体热载体热解反应器1中的气体热载体分布器2，所述第二气体热载体经由支管道220在所述气体热载体热解反应器2中均匀分布，使所述干物料热解；
(3)排料：将固体热解产物从所述气体热载体热解反应器1中的出料口130导出，将冷却后的气体热载体从所述气体热载体热解反应器1的排气口140排出。
优选地，将所述干燥器进气口310与所述气体热载体热解反应器1的排气口140连通，所述第一气体热载体为由所述气体热载体热解反应器排出的气体。
更优选地，将所述第一气体热载体经所述干燥器进气口310，通入设置于所述气体热载体干燥器3中的另一气体热载体分布器2’的进气管道，所述第一气体热载体在所述气体热载体干燥器中均匀分布，对所述湿物料进行干燥。通过所述气体热载体干燥器3中的气体热载体分布器2’将气体热载体均匀地分布在所述气体热载体干燥器3中，并对所述气体热载体干燥器3中的湿物料进行干燥，借此可实现热量的循环利用，节省能源，并且气体热载体分布器2’可实现气体热载体的均匀分布，从而更好地完成湿物料的干燥。
特别地，该方法还包括以下步骤：
通过所述导料管上的卸料阀调整物料进入所述热解反应器1的速度。
本发明可以使物料均一同步上升，与传统的气体热载体技术相比，物料层之间温差很小，热量传递主要依靠热载体与固体物料之间的对流传热，传热速率快，物料升温快，可缩短反应时间，提高物料处理量，提高反应器的热效率。
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，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，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)

1.一种气体热载体干燥与热解耦合系统，其特征在于，所述系统包括气体热载体热解反应器以及气体热载体干燥器，其中，
所述气体热载体热解反应器，包括进料口、出料口、入气口、排气口，及气体热载体分布器；其中，
所述气体热载体分布器包括：进气管道、主管道以及支管道；所述进气管道与所述入气口相通；所述主管道内设置有密封圆盘，所述密封圆盘将所述主管道分为上部和下部，所述主管道的下部与所述进气管道相通，所述主管道的上部侧壁上与所述密封圆盘上均设置有孔；所述支管道包括支管道气体进口与支管道气体出口，所述支管道嵌套在所述主管道的上部，所述支管道气体进口通过所述密封圆盘上的孔与所述主管道的下部相通，所述支管道气体出口与所述主管道的上部侧壁上的孔相通；
所述气体热载体干燥器设置有干燥器物料出口与干燥器物料入口，所述干燥器物料出口与所述热解反应器的进料口相连，所述气体热载体干燥器设有干燥器进气口与干燥器出气口。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气体热载体分布器中，所述主管道上部的侧壁从上到下均匀设置4排孔，所述4排孔关于所述主管道的轴线呈十字交叉状；和/或所述密封圆盘上的孔的排列呈十字交叉状。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气体热载体分布器中，所述密封圆盘上的孔的数量与所述支管道的数量相同，所述主管道的上部侧壁上的孔的数量与所述支管道的数量相同。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气体热载体分布器中，所述密封圆盘上的孔的直径与所述支管道气体进口的直径相同，所述主管道的上部侧壁上的孔的直径均与所述支管道气体出口的直径相同。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气体热载体分布器中，所述主管道的下部为总气室，其设置为圆锥形，所述主管道上部为圆管；和/或所述主管道上部的直径与所述热解反应器的直径比为1:10；和/或所述支管道的直径与所述主管道上部的直径比为1:10。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气体热载体干燥器内设置有另一气体热载体分布器，所述另一气体热载体分布器的进气管道与所述干燥器进气口相通。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述干燥器物料出口与所述热解反应器的进料口通过导料管相连，优选的，所述导料管上设置有卸料阀；和/或所述气体热载体干燥器的干燥器进气口与所述热解反应器的排气口连通。
8.一种利用权利要求1-7任一项所述的系统进行物料热解的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)湿物料干燥：将第一气体热载体和湿物料分别经干燥器进气口和干燥器物料入口，通入气体热载体干燥器中，对所述湿物料进行干燥，得到干物料；
(2)干物料热解：经由所述气体热载体干燥器的干燥器物料出口，与气体热载体热解反应器的进料口，将所述干物料通入所述气体热载体热解反应器中；
从所述气体热载体热解反应器的入气口，将第二气体热载体，通入所述气体热载体热解反应器中的气体热载体分布器，所述第二气体热载体经由支管道在所述气体热载体热解反应器中均匀分布，使所述干物料热解；
(3)排料：将固体热解产物从所述气体热载体热解反应器中的出料口导出，将冷却后的气体热载体从所述气体热载体热解反应器的排气口排出。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，将所述干燥器进气口与所述气体热载体热解反应器的排气口连通，所述第一气体热载体为由所述气体热载体热解反应器排出的气体。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，将所述第一气体热载体经所述干燥器进气口，通入设置于所述气体热载体干燥器中的另一气体热载体分布器的进气管道，所述第一气体热载体在所述气体热载体干燥器中均匀分布，对所述湿物料进行干燥。
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