CN107345166A - 热解气化反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了热解气化反应器，包括：锥形分隔器，锥形分隔器将热解气化反应器内分隔为自上而下的热解段和气化段，锥形分隔器的下端具有开口；辐射管，辐射管布置于所述热解段；低阶煤入口，低阶煤入口位于热解段；蒸汽布料器，蒸汽布料器位于热解段，并且位于低阶煤入口下方；热解燃气出口，热解燃气出口位于热解段；出焦控制装置，出焦控制装置位于气化段，与开口和气化段连通；气化剂喷嘴，气化剂喷嘴位于气化段；气化燃气出口，气化燃气出口布置在气化段；气化灰渣出口，气化灰渣出口位于气化段。该热解气化反应器可以实现低阶煤的热解得到高温半焦的直接气化，从而可以无需增加高温物料的运输设备，同时避免了运输过程中热量的散失。
Description
技术领域
本发明属于化工领域，具体而言，本发明涉及一种热解气化反应器。
背景技术
我国是一个富煤、贫油、少气的国家，我国的能源结构决定了我国在今后很长一段时间内主要依靠煤炭资源。然而，以我国煤炭年产量来计算，低阶煤占据49％，按照年消费量计算，低阶煤占据52.6％，我国90％以上的低阶煤用作发电、工业锅炉和民用燃料直接燃烧，由此引发一系列严重的生态和环境污染问题，且白白浪费了低阶煤中蕴藏的油、气和化学品资源。
目前市场上已有的低阶煤的气化技术，但是产生的气体热值较低，一般为1250kcal/Nm3左右，该燃气的用途受限；而热解技术中，热解得到的高温半焦无法直接利用，热送设备成本较高且存在一定的技术难点，冷却后使用则又造成热半焦显热的大量损失，能量利用率较低。
因此，低阶煤的高效利用亟待解决。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种热解气化反应器，该热解气化反应器可以实现低阶煤的热解得到高温半焦的直接气化，从而可以无需增加高温物料的运输设备，同时避免了运输过程中热量的散失。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种热解气化反应器。根据本发明的实施例，所述反应器包括：
锥形分隔器，所述锥形分隔器位于所述热解气化反应器内，且将所述热解气化反应器内分隔为自上而下的热解段和气化段，并且所述锥形分隔器的下端具有开口；
辐射管，所述辐射管布置于所述热解段；
低阶煤入口，所述低阶煤入口位于所述热解段的上部；
蒸汽布料器，所述蒸汽布料器位于所述热解段，并且位于所述低阶煤入口下方；
热解燃气出口，所述热解燃气出口位于所述热解段；
出焦控制装置，所述出焦控制装置位于所述气化段，且分别与所述开口和所述气化段连通；
气化剂喷嘴，所述气化剂喷嘴位于所述气化段；
气化燃气出口，所述气化燃气出口布置在所述气化段；
气化灰渣出口，所述气化灰渣出口位于所述气化段。
根据本发明实施例的热解气化反应器通过设置锥形分隔器将热解气化反应器内分隔为自上而下的热解段和气化段，使得低阶煤先在热解段内辐射管的作用下发生热解反应，得到热解燃气和热解半焦，得到的热解半焦经锥形分隔器下端的开口直接进入气化段与气化剂接触发生气化反应，得到气化燃气。由此，采用该热解气化反应器可以实现低阶煤的充分热解气化；此外，得到高温半焦的直接气化，从而可以无需增加高温物料的运输设备，同时避免了运输过程中热量的散失，另外采用该反应器产气量和能源利用率高。
另外，根据本发明上述实施例的热解气化反应器还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述锥形分隔器的侧壁与所述热解气化反应器的径向平面呈45～75度角。由此，使得热解段产生的高温半焦直接热送至气化段，从而无需增加高温物料的运输设备。
在本发明的一些实施例中，所述蒸汽分布器包括蒸汽喷管和风帽，所述蒸汽喷管从所述热解段的侧壁插入所述热解段内，并且所述蒸汽喷管上位于所述热解段内的一端与所述风帽相连，所述风帽侧壁上布置有多个交错分布的气孔，所述风帽位于所述低阶煤入口的正下方。由此，可以显著提高低阶煤的热解效率。
在本发明的一些实施例中，所述气孔的直径为6～16毫米。由此，可以进一步提高低阶煤的热解效率。
在本发明的一些实施例中，所述气孔的孔道与所述热解气化反应器的轴向呈0～45度角。由此，可以进一步提高低阶煤的热解效率。
在本发明的一些实施例中，所述热解气化反应器包括多个所述蓄热式辐射管，所述多个蓄热式辐射管在所述热解段交错分布。由此，可以进一步提高低阶煤的热解效率。
在本发明的一些实施例中，所述出焦控制装置包括：电机、传动螺杆和星型给料阀，所述传动螺杆从所述气化段的侧壁插入所述气化段内且贯穿所述气化段的另一端侧壁，位于所述气化段外的传动螺杆的一端与电机相连，位于所述气化段内的所述传动螺杆部分与所述星型给料阀相连，所述星型给料阀的入口端与所述开口相连，所述星型给料阀的出口端与所述气化段连通。由此，可以实现热解气与气化的相互隔断，增加了各系统的稳定性，同时避免气化燃气串入热解段中而降低热解燃气热值。
在本发明的一些实施例中，所述热解气化反应器包括多个所述气化剂喷嘴，所述多个气化剂喷嘴位于所述气化段侧壁的底端。由此，可以显著提高高温半焦的气化效率。
在本发明的一些实施例中，所述气化段高度为所述热解段高度的五分之一至三分之一。
在本发明的一些实施例中，所述热解燃气出口位于所述热解段侧壁的底端，所述气化燃气出口位于所述气化段侧壁的顶端。
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是根据本发明一个实施例的热解气化反应器的结构示意图；
图2是根据本发明再一个实施例的热解气化反应器内的蒸汽布料器的结构示意图；
图3是根据本发明又一个实施例的热解气化反应器内的出焦控制装置的结构示意图。
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，旨在用于解释本发明，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”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
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，除非另有明确的限定。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。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种热解气化反应器。根据本发明的实施例，参考图1，该热解气化反应器100包括：锥形分隔器11、辐射管12、蒸汽布料器13、出焦控制装置14、低阶煤入口101、热解燃气出口102、气化剂喷嘴103、气化燃气出口104和气化灰渣出口105。
根据本发明的实施例，参考图1，锥形分隔器11位于热解气化反应器100内，且将热解气化反应器100内分隔为自上而下的热解段15和气化段16，并且锥形分隔器11的下端具有开口106。由此，通过在热解气化反应器内布置锥形分隔器将热解气化反应器内分隔为自上而下的热解段和气化段，并且使得热解段和气化段通过开口连通，使得在低阶煤在热解段发生热解反应产生的高温半焦直接进入气化段发生气化反应，从而无需增加高温物料的运输设备，同时避免了运输过程中热量的散失，另外采用该反应器产气量和能源利用率高。
根据本发明的一个实施例，锥形分隔器11的侧壁与热解气化反应器100的径向平面呈45～75度角。由此，使得在热解段产生的高温热解半焦在自身重力作用下滑落进入气化段，从而无需增加高温物料的运输设备。
根据本发明的再一个实施例，辐射管12布置于热解段15中，根据本发明的一个具体实施例，热解段15内可以布置多个辐射管12，并且多个辐射管12在热解段15内交错分布。由此，可以使得热解段内温度场分布均匀，并且低阶煤在下落过程中可以再次经过辐射管交错式布料，从而提高低阶煤的热解效率。
根据本发明的又一个实施例，蒸汽布料器13位于热解段15，并且位于低阶煤入口101的下方。由此，在蒸汽布料器的作用下可以将经低阶煤入口供给的低阶煤打散，使得低阶煤在热解段中均匀分散，从而提高低阶煤的热解效率。
根据本发明的一个具体实施例，参考图1和2，蒸汽分布器13包括蒸汽喷管131和风帽132，蒸汽喷131从热解段15的侧壁插入热解段15内，并且蒸汽喷管131上位于热解段15内的一端与风帽132相连，风帽132侧壁上布置有多个交错分布的气孔133，风帽132位于低阶煤入口101的正下方。具体的，通过蒸汽喷管供给蒸汽，蒸汽进入风帽经其上的气孔喷出，从而将经低阶煤入口供给的低阶煤打散，使得低阶煤在热解段中均匀分散，从而提高低阶煤的热解效率。
根据本发明的再一个具体实施例，风帽132上的气孔133的直径可以为6～16毫米。发明人发现，该孔径的风帽可以保证本申请的低阶煤均匀分散，从而提高热解效率。
根据本发明的又一个具体实施例，气孔133的孔道与热解气化反应器100的轴向呈0～45度角。发明人发现，孔道与热解气化反应器的轴向夹角目的在于保证布料的均匀性，当孔道与气化反应器的轴向夹角＞45°时，布料的打散范围远低于热解炉内部尺寸，造成布料分布不均，导致部分热解不充分；当孔道与气化反应器的轴向夹角＜0°时，布料气向下吹，仍会导致造成布料分布不均，热解的不充分。由此，采用本申请结构布置的气孔可以保证低阶煤热解均匀。
根据本发明的又一个实施例，出焦控制装置14位于气化段16，且分别与锥形分隔器11下端开口103和气化段16连通。
根据本发明的一个具体实施例，参考图1和3，出焦控制装置14包括：电机141、传动螺杆142和星型给料阀143，传动螺杆142从气化段16的侧壁插入气化段16内且贯穿气化段16的另一端侧壁，并且位于气化段外的传动螺杆142的一端与电机142相连，位于气化段16内的传动螺杆142部分与星型给料阀143相连，星型给料阀143的入口端144与开口106相连，星型给料阀143的出口端145与气化段16连通。由此，通过星形给料阀不仅可以控制高温热解半焦的定量气化，而且通过星形给料阀与锥形分隔器的结合实现热解气与气化的相互隔断，增加了各系统的稳定性，同时避免气化燃气串入热解段中而降低热解燃气热值。
根据本发明的又一个实施例，低阶煤入口101位于热解段15，且适于将低阶煤供给至热解段中进行热解处理。根据本发明的一个具体实施例，低阶煤入口101可以布置在热解段15的顶端。具体的，该过程中，低阶煤首先存储在料仓中，然后通过进料螺旋供给至低阶煤入口。
根据本发明的又一个实施例，热解燃气出口102位于热解段15，且适于将热解段产生的热解燃气排出热解气化反应器。根据本发明的一个具体实施例，热解燃气出口102可以布置在热解段15的侧壁上，例如热解燃气出口可以布置在热解段侧壁的底端。
根据本发明的又一个实施例，气化剂喷嘴103位于气化段16，且适于向气化段供给气化剂，以便使得与高温热解半焦接触发生气化反应。根据本发明的一个具体实施例，气化段16可以布置多个气化剂喷嘴，并且多个气化剂喷嘴16可以位于气化段16侧壁的底端。由此，使得喷入的气化剂与进入气化段的高温热解半焦充分接触，从而提高高温热解半焦的气化效率。具体的，气化剂可以为蒸汽、空气、富氧空气、氧气中的一种或多种。
根据本发明的又一个实施例，气化燃气出口104布置在气化段16。根据本发明的一个具体实施例，气化燃气出口104可以布置在气化段16的侧壁上，例如气化燃气出口可以位于气化段侧壁的顶端。
根据本发明的又一个实施例，气化灰渣出口105位于气化段106，且适于将气化段产生的气化灰渣排出热解气化反应器。根据本发明的一个具体实施例，气化灰渣出口105可以布置气化段的底部，并且可以在气化灰渣出口处布置螺旋出料器。
根据本发明的又一个实施例，气化段高度可以为热解段高度的五分之一至三分之一。发明人发现，该种布置方式可以在保证低阶煤充分热解的同时保证气化反应充分进行，并且降低炉体成本。
根据本发明实施例的热解气化反应器通过设置锥形分隔器将热解气化反应器内分隔为自上而下的热解段和气化段，使得低阶煤先在热解段内辐射管的作用下发生热解反应，得到热解燃气和热解半焦，得到的热解半焦经锥形分隔器下端的开口直接进入气化段与气化剂接触发生气化反应，得到气化燃气。由此，采用该热解气化反应器可以实现低阶煤的充分热解气化；此外，得到高温半焦的直接气化，从而可以无需增加高温物料的运输设备，同时避免了运输过程中热量的散失，另外采用该反应器产气量和能源利用率高。
如上所述，根据本发明实施例的热解气化反应器可以具有选自下列的优点至少之一：
根据本发明实施例的热解气化反应器针对有机固体燃料，采用热解反应器、气化反应器相结合的方法，实现有机固体燃料的热解气化，产气量高、能源利用率高；
根据本发明实施例的热解气化反应器结构简单，无需添加高温物料输送装置，经济性好；
根据本发明实施例的热解气化反应器可产生两种燃气，其中低热值燃气热值可供反应器内部使用，中高热值燃气可外供使用；
根据本发明实施例的热解气化反应器中热解与气化相互隔断，增加了各系统的稳定性。
根据本发明实施例的热解气化反应器通过星型给料阀定量控制高温半焦入量，保证气化系统的稳定性。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例
选用大雁褐煤加入至料仓中，通过进料螺旋将大雁褐煤经低阶煤入口供给至热解气化反应器内部的热解段，大雁褐煤在下落过程中依次通过蒸汽布料器打散后依靠自身重力下落至辐射管区发生热解反应，热解段温度900℃，下落过程中再次经过辐射管交错式布料，均匀热解，热解后得到约850℃的高温半焦堆积至出焦控制装置处，由星型给料阀衡量输送至气化段，同时喷入气化剂，发生气化反应，气化段温度1100℃，热解燃气由热解燃气出口排出，气化燃气由气化燃气出口排出；气化灰渣由螺旋出料器排出，所得热解燃气、气化燃气和气化灰渣的产率如表1所示，热解燃气、气化燃气低位热值如表2所示。
表1大雁褐煤热解气化各产率分布(质量分数)
气化燃气产率＝(气化燃气量-有效气化剂消耗量)/入炉煤量
表2热解燃气、气化燃气低位热值
| 热解燃气热值/kcal/Nm3 | 气化燃气热值/kcal/Nm3 |
| 3971.25 | 1699.02 |
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须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。
Claims (10)
1.一种热解气化反应器，其特征在于，包括：
锥形分隔器，所述锥形分隔器位于所述热解气化反应器内，且将所述热解气化反应器内分隔为自上而下的热解段和气化段，并且所述锥形分隔器的下端具有开口；
辐射管，所述辐射管布置于所述热解段；
低阶煤入口，所述低阶煤入口位于所述热解段的上部；
蒸汽布料器，所述蒸汽布料器位于所述热解段，并且位于所述低阶煤入口下方；
热解燃气出口，所述热解燃气出口位于所述热解段；
出焦控制装置，所述出焦控制装置位于所述气化段，且分别与所述开口和所述气化段连通；
气化剂喷嘴，所述气化剂喷嘴位于所述气化段；
气化燃气出口，所述气化燃气出口布置在所述气化段；
气化灰渣出口，所述气化灰渣出口位于所述气化段。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述锥形分隔器的侧壁与所述热解气化反应器的径向平面呈45～75度角。
3.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述蒸汽分布器包括蒸汽喷管和风帽，所述蒸汽喷管从所述热解段的侧壁插入所述热解段内，并且所述蒸汽喷管上位于所述热解段内的一端与所述风帽相连，所述风帽侧壁上布置有多个交错分布的气孔，所述风帽位于所述低阶煤入口的正下方。
4.根据权利要求3所述的反应器，其特征在于，所述气孔的直径为6～16毫米。
5.根据权利要求3或4所述的反应器，其特征在于，所述气孔的孔道与所述热解气化反应器的轴向呈0～45度角。
6.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，包括多个所述蓄热式辐射管，所述多个蓄热式辐射管在所述热解段交错分布。
7.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述出焦控制装置包括：电机、传动螺杆和星型给料阀，所述传动螺杆从所述气化段的侧壁插入所述气化段内且贯穿所述气化段的另一端侧壁，位于所述气化段外的传动螺杆的一端与电机相连，位于所述气化段内的所述传动螺杆部分与所述星型给料阀相连，所述星型给料阀的入口端与所述开口相连，所述星型给料阀的出口端与所述气化段连通。
8.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，包括多个所述气化剂喷嘴，所述多个气化剂喷嘴位于所述气化段侧壁的底端。
9.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述气化段高度为所述热解段高度的五分之一至三分之一。
10.根据权利要求9所述的反应器，其特征在于，所述热解燃气出口位于所述热解段侧壁的底端，所述气化燃气出口位于所述气化段侧壁的顶端。
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