CN107840335A - 一种含碳氢固体原料的连续热解与活化一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种含碳氢固体原料的连续热解与活化一体化装置，涉及含碳氢固体原料热解和活化技术领域。所述含碳氢固体原料的连续热解与活化一体化装置包括炉体，加料仓和排料口，炉体内设有热解室和活化室，炉体上设有位于热解室的底部第一进气管路和位于活化室的底部第二进气管路；热解室设有第一集气通道，第一集气通道通过与固定于炉体上的第一出气管路相连通；活化室设有第二集气通道，第二集气通道通过与固定于炉体上的第二出气管路相连通。本发明通过提供一种含碳氢固体原料的连续热解与活化一体化装置，解决了现有热解和活化技术中，不能同时生产高品质热解油和活性炭，且生产效率低和能耗高的问题。

Description

一种含碳氢固体原料的连续热解与活化一体化装置

技术领域

本发明涉及含碳氢固体原料热解和活化技术领域，尤其涉及一种含碳氢固体原料的连续热解与活化一体化装置。

背景技术

煤炭、木质原料及废轮胎等含碳氢固体原料通过热解处理可得到热解气、热解油和焦炭等产物。热解气和热解油既可用作燃料也可用作化工原料，焦炭则可直接作为燃料、气化原料或进一步活化后制成活性炭。活性炭是一种经济价值较高的产品，广泛用于各类工业过程及日常生活中，例如净化水或空气等，其需求量日益增长，而且是煤炭、木质原料及废轮胎等含碳氢固体原料高值化利用的一种重要途径。

活性炭制备工艺中一般包括炭化(热解)和活化两个步骤，并且炭化(热解)有机物原料和活化所得炭化料制活性炭的过程都需要在高温下进行，消耗大量的热量。而原料有机物热解过程中产生的热解气以及炭化料活化反应制活性炭过程中产生的可燃气具有较高热值，可以为热解和活化过程提供热量，在充分利用可燃气体的显热和热值条件下，可以大大节约外来能量的供给甚至可以完全能量自给。但目前实际生产中热解和活化这两个工序大多在不同装置中分开进行，这就涉及炭化料冷却降温、转移、然后再升温操作，工艺集成化差，不仅增加能耗，而且增加设备投资及操作成本。

为解决上述问题，实现含碳氢固体原料热解-活化集成工艺连续运行，近年来已有一些相关报道。专利名称为“煤热解和活性炭生产的一体化装置”(CN201510478528.4)，其技术方案提到了煤热解和活性炭生产一体化连续进行的方法，该方法利用煤热解和活化反应产生的可燃气燃烧提供热量，采用热烟气间接加热方式对活化段固体料加热，以CO₂和水蒸汽为活化介质，活化反应后气体继续上升至热解炉加热煤料使其热解。该方法存在的问题是间接加热方式传热速率慢，CO₂需要从外部提供，成本高，而且活化剂CO₂和水蒸汽仅通过回收活化后产生高温活性炭的显热后就直接通入活化炉，活化剂温度将显著低于活化反应所需要温度，影响活化反应正常进行，降低活化炉效率和产品质量。另一篇专利名称为“一种低温连续热解生物质制备活性炭的固定床反应器”(CN201620865080.1)，其技术方案中采用的是卧式反应器，物料置于料板上在传动机构带动下水平移动，由料板上方的辐射管提供热解和活化反应所需热量。该方法存在的问题是卧式反应器占地面积大、单位体积处理能力低，传动机构长期在高温下运行容易出现故障，热解气会在料板上方的高温辐射管上裂解、积炭，进而影响传热效率。再一篇专利名称为“一种有机物热解制取活性炭方法”(CN201110083062.X)，该方法将热解产生的焦油进一步催化裂解生成可燃气，并与热解和活化反应生成的可燃气一起经蓄热燃烧后为系统供热，可燃气与蓄热室换热升温后做为热载体和活化剂对有机物进行热解和活化。该方法存在的问题是可燃气做活化剂效果差，工艺一方面不能提供焦油产品，另一方面又造成可燃气过剩，降低整体工艺的经济效益。

因此，亟待需要一种新型含碳氢固体原料的连续热解与活化一体化装置来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含碳氢固体原料的连续热解与活化一体化装置，以解决现有热解和活化技术中，不能同时生产高品质热解油和活性炭，且生产效率低和能耗高的问题。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种含碳氢固体原料的连续热解与活化一体化装置，包括炉体，位于炉体顶部的加料仓，以及位于炉体底部的排料口，炉体内设有热解室和位于热解室下方的活化室，炉体上设有位于热解室的底部第一进气管路和位于活化室的底部第二进气管路；热解室设有第一集气通道，第一集气通道通过与固定于炉体上的第一出气管路相连通，第一集气通道的外侧与热解室的侧壁之间形成能够容纳含碳氢固体原料的第一容纳空间；活化室设有第二集气通道，第二集气通道通过与固定于炉体上的第二出气管路相连通，第二集气通道的外侧与活化室的侧壁之间形成能够容纳活化处理料的第二容纳空间。

作为优选，第一集气通道位于热解室的中心处，第二集气通道位于活化室的中心处。

作为优选，第一集气通道和第二集气通道的外侧均设有导流结构。

作为优选，热解室的侧壁与第一集气通道外侧的间距为50mm～500mm，活化室的侧壁与第二集气通道侧壁的间距为50mm～500mm。

作为优选，炉体包括隔热墙，位于隔热墙与热解室之间的第一导流通道，和位于隔热墙与活化室之间的第二导流通道，第一导流通道和第二导流通道之间设有隔板。

作为优选，第一导流通道与第一进气管路连通，第二导流通道与第二进气管路连通。

作为优选，第一导流通道和第二导流通道的壁上自上而下地均匀分布有多个出气孔。

作为优选，炉体底部设有冷却器，冷却器位于排料口上方。

本发明的有益效果：

本发明通过提供一种含碳氢固体原料的连续热解与活化一体化装置，集热解和活化工序于一体，能够同时生产高品质热解油和活性炭，生产效率高且能耗低；采用热解室和活化室分开加热的方式，易于根据各自需要分别调控，达到最优操作条件。

附图说明

现将仅通过示例的方式，参考所附附图对本发明的实施方式进行描述，其中

图1是本发明具体实施方式提供的含碳氢固体原料的连续热解与活化一体化装置的结构示意图。

图中：

1、加料仓；

2、炉体；21、隔热墙；22、隔板；23、出气孔；

3、排料口；31、冷却器；

4、热解室；41、第一进气管路；42、第一集气通道；43、第一出气管路；44、第一导流通道；

5、活化室；51、第二进气管路；52、第二集气通道；53、第二出气管路；54、第二导流通道；

6、导流结构。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，本实施方式提供了一种含碳氢固体原料的连续热解与活化一体化装置，包括炉体2，位于炉体2顶部的加料仓1，以及位于炉体2底部的排料口3，炉体2内设有热解室4和位于热解室4下方的活化室5，炉体2上设有位于热解室4底部的第一进气管路41和位于活化室5底部的第二进气管路51；热解室4设有第一集气通道42，第一集气通道42与固定于炉体2上的第一出气管路43相连通，第一集气通道42的外侧与热解室4的侧壁之间形成能够容纳含碳氢固体原料的第一容纳空间；活化室5设有第二集气通道52，第二集气通道52与固定于炉体2上的第二出气管路53相连通，第二集气通道52的外侧与活化室5的侧壁之间形成能够容纳活化处理料的第二容纳空间。本实施方式集热解和活化工序于一体，能够同时生产高品质热解油和活性炭，生产效率高且能耗低；采用热解室4和活化室5分开加热的方式，易于根据各自需要分别调控，达到最优操作条件，解决了现有热解和活化技术中，不能同时生产高品质热解油和活性炭，且生产效率低和能耗高的问题。

具体地，第一集气通道42位于热解室4的中心处，第二集气通道52位于活化室5的中心处。特别地，加料仓1与热解室4和活化室5同轴设置，当含碳氢固体原料由加料仓1向炉体2中加料时，可使得含碳氢固体原料在经过第一容纳空间以及经热解所得的活化处理料经第二容纳空间更加均匀地下落，同时第一集气通道42和第二集气通道52也能够更充分、方便地回收热解和活化后产生的可燃气。

具体地，第一集气通道42和第二集气通道52的外壁均设有导流结构6。可以理解的是，导流结构6在此设置的目的主要为热解和活化后生成的气体提供流动通道，并有利于将生成的气体顺利导流至第一集气通道42和第二集气通道52中，而后通过第一出气管路43和第二出气管路53排出炉体2的外部。排出炉体2外部的气体又可以进一步经回收余热及净化处理后，作为燃料返回工艺流程中以提供热量。

具体地，热解室4的侧壁与第一集气通道42外侧的间距为50mm～500mm，优选的，可以设置为150mm；活化室5的侧壁与第二集气通道52外侧的间距为50mm～500mm，优选的，可以设置为150mm。在上述范围中，可以保证由加料仓1下落的物料在经过热解室4和活化室5时，能够顺畅向下移动并被充分地热解和活化，达到最优的热解和活化效率，同时也避免间距过大导致的反应不充分，以及间距过小又容易导致架拱堵料。

具体地，炉体2包括隔热墙21，位于隔热墙21与热解室4之间的第一导流通道44，和位于隔热墙21与活化室之间的第二导流通道54，第一导流通道44和第二导流通道54之间设有隔板22。隔热墙21采用隔热性能好的材料制成，能够保证炉体2与外界发生较少的热量传递，进一步地，可以在隔热墙21的外部包裹一层多孔的隔热石棉，以进一步增加隔热的效果。隔热板22在此主要起到将通过第一导流通道44和第二导流通道54的气体隔绝，使两种温度的气体不能连通；优选的，隔板22采用不锈钢板或其他具有耐高温耐腐蚀的无机材料制成，以保证其能够更好地隔绝第一导流通道44和第二导流通道54通过的气体。

具体地，第一导流通道44与第一进气管路41连通，第二导流通道54与第二进气管路51连通，第一导流通道44用于提供热解室4所需气体的流动通道，第二导流通道54用于提供活化室5所需气体的流动通道。

具体地，第一导流通道44和第二导流通道54的壁上自上而下地均匀分布有多个出气孔23当两种不同温度的气体经过第一进气管路41和第二进气管路51后，分别进入第一导流通道44和第二导流通道54中，并沿出气孔23进入热解室4和活化室5内部，分别对第一容纳空间的含碳氢固体原料进行加热热解以及对第二容纳空间的热解后所得的活化处理料进行活化。出气孔23均匀地分布于第一导流通道44和第二导流通道54的壁上，可以保证通入炉体2内的气体与含碳氢固体原料和活化处理料进行均匀、充分地接触，提高反应速率，降低反应时间，减少热量的浪费。

具体地，炉体2底部设有冷却器31，冷却器31位于排料口3上方，经活化反应后生成的活性炭经冷却器31降温后，再由排料口3排出，制得的活性炭比表面积可达1000m²/g，焦油产率可达到格金干馏分析值的75％～85％。

具体地，本实施例的具体工作方式如下：

在利用该装置制热解油和活性炭时，为热解室4加热的烟气来自于装置外的燃烧室(图中未示出)，其温度为600～800℃，通入活化室5的活化气的温度为900～1000℃，以3～6mm的神木煤为原料由加料仓1进行加料，原料在经过热解室4的第一容纳空间时，被经过第一进气管路41、第一导流通道44和出气孔23的烟气加热升温，进一步发生热解反应，热解气相产物进入第一集气通道42，并由第一出气管路43引出，经后序常规冷却和净化工艺，得到热解油产品和煤气，煤气作为燃料返回工艺提供热量。煤热解生成的半焦继续向下移动到活化室5，在经过活化室5的第二容纳空间时，被经过第二进气管路51、第二导流通道54和出气孔23的活化气加热升温，进一步发生活化反应，生成活性炭和可燃气，可燃气再进入第二集气通道52，并由第二出气管路53引出，经回收余热及净化处理后再利用，而生成的活性炭经冷却器31降温后由排料口3排出。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种含碳氢固体原料的连续热解与活化一体化装置，包括炉体(2)，位于所述炉体(2)顶部的加料仓(1)，以及位于所述炉体(2)底部的排料口(3)，其特征在于，所述炉体(2)内设有热解室(4)和位于所述热解室(4)下方的活化室(5)，所述炉体(2)上设有位于所述热解室(4)底部的第一进气管路(41)和位于所述活化室(5)底部的第二进气管路(51)；所述热解室(4)设有第一集气通道(42)，所述第一集气通道(42)与固定于所述炉体(2)上的第一出气管路(43)相连通，所述第一集气通道(42)的外侧与所述热解室(4)的侧壁之间形成能够容纳含碳氢固体原料的第一容纳空间；所述活化室(5)设有第二集气通道(52)，所述第二集气通道(52)与固定于所述炉体(2)上的第二出气管路(53)相连通，所述第二集气通道(52)的外侧与所述活化室(5)的侧壁之间形成能够容纳活化处理料的第二容纳空间。

2.根据权利要求1所述的含碳氢固体原料的连续热解与活化一体化装置，所述第一集气通道(42)位于所述热解室(4)的中心处，所述第二集气通道(52)位于所述活化室(5)的中心处。

3.根据权利要求2所述的含碳氢固体原料的连续热解与活化一体化装置，其特征在于，所述第一集气通道(42)和所述第二集气通道(52)的侧壁均设有导流结构(6)。

4.根据权利要求3所述的含碳氢固体原料的连续热解与活化一体化装置，其特征在于，所述热解室(4)的侧壁与所述第一集气通道(42)外侧的间距为50mm～500mm，所述活化室(5)的侧壁与所述第二集气通道(52)外侧的间距为50mm～500mm。

5.根据权利要求1所述的含碳氢固体原料的连续热解与活化一体化装置，其特征在于，所述炉体(2)包括隔热墙(21)，位于所述隔热墙(21)与所述热解室(4)之间的第一导流通道(44)，和位于所述隔热墙(21)与所述活化室之间的第二导流通道(54)，所述第一导流通道(44)和所述第二导流通道(54)之间设有隔板(22)。

6.根据权利要求5所述的含碳氢固体原料的连续热解与活化一体化装置，其特征在于，所述第一导流通道(44)与所述第一进气管路(41)连通，所述第二导流通道(54)与所述第二进气管路(51)连通。

7.根据权利要求6所述的含碳氢固体原料的连续热解与活化一体化装置，其特征在于，所述第一导流通道(44)和所述第二导流通道(54)的壁上自上而下地均匀分布有多个出气孔(23)。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的含碳氢固体原料的连续热解与活化一体化装置，其特征在于，所述炉体(2)底部设有冷却器(31)，所述冷却器(31)位于所述排料口(3)上方。