CN107880948A - 一种组合式自除尘热解反应器及热解除尘耦合的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种组合式自除尘热解反应器及热解除尘耦合的方法，其具体包括反应器箱体，在反应器箱体内设置有细粉料热解区和颗粒料热解区，细粉料热解区热解产生的荒煤气以颗粒料热解区的热解半焦为滤料进行初过滤后排出，本发明的组合式自除尘热解反应器是根据不同粒度煤的热解停留时间不同，将大颗粒和小颗粒细粉分区分级热解，促使重组分产品热解后生成轻组分产品，并将细粉热解后气相夹带大量的粉尘的荒煤气通过大颗粒热解形成的颗粒层进行初过滤除尘，实现精除尘，并达到除尘与热解深度耦合的目的，进一步提升产品焦油和煤气的品质，同时以大颗粒热解产生半焦作为滤料，实现自除尘，简化处理流程，降低能耗，减少处理成本。

Description

一种组合式自除尘热解反应器及热解除尘耦合的方法

技术领域

本发明属于粉煤热解除尘技术领域，特别涉及一种组合式自除尘热解反应器及热解除尘耦合的方法。

背景技术

高挥发份烟煤和褐煤热解是煤炭梯级分质利用的重要途径，是洁净煤化工，煤热解也叫煤拔头，装置投资少，能耗低，热效率高，有着广泛的市场前景和较好的经济效益。

根据煤粒度不同采用的热解工艺也不同，同一粒径的煤也有不同的热解工艺，针对0-6mm的粉煤的热解有回转窑热解工艺，有流化床热解工艺，有移动床热解工艺；有直接加热热解工艺，有间接加热热解工艺；有气体热载体热解工艺，有固体热载体热解工艺，有气固热载体热解工艺等等，不论哪种工艺各有优缺点，但无论何种热解方式，都面临高温荒煤气除尘问题，荒煤气在高温下煤焦油的大分子会发生裂解和缩合积碳，降温后煤焦油就会析出，现在普遍采用旋风除尘器在高温下粗除尘，但达不到除尘的精度，还有部分细尘在冷凝时进入煤焦油中，造成煤焦油后续无法进一步加工利用。有些采用后续精除尘工艺，但由于再生系统太复杂难于长周期运行；同时针对0-6mm的这种原料由于粒径不同，热解停留时间不同，如果全部热解完就要迁就大颗粒，势必延长停留时间，造成设备庞大。

由大连理工大学提出并被授予发明专利权的专利号为2010587830.0的一种由煤热解制取半焦、焦油和煤气的方法的专利，采用固体半焦热载体热解，热解后大颗粒分离出来冷却作为产品，小颗粒送回加热提升管燃烧，该专利未解决荒煤气的除尘问题。专利号为201210059029.8一种导引式气提强化油气加速导出的煤固体热载体热解方法及系统的专利，采用固体热载体，采用煤气气提提高煤焦油的收率，但仍未解决煤焦油的含尘问题。

由浙江大学提出并被授予发明专利权的专利号为201210064139.3基于流化床热解技术的煤气焦油半焦蒸汽多联产方法的专利，采用固体热载体流化床热解，大量的流化气体造成后续的除尘压力大，该专利也只采用旋风进行粗除尘，对于小于10um的细尘无法通过旋风除去，在精除尘方面未提出有针对性的措施解决煤焦油的含尘问题。

由中科院工程热物理研究所提出并被授予发明专利权的专利号为 2008222959.4的一种输送床热解制油方法的专利，采用固体热载体热解技术，热解为低速流化床，大量的载气同样带来除尘的压力，也未曾记载在精除尘方面的措施。

以上几个专利都未就荒煤气的精除尘提出针对性的解决方法，同时也未考虑不同粒径热解的时间不同而区别对待。

发明内容

为了解决上述技术所存在的煤焦油的含尘等问题，本发明提供了一种组合式自除尘热解反应器，其能够将大颗粒料与小颗粒料分区处理并以大颗粒热解半焦作为滤料对热解产生的荒煤气进行过滤除尘，进而实现精除尘。

同时本发明还提供了一种用上述组合式自除尘热解反应器实现的热解除尘耦合的方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种组合式自除尘热解反应器，其是将小粒径的细粉料和大粒径的颗粒料分区热解处理，并且细粉料热解区在颗粒料热解区内侧，并以颗粒料热解区产生的焦粉为滤料对细粉料热解区产生的荒煤气进行初过滤除尘，其具体包括反应器箱体3，在反应器箱体3内设置有细粉料热解区15和颗粒料热解区9，且细粉料热解区15设置在颗粒料热解区9的内侧，细粉料热解区15热解产生的荒煤气以颗粒料热解区9的热解半焦为滤料进行初过滤后排出，热解产生的半焦由于自重自由向下移动。

进一步限定，所述细粉料热解区15与颗粒料热解区9之间通过百叶窗式内环圈6隔开，在颗粒料热解区9外侧设置有百叶窗式外环圈5。

进一步限定，所述百叶窗式内环圈6和百叶窗式外环圈5是由纵向排布的锥形叶片组成，且相邻两个锥形叶片之间的垂直距离为10～40mm；所述百叶窗式内环圈6的锥形叶片和百叶窗式外环圈5的锥形叶片的布设方向相反且其锥面与水平面的角度均为45°～75°。

进一步限定，所述细粉料热解区15内设置有底部敞口的外环筒14，外环筒14的顶部与反应器箱体3的顶部细粉料入口2连通，在外环筒14内设置有至少一个物料流向变向体组合。

进一步限定，所述外环筒14壁上设置有环形导气缝，使细粉料热解区15 通过环形导气缝以及百叶窗式内环圈6与颗粒料热解区9连通。

进一步限定，所述物料流向变向体组合是自上而下布设多个，一个物料流向变向体组合与相邻一个物料流向变向体组合之间的垂直距离为10～40mm。

进一步限定，所述物料流向变向体组合包括倒锥体12以及置于倒锥体12 底部的环锥13，使倒锥体12的内腔以及环锥13外壁与外环筒14内壁之间形成热解荒煤气缓存腔，而环锥13内部形成焦粉通道，在热解荒煤气缓存腔上设置有与外环筒14的环形导气缝相对应的透气孔；所述倒锥体12和环锥13的锥面与水平面的夹角为45°～75°。

一种通过上述的组合式自除尘热解反应器能够实现的热解除尘耦合的方法，其包括以下步骤：将小粒径的细粉料和大粒径的颗粒料分区热解处理，并且细粉料热解区在颗粒料热解区内侧，细粉料热解区产生的荒煤气穿过颗粒料热解区，并以颗粒料热解产生的焦粉为滤料进行初过滤除尘，之后与颗粒料热解区产生的荒煤气一起混合，排出；而细粉料和颗粒料热解产生的焦粉分别自由向下移动混合后输出。

进一步限定，上述方法具体包括以下步骤：

(1)温度为130～280℃干煤大颗粒与温度为750～850℃的高温半焦大颗粒混合后作为颗粒料进入颗粒料热解区9进行热解，热解温度在480～650℃，热解后的焦粉自由向下移动；

(2)温度为130～280℃干燥细粉与温度为750～850℃的小颗粒高温半焦细粉混合后进入细粉料热解区15热解，热解温度在480～650℃，实现大颗粒与小颗粒分级分区热解；

(3)在细粉料热解区15热解产生的荒煤气经多次折流后穿过颗粒料热解区9，以颗粒料热解区9热解的焦粉为滤料，进行初步过滤除尘后与颗粒料热解区产生的荒煤气一起混合，输出；同时细粉料热解区15和颗粒料热解区9 热解后的焦粉自由向下移动混合后输出。

本发明的组合式自除尘热解反应器是根据不同粒度煤的热解停留时间不同，将大颗粒和小颗粒细粉分区分级热解，促使重组分产品热解后生成轻组分产品，并将细粉热解后气相夹带大量的粉尘的荒煤气通过大颗粒热解形成的颗粒层进行初过滤除尘，实现精除尘，并达到除尘与热解深度耦合的目的，进一步提升产品焦油和煤气的品质，同时以大颗粒热解产生半焦作为滤料，实现自除尘，简化处理流程，降低能耗，减少处理成本。

附图说明

图1为组合式自除尘热解反应器的结构示意图。

图2为图1中倒锥体12的结构示意图。

图3为图1中环锥13的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图和实施例对本发明的技术方案进行进一步说明。

参见图1，本发明提供的组合式自除尘热解反应器，包括反应器箱体3，在反应器箱体3上开设有荒煤气导出口4、混合出料口11、颗粒进料口1和细粉料入口2，颗粒进料口1以及细粉料入口2分别设置在反应器箱体3顶部，且颗粒进料口1套装在细粉料入口2外部，混合出料口11设置在反应器箱体3 底部。在反应器箱体3内设置有百叶窗式外环圈5和百叶窗式内环圈6，百叶窗式内环圈6套装在百叶窗式外环圈5内部，在百叶窗式外环圈5与反应器箱体3内壁之间形成荒煤气导出区8，荒煤气导出口4开设在荒煤气导出区8的箱体侧壁上。在百叶窗式外环圈5和百叶窗式内环圈6之间形成颗粒料热解区 9，颗粒料热解区9的顶部连通颗粒进料口1。在百叶窗式内环圈6内腔同轴设置有底部敞口的外环筒14，在外环筒14壁上设置有环形导气缝，使细粉料热解区15通过环形导气缝以及百叶窗式内环圈6与颗粒料热解区9连通。在外环筒14内形成细粉料热解区15，细粉料入口2进入的粉料在细粉料热解区15热解。在细粉料热解区15内自上而下设置有物料流向变向体组合，用于改变气流方向，使气流自下而上分布均匀，并对焦粉流动起导向作用，避免局部焦粉结块或者堵塞通道。在反应器箱体3的底部混合出料口11的正上方安装一个改流锥10，改流锥10的锥角为30°～90°范围内可调，锥部向上，用于分散自由沉降的焦粉，避免在出料口堵塞或结块。

需要进一步说明的是，本实施例的百叶窗式内环圈6和百叶窗式外环圈5 是由纵向排布的锥形叶片组成，且相邻两个锥形叶片之间的垂直距离为10～ 40mm，百叶窗式内环圈6的锥形叶片和百叶窗式外环圈5的锥形叶片的布设方向相反且其锥面与水平面的角度均为45°～75°范围内可调。

需要进一步说明的是，本实施例的物料流向变向体组合包括倒锥体12以及置于倒锥体12底部的环锥13，如图2和3所示；倒锥体12的锥面与水平面的角度为45°～75°范围内可调；倒锥体12的顶部锥角封闭，底部开口；而环锥 13的顶部扩口与外环筒14内壁连接，使焦粉通过底部收口向下流动，即倒锥体12的内腔以及环锥13外壁与外环筒14内壁之间形成热解荒煤气缓存腔，而环锥13内部形成焦粉通道。在倒锥体12的中部侧壁上开设有透气孔，在外环筒14上对应于环椎13中间的位置以及对应于倒锥体12透气孔的位置均开设有环形导气缝，使热解荒煤气缓存腔与颗粒料热解区9、荒煤气导出区8连通，以便于细粉料热解区15的荒煤气的导出。

需要进一步说明的是，本实施例的物料流向变向体组合可以是多个，也可以是1个，如果物料流向变向体组合是多个时，对应倒锥体12以及环锥13均是多层，相邻两物料流向变向体组合之间的垂直距离为10～40mm，根据需要调整。

用上述的组合式自除尘热解反应器实现自除尘热解耦合的方法由以下过程实现：

大颗粒的干煤与大颗粒高温半焦混合后进入组合式自除尘反应器10的颗粒料热解区9以高温半焦作为热源进行热解，而小粒径的干燥细粉与小颗粒高温半焦细粉混合后进入颗粒料热解区9内侧的细粉料热解区15，以高温半焦细粉为热源进行热解，实现大颗粒与小颗粒分级分区热解，在细粉料热解区15 热解产生的荒煤气经多级折流后穿过颗粒料热解区9的焦粉层进行初过滤，之后与颗粒料热解区产生的荒煤气一起混合，在荒煤气导出区8汇集后排出；而细粉料热解区15和颗粒料热解区9热解后的焦粉自由向下移动混合后输出；

具体步骤是：

(1)将温度为130～280℃干煤大颗粒与温度为750～850℃的高温半焦大颗粒充分混合后进入组合式自除尘反应器10的颗粒料热解区9，以高温半焦作为热源进行热解，控制反应温度在480～650℃，热解后的焦粉自由向下移动；

(2) 将温度为130～280℃干燥细粉与温度为750～850℃的小颗粒高温半焦细粉混合后进入颗粒料热解区9内侧的细粉料热解区15，以高温半焦细粉为热源进行热解，控制反应温度在480～650℃，实现大颗粒与小颗粒分级分区热解；

(3)在细粉料热解区15热解产生的荒煤气经多次折流后导出，沿着径向穿过颗粒料热解区9的焦粉层，利用颗粒料热解区9的焦粉作为滤料过滤后与颗粒料热解区9产生的荒煤气一起混合，在荒煤气导出区8汇集后排出，同时细粉料热解区15和颗粒料热解区9热解后的焦粉自由向下移动混合后从混合出料口11输出。

实施例1

本实施例在反应器箱体3内设置有百叶窗式外环圈5和百叶窗式内环圈6，百叶窗式内环圈6套装在百叶窗式外环圈5内部，在百叶窗式外环圈5与反应器箱体3内壁之间形成荒煤气导出区8，荒煤气导出口4开设在荒煤气导出区8 的箱体侧壁上。在百叶窗式外环圈5和百叶窗式内环圈6之间形成颗粒料热解区9，颗粒料热解区9的顶部连通颗粒进料口1。

本实施例的百叶窗式内环圈6和百叶窗式外环圈5是由纵向排布的锥形叶片组成，且相邻两个锥形叶片之间的垂直距离为30mm，百叶窗式内环圈6的锥形叶片和百叶窗式外环圈5的锥形叶片的布设方向相反，百叶窗式内环圈6 和百叶窗式外环圈5的锥面与水平面形成的夹角均为60°。

在百叶窗式内环圈6内腔同轴设置有底部敞口的外环筒14，在外环筒14 壁上设置有环形导气缝，使细粉料热解区15通过环形导气缝以及百叶窗式内环圈6与颗粒料热解区9连通。在外环筒14内形成细粉料热解区15，细粉料入口2进入的粉料在细粉料热解区15热解。在细粉料热解区15内自上而下设置有3组物料流向变向体组合，相邻的两物料流向变向体组合之间的垂直距离为 20mm，在反应器箱体3的底部混合出料口11的正上方安装一个改流锥10，改流锥10的锥角为60°，锥部向上，用于分散自由沉降的焦粉，避免在出料口堵塞或结块。

本实施例的物料流向变向体组合包括倒锥体12以及置于倒锥体12底部的环锥13，如图2和3所示，倒锥体12的锥面与水平面的角度为60°；倒锥体 12的顶部锥角封闭，底部开口，形成一个锥帽结构；而环锥13的顶部扩口与外环筒14内壁连接，使焦粉通过底部收口向下流动，即倒锥体12的锥帽内腔以及环锥13外壁与外环筒14内壁之间形成的倒V型环腔均为热解荒煤气缓存腔，而环锥13内部形成焦粉通道。在倒锥体12的中部侧壁上开设有透气孔，在外环筒14上对应于环椎13中间的位置以及对应于倒锥体12透气孔的位置均开设有环形导气缝，使热解荒煤气缓存腔与颗粒料热解区9、荒煤气导出区8 连通，以便于细粉料热解区15的荒煤气的导出。

实施例2

本实施例在反应器箱体3内设置有百叶窗式外环圈5和百叶窗式内环圈6，百叶窗式内环圈6套装在百叶窗式外环圈5内部，在百叶窗式外环圈5与反应器箱体3内壁之间形成荒煤气导出区8，荒煤气导出口4开设在荒煤气导出区8 的箱体侧壁上。在百叶窗式外环圈5和百叶窗式内环圈6之间形成颗粒料热解区9，颗粒料热解区9的顶部连通颗粒进料口1。

本实施例的百叶窗式内环圈6和百叶窗式外环圈5是由纵向排布的锥形叶片组成，且相邻两个锥形叶片之间的垂直距离为40mm，百叶窗式内环圈6的锥形叶片和百叶窗式外环圈5的锥形叶片的布设方向相反，百叶窗式内环圈6 和百叶窗式外环圈5的锥面与水平面形成的夹角均为75°。

在百叶窗式内环圈6内腔同轴设置有底部敞口的外环筒14，在外环筒14 壁上设置有环形导气缝，使细粉料热解区15通过环形导气缝以及百叶窗式内环圈6与颗粒料热解区9连通。在外环筒14内形成细粉料热解区15，细粉料入口2进入的粉料在细粉料热解区15热解。在细粉料热解区15内自上而下设置有2组物料流向变向体组合，相邻的两物料流向变向体组合之间的垂直距离为 40mm，在反应器箱体3的底部混合出料口11的正上方安装一个改流锥10，改流锥10的锥角为75°，锥部向上，用于分散自由沉降的焦粉，避免在出料口堵塞或结块。

本实施例的物料流向变向体组合包括倒锥体12以及置于倒锥体12底部的环锥13，倒锥体12的锥面与水平面的角度为60°；倒锥体12的顶部锥角封闭，底部开口，形成一个锥帽结构；而环锥13的顶部扩口与外环筒14内壁连接，使焦粉通过底部收口向下流动，即倒锥体12的锥帽内腔以及环锥13外壁与外环筒14内壁之间形成的倒V型环腔均为热解荒煤气缓存腔，而环锥13内部形成焦粉通道。在倒锥体12的中部侧壁上开设有透气孔，在外环筒14上对应于环椎13中间的位置以及对应于倒锥体12透气孔的位置均开设有环形导气缝，使热解荒煤气缓存腔与颗粒料热解区9、荒煤气导出区8连通，以便于细粉料热解区15的荒煤气的导出。

实施例3

本实施例在反应器箱体3内设置有百叶窗式外环圈5和百叶窗式内环圈6，百叶窗式内环圈6套装在百叶窗式外环圈5内部，在百叶窗式外环圈5与反应器箱体3内壁之间形成荒煤气导出区8，荒煤气导出口4开设在荒煤气导出区8 的箱体侧壁上。在百叶窗式外环圈5和百叶窗式内环圈6之间形成颗粒料热解区9，颗粒料热解区9的顶部连通颗粒进料口1。

本实施例的百叶窗式内环圈6和百叶窗式外环圈5是由纵向排布的锥形叶片组成，且相邻两个锥形叶片之间的垂直距离为10mm，百叶窗式内环圈6的锥形叶片和百叶窗式外环圈5的锥形叶片的布设方向相反，百叶窗式内环圈6 和百叶窗式外环圈5的锥面与水平面形成的夹角均为45°。

在百叶窗式内环圈6内腔同轴设置有底部敞口的外环筒14，在外环筒14 壁上设置有环形导气缝，使细粉料热解区15通过环形导气缝以及百叶窗式内环圈6与颗粒料热解区9连通。在外环筒14内形成细粉料热解区15，细粉料入口2进入的粉料在细粉料热解区15热解。在细粉料热解区15内自上而下设置有4组物料流向变向体组合，相邻的两物料流向变向体组合之间的垂直距离为 10mm，在反应器箱体3的底部混合出料口11的正上方安装一个改流锥10，改流锥10的锥角为45°，锥部向上，用于分散自由沉降的焦粉，避免在出料口堵塞或结块。

本实施例的物料流向变向体组合包括倒锥体12以及置于倒锥体12底部的环锥13，倒锥体12的锥面与水平面的角度为45°；倒锥体12的顶部锥角封闭，底部开口，形成一个锥帽结构；而环锥13的顶部扩口与外环筒14内壁连接，使焦粉通过底部收口向下流动，即倒锥体12的锥帽内腔以及环锥13外壁与外环筒14内壁之间形成的倒V型环腔均为热解荒煤气缓存腔，而环锥13内部形成焦粉通道。在倒锥体12的中部侧壁上开设有透气孔，在外环筒14上对应于环椎13中间的位置以及对应于倒锥体12透气孔的位置均开设有环形导气缝，使热解荒煤气缓存腔与颗粒料热解区9、荒煤气导出区8连通，以便于细粉料热解区15的荒煤气的导出。

Claims (9)

1.一种组合式自除尘热解反应器，其特征在于将小粒径的细粉料和大粒径的颗粒料分区热解处理，并且细粉料热解区在颗粒料热解区内侧，并以颗粒料热解区产生的焦粉为滤料对细粉料热解区产生的荒煤气进行初过滤除尘，其具体包括反应器箱体(3)，在反应器箱体(3)内设置有细粉料热解区(15)和颗粒料热解区(9)，且细粉料热解区(15)设置在颗粒料热解区(9)的内侧，细粉料热解区(15)热解产生的荒煤气以颗粒料热解区(9)的热解半焦为滤料进行初过滤后排出，热解产生的半焦由于自重自由向下移动。

2.根据权利要求1所述的组合式自除尘热解反应器，其特征在于，所述细粉料热解区(15)与颗粒料热解区(9)之间通过百叶窗式内环圈(6)隔开，在颗粒料热解区(9)外侧设置有百叶窗式外环圈(5)。

3.根据权利要求2所述的组合式自除尘热解反应器，其特征在于，所述百叶窗式内环圈(6)和百叶窗式外环圈(5)是由纵向排布的锥形叶片组成，且相邻两个锥形叶片之间的垂直距离为10～40mm；所述百叶窗式内环圈(6)的锥形叶片和百叶窗式外环圈(5)的锥形叶片的布设方向相反且其锥面与水平面的角度均为45°～75°。

4.根据权利要求2所述的组合式自除尘热解反应器，其特征在于，所述细粉料热解区(15)内设置有底部敞口的外环筒(14)，外环筒(14)的顶部与反应器箱体(3)的顶部细粉料入口(2)连通，在外环筒(14)内设置有至少一个物料流向变向体组合。

5.根据权利要求4所述的组合式自除尘热解反应器，其特征在于，所述外环筒(14)壁上设置有环形导气缝，使细粉料热解区(15)通过环形导气缝以及百叶窗式内环圈(6)与颗粒料热解区(9)连通。

6.根据权利要求4所述的组合式自除尘热解反应器，其特征在于，所述物料流向变向体组合是自上而下布设多个，一个物料流向变向体组合与相邻一个物料流向变向体组合之间的垂直距离为10～40mm。

7.根据权利要求6所述的组合式自除尘热解反应器，其特征在于，所述物料流向变向体组合包括倒锥体(12)以及置于倒锥体(12)底部的环锥(13)，使倒锥体(12)的内腔以及环锥(13)外壁与外环筒(14)内壁之间形成热解荒煤气缓存腔，而环锥(13)内部形成焦粉通道，在热解荒煤气缓存腔上设置有与外环筒(14)的环形导气缝相对应的透气孔；所述倒锥体(12)和环锥(13)的锥面与水平面的夹角为45°～75°。

8.一种通过权利要求1所述的组合式自除尘热解反应器能够实现的热解除尘耦合的方法，其特征在于包括以下步骤：将小粒径的细粉料和大粒径的颗粒料分区热解处理，并且细粉料热解区在颗粒料热解区内侧，细粉料热解区产生的荒煤气穿过颗粒料热解区，并以颗粒料热解产生的焦粉为滤料进行初过滤除尘，之后与颗粒料热解区产生的荒煤气一起混合，排出；而细粉料和颗粒料热解产生的焦粉分别自由向下移动混合后输出。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

(1)温度为130～280℃干煤大颗粒与温度为750～850℃的高温半焦大颗粒混合后作为颗粒料进入颗粒料热解区(9)进行热解，热解温度在480～650℃，热解后的焦粉自由向下移动；

(2)温度为130～280℃干燥细粉与温度为750～850℃的小颗粒高温半焦细粉混合后进入细粉料热解区(15)热解，热解温度在480～650℃，实现大颗粒与小颗粒分级分区热解；

(3)在细粉料热解区(15)热解产生的荒煤气经多次折流后穿过颗粒料热解区(9)，以颗粒料热解区(9)热解的焦粉为滤料，进行初步过滤除尘后与颗粒料热解区产生的荒煤气一起混合，输出；同时细粉料热解区(15)和颗粒料热解区(9)热解后的焦粉自由向下移动混合后输出。