CN107903927B - 一种新型快速热解反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种新型快速热解反应器，包括：反应器筒体、布料器和蓄热式辐射管，其中，所述反应器筒体的顶部为椭球面结构，中部为环形筒结构，底部为锥形结构；所述椭球面结构上均匀设置有多个进料口，所述椭球面结构内设有多个与所述进料口对应的布料器，所述椭球面结构形成的区域为布料区；所述环形筒结构内设有多层所述蓄热式辐射管，每层辐射管设置有多根辐射管，且每层所述蓄热式辐射管在水平方向上呈放射状均匀设置，所述环形筒结构形成的区域为反应区。本发明反应器筒体的顶部为椭球面结构，中部为环形筒结构，底部为锥形结构耐压和耐高温能力更强，不仅适用于低压和高压环境而且适用于低温和高温环境。
Description
技术领域
本发明属于石化技术领域，具体涉及一种新型快速热解反应器。
背景技术
快速热解是指在无氧或限氧的条件下，将物料快速升温至热解所需温度，使得含碳高分子迅速的发生化学键断裂反应，高温高压的工作环境会对提高热解产物的生成速率有很大的提高。快速热解反应器目前一般分为流化床、移动床、旋转床等反应装置，并且利用有载体和无载体两种方法来实现温度场的温度分布以及升温速率的要求，然而采用热载体的快速反应器涉及到载体与原料的均布、混合、和反应，以及下游载体与半焦产物的分离、再预热、再输送等一系列复杂工艺，导致故障率高，整体热效率低。也有采用无载体间接传热反应器，但是传热效率低，大规模化较难，并且更多是采用矩形截面的反应器，这种形式的反应器仅仅适用于中低温、常压和低压的工况下，针对高温高压的快速反应器目前还需进一步开发。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种新型快速热解反应器，反应器筒体的顶部为椭球面结构，中部为环形筒结构，底部为锥形结构耐压和耐高温能力更强，不仅适用于低压和高压环境而且适用于低温和高温环境。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：
一种新型快速热解反应器，包括：反应器筒体、布料器和蓄热式辐射管，其中，
所述反应器筒体的顶部为椭球面结构，中部为环形筒结构，底部为锥形结构；
所述椭球面结构上均匀设置有多个进料口，所述椭球面结构内设有多个与所述进料口对应的布料器，所述椭球面结构形成的区域为布料区；
所述环形筒结构内设有多层所述蓄热式辐射管，在垂直方向上每相邻两层的蓄热式辐射管为交错分布，每层辐射管设置有多根辐射管，且每层所述蓄热式辐射管在水平方向上呈放射状均匀设置，所述环形筒结构形成的区域为反应区；
所述锥形结构的底部均匀设置有多个出焦口，所述锥形结构形成的区域为出料区。
进一步的，所述反应器筒体的设置有保温耐火材料，所述反应器筒体由6-30mm的钢板材料制成，所述保温耐火材料的厚度为200-400mm。
进一步的，所述进料口和所述布料器的个数为4-12个。
进一步的，所述辐射管的管径为100-600mm，上下两层所述辐射管之间的距离为2000-3000mm，所述辐射管设置有6-12层，每层设置有8-12根辐射管。
进一步的，还包括热解气出口，其设置于所述出料区的上部。
进一步的，所述出焦口的个数为4-12个。
进一步的，所述反应器筒体内的绝对压强为0-600KPa，温度为500-1000℃。
进一步的，所述反应器筒体的中径为3-20m，高度为6-50m，内环与外环的间距为1-5m。
进一步的，所述布料器位于所述进料口下部，且所述布料器的中心线与所述进料口的中心线重合。
进一步的，所述辐射管由耐热钢制成，所述辐射管的管壁厚度为8-15mm。
本发明的有益效果在于：
（1）反应器筒体的顶部为椭球面结构，中部为环形筒结构，底部为锥形结构耐压和耐高温能力更强；
（2）不仅适用于低压和高压环境而且适用于低温和高温环境；
（3）相对于热载体快速热解反应器，该反应器简化结构，降低制造成本，提高材料利用率；
（4）整个系统制造和安装简单,连续运行时间长；
（5）反应器根据生产规模的大小可以实现多样化和大型化，系统易于实现工业化；
（6）高温高压环境下可以使得热解更彻底，热解气的产率更高；反应器可根据热解产物的要求调节内部温度和压力。
附图说明
图1为本发明新型快速热解反应器整体结构图。
图2为本发明新型快速热解反应器沿A—A面剖视图。
其中，1.反应器筒体；2.进料口；3.布料器；4.蓄热式辐射管；5.热解气出口；6.出焦口。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请注意，下面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。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
应下游工艺的要求，热解气需要实现高温高压的输送，然而目前现有的矩形截面无热载体快速热解反应器仅仅适用于低压输送，不能满足工艺需求。本发明与现有矩形截面无热载体快速热解反应器对比，其适用范围更广结构更可靠。首先筒型的结构形式相对而言承压能力更强，结构受力更均匀，稳定性更好，从而极大的简化了结构的复杂性，提高了材料利用率，大大降低了制造成本，并能够满足更高内压和更高温的工作环境。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种新型快速热解反应器，图1为本发明新型快速热解反应器整体结构图，如图1所示, 包括：反应器筒体、布料器和蓄热式辐射管，其中，所述反应器筒体的顶部为椭球面结构，中部为环形筒结构，底部为锥形结构；所述椭球面结构上均匀设置有多个进料口，所述椭球面结构内设有多个与所述进料口对应的布料器，所述椭球面结构形成的区域为布料区；所述环形筒结构内设有多层所述蓄热式辐射管，在垂直方向上每相邻两层的蓄热式辐射管为交错分布，每层辐射管设置有多根辐射管，且每层所述蓄热式辐射管在水平方向上呈放射状均匀设置，所述环形筒结构形成的区域为反应区；所述锥形结构的底部均匀设置有多个出焦口，所述锥形结构形成的区域为出料区。
快速热解反应工艺过程如下：物料通过进料口进入反应器筒体内的分料区，经过布料器均匀布料，然后穿过高温的蓄热式辐射管，物料在下落过程中与反应器内热解生成的高温热解气体以及辐射管接触，迅速地发生热解反应，生成热解气和半焦，最后反应产生的半焦通过出焦口排出，高温热解气通过热解气出口导出。
根据本发明的具体实施例，该反应器采用筒型结构设计，反应器本体内自上而下形成了分料区、反应区和出料区三个部分，筒体钢板壁厚δ优选为6～30mm，反应器墙壁铺设200mm～400mm的保温耐火材料用于阻止热量的散失，筒体的中径大小可根据生产规模调整3～20m，高度可为6～50m，反应器筒体内环与外环的间距为1～5m。
根据本发明的具体实施例，进料口位于反应器筒体顶部的椭球面结构上，并且在水平位置上反应器顶部的进料口沿着环形顶部（沿着中心线或者在中心线和外环之间）以相同的角度均匀分散布置，使得布料器更容易的把物料均匀的分散。对于分料区，其内壁面呈锥形或椭球面型结构；布料器位于进料口下部，其中心线与进料口中心线一一对应，其数量根据进料口的数量而定；布料器可将下落的物料均匀的分散到每个区域；进料口和布料器的个数优选为4～12个。
根据本发明的具体实施例，多层蓄热式辐射管为提供反应器内物料热解所需的主要热源，多层蓄热式辐射管在反应器内沿着本体高度方向间隔分布，且每层蓄热式辐射管在水平方向上沿着圆心方向呈辐射状间隔均匀布置，图2为本发明新型快速热解反应器沿A—A面剖视图，如图2所示，使得反应区形成一个或者多个均匀的温度场以满足热解所需的温度，并且上下交错的布置方式有利于物料在下落过程中进一步的分散均匀化。在本发明的一些优选的实施例中，辐射管的管径优选为100～600mm，在垂直方向上相邻两层的辐射管进行交错布置，且上下两层辐射管之间距离为2000～3000mm，同时各个辐射管的温度可以根据下游产品的需求进行灵活调整，从而得到可靠稳定的各个温度场，大大提高了产品的质量和产量。辐射管的层数应满足物料在炉内停留时间的要求，可至上向下布置6～12层，每层数量根据实际所需热量来设定，一般为8～60个或者其他数量。
根据本发明的具体实施例，热解气出口设于反应器筒体的侧下部，出料区的上部，在热解反应过程中，产生大量的热解气使得该反应器内的压力逐渐升高，较大的内压驱动使得热解气快速的从出口导出。热解气出口设置在下部，颗粒自上而下经过了整个反应器，使其热解更完全，相对于顶部和中部设置热解气出口，降低了气体中的携带颗粒数，提高了气体的纯度，热解气出口与外界连通时，有压力转换装置，以避免粉料颗粒随热解气直接带出。热解气出口要设置至少1个或多个，具体数量结合反应器筒体内热解气量和除尘器能力确定。
根据本发明的具体实施例，出料区位于反应器的下部，其内壁面为锥形结构，锥形的结构便于收集热解反应的半焦产物。出焦口设置在锥形结构的底部，半焦通过自重和上层半焦重力的综合作用经过出焦口导出反应器。出焦口的个数优选为4～12个，本发明对此不作特别限制。
根据本发明的具体实施例，反应器筒体外环壁承受内压的作用，辐射管和内环壁分别承受外压的作用，为了达到高压的工艺要求，反应器外环筒壁和内环筒壁的钢板厚度，根据压力和直径不同取6～30mm，顶部和底部采用椭圆面结构形式。辐射管优选为由耐热铸钢制成，以适应长期高温工况，根据压力和辐射管直径不同，辐射管的壁厚优选为8～15mm。所有焊点采用气密性焊接，进、出料全部为耐高温、高压设备；反应器筒体内可以承受的绝对压强P为0～600KPa，通过调整辐射管的温度来实现反应器的温度控制，筒体内的温度T可以达到500～1000℃。
综上所述本发明的新型快速热解反应器，反应器筒体的顶部为椭球面结构，中部为环形筒结构，底部为锥形结构耐压和耐高温能力更强；不仅适用于低压和高压环境而且适用于低温和高温环境；相对于热载体快速热解反应器，该反应器简化结构，降低制造成本，提高材料利用率；整个系统制造和安装简单,连续运行时间长；反应器根据生产规模的大小可以实现多样化和大型化，系统易于实现工业化；高温高压环境下可以使得热解更彻底，热解气的产率更高；反应器可根据热解产物的要求调节内部温度和压力。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，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。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，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。
Claims (9)
1.一种新型快速热解反应器，其特征在于，包括：反应器筒体、布料器和蓄热式辐射管，其中，
所述反应器筒体的顶部为椭球面结构，中部为环形筒结构，底部为锥形结构；所述椭球面结构上均匀设置有多个进料口，所述椭球面结构内设有多个与所述进料口对应的布料器，所述椭球面结构形成的区域为布料区；
所述环形筒结构内设有多层所述蓄热式辐射管，在垂直方向上每相邻两层的蓄热式辐射管为交错分布，每层辐射管设置有多根辐射管，且每层所述蓄热式辐射管在水平方向上呈放射状均匀设置，所述环形筒结构形成的区域为反应区；
所述锥形结构的底部均匀设置有多个出焦口，所述锥形结构形成的区域为出料区；
所述快速热解反应器还包括热解气出口，所述热解气出口设于所述反应器筒体的侧下部、所述出料区的上部。
2.根据权利要求1所述的新型快速热解反应器，其特征在于，所述反应器筒体设置有保温耐火材料，所述反应器筒体由厚度为6-30mm的钢板材料制成，所述保温耐火材料的厚度为200-400mm。
3.根据权利要求1所述的新型快速热解反应器，其特征在于，所述进料口和所述布料器的个数为4-12个。
4.根据权利要求1所述的新型快速热解反应器，其特征在于，所述辐射管的管径为100-600mm，上下两层所述辐射管之间的距离为2000-3000mm，所述辐射管设置有6-12层，每层设置有8-12根辐射管。
5.根据权利要求1所述的新型快速热解反应器，其特征在于，所述出焦口的个数为4-12个。
6.根据权利要求1所述的新型快速热解反应器，其特征在于，所述反应器筒体内的绝对压强为0-600KPa，温度为500-1000℃。
7.根据权利要求1所述的新型快速热解反应器，其特征在于，所述反应器筒体的中径为3-20m，高度为6-50m，内环与外环的间距为1-5m。
8.根据权利要求1所述的新型快速热解反应器，其特征在于，所述布料器位于所述进料口下部，且所述布料器的中心线与所述进料口的中心线重合。
9.根据权利要求1所述的新型快速热解反应器，其特征在于，所述辐射管由耐热钢制成，所述辐射管的管壁厚度为8-15mm。
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