CN108085029A - 一种高效余热回收碳基原料热解反应系统 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种高效余热回收碳基原料热解反应系统，包括：位于所述热解反应器的炉体内的热解段和冷焦段，其中，所述热解段内设置有多层加热管，每层所述加热管设置有多个；所述冷焦段位于所述热解段的下方，所述冷焦段内设置有具有换热功能的蛇形盘管，所述蛇形盘管内容纳有换热介质。本发明对高温半焦余热进行充分回收，系统的能耗降低30%以上，对热解段和冷焦段进行一体化组合，系统流程简单。
Description
技术领域
本发明属于有机原料的热解工艺技术领域，具体涉及一种高效余热回收碳基原料热解反应系统。
背景技术
各种有机原料如煤炭、生物质、油页岩等蕴藏大量的油气资源，可以通过隔绝空气热解的方法得到大量的、宝贵的油气资源，对于补充我国的能源需求具有重大意义。目前热解反应器开发的工艺主要有国外的Tscoal工艺、流化床工艺及国内的DG法和旋转窑反应器等，从系统流程中来看，热解工艺中半焦的带走的余热占系统耗能的30-50%，很多都没有有效利用，从而系统效率低，造成热解成本增加。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种高效余热回收碳基原料热解反应系统，对高温半焦余热进行充分回收，系统的能耗降低30%以上，对热解段和冷焦段进行一体化组合，系统流程简单。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：
一种高效余热回收碳基原料热解反应系统，包括：进料装置、热解反应器和荒煤气净化装置，
所述进料装置的出料口与所述热解反应器的进料口连接，用于为所述热解反应器提供原料；
所述热解反应器包括：位于所述热解反应器的炉体内的热解段和冷焦段，其中，所述热解段内设置有多层加热管，每层所述加热管设置有多个；
所述冷焦段位于所述热解段的下方，所述冷焦段内设置有具有换热功能的蛇形盘管，所述蛇形盘管内容纳有换热介质；
所述荒煤气净化装置的热解气入口与所述热解反应器的热解气出口连接，用于净化热解气。
进一步的，所述加热管具有加热管燃气入口、加热管空气入口以及烟气出口；
所述加热管的层数为10-30层，所述加热管为DN150-DN400的耐热钢管。
进一步的，所述蛇形盘管包括：第一蛇形盘管和第二蛇形盘管，其中，
所述第一蛇形盘管内的换热介质为空气，所述第一蛇形盘管具有空气入口和热空气出口，所述热空气出口与所述加热管空气入口连接；
所述第二蛇形盘管内的换热介质脱盐水，第二蛇形盘管具有脱盐水入口和蒸汽出口，所述蒸汽出口与所述荒煤气净化装置的蒸汽入口连接。
进一步的，所述进料装置包括：提升管烘干装置和原料斗，其中，
所述烟气出口与所述提升管烘干装置连接，将进入所述提升管烘干装置内的原料烘干并实现气力提升，烘干后的原料的水分小于15%；
所述提升管烘干装置的出料口与所述原料仓的进料口连接，所述原料仓的出料口与所述热解反应器的进料口连接。
进一步的，还包括：冷焦仓，其与所述热解反应器的出料口连接，用于存储冷焦。
进一步的，还包括：储气柜，所述储气柜与所述荒煤气净化装置连接，用于储存净化后的热解气。
进一步的，所述热解段和所述冷焦段的的高度比为3-5:1。
一种利用高效余热回收碳基原料热解反应系统进行碳基原料回收的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将原料送至提升管烘干装置中烘干，并将原料送至原料仓；
2）将原料仓中的原料送至热解反应器中，原料下落进入热解段，经热解段内的加热管间接加热发生热解反应，产生热解气和半焦，热解气被送至所述荒煤气净化装置中，加热管内燃烧产生的烟气被送至提升烘干装置中；
3）半焦继续下落，进入冷焦段，经第一蛇形盘管和第二蛇形盘管换热后排出，排出的半焦被送至冷焦仓，第一蛇形盘管内产生的热空气被送至加热管中，第二蛇形盘管内产生的蒸汽被送至荒煤气净化装置中；
4）将经荒煤气净化装置净化后的热解气送至储气柜。
进一步的，所述热解段的温度为500-1000℃，热解段内生成的热解气的温度为450-950℃；
位于所述热解段内的半焦的温度为450-800℃，经所述冷焦段换热至80℃以下排出所述炉体。
进一步的，经所述空气入口进入所述换热盘管的空气温度为10-30℃，经所述热空气出口排出的空气温度为300-500℃。
本发明的有益效果在于：
（1）对高温半焦余热进行充分回收，系统的能耗降低30%以上。
（2）对热解段和冷焦段进行一体化组合，系统流程简单。
附图说明
图1为本发明高效余热回收碳基原料热解反应系统结构示意图。
其中，1、提升管烘干装置 2、原料斗 3、热解段 4、加热管 5、第一蛇形盘管 6、第二蛇形盘管 7、荒煤气净化装置 8、冷焦仓 9、储气柜 10、冷焦段。
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。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种高效余热回收碳基原料热解反应系统，图1为本发明高效余热回收碳基原料热解反应系统结构示意图，如图1所示, 包括：进料装置、热解反应器和荒煤气净化装置，所述进料装置的出料口与所述热解反应器的进料口连接，用于为所述热解反应器提供原料；所述热解反应器包括：位于所述热解反应器的炉体内的热解段和冷焦段，所述热解段和所述冷焦段的高度比为3-5:1；其中，所述热解段内设置有多层加热管，每层所述加热管设置有多个；所述冷焦段位于所述热解段的下方，所述冷焦段内设置有具有换热功能的蛇形盘管，所述蛇形盘管内容纳有换热介质；所述荒煤气净化装置的热解气入口与所述热解反应器的热解气出口连接，用于净化热解气。
根据本发明的具体实施例，所述加热管具有加热管燃气入口、加热管空气入口以及烟气出口；所述加热管的层数为10-30层，所述加热管为DN150-DN400的耐热钢管。所述蛇形盘管包括：第一蛇形盘管和第二蛇形盘管，其中。所述第一蛇形盘管内的换热介质为空气，所述第一蛇形盘管具有空气入口和热空气出口，所述热空气出口与所述加热管空气入口连接；所述第二蛇形盘管内的换热介质脱盐水，第二蛇形盘管具有脱盐水入口和蒸汽出口，所述蒸汽出口与所述荒煤气净化装置的蒸汽入口连接。
根据本发明的具体实施例，所述进料装置包括：提升管烘干装置和原料斗，其中，所述烟气出口与所述提升管烘干装置连接，将进入所述提升管烘干装置内的原料烘干，烘干后的原料的水分小于15%；所述提升管烘干装置的出料口与所述原料仓的进料口连接，所述原料仓的出料口与所述热解反应器的进料口连接。
根据本发明的具体实施例，还包括：冷焦仓和储气柜，冷焦仓与所述热解反应器的出料口连接，用于存储冷焦；所述储气柜与所述荒煤气净化装置连接，用于储存净化后的热解气。
烘干提升管的下部烟气来自加热管的烟气出口，温度为150-500℃，在烘干提升管中与原料进料口下来的原料充分接触，并通过气力提升至提升管的上部进入原料斗中，原料的水分被烘干至小于15%，原料进入原料斗，通过进料口进入热解反应器中的热解段，通过加热管间接加热，热解段温度控制500-1000℃，原料在热解段通过自重力下落，在热解段发生与空气隔绝的热解反应，热解过程中，原料大部分反应生成热解气，热解气温度为450-950℃，从热解段的热解气出口排出送入荒煤气净化系统，在荒煤气净化系统中热解气的杂质得到去除，然后通过管道送入到储气罐中作为燃料气或原料气使用，也可以通过管道连接至加热管的燃气入口作为热解段的加热燃料用.
原料中的固体产物为半焦，温度为450-800℃，半焦进入冷焦段；冷焦段的蛇形盘管布置在冷焦段的空间，第一蛇形盘管管采取空气作为换热介质，温度为10-30℃的空气通过换热管后，热空气温度为300-500℃，然后进入加热管中与燃气燃烧，产生高温烟气；第二蛇形盘管采取水作为换热介质，温度为常温的水进入，产生200℃的蒸汽进入荒煤气净化系统；450-800℃的半焦在冷焦段通过换热管后温度降低至80℃以下直接从下段冷焦出料口排出后通过皮带或气力输送至冷焦仓。
根据本发明的另一方面，本发明提供了一种利用高效余热回收碳基原料热解反应系统进行碳基原料回收的方法，包括以下步骤：
1）将原料送至提升管烘干装置中烘干，并将原料送至原料仓；
2）将原料仓中的原料送至热解反应器中，原料下落进入热解段，经热解段内的加热管间接加热发生热解反应，产生热解气和半焦，热解气被送至所述荒煤气净化装置中，加热管内燃烧产生的烟气被送至提升烘干装置中；
3）半焦继续下落，进入冷焦段，经第一蛇形盘管和第二蛇形盘管换热后排出，排出的半焦被送至冷焦仓，第一蛇形盘管内产生的热空气被送至加热管中，第二蛇形盘管内产生的蒸汽被送至荒煤气净化装置中；
4）将经荒煤气净化装置净化后的热解气送至储气柜。
根据本发明的具体实施例，所述热解段的温度为500-1000℃，热解段内生成的热解气的温度为450-950℃；位于所述热解段内的半焦的温度为450-800℃，经所述冷焦段换热至80℃以下排出所述炉体。经所述空气入口进入所述换热盘管的空气温度为10-30℃，经所述热空气出口排出的空气温度为300-500℃。
综上所述本发明的高效余热回收碳基原料热解反应系统，能够对高温半焦余热进行充分回收，系统的能耗降低30%以上；对热解段和冷焦段进行一体化组合，系统流程简单。
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 (10)
1.一种高效余热回收碳基原料热解反应系统，其特征在于，包括：进料装置、热解反应器和荒煤气净化装置，所述进料装置的出料口与所述热解反应器的进料口连接，用于为所述热解反应器提供原料；所述热解反应器包括：位于所述热解反应器的炉体内的热解段和冷焦段，其中，所述热解段内设置有多层加热管，每层所述加热管设置有多个；所述冷焦段位于所述热解段的下方，所述冷焦段内设置有具有换热功能的蛇形盘管，所述蛇形盘管内容纳有换热介质；所述荒煤气净化装置的热解气入口与所述热解反应器的热解气出口连接，用于净化热解气。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述加热管具有加热管燃气入口、加热管空气入口以及烟气出口；所述加热管的层数为10-30层，所述加热管为DN150-DN400的耐热钢管。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述蛇形盘管包括：第一蛇形盘管和第二蛇形盘管，其中，所述第一蛇形盘管内的换热介质为空气，所述第一蛇形盘管具有空气入口和热空气出口，所述热空气出口与所述加热管空气入口连接；
所述第二蛇形盘管内的换热介质脱盐水，第二蛇形盘管具有脱盐水入口和蒸汽出口，所述蒸汽出口与所述荒煤气净化装置的蒸汽入口连接。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述进料装置包括：提升管烘干装置和原料斗，其中，所述烟气出口与所述提升管烘干装置连接，将进入所述提升管烘干装置内的原料烘干并实现气力提升，烘干后的原料的水分小于15%；
所述提升管烘干装置的出料口与所述原料仓的进料口连接，所述原料仓的出料口与所述热解反应器的进料口连接。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：冷焦仓，其与所述热解反应器的出料口连接，用于存储冷焦。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：储气柜，所述储气柜与所述荒煤气净化装置连接，用于储存净化后的热解气。
7.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述热解段和所述冷焦段的的高度比为3-5:1。
8.一种利用权利要求1-7任一项所述的系统进行碳基原料回收的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将原料送至提升管烘干装置中烘干，并将原料送至原料仓；
2）将原料仓中的原料送至热解反应器中，原料下落进入热解段，经热解段内的加热管间接加热发生热解反应，产生热解气和半焦，热解气被送至所述荒煤气净化装置中，加热管内燃烧产生的烟气被送至提升烘干装置中；
3）半焦继续下落，进入冷焦段，经第一蛇形盘管和第二蛇形盘管换热后排出，排出的半焦被送至冷焦仓，第一蛇形盘管内产生的热空气被送至加热管中，第二蛇形盘管内产生的蒸汽被送至荒煤气净化装置中；
4）将经荒煤气净化装置净化后的热解气送至储气柜。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述热解段的温度为500-1000℃，热解段内生成的热解气的温度为450-950℃；
位于所述热解段内的半焦的温度为450-800℃，经所述冷焦段换热至80℃以下排出所述炉体。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，经所述空气入口进入所述换热盘管的空气温度为10-30℃，经所述热空气出口排出的空气温度为300-500℃。
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