CN109957411B - 一种适用煤快速裂解的网格热解反应器及方法 - Google Patents
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Abstract
一种适用煤快速裂解的网格热解反应器,适用于煤化工技术领域中煤的热解工业化使用。包括垂直设置的热解塔,热解塔为柱状结构,热解塔顶部设有集气罩,热解塔与集气罩之间设有过滤网,集气罩通过管路连接有旋风分离器,热解塔顶部一侧上设有入料口,入料口上连接有螺旋进料器,热解塔截面圆心处轴向设有贯通整个热解塔的旋转立轴,旋转立轴一端与动力源相连接,热解塔底部一侧设有出料口,出料口上设有螺旋出料器,热解塔的入料口与出料口之间的内部空间里围绕旋转立轴设有网格热解装置。其结构简单,生产效率高,具有广泛的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种网格热解反应器及方法,尤其适用于煤化工技术领域中煤的热解工业化使用的一种适用煤快速裂解的网格热解反应器及方法。
背景技术
煤快速热解技术是指在无空气的气氛条件下采用热化学转化方式将煤中轻质族组份快速高效地提取出来,进而转化为社会生产生活中所用的燃气、汽油、柴油、芳香烃等各种燃料油或化学品的技术。煤热解是所有煤转化过程中的基本反应,相对于煤直接燃烧、气化、液化等利用技术,是一种前沿的煤炭的分级利用技术。现代煤化工为实现低阶煤等含碳燃料的高效清洁转化利用,已开发出多种综合煤化工技术,热解-燃烧解耦、热解-化学品解耦、热解-气化解耦等,但真正实现工业化的却不多,从中试向工业化放大的过程中遇到了各式技术难题,其核心就是反应器。目前常见的煤快速热解供热方式主要有内热式和外热式。而外热式由于传导困难,难以使反应器持续保持高温区域,而内热式技术是通过高温气体或固体热载体直接与物料接触换热进行热解。
发明内容
技术目的:针对上述技术的不足之处,提供一种结构简单,生产效率高,使用简单可靠,适合工业使用的适用煤快速裂解的网格热解反应器及方法
技术内容:本发明的一种适用煤快速裂解的网格热解反应器,包括垂直设置的热解塔,热解塔为柱状结构,热解塔顶部设有集气罩,热解塔与集气罩之间设有过滤网,集气罩通过管路连接有旋风分离器,热解塔顶部一侧上设有入料口,入料口上连接有螺旋进料器,热解塔截面圆心处轴向设有贯通整个热解塔的旋转立轴,旋转立轴一端与动力源相连接,热解塔底部一侧设有出料口,出料口上设有螺旋出料器,热解塔的入料口与出料口之间的内部空间里围绕旋转立轴设有网格热解装置。
所述网格热解装置包括设置在旋转立轴上并跟随旋转的落料斗,在落料斗下方等距离间隔设置有多级网格热解器,多级网格热解器固定在热解塔内,旋转立轴从多级网格热解器的圆心处穿过,所述多级网格热解器为筛网结构,筛网中的网孔孔径自上而下依次减小,网格热解器通过电加热或微波热辐射加热等方式加热,从而达到热解所需反应温度。
所述网格热解器共有五级,其中最上层的第五级网格热解器网孔孔径为热解反应固态原料最大粒径的5倍,作为热解预热层,而最下方的第一级网格热解器的网孔孔径不小于热解反应固态原料的最大粒径,第三级的网格热解器网孔孔径为热解反应固态原料最大粒径的2倍,作为主要热解反应层,第二级网格热解器的网孔孔径介于第一级网格热解器和第三级网格热解器之间,第四级网格热解器的网孔孔径介于第三级网格热解器和第五级网格热解器之间,所述级网格热解器的网格孔径逐级缩小,自上而下每个网格热解器的网格密度逐级增加,直到滑道上方。
在多级网格热解器上,自上而下的第二级网格热解器上逐级设置有网刷,网刷的刷毛与网格热解器不接触,在网格热解器上方0.5cm为宜,并随旋转立轴转动有效清扫固定不动的网格热解器上的热解反应固态原料,防止热解反应固态原料在网格热解器堆积从而影响热解工作,网刷的数量根据布置的网格热解器自上而下逐级增加。
所述网刷附着在旋转立轴上,位于网格热解器正上方的位置,且垂直于网格热解器,网刷与网格热解器有间隔,0.5cm-5cm可调,从而保证原料不在网格热解器上堆积;逐级增加的网刷在网格热解器上均匀分布,平分圆周角,最后一级网格热解器上布置有五个网刷,最后一级网格热解器与滑道之间在旋转立轴上设有旋转网刷,旋转网刷为独立的平分圆周角设置的五个刷子,刷子头与滑道接触,用来刷走在滑道内热解后的物料,防止物料在滑道内堆积影响热解反应的进行。
一种适用煤快速裂解的网格热解方法,其步骤为:
a、将粒径小于2cm的热解反应固态原料给入螺旋进料器,并通过螺旋进料器通过入料口投入热解塔,热解反应固态原料在重力的作用下经跟随旋转立轴旋转的落料斗均匀落入热解塔中,热解反应固态原料通过温度设置在500摄氏度以上的网格热解装置,使热解反应固态原料迅速升温超过500摄氏度进行热解;
b.其中热解反应固态原料在重力的作用下从上至下依次通过网格热解装的多级网格热解器的网孔的同时进行热解,每一级网格热解器的温度均保证在500摄氏度以上,每一层网格热解器可以设置不同温度网丝密度,随着热解反应固态原料每穿过一级网格热解器,下一级网格热解器的网格密度越小,同时动力源通过旋转立轴带动设置在每一级网格热解器上的网刷不断转动将堆积在网格热解器上的热解反应固态原料、网格半焦、煤渣或杂质扫入网格网孔保证不在网格热解器上堆积并堵塞网孔;
c.经过多级网格热解器后的热解反应固态原料不断生成热解气相产物热解挥发,最终余下渣滓落入滑道最终从而进入螺旋出料器排出热解塔,同时旋转网刷随旋转立轴旋转清扫滑道,防止渣滓在塔底堆积同时实现快速均匀出料;
d.反应产生的热解气相产物上升至热解塔的滤网处,利用滤网将热解气相产物携带的固态颗粒物过滤掉,包括热解反应固态原料颗粒和热解后的渣滓颗粒,防止固态颗粒物进入集气罩内,过滤后的热解气相产物通过管路进入旋风分离器进行分解,旋风分离器分解后获得热解气和热解油输出。
有益效果:
本发明采用网格加热热解煤的方式,有效避免了内热式和外热式热解煤所带来的弊端。与此同时,原料经过网格时,停留时间较短,热解速率快,煤的热解得以充分,大大提高了煤热解的产率和热解效率;内热式热解干馏技术具有传热效率高,且加热速率快,受热均匀等优点,本装置采用内热式加热方式,使煤进行快速热解,进而提高油气收率和热解时间;
本发明改变煤热解的方式,从而克服内热式以及外热式所带来的热解气逸出阻力大、停留时间过长,焦油产率低、重质油含量高、品质差以及生产效率低下的问题,提出了适合于工业规模生产的装置及方法,具有广泛的实用性。
附图说明
图1为本发明含网格热解反应器装置的结构示意图;
图2为本发明的第三层网格热解反应器装置的侧视图;
图3为本发明的第五层网格热解反应器的俯视图。
图中:1-螺旋进料器,2-旋风分离器,3-落料斗,4-网格热解器,5-网刷,6-热解塔,7-旋转立轴,8-动力源,9-旋转网刷,10-滑道,11-螺旋出料器,12-集气罩,13-过滤网。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的具体实施例进一步说明:
如图1所示,本发明的适用煤快速裂解的网格热解反应器,其特征在于:它包括垂直设置的热解塔6,热解塔6为柱状结构,热解塔6顶部设有集气罩12,热解塔6与集气罩12之间设有过滤网13,集气罩12通过管路连接有旋风分离器2,热解塔6顶部一侧上设有入料口,入料口上连接有螺旋进料器1,如图2所示,热解塔6截面圆心处轴向设有贯通整个热解塔6的旋转立轴7,旋转立轴7一端与动力源8相连接,动力源8为电动机,热解塔6底部一侧设有出料口,出料口上设有螺旋出料器11,热解塔6的入料口与出料口之间的内部空间里围绕旋转立轴7设有网格热解装置;
如图3所示,所述网格热解装置包括设置在旋转立轴7上并跟随旋转的落料斗3,在落料斗3下方等距离间隔设置有多级网格热解器4,多级网格热解器4固定在热解塔6内,旋转立轴7从多级网格热解器4的圆心处穿过,所述多级网格热解器4为筛网结构,筛网中的网孔孔径自上而下依次减小,网格热解器4通过电加热或微波热辐射加热等方式加热,从而达到热解所需反应温度;所述网格热解器4共有五级,其中最上层的第五级网格热解器4网孔孔径为热解反应固态原料最大粒径的5倍,作为热解预热层,而最下方的第一级网格热解器4的网孔孔径不小于热解反应固态原料的最大粒径,第三级的网格热解器4网孔孔径为热解反应固态原料最大粒径的2倍,作为主要热解反应层,第二级网格热解器4的网孔孔径介于第一级网格热解器4和第三级网格热解器4之间,第四级网格热解器4的网孔孔径介于第三级网格热解器4和第五级网格热解器4之间,所述级网格热解器4的网格孔径逐级缩小,自上而下每个网格热解器4的网格密度逐级增加,直到滑道10上方。
在多级网格热解器4上,自上而下的第二级网格热解器4上逐级设置有网刷5,网刷5的刷毛与网格热解器4不接触,在网格热解器上方0.5cm为宜,并随旋转立轴7转动有效清扫固定不动的网格热解器4上的热解反应固态原料,防止热解反应固态原料在网格热解器4堆积从而影响热解工作,网刷5的数量根据布置的网格热解器4自上而下逐级增加;所述网刷5附着在旋转立轴上,位于网格热解器正上方的位置,且垂直于网格热解器,网刷与网格热解器有间隔,0.5cm-5cm可调,从而保证原料不在网格热解器上堆积;逐级增加的网刷5在网格热解器4上均匀分布平分圆周角,最后一级网格热解器4上布置有五个网刷5,最后一级网格热解器4与滑道10之间在旋转立轴上设有旋转网刷9,旋转网刷9为独立的平分圆周角设置的五个刷子,刷子头与滑道10接触,用来刷走在滑道10内热解后的物料,防止物料在滑道10内堆积影响热解反应的进行。
一种使适用煤快速裂解的网格热解方法,由于快速热解技术的关键是控制高的加热速率不低于1000℃/s,网格热接器4控制温度在500-700℃之间以及热解可凝挥发分的快速冷凝时间不超过1秒,才能最大限度地提高热解油的产率,快速热解反应器是核心,反应器的类型及其加热方式的选择很大程度上决定了产物的最终分布;
其步骤为:
a、将粒径小于2cm的热解反应固态原料给入螺旋进料器1,并通过螺旋进料器1通过入料口投入热解塔6,热解反应固态原料在重力的作用下经跟随旋转立轴7旋转的落料斗3均匀落入热解塔6中,热解反应固态原料通过温度设置在500摄氏度以上的网格热解装置,使热解反应固态原料迅速升温超过500摄氏度进行热解;
b.其中热解反应固态原料在重力的作用下从上至下依次通过网格热解装的多级网格热解器4的网孔的同时进行热解,每一级网格热解器4的温度均保证在500摄氏度以上,每一层网格热解器4可以设置不同温度网丝密度,每一层网格热解器4的网格热解温度依次增加,或者每一层网格热解器4设置不同温度如700度、800度,只要保证最后一级网格热解器的温度不低于500度即可,热解反应固态原料穿过热解塔6不超过2秒钟时间,随着热解反应固态原料每穿过一级网格热解器4,下一级网格热解器4的网格密度越小,同时动力源8通过旋转立轴7带动设置在每一级网格热解器4上的网刷5不断转动将堆积在网格热解器4上的热解反应固态原料、网格半焦、煤渣或杂质扫入网格网孔保证不在网格热解器4上堆积并堵塞网孔;
c.经过多级网格热解器4后的热解反应固态原料不断生成热解气相产物热解挥发,最终余下渣滓落入滑道10最终从而进入螺旋出料器(11)排出热解塔6,同时旋转网刷9随旋转立轴7旋转清扫滑道10,防止渣滓在塔底堆积同时实现快速均匀出料;
d.反应产生的热解气相产物上升至热解塔6的滤网13处,利用滤网13将热解气相产物携带的固态颗粒物过滤掉,包括热解反应固态原料颗粒和热解后的渣滓颗粒,防止固态颗粒物进入集气罩12内,过滤后的热解气相产物通过管路进入旋风分离器2进行分解,旋风分离器2分解后获得热解气和热解油输出。
Claims (4)
1.一种适用煤快速裂解的网格热解反应器,其特征在于:它包括垂直设置的热解塔(6),热解塔(6)为柱状结构,热解塔(6)顶部设有集气罩(12),热解塔(6)与集气罩(12)之间设有过滤网(13),集气罩(12)通过管路连接有旋风分离器(2),热解塔(6)顶部一侧上设有入料口,入料口上连接有螺旋进料器(1),热解塔(6)截面圆心处轴向设有贯通整个热解塔(6)的旋转立轴(7),旋转立轴(7)一端与动力源(8)相连接,热解塔(6)底部一侧设有出料口,出料口上设有螺旋出料器(11),热解塔(6)的入料口与出料口之间的内部空间里围绕旋转立轴(7)设有网格热解装置;
所述网格热解装置包括设置在旋转立轴(7)上并跟随旋转的落料斗(3),在落料斗(3)下方等距离间隔设置有多级网格热解器(4),多级网格热解器(4)固定在热解塔(6)内,旋转立轴(7)从多级网格热解器(4)的圆心处穿过,所述多级网格热解器(4)为筛网结构,筛网中的网孔孔径自上而下依次减小,网格热解器(4)通过电加热或微波热辐射加热方式加热,从而达到热解所需反应温度,每一层网格热解器设置不同的温度;
所述网格热解器(4)共有五级,其中最上层的第五级网格热解器网孔孔径为热解反应固态原料最大粒径的5倍,作为热解预热层,而最下方的第一级网格热解器的网孔孔径不小于热解反应固态原料的最大粒径,第三级的网格热解器网孔孔径为热解反应固态原料最大粒径的2倍,作为主要热解反应层,第二级网格热解器的网孔孔径介于第一级网格热解器和第三级网格热解器之间,第四级网格热解器的网孔孔径介于第三级网格热解器和第五级网格热解器之间,所述多级网格热解器(4)的网格孔径逐级缩小,自上而下每个网格热解器的网格密度逐级增加,直到滑道(10)上方。
2.根据权利要求1所述适用煤快速裂解的网格热解反应器,其特征在于:在多级网格热解器(4)上,自上而下的第二级网格热解器上逐级设置有网刷(5),网刷(5)的刷毛与网格热解器(4)不接触,在网格热解器上方0.5cm为宜,并随旋转立轴(7)转动有效清扫固定不动的网格热解器(4)上的热解反应固态原料,防止热解反应固态原料在网格热解器(4)堆积从而影响热解工作,网刷(5)的数量根据布置的网格热解器(4)自上而下逐级增加。
3.根据权利要求2所述适用煤快速裂解的网格热解反应器,其特征在于:所述网刷(5)附着在旋转立轴上,位于网格热解器正上方的位置,且垂直于网格热解器,网刷与网格热解器有间隔,0.5cm-5cm可调,从而保证原料不在网格热解器上堆积;逐级增加的网刷(5)在网格热解器(4)上均匀分布平分圆周角,最后一级网格热解器上布置有五个网刷(5),最后一级网格热解器与滑道(10)之间在旋转立轴上设有旋转网刷(9),旋转网刷(9)为独立的平分圆周角设置的五个刷子,刷子头与滑道(10)接触,用来刷走在滑道(10)内热解后的物料,防止物料在滑道(10)内堆积影响热解反应的进行。
4.一种使用权利要求1所述适用煤快速裂解的网格热解反应器的热解方法,其特征在于步骤为:
a、将粒径小于2cm的热解反应固态原料给入螺旋进料器(1),并通过螺旋进料器(1)通过入料口投入热解塔(6),热解反应固态原料在重力的作用下经跟随旋转立轴(7)旋转的落料斗(3)均匀落入热解塔(6)中,热解反应固态原料通过温度设置在500摄氏度以上的网格热解装置,使热解反应固态原料迅速升温超过500摄氏度进行热解;
b.其中热解反应固态原料在重力的作用下从上至下依次通过网格热解装置的多级网格热解器(4)的网孔的同时进行热解,每一级网格热解器的温度均保证在500摄氏度以上,每一层网格热解器能够设置不同温度和网格密度,热解反应固态原料从投入热解塔(6)到被排不超过2秒钟时间,随着热解反应固态原料每穿过一级网格热解器,下一级网格热解器的网格密度越小,同时动力源(8)通过旋转立轴(7)带动设置在每一级网格热解器上的网刷(5)不断转动将堆积在网格热解器(4)上的热解反应固态原料、网格半焦、煤渣或杂质扫入网格网孔保证不在网格热解器(4)上堆积并堵塞网孔;
c.经过多级网格热解器(4)后的热解反应固态原料不断生成热解气相产物热解挥发,最终余下渣滓落入滑道(10)最终从而进入螺旋出料器(11) 排出热解塔(6),同时旋转网刷(9)随旋转立轴(7)旋转清扫滑道(10),防止渣滓在塔底堆积同时实现快速均匀出料;
d.反应产生的热解气相产物上升至热解塔(6)的过滤网(13)处,利用过滤网(13)将热解气相产物携带的固态颗粒物过滤掉,包括热解反应固态原料颗粒和热解后的渣滓颗粒,防止固态颗粒物进入集气罩(12)内,过滤后的热解气相产物通过管路进入旋风分离器(2)进行分解,旋风分离器(2)分解后获得热解气和热解油输出。
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