CN110117500A - 一种具有焦油催化裂解功能的喷动流化床 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有焦油催化裂解功能的喷动流化床，包括喷动流化床床体,床体上设置有气体进口管、热解气进气口，喷动流化床床体内设置有导流管，半焦进料口设置在喷动流化床床体顶端，导流管通过支撑杆连接在喷动流化床床体内，喷动流化床外连接有螺旋给料机、气固分离器、半焦收集罐，气固分离器、半焦收集罐分别设置在喷动流化床床体两侧，喷动流化床床体内壁上与导流管上方均设置有折流板，所述的折流板的位置设置在喷动流化床床体悬流段下方的喷动区，本发明克服了现有技术存在的半焦参与裂解反应时间短、利用率低的问题，大大提高半焦参与反应的效率。

Description

一种具有焦油催化裂解功能的喷动流化床
技术领域
本发明涉及一种煤清洁利用领域，尤其是一种具有焦油催化裂解功能的喷动流化床。
背景技术
近年来通过电厂煤粉原位制备的粉状活性焦进行烟气脱硫是一新的工艺过程。在煤粉气化制备活性焦过程中会产生焦油。焦油的存在，一方面会在热解气输送管道上凝结，导致管道的堵塞；另一方面，会凝结在活性焦颗粒的表面，堵塞活性焦表面的孔隙，从而降低活性焦的活性。因此，在该制焦工艺过程中需采取有效的焦油控制方法。控制热解气中焦油含量的方法很多，催化裂解技术因其条件相对温和及焦油转化率高而受到重视。研究表明，与碱金属、天然矿石催化剂、活性氧化铝等催化剂相比，气化过程中产生的半焦用做催化剂的优势明显：具有丰富的孔隙结构以及表面含有金属物质，因此活性较高，且生产成本低 。另一方面，在电厂煤粉原位制备粉状活性焦过程本身即产生半焦，因此采用半焦作为催化剂来降解焦油可大幅减少运行成本。
目前常用的有固定床气化炉、流化床气化炉、气流床气化炉，这些装置的运行过程中通常会发生诸如结渣、固体颗粒分布不易控制、床内温度分布不均、半焦活性低等问题。而且现有流化床和固定床联用催化裂解焦油的装置较为复杂。而喷动流化床优势明显，如煤种适用性强、可利用劣质煤和粉煤、气化强度大以及煤气产品中不含焦油和酚类等。
发明内容
一种具有焦油催化裂解功能的喷动流化床，包括喷动流化床床体,床体上上段设置有半焦进料口，热解气出口；中段设置有半焦收集罐、气固分离器，下段设置气体进气管和螺旋给料机；喷动流化床床体内设置有导流管，半焦进料口设置在喷动流化床床体顶端，导流管通过支撑杆连接在喷动流化床床体内，气固分离器、半焦收集罐分别设置在喷动流化床床体两侧；
所述的导流管由四个对称的支撑杆固定，所述的导流管与喷动流化床的内壁相间布置；
所述的气固分离器的上端与热解气出口相连，该气固分离器的固体出口与喷动流化床床体相连。
所述的喷动流化床床体中部设置有半焦溢流口，溢流口端连接一个半焦收集罐，半焦收集罐底部设置有阀门。
所述喷动流化床床体内壁上与导流管上方均设置有折流板，所述的折流板的位置设置在喷动流化床床体悬流段下方的喷动区, 所述的折流板与喷动流化床的内壁设置角度为向下折角40°～70°，优选为60°，根据实际情况进行调整。
所述的喷动流化床下方的锥形布风板左右对称设置有小口，与热解气进口管道相连，所述的锥形布风板的锥角为100°～120°，优选为110°，根据实际情况进行选择。
本发明提供一种利用喷动床反应器催化裂解煤热解焦油的同时，可以获得清洁燃气和活化半焦的方法，包括以下步骤：
煤颗粒通过螺旋给料机送入喷动流化床床体内，在下落的过程中与从底部气体进气管吹入的喷动风混合，喷动风携带煤颗粒在导向管内形成中心喷动区，脱离导向管后继续向上形成喷泉区。在中心喷动区和喷泉区，煤颗粒发生快速热解反应。打开半焦加料口，半焦催化裂解在悬浮区的煤焦油，随后反应生成的热解气以及微小的催化剂颗粒随喷动风脱离热解反应器，进入气固分离器。未反应的大的煤颗粒及催化剂随喷泉降落到热解反应器壁面和导向管之间，由于折流板的缓冲，增加了煤颗粒在环隙区的停留时间，使得热解反应更为彻底。
半焦收集罐和半焦加入口的设置，使得半焦能够得到充分利用，同时加入的半焦可以催化裂解煤焦油，提高产气品质。
从反应器上段脱离的热解气由锥形布风板上小孔吹入，活化落在环隙区的半焦，增加半焦催化裂解焦油的能力。随后这些颗粒再次被喷动风携带，进行上述反应。随着反应器内半焦越来越多，多余的半焦落入半焦收集罐内，需要的时候可以打开阀门从上方半焦加料口加入催化裂解煤焦油，或者用于烟气脱硫。锥形布风板和布风板上热解气入口的设置，可以使床料混合均匀，同时增强环隙区颗粒的运动，强化颗粒与喷射气体的动量、热量及质量传递过程。
基于喷动流化床反应器，可以增加煤颗粒在反应器的停留时间，确保煤颗粒反应完全。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：1）该技术方案整体结构设计紧凑巧妙，该方案中设置了多个折流板，由于折流板的缓冲，增加了煤颗粒在环隙区的停留时间，使得热解反应更为彻底；2）该方案中半焦收集罐和半焦加入口的设置，使得半焦能够得到充分利用，同时加入的半焦可以催化裂解煤焦油，提高产气品质；3）该方案中锥形布风板和布风板上热解气入口的设置，可以使床料混合均匀，同时增强环隙区颗粒的运动，强化颗粒与喷射气体的动量、热量及质量传递过程；4）气固分离器的设置使得热解气的二次利用，可以减少能量损耗，同时简化实验装置，省去了外接气体的布置，整个方案成本较低，便于进一步的推广应用。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图中：1、气体进口管；2、热解气进气口；3、螺旋给料机；4、半焦收集罐；5、导流管支撑杆；6、折流板；7、半焦进料口；8、三通阀；9、气固分离器；10、喷动流化床床体；11、导流管；12、三通阀；13、锥形布风板；14、热解气出口。
具体实施方式：
为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。
参见图1，一种具有焦油催化裂解功能的喷动流化床，包括喷动流化床床体10,床体上上段设置有半焦进料口7，热解气出口14；中段设置有半焦收集罐4、气固分离器9，下段设置气体进气管和螺旋给料机3；喷动流化床床体10内设置有导流管11，半焦进料口7设置在喷动流化床床体10顶端，导流管通过支撑杆5连接在喷动流化床床体10内，气固分离器9、半焦收集罐4分别设置在喷动流化床床体10两侧；所述的导流管11由四个对称的支撑杆5固定，所述的导流管11与喷动流化床10的内壁相间布置，所述的气固分离器9的上端与热解气出口14相连，该气固分离器9的固体出口与喷动流化床床体10相连；所述的喷动流化床床体10中部设置有半焦溢流口，溢流口端连接一个半焦收集罐4，半焦收集罐4底部设置有阀门；所述喷动流化床床体10内壁上与导流管11上方均设置有折流板6，所述的折流板6的位置设置在喷动流化床床体悬流段下方的喷动区, 所述的折流板与喷动流化床的内壁设置角度为向下折角60°。所述的喷动流化床下方的锥形布风板13左右对称设置有小口，与热解气进口管道2相连，所述的锥形布风板的锥角为110°。
本发明提供一种利用喷动床反应器催化裂解煤热解焦油的同时，可以获得清洁燃气和活化半焦的方法，包括以下步骤：
煤颗粒通过螺旋给料机送入喷动流化床床体内，在下落的过程中与从底部气体进气管吹入的喷动风混合，喷动风携带煤颗粒在导向管内形成中心喷动区，脱离导向管后继续向上形成喷泉区。在中心喷动区和喷泉区，煤颗粒发生快速热解反应。打开半焦加料口，半焦催化裂解在悬浮区的煤焦油，随后反应生成的热解气以及微小的催化剂颗粒随喷动风脱离热解反应器，进入气固分离器。未反应的大的煤颗粒及催化剂随喷泉降落到热解反应器壁面和导向管之间，由于折流板的缓冲，增加了煤颗粒在环隙区的停留时间，使得热解反应更为彻底。；
半焦收集罐和半焦加入口的设置，使得半焦能够得到充分利用，同时加入的半焦可以催化裂解煤焦油，提高产气品质；从反应器上段脱离的热解气由锥形布风板上小孔吹入，活化落在环隙区的半焦，增加半焦催化裂解焦油的能力。随后这些颗粒再次被喷动风携带，进行上述反应。随着反应器内半焦越来越多，多余的半焦落入半焦收集罐内，需要的时候可以打开阀门从上方半焦加料口加入催化裂解煤焦油，或者用于烟气脱硫。锥形布风板和布风板上热解气入口的设置，可以使床料混合均匀，同时增强环隙区颗粒的运动，强化颗粒与喷射气体的动量、热量及质量传递过程。基于喷动流化床反应器，可以增加煤颗粒在反应器的停留时间，确保煤颗粒反应完全。气固分离器的设置使得热解气的二次利用，可以减少能量损耗，同时简化实验装置，省去了外接气体的布置。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有焦油催化裂解功能的喷动流化床，包括喷动流化床床体（10）, 所述喷动流化床床体上设置有气体进口管（1）、热解气进气口（2）、螺旋给料机进料口（3）以及煤气出口，其特征在于：所述喷动流化床床体（10）内设置有导流管（11），所述导流管（11）通过支撑杆（5）连接在喷动流化床床体（10）内，所述喷动流化床床体（10）的顶端设置有半焦进料口（7），流化床床体（10）的两侧分别设置有气固分离器（9）和半焦收集罐（4），煤气出口与气固分离器（9）相连；所述导流管由四个对称的支撑杆（5）固定，所述的导流管（11）与喷动流化床的内壁相间布置；所述的气固分离器（9）的上端与热解气出口（14）相连，该气固分离器的固体出口与喷动流化床床体（10）相连；所述喷动流化床床体中部设置有半焦溢流口，溢流口端连接一个半焦收集罐（4），半焦收集罐（4）底部设置有阀门。
2.根据权利要求1所述的一种具有焦油催化裂解功能的喷动流化床，其特征在于：所述喷动流化床床体（10）内壁上与导流管（11）上方均设置有折流板（6），所述折流板（6）设置在喷动流化床床体悬流段下方的喷动区。
3.根据权利要求2所述的一种具有焦油催化裂解功能的喷动流化床，其特征在于：所述喷动流化床下方设置有锥形布风板（13），所述锥形布风板（13）左右对称设置有小口，与热解气进口管道（2）相连。
4.根据权利要求1所述的一种具有焦油催化裂解功能的喷动流化床，其特征在于：所述半焦进料口（7）上设置有阀门。
5.根据权利要求1所述的一种具有焦油催化裂解功能的喷动流化床，其特征在于：所述导流管（11）上设置有可拆卸式支撑架（5）。
6.根据权利要求2所述的一种具有焦油催化裂解功能的喷动流化床，其特征在于：所述的折流板（6）与喷动流化床的内壁设置角度为向下折角40°～70°。
7.根据权利要求6所述的一种具有焦油催化裂解功能的喷动流化床，其特征在于：所述的折流板（6）与喷动流化床的内壁设置角度为向下折角60°。
8.根据权利要求3所述的一种具有焦油催化裂解功能的喷动流化床，其特征在于：所述的锥形布风板（13）的锥角为100°～120°。
9.根据权利要求8所述的一种具有焦油催化裂解功能的喷动流化床，其特征在于：所述的锥形布风板（13）的锥角为110°。
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