CN111054273A - 移动床热解装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种移动床热解装置和方法，解决了现有热解技术中存在的处理燃料粒径范围窄、热量利用率低、煤焦油中粉尘含量高的问题。本发明主要由变径移动床、焦炭输送机、高效旋风装置、圆管式流动密封阀、冷却分离器和电捕焦油器组成，含碳固体燃料与块状焦炭热载体混合后，在变径移动床中进行分层热解反应，热解后的半焦产品在变径移动床内实现了筛分，块状半焦作为热载体，细半焦进行燃烧用来提供热解所需的热量，中间半焦作为半焦产品取出，产生的含焦油热解气在高效旋风装置、冷却分离器和电捕焦油器中进行净化分离后，获取高热值热解气、高品质焦油和半焦产品的技术方案，可应用于能源化工领域。

Description

移动床热解装置和方法
技术领域
本发明涉及一种移动床热解装置和方法，属于能源化工领域。
背景技术
我国“煤炭相对丰富，油气资源匮乏”的能源结构决定了长期以来煤炭是我国最主要的能源和化工原料，而且在今后较长时期内难以改变。我国褐煤等低阶煤储量丰富，且利用程度逐渐加大，由于低阶煤挥发分高、水分高、发热量低，故不宜长距离运输，一般只能在当地消费。此外，生物质和部分含碳固体废料的挥发份也较高。如果用于直接燃烧发电，会造成严重的环境污染和大量温室气体排放，且发电效率低，资源综合利用率较低。热解技术将上述含碳固体燃料中的有机质挥发分和固定碳有效分离，进行综合加工利用，获取焦油、合成气和高附加值的化学品，符合我国能源多元化的战略意义，具有很强的竞争力。
热解工艺按加热方式的不同可分为内热式和外热式两类。外热式工艺如专利CN92104624.3一种低变质煤的多级回转热解加工方法，该方式存在热效率低，加热不均匀，挥发产物的二次分解严重的缺点。内热式克服了外热式的缺点，通过借助热载体(气体热载体或者固体热载体)把热量直接传递给煤进行热解反应。其中气体热载体通常是将高温烟气引入热解反应器，代表性的工艺有美国的COED工艺、ENCOAL工艺和波兰的双沸腾床工艺等，但热解析出的挥发产物会被烟气稀释，且增加了冷却系统的负荷。固体热载体热解工艺利用固体热载体的显热将含碳燃料热解，克服了气体热载体工艺的缺点，代表工艺有Garrent工艺、Toscoal工艺、LR工艺和DG工艺等。
这些国内外各种热解技术存在的共性问题是，(1)处理燃料粒径范围窄，每种热解技术都对燃料的粒径有特定的要求；(2)液体产品热解焦油中粉尘含量超标，严重影响焦油中高附加值物的提取、利用；(3)热解装置设备管路容易结焦、堵塞；(4)热量利用率低，大量烟气热量以及含碳粉尘直接废弃。
发明内容
本发明主要解决的技术问题之一是解决现有热解技术中存在的处理燃料粒径范围窄、热量利用率低、煤焦油中粉尘含量高，本发明提出了一种移动床热解装置，含碳固体燃料与块状焦炭热载体混合后，在变径移动床中进行分层热解反应，热解后的半焦产品在变径移动床内实现了筛分，块状半焦作为热载体，细半焦进行燃烧用来提供热解所需的热量，中间半焦作为半焦产品取出，产生的含焦油热解气在高效旋风装置、冷却分离器和电捕焦油器中进行净化分离后，获取高热值热解气、高品质焦油和半焦产品。
本发明所要解决的技术问题二是提供一种与解决技术问题之一相对应变径移动床热解方法。
为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种移动床热解装置，包括变径移动床、原料进口管、燃烧室、中心排焦管、排灰管、烟气管、焦炭输送机、进料斜管、半焦出口管、高效旋风装置、圆管式流动密封阀、多通道烧嘴、蓄料器、一级冷却分离器、二级冷却分离器、电捕焦油器；
所述燃烧室和中心排焦管位于变径移动床底部，排灰管位于燃烧室底部，中心排渣管与焦炭输送机底部相连通，燃烧室中部通过烟气管与焦炭输送机相连通，焦炭输送机上部通过进料斜管与变径移动床中下部相连通，原料进口管与进料斜管相连通，半焦出口管位于变径移动床中部，高效旋风装置与变径移动床顶部相连通，高效旋风装置底部与蓄料器相连通，圆管式流动密封阀上部与蓄料器相连通，多通道烧嘴与圆管式流动密封阀出口相连通，多通道烧嘴出口与燃烧室中部相连通，一级冷却分离器与高效旋风装置相连通，二级冷却分离器与一级冷却分离器顶部相连通，电捕焦油器与二级冷却分离器相连通。所述的变径移动床热解装置，其特征在于所述的变径移动床中下部直径d1为中心排焦管直径d0的2～10倍，优选4～8倍，中上部直径d2为中下部直径d1的1～8倍，优选4～6倍，上部直径d3为中下部直径d1的1～2倍，下部高度h1为中下部直径d1的2～5倍，中部高度h2为中上部直径d2的1～8倍，上部高度h3为中上部直径d2的2～10倍，由于不同截面上的气体流速不同，可使不同粒径的含碳固体燃料在该变径移动床不同位置处呈现不同的流动形态，变径移动床下部为固定床，中部为鼓泡流态化，上部为湍动流态化，从而优化不同粒径的含碳固体燃料在该移动床内的停留时间，达到分段热解的目的。
所述的焦炭输送机内部采用螺杆或履带结构，外部设有烟气加热通道。
所述的多通道喷嘴，外通道通氧化剂，内通道通细半焦，出口为渐缩分布。
所述的圆管式流动密封阀采用圆管型结构(如图2所示)，输送室直径e1为料腿直径 e0的1～4倍，优选1.2～2倍，水平通道直径e3为料腿直径e0的0.5～2倍，优选0.8～1.2倍，返料室直径e2为输送室直径e1的0.5～2倍，返料斜管直径e4为返料室直径e2的1～2倍，溢流口高度l为水平通道直径e3的1～4倍，优选1.5～2.5倍。采用圆管型结构能够解决方形流动密封阀易产生磨损、结渣、堵灰等问题，且结构强度相比方形型高。
所述的蓄料器位于高效旋风装置与圆管式流动密封阀之间，蓄料器直径为e1的2～10 倍，蓄料器高度为其直径的2～5倍。蓄料器配合圆管式流动密封阀能够大大提高调节范围以及稳定性。
为解决上述问题之二，本发明采用的技术方案如下：一种移动床热解装置，其特征在于主要步骤为，含碳固体燃料通过原料进口管与块状焦炭热载体混合后，经过进料斜管进入变径移动床内，含碳固体燃料在变径移动床发生热解，产生一级热解气，在热解气的作用下使不同粒径分布的碳固体燃料在变径移动床内呈底部颗粒粗上部颗粒细的分层分布，块状焦炭作为热载体从中心排焦管排出，在焦炭输送机的作用下进入进料斜管(8)，半焦产品从半焦出口管排出，一级热解气通过高效旋风装置进行气固分离，细半焦颗粒进入蓄料器，通过圆管式流动密封阀进行循环量控制后，进入多通道烧嘴与氧化剂混合后，在燃烧室进行燃烧，燃烧产生的热量提供给变径移动床内含碳固体燃料的热解反应，产生的烟气通过烟气管进入焦炭输送机为块状焦炭加热后，从焦炭输送机顶部排出，燃烧产生的细灰从排灰管排出，从高效旋风装置顶部出来的二级热解气通过一级冷却分离器、二级冷却分离器、电捕焦油器净化，得到重质焦油、一级轻质焦油、二级轻质焦油、三级轻质焦油和三级热解气。
所述的含碳固体燃料包括：各种类型的煤、石油焦、生物质、含碳固体废料或者其混合物，优选低阶煤、生物质、挥发份高的固体废料或者其混合物。
所述的氧化剂是指空气、氧气、富氧空气。
所述变径移动床底部界面雷诺数Re满足以下关系：Re≤0.05Ar0.5，其中，Re为雷诺数，
Figure BDA0001831476690000031
dp为颗粒的平均粒径，u为平均速度，ρg为空气密度，μ为空气动力粘度，Ar为阿基米德数，
Figure BDA0001831476690000032
ρp为粉煤颗粒密度，g为重力加速度。这样可以实现不同粒径的含碳固体燃料在该变径移动床不同位置处呈现不同的流动形态，变径移动床下部为固定床，中部为鼓泡流态化，上部为湍动流态化，从而优化不同粒径的含碳固体燃料在该移动床内的停留时间，达到分段热解的目的。
所述细半焦颗粒通过圆管式流动密封阀控制的循环量为含碳固体燃料进料量的0.1％～10％，优选1％～5％。所述氧化剂与细半焦颗粒的氧碳比控制范围为1～4mol/mol。
所述燃烧室内温度控制为500～1000℃，所述焦炭输送机的温度控制为400～900℃。
所述变径移动床底部温度控制为500～1000℃，中部温度控制为400～700℃，上部温度控制为300～500℃，操作压力范围为0～1MPa。
所述一级冷却分离器采用氨水对热解气进行冷却分离，二级冷却分离器采用水对热解气进行冷却分离。
采用本发明的技术方案通过变径移动床热解，含碳固体燃料与块状焦炭热载体混合后，在变径移动床中进行分层热解反应，热解后的半焦产品在变径移动床内实现了筛分，块状半焦作为热载体，细半焦进行燃烧用来提供热解所需的热量，中间半焦作为半焦产品取出，产生的含焦油热解气在高效旋风装置、冷却分离器和电捕焦油器中进行净化分离后，获取高热值热解气、高品质焦油和半焦产品。提高了处理燃料粒径范围和热量利用率，降低了焦油中粉尘含量，具有良好的应用前景。
附图说明
1、图1为变径移动床热解装置的流程示意图：
图1中，1为变径移动床；2为原料进口管；3为燃烧室；4为中心排焦管；5为排灰管；6为烟气管；7为焦炭输送机；8为进料斜管；9为半焦出口管；10为高效旋风装置； 11为圆管式流动密封阀；12为多通道烧嘴；13为蓄料器；14为一级冷却分离器；15为二级冷却分离器；16为电捕焦油器；d0为变径移动床中心排焦管直径；d1为变径移动床中下部直径；d2为变径移动床中上部直径；d3为变径移动床上部直径；h1为变径移动床下部高度；h2为变径移动床中部高度；h3为变径移动床上部高度；e0为料腿直径；e1为输送室直径；e2为返料室直径；e3为水平通道直径；e4为返料斜管直径；l为溢流口高度。A为含碳固体燃料；B为块状焦炭；C为一级热解气；D为半焦产品；E为细半焦颗粒；F为氧化剂；G为烟气；H为细灰；I为二级热解气；J为重质焦油；K为一级轻质焦油；L为二级轻质焦油；M为三级轻质焦油；N为三级热解气。
含碳固体燃料A通过原料进口管(2)与块状焦炭B热载体混合后，经过进料斜管(8)进入变径移动床(1)内，含碳固体燃料A在变径移动床(1)发生热解，产生一级热解气 C，在热解气C的作用下使不同粒径分布的碳固体燃料A在变径移动床(1)内呈底部颗粒粗上部颗粒细的分层分布，块状焦炭B作为热载体从中心排焦管(4)排出，在焦炭输送机(7)的作用下进入进料斜管(8)，半焦产品D从半焦出口管(9)排出，一级热解气C通过高效旋风装置(10)进行气固分离，细半焦颗粒E进入蓄料器(13)，通过圆管式流动密封阀(11)进行循环量控制后，进入多通道烧嘴(12)与氧化剂F混合后，在燃烧室(3)进行燃烧，燃烧产生的热量提供给变径移动床(1)内含碳固体燃料A的热解反应，产生的烟气G通过烟气管(6)进入焦炭输送机(7)为块状焦炭加热后，从焦炭输送机(7)顶部排出，燃烧产生的细灰H从排灰管(5)排出，从高效旋风装置(10)顶部出来的二级热解气I通过一级冷却分离器(14)、二级冷却分离器(15)、电捕焦油器(16) 净化，得到重质焦油J、一级轻质焦油K、二级轻质焦油L、三级轻质焦油M和三级热解气N。
2、图2为圆管式流动密封阀的结构示意图：
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
【实施例1】
一种移动床热解装置，变径移动床底部的中心排焦管直径d0为0.1m，中下部直径d1为中心排焦管直径d0的6倍，中上部直径d2为中下部直径d1的5倍；料腿直径e0为0.1m，圆管式流动密封阀输送室直径e1为e0的1.5倍，水平通道直径e3为e0的1倍，溢流口高度l为e3的2倍。
0-50mm的褐煤通过原料进口管与块状焦炭热载体混合后，经过进料斜管进入变径移动床内，含碳固体燃料在变径移动床发生热解，产生一级热解气，变径移动床底部界面雷诺数Re＝0.02Ar0.5，并使变径移动床中部温度控制为550℃。在热解气的作用下使不同粒径分布的碳固体燃料在变径移动床内呈底部颗粒粗上部颗粒细的分层分布，块状焦炭作为热载体从中心排焦管排出，在焦炭输送机的作用下进入进料斜管，半焦产品从半焦出口管排出，一级热解气通过高效旋风装置进行气固分离，细半焦颗粒进入蓄料器，细半焦颗粒通过圆管式流动密封阀控制的循环量m为含碳固体燃料进料量的3％，进入多通道烧嘴与氧化剂混合后，在燃烧室进行燃烧，燃烧产生的热量提供给变径移动床内含碳固体燃料的热解反应，产生的烟气通过烟气管进入焦炭输送机为块状焦炭加热后，从焦炭输送机顶部排出，燃烧产生的细灰从排灰管排出，从高效旋风装置顶部出来的二级热解气通过一级冷却分离器、二级冷却分离器、电捕焦油器净化，得到焦油量约为进煤质量的14.2％，半焦量约为进煤质量的68.4％，煤气量约为进煤质量的16.8％，焦油中粉尘含量约为2.6％。
【实施例2】
一种移动床热解装置，变径移动床底部的中心排焦管直径d0为0.1m，中下部直径d1为中心排焦管直径d0的2倍，中上部直径d2为中下部直径d1的5倍；料腿直径e0为0.1m，圆管式流动密封阀输送室直径e1为e0的1.5倍，水平通道直径e3为e0的1倍，溢流口高度l为e3的2倍。
0-50mm的褐煤通过原料进口管与块状焦炭热载体混合后，经过进料斜管进入变径移动床内，含碳固体燃料在变径移动床发生热解，产生一级热解气，变径移动床底部界面雷诺数Re＝0.02Ar0.5，并使变径移动床中部温度控制为550℃。在热解气的作用下使不同粒径分布的碳固体燃料在变径移动床内呈底部颗粒粗上部颗粒细的分层分布，块状焦炭作为热载体从中心排焦管排出，在焦炭输送机的作用下进入进料斜管，半焦产品从半焦出口管排出，一级热解气通过高效旋风装置进行气固分离，细半焦颗粒进入蓄料器，细半焦颗粒通过圆管式流动密封阀控制的循环量m为含碳固体燃料进料量的3％，进入多通道烧嘴与氧化剂混合后，在燃烧室进行燃烧，燃烧产生的热量提供给变径移动床内含碳固体燃料的热解反应，产生的烟气通过烟气管进入焦炭输送机为块状焦炭加热后，从焦炭输送机顶部排出，燃烧产生的细灰从排灰管排出，从高效旋风装置顶部出来的二级热解气通过一级冷却分离器、二级冷却分离器、电捕焦油器净化，得到焦油量约为进煤质量的10.8％，半焦量约为进煤质量的70.9％，煤气量约为进煤质量的15.6％，焦油中粉尘含量约为2.6％。
【实施例3】
一种移动床热解装置，变径移动床底部的中心排焦管直径d0为0.1m，中下部直径d1为中心排焦管直径d0的10倍，中上部直径d2为中下部直径d1的5倍；料腿直径e0为0.1m，圆管式流动密封阀输送室直径e1为e0的1.5倍，水平通道直径e3为e0的1倍，溢流口高度l为e3的2倍。0-50mm的褐煤通过原料进口管与块状焦炭热载体混合后，经过进料斜管进入变径移动床内，含碳固体燃料在变径移动床发生热解，产生一级热解气，变径移动床底部界面雷诺数Re＝0.02Ar0.5，并使变径移动床中部温度控制为550℃。在热解气的作用下使不同粒径分布的碳固体燃料在变径移动床内呈底部颗粒粗上部颗粒细的分层分布，块状焦炭作为热载体从中心排焦管排出，在焦炭输送机的作用下进入进料斜管，半焦产品从半焦出口管排出，一级热解气通过高效旋风装置进行气固分离，细半焦颗粒进入蓄料器，细半焦颗粒通过圆管式流动密封阀控制的循环量m为含碳固体燃料进料量的3％，进入多通道烧嘴与氧化剂混合后，在燃烧室进行燃烧，燃烧产生的热量提供给变径移动床内含碳固体燃料的热解反应，产生的烟气通过烟气管进入焦炭输送机为块状焦炭加热后，从焦炭输送机顶部排出，燃烧产生的细灰从排灰管排出，从高效旋风装置顶部出来的二级热解气通过一级冷却分离器、二级冷却分离器、电捕焦油器净化，得到焦油量约为进煤质量的 12.8％，半焦量约为进煤质量的69.2％，煤气量约为进煤质量的14.9％，焦油中粉尘含量约为2.7％。
【实施例4】
一种移动床热解装置，变径移动床底部的中心排焦管直径d0为0.1m，中下部直径d1为中心排焦管直径d0的6倍，中上部直径d2为中下部直径d1的1倍；料腿直径e0为0.1m，圆管式流动密封阀输送室直径e1为e0的1.5倍，水平通道直径e3为e0的1倍，溢流口高度l为e3的2倍。
0-50mm的褐煤通过原料进口管与块状焦炭热载体混合后，经过进料斜管进入变径移动床内，含碳固体燃料在变径移动床发生热解，产生一级热解气，变径移动床底部界面雷诺数Re＝0.02Ar0.5，并使变径移动床中部温度控制为550℃。在热解气的作用下使不同粒径分布的碳固体燃料在变径移动床内呈底部颗粒粗上部颗粒细的分层分布，块状焦炭作为热载体从中心排焦管排出，在焦炭输送机的作用下进入进料斜管，半焦产品从半焦出口管排出，一级热解气通过高效旋风装置进行气固分离，细半焦颗粒进入蓄料器，细半焦颗粒通过圆管式流动密封阀控制的循环量m为含碳固体燃料进料量的3％，进入多通道烧嘴与氧化剂混合后，在燃烧室进行燃烧，燃烧产生的热量提供给变径移动床内含碳固体燃料的热解反应，产生的烟气通过烟气管进入焦炭输送机为块状焦炭加热后，从焦炭输送机顶部排出，燃烧产生的细灰从排灰管排出，从高效旋风装置顶部出来的二级热解气通过一级冷却分离器、二级冷却分离器、电捕焦油器净化，得到焦油量约为进煤质量的9.2％，半焦量约为进煤质量的72.4％，煤气量约为进煤质量的15.8％，焦油中粉尘含量约为2.8％。
【实施例5】
一种移动床热解装置，变径移动床底部的中心排焦管直径d0为0.1m，中下部直径d1为中心排焦管直径d0的6倍，中上部直径d2为中下部直径d1的8倍；料腿直径e0为0.1m，圆管式流动密封阀输送室直径e1为e0的1.5倍，水平通道直径e3为e0的1倍，溢流口高度l为e3的2倍。
0-50mm的褐煤通过原料进口管与块状焦炭热载体混合后，经过进料斜管进入变径移动床内，含碳固体燃料在变径移动床发生热解，产生一级热解气，变径移动床底部界面雷诺数Re＝0.02Ar0.5，并使变径移动床中部温度控制为550℃。在热解气的作用下使不同粒径分布的碳固体燃料在变径移动床内呈底部颗粒粗上部颗粒细的分层分布，块状焦炭作为热载体从中心排焦管排出，在焦炭输送机的作用下进入进料斜管，半焦产品从半焦出口管排出，一级热解气通过高效旋风装置进行气固分离，细半焦颗粒进入蓄料器，细半焦颗粒通过圆管式流动密封阀控制的循环量m为含碳固体燃料进料量的3％，进入多通道烧嘴与氧化剂混合后，在燃烧室进行燃烧，燃烧产生的热量提供给变径移动床内含碳固体燃料的热解反应，产生的烟气通过烟气管进入焦炭输送机为块状焦炭加热后，从焦炭输送机顶部排出，燃烧产生的细灰从排灰管排出，从高效旋风装置顶部出来的二级热解气通过一级冷却分离器、二级冷却分离器、电捕焦油器净化，得到焦油量约为进煤质量的13.2％，半焦量约为进煤质量的69.7％，煤气量约为进煤质量的18.6％，焦油中粉尘含量约为2.6％。
【实施例6】
一种移动床热解装置，变径移动床底部的中心排焦管直径d0为0.1m，中下部直径d1为中心排焦管直径d0的6倍，中上部直径d2为中下部直径d1的5倍；料腿直径e0为0.1m，圆管式流动密封阀输送室直径e1为e0的1.5倍，水平通道直径e3为e0的1倍，溢流口高度l为e3的2倍。
0-50mm的褐煤通过原料进口管与块状焦炭热载体混合后，经过进料斜管进入变径移动床内，含碳固体燃料在变径移动床发生热解，产生一级热解气，变径移动床底部界面雷诺数Re＝0.2Ar0.5，并使变径移动床中部温度控制为550℃。在热解气的作用下使不同粒径分布的碳固体燃料在变径移动床内呈底部颗粒粗上部颗粒细的分层分布，块状焦炭作为热载体从中心排焦管排出，在焦炭输送机的作用下进入进料斜管，半焦产品从半焦出口管排出，一级热解气通过高效旋风装置进行气固分离，细半焦颗粒进入蓄料器，细半焦颗粒通过圆管式流动密封阀控制的循环量m为含碳固体燃料进料量的3％，进入多通道烧嘴与氧化剂混合后，在燃烧室进行燃烧，燃烧产生的热量提供给变径移动床内含碳固体燃料的热解反应，产生的烟气通过烟气管进入焦炭输送机为块状焦炭加热后，从焦炭输送机顶部排出，燃烧产生的细灰从排灰管排出，从高效旋风装置顶部出来的二级热解气通过一级冷却分离器、二级冷却分离器、电捕焦油器净化，得到焦油量约为进煤质量的13.8％，半焦量约为进煤质量的58.6％，煤气量约为进煤质量的17.4％，焦油中粉尘含量约为4.2％。
【实施例7】
一种移动床热解装置，变径移动床底部的中心排焦管直径d0为0.1m，中下部直径d1为中心排焦管直径d0的6倍，中上部直径d2为中下部直径d1的5倍；料腿直径e0为0.1m，圆管式流动密封阀输送室直径e1为e0的1.5倍，水平通道直径e3为e0的1倍，溢流口高度l为e3的2倍。0-50mm的褐煤通过原料进口管与块状焦炭热载体混合后，经过进料斜管进入变径移动床内，含碳固体燃料在变径移动床发生热解，产生一级热解气，变径移动床底部界面雷诺数Re＝0.02Ar0.5，并使变径移动床中部温度控制为550℃。在热解气的作用下使不同粒径分布的碳固体燃料在变径移动床内呈底部颗粒粗上部颗粒细的分层分布，块状焦炭作为热载体从中心排焦管排出，在焦炭输送机的作用下进入进料斜管，半焦产品从半焦出口管排出，一级热解气通过高效旋风装置进行气固分离，细半焦颗粒进入蓄料器，细半焦颗粒通过圆管式流动密封阀控制的循环量m为含碳固体燃料进料量的0.1％，进入多通道烧嘴与氧化剂混合后，在燃烧室进行燃烧，燃烧产生的热量提供给变径移动床内含碳固体燃料的热解反应，产生的烟气通过烟气管进入焦炭输送机为块状焦炭加热后，从焦炭输送机顶部排出，燃烧产生的细灰从排灰管排出，从高效旋风装置顶部出来的二级热解气通过一级冷却分离器、二级冷却分离器、电捕焦油器净化，得到焦油量约为进煤质量的 6.8％，半焦量约为进煤质量的82.8％，煤气量约为进煤质量的8.9％，焦油中粉尘含量约为 2.5％。
【实施例8】
一种移动床热解装置，变径移动床底部的中心排焦管直径d0为0.1m，中下部直径d1为中心排焦管直径d0的6倍，中上部直径d2为中下部直径d1的5倍；料腿直径e0为0.1m，圆管式流动密封阀输送室直径e1为e0的1.5倍，水平通道直径e3为e0的1倍，溢流口高度l为e3的2倍。0-50mm的褐煤通过原料进口管与块状焦炭热载体混合后，经过进料斜管进入变径移动床内，含碳固体燃料在变径移动床发生热解，产生一级热解气，变径移动床底部界面雷诺数Re＝0.02Ar0.5，并使变径移动床中部温度控制为550℃。在热解气的作用下使不同粒径分布的碳固体燃料在变径移动床内呈底部颗粒粗上部颗粒细的分层分布，块状焦炭作为热载体从中心排焦管排出，在焦炭输送机的作用下进入进料斜管，半焦产品从半焦出口管排出，一级热解气通过高效旋风装置进行气固分离，细半焦颗粒进入蓄料器，细半焦颗粒通过圆管式流动密封阀控制的循环量m为含碳固体燃料进料量的10％，进入多通道烧嘴与氧化剂混合后，在燃烧室进行燃烧，燃烧产生的热量提供给变径移动床内含碳固体燃料的热解反应，产生的烟气通过烟气管进入焦炭输送机为块状焦炭加热后，从焦炭输送机顶部排出，燃烧产生的细灰从排灰管排出，从高效旋风装置顶部出来的二级热解气通过一级冷却分离器、二级冷却分离器、电捕焦油器净化，得到焦油量约为进煤质量的7.4％，半焦量约为进煤质量的58.6％，煤气量约为进煤质量的24.8％，焦油中粉尘含量约为8.4％。
【实施例9】
一种移动床热解装置，变径移动床底部的中心排焦管直径d0为0.1m，中下部直径d1为中心排焦管直径d0的6倍，中上部直径d2为中下部直径d1的5倍；料腿直径e0为0.1m，圆管式流动密封阀输送室直径e1为e0的1.5倍，水平通道直径e3为e0的1倍，溢流口高度l为e3的2倍。
0-50mm的褐煤通过原料进口管与块状焦炭热载体混合后，经过进料斜管进入变径移动床内，含碳固体燃料在变径移动床发生热解，产生一级热解气，变径移动床底部界面雷诺数Re＝0.02Ar0.5，并使变径移动床中部温度控制为550℃。在热解气的作用下使不同粒径分布的碳固体燃料在变径移动床内呈底部颗粒粗上部颗粒细的分层分布，块状焦炭作为热载体从中心排焦管排出，在焦炭输送机的作用下进入进料斜管，半焦产品从半焦出口管排出，一级热解气通过高效旋风装置进行气固分离，细半焦颗粒进入蓄料器，细半焦颗粒通过圆管式流动密封阀控制的循环量m为含碳固体燃料进料量的3％，进入多通道烧嘴与氧化剂混合后，在燃烧室进行燃烧，燃烧产生的热量提供给变径移动床内含碳固体燃料的热解反应，产生的烟气通过烟气管进入焦炭输送机为块状焦炭加热后，从焦炭输送机顶部排出，燃烧产生的细灰从排灰管排出，从高效旋风装置顶部出来的二级热解气通过一级冷却分离器、二级冷却分离器净化，得到焦油量约为进煤质量的12.1％，半焦量约为进煤质量的68.4％，煤气量约为进煤质量的18.5％，焦油中粉尘含量约为13.9％。
【实施例10】
一种移动床热解装置，变径移动床底部的中心排焦管直径d0为0.1m，中下部直径d1为中心排焦管直径d0的6倍，中上部直径d2为中下部直径d1的5倍；料腿直径e0为0.1m，圆管式流动密封阀输送室直径e1为e0的1.5倍，水平通道直径e3为e0的1倍，溢流口高度l为e3的2倍。
0-50mm的褐煤通过原料进口管与块状焦炭热载体混合后，经过进料斜管进入变径移动床内，含碳固体燃料在变径移动床发生热解，产生一级热解气，变径移动床底部界面雷诺数Re＝0.02Ar0.5，并使变径移动床中部温度控制为550℃。在热解气的作用下使不同粒径分布的碳固体燃料在变径移动床内呈底部颗粒粗上部颗粒细的分层分布，块状焦炭作为热载体从中心排焦管排出，在焦炭输送机的作用下进入进料斜管，半焦产品从半焦出口管排出，一级热解气通过高效旋风装置进行气固分离，细半焦颗粒进入蓄料器，细半焦颗粒通过圆管式流动密封阀控制的循环量m为含碳固体燃料进料量的3％，进入多通道烧嘴与氧化剂混合后，在燃烧室进行燃烧，燃烧产生的热量提供给变径移动床内含碳固体燃料的热解反应，产生的烟气通过烟气管进入焦炭输送机为块状焦炭加热后，从焦炭输送机顶部排出，燃烧产生的细灰从排灰管排出，从高效旋风装置顶部出来的二级热解气通过一级冷却分离器净化，得到焦油量约为进煤质量的8.7％，半焦量约为进煤质量的67.8％，煤气量约为进煤质量的19.5％，焦油中粉尘含量约为15.8％。
【实施例11】
一种移动床热解装置，变径移动床底部的中心排焦管直径d0为0.1m，中下部直径d1为中心排焦管直径d0的6倍，中上部直径d2为中下部直径d1的5倍；料腿直径e0为0.1m，圆管式流动密封阀输送室直径e1为e0的1.5倍，水平通道直径e3为e0的1倍，溢流口高度l为e3的2倍。0-50mm的褐煤通过原料进口管与块状焦炭热载体混合后，经过进料斜管进入变径移动床内，含碳固体燃料在变径移动床发生热解，产生一级热解气，变径移动床底部界面雷诺数Re＝0.02Ar0.5，并使变径移动床中部温度控制为550℃。在热解气的作用下使不同粒径分布的碳固体燃料在变径移动床内呈底部颗粒粗上部颗粒细的分层分布，块状焦炭作为热载体从中心排焦管排出，在焦炭输送机的作用下进入进料斜管，半焦产品从半焦出口管排出，一级热解气通过高效旋风装置进行气固分离，细半焦颗粒进入蓄料器，细半焦颗粒通过圆管式流动密封阀控制的循环量m为含碳固体燃料进料量的3％，进入多通道烧嘴与氧化剂混合后，在燃烧室进行燃烧，燃烧产生的热量提供给变径移动床内含碳固体燃料的热解反应，产生的烟气通过烟气管进入焦炭输送机为块状焦炭加热后，从焦炭输送机顶部排出，燃烧产生的细灰从排灰管排出，二级热解气经高效旋风装置顶部出来，得到焦油量约为进煤质量的14.2％，半焦量约为进煤质量的68.4％，煤气量约为进煤质量的16.8％，焦油中粉尘含量约为2.6％。
【比较例1】
采用LR内热式固体热载体循环流化床反应装置，选用0-5mm的褐煤为原料，平均操作温度700℃，得到焦油量约为进煤质量的6.4％，半焦量约为进煤质量的72.1％，煤气量约为进煤质量的19.6％，焦油中粉尘含量约为42％。
实施例1-11以及比较例1总结如表1所示。
表1
Figure BDA0001831476690000121
从表1的工艺指标对比中，可以得出，本发明专利所述的变径移动床热解装置，采用实施例1效果最佳，较比较例1的焦油产量提高了7个百分点，焦油中粉尘含量减少了39个百分点。

Claims (10)

1.一种移动床热解装置，包括变径移动床(1)、原料进口管(2)、燃烧室(3)、中心排焦管(4)、排灰管(5)、烟气管(6)、焦炭输送机(7)、进料斜管(8)、半焦出口管(9)、高效旋风装置(10)、圆管式流动密封阀(11)、多通道烧嘴(12)、蓄料器(13)、一级冷却分离器(14)、二级冷却分离器(15)、电捕焦油器(16)；
其特征在于燃烧室(3)和中心排焦管(4)位于变径移动床(1)底部，排灰管(5)位于燃烧室(3)底部，中心排渣管(4)与焦炭输送机(7)底部相连通，燃烧室(3)中部通过烟气管(6)与焦炭输送机(7)相连通，焦炭输送机(7)上部通过进料斜管(8)与变径移动床(1)中下部相连通，原料进口管(2)与进料斜管(8)相连通，半焦出口管(9)位于变径移动床(1)中部，高效旋风装置(10)与变径移动床(1)顶部相连通，高效旋风装置(10)底部与蓄料器(13)相连通，圆管式流动密封阀(11)上部与蓄料器(13)相连通，多通道烧嘴(12)与圆管式流动密封阀(11)出口相连通，多通道烧嘴(12)出口与燃烧室(3)中部相连通，一级冷却分离器(14)与高效旋风装置(10)相连通，二级冷却分离器(15)与一级冷却分离器(14)顶部相连通，电捕焦油器(16)与二级冷却分离器(15)相连通。
2.根据权利要求1所述的移动床热解装置，其特征在于所述的变径移动床(1)中下部直径d1为中心排焦管直径d0的2～10倍，优选4～8倍，中上部直径d2为中下部直径d1的1～8倍，优选4～6倍，上部直径d3为中下部直径d1的1～2倍，下部高度h1为中下部直径d1的2～5倍，中部高度h2为中上部直径d2的1～8倍，上部高度h3为中上部直径d2的2～10倍。
3.根据权利要求1所述的移动床热解装置，其特征在于所述的焦炭输送机(7)内部采用螺杆或履带结构，外部设有烟气加热通道。
4.根据权利要求1所述的移动床热解装置，其特征在于所述的多通道喷嘴(12)，外通道通氧化剂，内通道通细半焦，出口为渐缩分布。
5.根据权利要求1所述的移动床热解装置，其特征在于所述的圆管式流动密封阀(13)采用圆管型结构，输送室直径e1为料腿直径e0的1～4倍，优选1.2～2倍，水平通道直径e3为料腿直径e0的0.5～2倍，优选0.8～1.2倍，返料室直径e2为输送室直径e1的0.5～2倍，返料斜管直径e4为返料室直径e2的1～2倍，溢流口高度l为水平通道直径e3的1～4倍，优选1.5～2.5倍。
6.一种移动床热解方法，其特征在于步骤包括：含碳固体燃料A通过原料进口管(2)与块状焦炭B热载体混合后，经过进料斜管(8)进入变径移动床(1)内，含碳固体燃料A在变径移动床(1)发生热解，产生一级热解气C，在热解气C的作用下使不同粒径分布的碳固体燃料A在变径移动床(1)内呈底部颗粒粗上部颗粒细的分层分布，块状焦炭B作为热载体从中心排焦管(4)排出，在焦炭输送机(7)的作用下进入进料斜管(8)，半焦产品D从半焦出口管(9)排出，一级热解气C通过高效旋风装置(10)进行气固分离，细半焦颗粒E进入蓄料器(13)，通过圆管式流动密封阀(11)进行循环量控制后，进入多通道烧嘴(12)与氧化剂F混合后，在燃烧室(3)进行燃烧，燃烧产生的热量提供给变径移动床(1)内含碳固体燃料A的热解反应，产生的烟气G通过烟气管(6)进入焦炭输送机(7)为块状焦炭加热后，从焦炭输送机(7)顶部排出，燃烧产生的细灰H从排灰管(5)排出，从高效旋风装置(10)顶部出来的二级热解气I通过一级冷却分离器(14)、二级冷却分离器(15)、电捕焦油器(16)净化，得到重质焦油J、一级轻质焦油K、二级轻质焦油L、三级轻质焦油M和三级热解气N；
所述移动床热解装置，包括变径移动床(1)、原料进口管(2)、燃烧室(3)、中心排焦管(4)、排灰管(5)、烟气管(6)、焦炭输送机(7)、进料斜管(8)、半焦出口管(9)、高效旋风装置(10)、圆管式流动密封阀(11)、多通道烧嘴(12)、蓄料器(13)、一级冷却分离器(14)、二级冷却分离器(15)、电捕焦油器(16)；其特征在于燃烧室(3)和中心排焦管(4)位于变径移动床(1)底部，排灰管(5)位于燃烧室(3)底部，中心排渣管(4)与焦炭输送机(7)底部相连通，燃烧室(3)中部通过烟气管(6)与焦炭输送机(7)相连通，焦炭输送机(7)上部通过进料斜管(8)与变径移动床(1)中下部相连通，原料进口管(2)与进料斜管(8)相连通，半焦出口管(9)位于变径移动床(1)中部，高效旋风装置(10)与变径移动床(1)顶部相连通，高效旋风装置(10)底部与蓄料器(13)相连通，圆管式流动密封阀(11)上部与蓄料器(13)相连通，多通道烧嘴(12)与圆管式流动密封阀(11)出口相连通，多通道烧嘴(12)出口与燃烧室(3)中部相连通，一级冷却分离器(14)与高效旋风装置(10)相连通，二级冷却分离器(15)与一级冷却分离器(14)顶部相连通，电捕焦油器(16)与二级冷却分离器(15)相连通。
7.根据权利要求6所述的移动床热解方法，所述变径移动床底部界面雷诺数Re满足以下关系：Re≤0.05Ar0.5，其中，Re为雷诺数，
Figure FDA0001831476680000021
dp为颗粒的平均粒径，u为平均速度，ρg为空气密度，μ为空气动力粘度，Ar为阿基米德数，
Figure FDA0001831476680000031
ρp为粉煤颗粒密度，g为重力加速度。
8.根据权利要求6所述的移动床热解方法，其特征在于所述细半焦颗粒E通过圆管式流动密封阀(11)控制的循环量为含碳固体燃料A进料量的0.1％～10％，优选1％～5％。其特征在于所述氧化剂F与细半焦颗粒E的氧碳比控制范围为1～4mol/mol。
9.根据权利要求6所述的移动床热解方法，其特征在于所述燃烧室(3)内温度控制为500～1000℃，所述焦炭输送机(7)的温度控制为400～900℃，所述变径移动床(1)底部温度控制为500～1000℃，中部温度控制为400～700℃，上部温度控制为300～500℃，操作压力范围为0～1MPa。
10.根据权利要求6所述的移动床热解方法，其特征在于所述一级冷却分离器(14)采用氨水对热解气进行冷却分离，二级冷却分离器(15)采用水对热解气进行冷却分离。
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