CN111334317A - 一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置及热解方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及固废处理技术领域，公开了一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置及热解方法。本发明进料组件包括料斗和位于料斗下方的氮气保护仓，氮气保护仓的壳体内腔壁呈两端大中间小的沙漏状，与料斗连接，过滤器设置在壳体上段，与排气管连通，气体分布器设置在壳体内的物料层内，与氮气罐连通，壳体与热解反应器连接；热解反应器包括内部中空的机壳，水平设置在机壳内的变螺距无轴螺旋体和布设在机壳上的加热装置；变螺距无轴螺旋体水平设置，驱动端靠近机壳进料口一侧设置，并与机壳外的电机驱动轴固定连接，所述变螺距无轴螺旋体的螺距或螺距梯级自驱动端向自由端逐渐变小。本发明进料安全，固体物料在反应器内不同位置的停留时间可控。

Description

一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置及热解方法

技术领域

本发明涉及固废处理技术领域，特别是涉及一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置及热解方法。

背景技术

医疗、化工、冶金、造纸等行业在生产过程中产生大量可生化性低、毒性高、成分复杂的有机固废，同时各大城市也会产生大量的市政污泥、塑料垃圾等。传统的有机固废处理方法是在氧化气氛下进行焚烧或熔融处理，但是也相应带来烟气中重新合成二噁英类的问题。

欧美等国家90年代开始进行了热解技术的研究和示范应用，我国也紧随其后，热解与焚烧的区别在于缺氧处理，能够有效抑制二噁英类污染物的合成，使重金属(Cu、Pb和Zn)稳定在固相产物中。

我国现有大部分热解炉还是采用间歇方式处理，间歇式进料主要是指一炉进料完毕后，密封热解，出料，再重复以上步骤。间歇式热解炉效率低、自动化程度低、安全风险大。

而国内采用连续式进出料方式的热解设备，只能是隔绝大部分空气进入，难以实现完全绝氧，其主要原因是因为固体物料性质不同，很容易造成堵、粘问题，导致输送设备运行不稳定，另外连续进料方式难以将物料中夹带的氧气完全去除。氧气进入热解炉还存在一定的安全隐患，当进入热解炉的氧气达到一定浓度时，会有燃烧爆炸的安全风险。

现有的热解设备中，为了去除物料中夹带的氧气，有的采用螺旋进料和/或真空的方式，可以排出物料中的大部分氧气，但是无法完全隔绝，热解炉内的氧气含量无法及时获知，存在一定的安全隐患，而且容易出现物料粘黏、卡料、堵塞的问题。

发明内容

本发明提供一种进料安全，固体物料在反应器内不同位置的停留时间可控的一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置。

解决的技术问题是：现有的热解设备中无法完全解决物料中夹带氧气的问题，并且缺乏配套的监测和处理系统，存在一定的安全隐患。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置，包括进料组件，热解反应器和控制系统，进料组件包括料斗和位于料斗下方的氮气保护仓，氮气保护仓包括壳体，位于壳体内的气体分布器和过滤器，以及位于壳体外侧的氮气罐；壳体的内腔壁呈两端大中间小的沙漏状，顶部进料口与料斗下端出料口连接，过滤器设置在壳体上段，出气口与排气管连通，排气管的排气口伸至壳体外侧，气体分布器设置在壳体内的物料层内，气体分布器的进气口通过氮气管与氮气罐连通，壳体的底端出料口与热解反应器的进料口连接；热解反应器包括内部中空的机壳，水平设置在机壳内的变螺距无轴螺旋体，以及布设在机壳上的加热装置；变螺距无轴螺旋体水平设置，驱动端靠近机壳进料口一侧设置，并与机壳外的电机驱动轴固定连接，所述变螺距无轴螺旋体的螺距或螺距梯级自驱动端向自由端逐渐变小。

本发明一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置，进一步的，所述料斗为上大下小的斗状结构，料斗内靠近下部出料口处设置有旋转刮料器。

本发明一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置，进一步的，所述氮气保护仓顶部进料口的正下方设置有导料板，导料板倾斜向下设置，顶端边沿与壳体内壁固定连接。

本发明一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置，进一步的，所述料斗与氮气保护仓之间通过第一气锁阀连接，氮气保护仓的底端出料口与热解反应器的进料口之间通过第二气锁阀连接。

本发明一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置，进一步的，所述排气管上设置有控压阀，控压阀的信号输入端与控制器的信号输出端电连接。

本发明一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置，进一步的，所述氮气管上设置有减压阀，减压阀的信号输入端与控制系统的信号输出端电连接。

本发明一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置，进一步的，所述氮气保护仓内设置设置有氧气在线检测仪，氧气在线检测仪的信号输出端与控制系统的信号输入端电连接。

本发明一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置，进一步的，所述变螺距无轴螺旋体的螺距自驱动端向自由端等距离变小，最小螺距为最大螺距的95%~30%。

本发明一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置，进一步的，所述变螺距无轴螺旋体的螺距梯级分为5-8级，自驱动端向自由端螺距等距离变小，最小螺距为最大螺距的95%~30%。

本发明一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置的热解方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、固体物料通过料斗进入氮气保护仓；

步骤二、固体物料均匀的落下覆盖气体分布器，高压氮气通过气体分布器被均匀引入固体物料内，将物料中夹带的空气置换出，导至壳体的上段空腔内，过滤后排出壳体；

步骤三、被氮气保护的物料进入热解反应器，经由变螺距无轴螺旋进行传送，并在传送的过程中进行热解反应；

步骤四、热解完成的物料和热解过程中产生的热解气分别排出，热解完成。

本发明一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明采用氮气保护进料的方式，设置独立的氮气保护仓，使用氮气将物料中的氧气充分置换出来，实时监控氮气保护仓内的氧气含量，并进行调节和控制，以确保置换的充分性，绝氧效果好，可有效避免因氧气含量超标引起的安全隐患。

本发明采用变螺距无轴螺旋输送，先宽后窄，并可根据不同固体物料热解后物料体积产生的变化，通过选择和控制螺距的变化程度，明确的控制固体物料在沿热解反应器轴向上不同位置处的停留时间，使固体物料既充分热解又防止局部升温太快而结焦，使装置适用于不同种类固体物料的热解，适用范围广泛，实用性强。

下面结合附图对本发明的一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置作进一步说明。

附图说明

图1为本发明一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置的结构示意图。

附图标记：

1-料斗；21-壳体；22-气体分布器；23-过滤器；24-排气管；25-控压阀；31-第一气锁阀；32-第二气锁阀；4-氮气罐；41-氮气管；42-减压阀；5-机壳；51-进料口；52-卸料口；53-热解气出口；6-变螺距无轴螺旋体；61-电机；7-加热装置；8-旋转刮料器；9-导料板。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置包括进料组件，热解反应器和控制系统，进料组件的固料出料口与热解反应器的进料口51连通。

进料组件包括上方的料斗1和位于料斗1下方的氮气保护仓，料斗1为上大下小的斗状结构，料斗1内靠近下部出料口处设置有旋转刮料器8，防止粘性物料和细粉体物料在料斗1上粘粘，料斗1下端出料口通过第一气锁阀31与氮气保护仓的顶部进料口连接。

氮气保护仓包括壳体21，位于壳体21内的气体分布器22和过滤器23，以及位于壳体21外侧的氮气罐4；壳体21的内腔壁呈两端大中间小的沙漏状，顶部进料口与第一气锁阀31连接，阻止料斗1内的空气大量进入到氮气保护仓内，顶部进料口的正下方设置有导料板9，导料板9倾斜向下设置，顶端边沿与壳体21内壁固定连接，导料板9与水平面的夹角不大于50°，可有效延缓物料的下落速度，避免物料集中落在一处，便于物料在下方气体分布器22中分散的均匀和松散。过滤器23设置在壳体21上段，并位于导料板9背面，过滤器23具体可以选用旋风过滤器，过滤器23的出气口与排气管24连通，排气管24的排气口伸至壳体21外侧，与大气相通或与其他废气净化装置连接，排气管24上设置有控压阀25，控压阀25的信号输入端与控制器的信号输出端电连接。气体分布器22设置在壳体21内的物料层内，布置高度一般不超过壳体21高度的2/3，气体分布器22的进气口通过氮气管41与氮气罐4连通，氮气管41上设置有减压阀42，以控制进入气体分布器22的氮气压力，减压阀42的信号输入端与控制系统的信号输出端电连接，气体分布器22将氮气均匀导入物料层内，将物料中夹带的空气置换出，导至壳体21的上段空间内，经过过滤器23过滤后排出壳体21，通过控压阀25控制氮气保护仓内的压力控制在1000Pa以下，当氮气保护仓内的压力高于设定值时控压阀25打开，排出仓内气体，当氮气保护仓内的压力低于设定值时控压阀25关闭。氮气保护仓的底端出料口通过第二气锁阀32与热解反应器的进料口51连接。

在氮气保护仓内设置设置有氧气在线检测仪，氧气在线检测仪的信号输出端与控制系统的信号输入端电连接，氧气在线检测仪将在氮气保护仓内监测到的信号传递至控制系统，当监测到的氧气浓度信号超过设定值时，控制系统操控增大控压阀25的开度，加大排气速度，同时操控增大减压阀42的开度，加大氮气的输入量，增加氧气的稀释带出量。

热解反应器为卧式的螺旋热解反应器，包括内部中空的机壳5，水平设置在机壳5内的变螺距无轴螺旋体6，以及布设在机壳5上的加热装置7；机壳5一侧顶部开设有进料口51，水平相对一侧底部开设有卸料口52，机壳5顶部、靠近卸料口52一侧开设有热解气出口53，机壳5的进料口51与第二气锁阀32连接；变螺距无轴螺旋体6水平设置，驱动端靠近机壳5进料口51一侧设置，并与机壳5外的电机61驱动轴固定连接，由电机61驱动绕水平轴线方向转动，变螺距无轴螺旋体6的自由端靠近机壳5的卸料口52一侧设置；变螺距无轴螺旋体6的螺距自驱动端向自由端逐渐变小，优选的，螺距等距离变小，最小螺距为最大螺距的95%~30%；或变螺距无轴螺旋体6的螺距梯级自驱动端向自由端逐渐变小，优选的，可分为5-8级，螺距等距离变小，最小螺距为最大螺距的95%~30%；加热装置7沿机壳5表面覆盖设置，可设置在机壳5内壁上，也可设置在机壳5外壁上，以起到加热效果和加热要求为标准，不限制具体的实施技术手段。

无轴螺旋可有效防止粘性物料粘粘，避免在热解反应器堵塞；变螺距可很好的控制固体物料在沿热解反应器轴向上不同位置处的停留时间的控制，使固体物料既充分热解又防止局部升温太快而结焦。

更为具体的，在本实施例中，变螺距无轴螺旋体6的螺距梯级自驱动端向自由端逐渐变小，具体可分为两个级别，驱动端的较宽螺距为30cm，自由端的较窄螺距为10cm。

采用本装置对费托合成渣蜡进行热解，反应器内氧含量为20ppm，处于非常安全氧浓度范围；渣蜡热解残余低于0.1%，反应器内无结焦堵塞现象。

本发明一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置的热解方法，具体包括以下步骤：

步骤一、固体物料进入料斗1，在旋转刮料器8的搅拌下进入氮气保护仓，旋转刮料器8可有效防止粘性物料和细粉体物料在料斗1上粘粘；

步骤二、固体物料在导料板9的分散下，均匀的落下覆盖气体分布器22，高压氮气通过气体分布器22被均匀引入固体物料内，将物料中夹带的空气置换出，导至壳体21的上段空腔内，经过过滤器23过滤后排出壳体21；

通过控压阀25控制氮气保护仓内的压力在1000Pa以下，当氮气保护仓内的压力高于设定值时控压阀25打开，排出仓内气体，当氮气保护仓内的压力低于设定值时控压阀25关闭；这个气体置换的过程，可以将绝大部分固体物料内的空气置换排出氮气保护仓，物料颗粒之间的残留气体为高纯氮气，不会对热解产生任何影响，同时氮气的残留也不存在安全隐患。

步骤三、被氮气保护的物料进入热解反应器，依次经由宽螺旋和窄螺旋进行传送，并在传送的过程中进行热解反应；

物料进入后的运输前段，设置较宽螺距，物料在前段设置宽螺距，主要是解决刚进料的拥堵，确保进料顺畅，较宽的螺距可确保物料的松散程度，便于热解反应的充分进行；同时因为是无轴螺旋，粘度物料在输送过程中不会造成堵塞、卡料情况；后段设置窄螺距，是为了在进料过程中，将固体物料压实，挤压出固体物料中夹带的气体，以达到绝氧目的。

步骤四、热解完成的物料从窄螺距一侧的卸料口52排出，热解过程中产生的热解气自热解气出口53排出，完成整个的热解过程；整个热解过程中，氧气在线检测仪实时监测热解反应器内的氧气浓度，当浓度超过警戒值时，当设置氧浓度高于设定值，控压阀25和减压阀42的开度增大，加大氮气与氧气的置换。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置，其特征在于：包括进料组件，热解反应器和控制系统，进料组件包括料斗（1）和位于料斗（1）下方的氮气保护仓，氮气保护仓包括壳体（21），位于壳体（21）内的气体分布器（22）和过滤器（23），以及位于壳体（21）外侧的氮气罐（4）；壳体（21）的内腔壁呈两端大中间小的沙漏状，顶部进料口与料斗（1）下端出料口连接，过滤器（23）设置在壳体（21）上段，出气口与排气管（24）连通，排气管（24）的排气口伸至壳体（21）外侧，气体分布器（22）设置在壳体（21）内的物料层内，气体分布器（22）的进气口通过氮气管（41）与氮气罐（4）连通，壳体（21）的底端出料口与热解反应器的进料口（51）连接；热解反应器包括内部中空的机壳（5），水平设置在机壳（5）内的变螺距无轴螺旋体（6），以及布设在机壳（5）上的加热装置（7）；变螺距无轴螺旋体（6）水平设置，驱动端靠近机壳（5）进料口（51）一侧设置，并与机壳（5）外的电机（61）驱动轴固定连接，所述变螺距无轴螺旋体（6）的螺距或螺距梯级自驱动端向自由端逐渐变小。

2.根据权利要求1所述的一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置，其特征在于：所述料斗（1）为上大下小的斗状结构，料斗（1）内靠近下部出料口处设置有旋转刮料器（8）。

3.根据权利要求1所述的一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置，其特征在于：所述氮气保护仓顶部进料口的正下方设置有导料板（9），导料板（9）倾斜向下设置，顶端边沿与壳体（21）内壁固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置，其特征在于：所述料斗（1）与氮气保护仓之间通过第一气锁阀（31）连接，氮气保护仓的底端出料口与热解反应器的进料口（51）之间通过第二气锁阀（32）连接。

5.根据权利要求1所述的一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置，其特征在于：所述排气管（24）上设置有控压阀（25），控压阀（25）的信号输入端与控制器的信号输出端电连接。

6.根据权利要求1所述的一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置，其特征在于：所述氮气管（41）上设置有减压阀（42），减压阀（42）的信号输入端与控制系统的信号输出端电连接。

7.根据权利要求1所述的一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置，其特征在于：所述氮气保护仓内设置设置有氧气在线检测仪，氧气在线检测仪的信号输出端与控制系统的信号输入端电连接。

8.根据权利要求1所述的一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置，其特征在于：所述变螺距无轴螺旋体（6）的螺距自驱动端向自由端等距离变小，最小螺距为最大螺距的95%~30%。

9.根据权利要求1所述的一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置，其特征在于：所述变螺距无轴螺旋体（6）的螺距梯级分为5-8级，自驱动端向自由端螺距等距离变小，最小螺距为最大螺距的95%~30%。

10.权利要求1-9任意一项所述的一种氮气保护进料热解时间可控的热解装置的热解方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、固体物料通过料斗（1）进入氮气保护仓；

步骤二、固体物料均匀的落下覆盖气体分布器（22），高压氮气通过气体分布器（22）被均匀引入固体物料内，将物料中夹带的空气置换出，导至壳体（21）的上段空腔内，过滤后排出壳体（21）；

步骤三、被氮气保护的物料进入热解反应器，经由变螺距无轴螺旋进行传送，并在传送的过程中进行热解反应；

步骤四、热解完成的物料和热解过程中产生的热解气分别排出，热解完成。

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