CN111748363A - 熔盐下行热解立式反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了熔盐下行热解立式反应器，包括：立式壳体，所述立式壳体内限定有热解反应腔室，所述立式壳体的顶部具有物料进口和油气出口，所述立式壳体的底端具有生物炭出口；搅拌装置，所述搅拌装置包括电机、搅拌轴和多组浆叶，所述搅拌轴由上至下贯穿所述立式壳体，所述电机与所述搅拌轴的顶端相连，所述多组浆叶位于所述热解反应腔室内且间隔设置在所述搅拌轴上，所述搅拌轴的顶端具有熔盐入口，所述搅拌轴的底端具有熔盐出口，所述搅拌轴和所述浆叶内均为中空设置以便形成连通所述熔盐入口和所述熔盐出口的熔盐腔室。该反应器具有传热效率快，热场均匀、能耗低的优点。

Description

熔盐下行热解立式反应器

技术领域

本发明属于热解设备领域，具体而言，本发明涉及熔盐下行热解立式反应器。

背景技术

我国的经济发展处于快速发展阶段，能源的需求也在持续增加，但我国油气资源缺乏，进口原油在每年递长，据统计2013年我国原油进口量达2.8亿吨，其原油对外依存度达57.39％。我国拥有丰富的含碳的低品位能源和废弃物资源，主要包括低阶煤、生物质、油页岩、废旧轮胎、污泥、油泥、塑料等，这些物质很多没有得到充分有效的利用。热解的定义是指无氧的环境下，有机含碳物质在相应的温度下进行热解反应，可以生成焦油、可燃气和生物炭产品，作为我国能源需求提供有力的补充。热解按升温速率分类，可以分为快速热解(加热速率500-1000℃/s)、中速热解(加热速率5-100℃/s)和慢速热解(加热速率3-5℃/mim)；热解按传热载体分类，可分为气体热载体、固体热载体、液体热载体；热解按传热方式分类，可分为直接传热热解和间接传热热解。通过调节反应速率、传热载体和传热方式可有效调节热解产物焦油、可燃气和生物炭的产品产率。

为了实现相应的升温速率，热解反应器一般开发为流化床、旋转窑、浆叶等反应器，并利用气体或固体热载体来实现温度场和升温速率要求，但采取气体热载体和固体热载体的热解反应器涉及热载体与原料的均布、混合和反应，以及后续对热载体与反应半焦的分离、热载体的再加热、输送等一系列的工艺，因此工艺复杂、流程长，导致故障率增加，影响了系统的连续运行。

因此，目前的热解反应器有待进一步改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种熔盐下行热解立式反应器，该反应器具有传热效率快，热场均匀、能耗低的优点。

根据本发明的一个方面，本发明提出了熔盐下行热解立式反应器，根据本发明的实施例，该熔盐下行热解立式反应器包括：

立式壳体，所述立式壳体内限定有热解反应腔室，所述立式壳体的顶部具有物料进口和油气出口，所述立式壳体的底端具有生物炭出口；

搅拌装置，所述搅拌装置包括电机、搅拌轴和多组浆叶，所述搅拌轴由上至下贯穿所述立式壳体，所述电机与所述搅拌轴的顶端相连，所述多组浆叶位于所述热解反应腔室内且间隔设置在所述搅拌轴上，所述搅拌轴的顶端具有熔盐入口，所述搅拌轴的底端具有熔盐出口，所述搅拌轴和所述浆叶内均为中空设置以便形成连通所述熔盐入口和所述熔盐出口的熔盐腔室。

从经济和社会效益来看，熔盐下行技术是一种非常适合对含碳物质的处理技术。本发明专利开发一种熔盐下行立式热解反应器，不使用气体和固体热载体而采取高比热容的熔盐载体技术，因此工艺简单、运行可靠，并容易实现大型化，能够满足工业运行的要求。

另外，根据本发明上述实施例的熔盐下行热解立式反应器还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述搅拌轴的外径与所述立式壳体内径的比值为(0.1-0.6)：1。

在本发明的一些实施例中，所述搅拌轴伸出所述立式壳体顶部的长度为所述立式壳体高度的1/5-1/3，所述搅拌轴伸出所述立式壳体底部的长度为所述立式壳体高度的1/6-1/4。

在本发明的一些实施例中，所述多组浆叶包括三组，相邻两组桨叶之间的距离为所述立式壳体高度的1/10-1/4。

在本发明的一些实施例中，每组浆叶中包括两个浆叶，所述两个浆叶的夹角为180摄氏度。

在本发明的一些实施例中，所述浆叶在水平方向上向下倾斜，所述浆叶在水平方向上向下倾斜，且向下切斜的角度为5-30°。

在本发明的一些实施例中，所述浆叶的叶片厚度为80-200mm。

在本发明的一些实施例中，所述浆叶的形状为三角形、菱形或者椭圆形。

在本发明的一些实施例中，所述搅拌轴的壁厚为8-20mm，所述浆叶的壁厚为8-30mm。

在本发明的一些实施例中，每片所述浆叶的自由端上设置有刮板，所述刮板适于刮掉沉积在所述立式壳体内壁上的物料。

在本发明的一些实施例中，每片所述浆叶的自由端上设置有多个刮板，优选3-10个。

在本发明的一些实施例中，所述刮板距离所述立式壳体内壁的距离为3-20mm。

在本发明的一些实施例中，所述立式壳体的下部侧壁的逐渐向内倾斜，以使得所述热解反应腔室下部的横截面积逐渐减小。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的熔盐下行热解立式反应器的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

根据本发明的一个方面，本发明提出了熔盐下行热解立式反应器，如图1所示，根据本发明的实施例，该熔盐下行热解立式反应器包括：

立式壳体100，所述立式壳体100内限定有热解反应腔室110，所述立式壳体100的顶部具有物料进口120和油气出口130，所述立式壳体100的底端具有生物炭出口140；

搅拌装置200，所述搅拌装置200包括电机210、搅拌轴220和多组浆叶230，所述搅拌轴220由上至下贯穿所述立式壳体100，所述电机210与所述搅拌轴220的顶端相连，所述多组浆叶230位于所述热解反应腔室110内且间隔设置在所述搅拌轴220上，所述搅拌轴220的顶端具有熔盐入口221，所述搅拌轴220的底端具有熔盐出口222，所述搅拌轴220和所述多组浆叶230内均为中空设置以便形成连通所述熔盐入口221和所述熔盐出口222的熔盐腔室223。

本发明实施例的熔盐下行热解立式反应器通过设置搅拌装置，并进一步将搅拌装置的搅拌轴和浆叶内均设置成空腔结构，进而为熔盐提供载体。由此，该搅拌装置不仅能够达到混合物料均和推动物料下行的目的，最重要是可以作为热解反应器的热能来源。具体地，将搅拌装置内设置成中空结构，使得熔盐在搅拌轴和浆叶内形成的熔盐腔室的中流动。由于熔盐的比热是其他气体比热的5倍，因此具有传热大，效率高的优点；进一步结合搅拌装置，在搅拌的过程中搅拌轴和多个浆叶对物料的内部进行加热，可以显著提高加热效率和热量分布均匀度。因此，本发明的熔盐下行立式热解反应器，不使用气体和固体热载体而采取高比热容的熔盐载体技术，具有结构简单、运行可靠，并容易实现大型化，能够满足工业运行的要求。

根据本发明的实施例，上述搅拌轴220的外径与所述立式壳体100内径的比值为(0.1-0.6)：1。由此本发明具体根据熔盐下行热解立式反应器整体尺寸大小，来设计搅拌装置中搅拌轴220的粗细，当立式壳体100的内径较大时，则热解反应需要热量较大，加大搅拌轴220的外径尺寸，可以提高搅拌轴220内熔盐体积和搅拌轴220的换热面积，进而提高热量值，进而满足反应器内热解反应的热量需求。具体地，发明人通过对空间和换热面积以及熔盐热量值进行研究后，发现将搅拌轴220的外径与立式壳体100内径的比值控制(0.1-0.6)：1的范围内，可以有效满足反应器内的热量需求。

根据本发明的实施例，所述搅拌轴220伸出所述立式壳体顶部的长度为所述立式壳体高度的1/5-1/3，所述搅拌轴伸出所述立式壳体底部的长度为所述立式壳体高度的1/6-1/4，即控制合适长度，可以连接熔盐进出口万向接头，同时避免过多散热。

根据本发明的实施例，所述多组浆叶230包括三组，如图1所示，相邻两组浆叶230之间的距离L为所述立式壳体高度的1/10-1/4，既能保证搅拌均匀性，又能节约加工成本。

根据本发明的具体示例，上述多组浆叶230中的每个浆叶在纵向上投影互补重合，即采用多层错落布置的方式。进而可以进一步提高搅拌效果，提高物料混合均匀度，以及提高物料受热均匀度。

根据本发明的实施例，每组浆叶中包括两个浆叶，所述两个浆叶的夹角为180摄氏度。发明人发现，每组浆叶的数量不易过多，过多的浆叶反而会阻止物料下行，降低热解效率。

根据本发明的实施例，如图1所示，所述浆叶在水平方向上向下倾斜，且向下切斜的角度β为5-30°。根据本发明的具体示例，所述浆叶在水平方向上向下倾斜的角度β优选为10-20°。发明人发现，将浆叶适当地向下倾斜，可以使得物料在热解的过程中不断的下行，进而可以实现连续热解的目的。另外，通过控制倾斜角度，可以控制物料下行的速度，进而使得物料得到充分热解。进一步地，还可以根据热解物料种类或者物料热解难易程度调节浆叶的倾斜角度，进而保证物料得到充分热解的同时，提高热解效率。

根据本发明的实施例，所述浆叶的叶片厚度为80-200mm。叶片的厚度不易过厚和过薄，由于浆叶内为中空结构，所以为了满足热量需求需要使得内部中空空间适宜，也就要求浆叶的叶片厚度不易过薄。但是过厚的浆叶在搅拌的过程中阻力会增大，降低浆叶与物料的相对运动，最终影响叶片与物料的热传导效率，热解效果差。因此，优选地，本发明控制将浆叶的叶片厚度为80-200mm，可以达到良好的搅拌和传热效果。

根据本发明的实施例，所述浆叶的形状可以根据需要设计，例如选择三角形、菱形或者椭圆形为最适宜。

根据本发明的实施例，所述搅拌轴220的壁厚为8-20mm，所述浆叶的壁厚为8-30mm。由于，搅拌轴220和浆叶230内的都是中空结构，且在物料中间搅拌，阻力会很大，所以厚度不易过薄，否则会影响使用寿命。另外，搅拌轴220和浆叶230内熔盐腔室需要通入温度高达700摄氏度的熔盐，而搅拌轴220和浆叶230作为散热面，其厚度又不易过厚，否则会影响熔盐的热量传到，损失能耗。因此，发明人发现，将搅拌轴220的壁厚为8-20mm，所述浆叶的壁厚为8-30mm。由此可以有效保证二者使用寿命，同时提高传热效率。

根据本发明的具体实施例，搅拌轴220上的熔盐出口222与熔盐入口221相连，由此可以实现熔盐的循环流动，其中出口222采取高温万向连接头，从万向连接头出口接入熔盐入口221的万向接头，其中可以根据熔盐温度需求，在熔盐出口222与熔盐入口221之间设置加热装置，对熔盐进行加热。

根据本发明的实施例，如图1所示，每片浆叶230的自由端上设置有刮板240，刮板240适于刮掉沉积在立式壳体100内壁上的物料。具体地，刮板240为平板状，且竖直设置，并与浆叶230的自由端相连，具体可以通过焊接相连。

根据本发明的实施例，每片所述浆叶230的自由端上设置有多个刮板240，优选3-10个。多个刮板240间隔布置在刮板自由端上，并沿着立式壳体的径向上延伸。由此通过设置多个刮板240，可以有效地刮掉沉积在立式壳体100内壁上的物料。另外，每个浆叶230上优选设置3-10个刮板，更优选地，设置5-6个刮板。

根据本发明的实施例，所述刮板240距离所述立式壳体100内壁的距离为3-20mm。由此可以有效地刮掉沉积在立式壳体100内壁上的物料，进而避免物料挂壁造成堵塞。

根据本发明的实施例，所述立式壳体100的下部侧壁的逐渐向内倾斜，以使得所述热解反应腔室110下部的横截面积逐渐减小。由此可以便于反应后的物料或者生物渣集中到下部的生物炭出口，便于排出。根据本发明的具体示例，生物炭出口140出可以设置固体输送机300用于帮助排出反应器内的生物炭。物料入口120可以设置布料器400用于将物料均匀送至热解反应腔室110内。

实施例

利用熔盐下行热解立式反应器对澳大利亚褐煤进行处理，其褐煤分析数据见表1。

表1：澳大利亚褐煤分析数据

熔盐下行热解立式反应器的主要尺寸如下：熔盐溶液采用硝酸钠、氯化钠、氟化钠的混合溶液，质量比为1:2:1。将溶液加热至700℃。底边与侧边缩成角度α为120°。处理的褐煤粒径为1mm以下，水分为15.2％，通过入口设置的布料器进入设备顶部。热解反应器的加热采取熔盐搅拌器的方式，搅拌轴自上而下贯穿热解炉本体，伸出热解炉本体顶部500mm。伸出碳化炉本体底部500mm，熔盐溶液充满搅拌器装置。熔盐入口设置在搅拌器1/3上部。浆叶焊接在浆叶轴上，浆叶内部充满熔盐溶液。浆叶采取3层布置，每层两片搅拌叶，上下相邻两层距离400mm。浆叶采取椭圆形，浆叶厚度50mm，长半径为1300mm，短半径100mm，倾斜角度为0°。每片浆叶焊接4个刮板。

物料在反应器中平均停留时间为300秒，其中热解混合气排出旋风除尘再冷却得到焦油产率为11.7％，比葛金法得到的焦油产率高出42.6％。其含尘量低于2％，而常规工艺处理煤粉含尘量为4-5％。可燃气产率为15.8％。半焦产率为58.4％，在反应器出口温度为513℃，经冷渣螺旋排出后温度为52℃，直接袋装后输送。熔盐经过反应，温度降低，返回至加热炉，继续循环使用。熔盐作为热载体比常规天然气作为热载体耗能费用节省2/3。

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。

Claims (10)

1.一种熔盐下行热解立式反应器，其特征在于，包括：

立式壳体，所述立式壳体内限定有热解反应腔室，所述立式壳体的顶部具有物料进口和油气出口，所述立式壳体的底端具有生物炭出口；

搅拌装置，所述搅拌装置包括电机、搅拌轴和多组浆叶，所述搅拌轴由上至下贯穿所述立式壳体，所述电机与所述搅拌轴的顶端相连，所述多组浆叶位于所述热解反应腔室内且间隔设置在所述搅拌轴上，所述搅拌轴的顶端具有熔盐入口，所述搅拌轴的底端具有熔盐出口，所述搅拌轴和所述浆叶内均为中空设置以便形成连通所述熔盐入口和所述熔盐出口的熔盐腔室。

2.根据权利要求1所述的熔盐下行热解立式反应器，其特征在于，所述搅拌轴的外径与所述立式壳体内径的比值为(0.1-0.6)：1。

3.根据权利要求1或2所述的熔盐下行热解立式反应器，其特征在于，所述搅拌轴伸出所述立式壳体顶部的长度为所述立式壳体高度的1/5-1/3，所述搅拌轴伸出所述立式壳体底部的长度为所述立式壳体高度的1/6-1/4。

4.根据权利要求1所述的熔盐下行热解立式反应器，其特征在于，所述多组浆叶包括三组，相邻两组桨叶之间的距离为所述立式壳体高度的1/10-1/4。

5.根据权利要求4所述的熔盐下行热解立式反应器，其特征在于，每组浆叶中包括两个浆叶，所述两个浆叶的夹角为180°。

6.根据权利要求5所述的熔盐下行热解立式反应器，其特征在于，所述浆叶在水平方向上向下倾斜，且向下切斜的角度为5-30°。

7.根据权利要求1或6所述的熔盐下行热解立式反应器，其特征在于，所述浆叶的叶片厚度为80-200mm，

任选地，所述浆叶的形状为三角形、菱形或者椭圆形。

8.根据权利要求3所述的熔盐下行热解立式反应器，其特征在于，所述搅拌轴的壁厚为8-20mm，所述浆叶的壁厚为8-30mm。

9.根据权利要求1所述的熔盐下行热解立式反应器，其特征在于，每片所述浆叶的自由端上设置有刮板，所述刮板适于刮掉沉积在所述立式壳体内壁上的物料；

任选地，每片所述浆叶的自由端上设置有多个刮板，优选3-10个，

任选地，所述刮板与所述立式壳体内壁的距离为3-20mm。

10.根据权利要求1所述的熔盐下行热解立式反应器，其特征在于，所述立式壳体的下部侧壁的逐渐向内倾斜，以使得所述热解反应腔室下部的横截面积逐渐减小。

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