CN112708430B - 一种连续式固体有机物热解多联产系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续式固体有机物热解多联产系统及其使用方法，热解多联产系统主要包括：干燥炉、热解炉、冷却炉、尾气处理系统、燃气处理系统和保护气循环系统相互配合，做到了能量多级合理利用，适用于实际生产中各类固体有机物连续快速热解炭化，实现焦炭、木醋液和焦油多联产的同时，通过工艺优化实现了整体热量的最大化利用。

Description

一种连续式固体有机物热解多联产系统及其使用方法

技术领域

本发明属于可再生能源技术领域，具体涉及一种连续式固体有机物热解多联产系统及其使用方法。

背景技术

随着经济社会的发展，以农林废弃物和市政污泥为代表的固体有机物的处理成为制约循环经济发展的瓶颈难题，同时工业的发展和生活的进步，对焦炭的需求量不断增加。由于固体有机物的利用价值低，市场化运营困难，处理方式不能过于复杂，应以低成本高效率高价值产出的方式进行处理。热解制炭工艺成为解决这一矛盾的重要途径。传统工艺中，一般通过土窑或者密闭热解釜实现固体有机物的热解过程。土窑热解过程环境污染严重，由于没有完全密闭，产率不高。而热解釜虽然能够实现绝氧热解，炭品质和产率得到了保证，但由于热解釜进出料需要繁琐的开闭工序，以及长时间的密封冷却，生产效率不高。目前的研究中，气化制炭和热解制炭是两个主要的炭化工艺。虽然都能够实现固体有机物炭化的目的，但都存在一定的限制。中国专利申请CN201510812456.2，CN201510570841.0，CN201610193056.2，CN201510562463.1，CN201610067158.X，CN201510291980.X，CN201410029216.0都是对粉料进行炭化，炭化后需要添加粘结剂才能满足块状炭的需求。CN201510291980.X虽然公开了一种热解工艺但无配套装置，安全问题和效率问题缺乏解决方案。CN201610881169.1采用回转炉炭化，过程无法保持原生木料的形状，无法实现连续生产，且通过水循环间接冷却，效率较低。

如何通过系统设计和方法优化，实现固体有机物大尺寸，高效，安全，低成本的热解炭化，是实现工艺落地的核心关键，也是本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明公开了一种连续式固体有机物热解多联产系统及其使用方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种连续式固体有机物热解多联产系统，包括：处理系统，所述处理系统包括：干燥炉、热解炉和冷却炉；所述热解炉被分隔成两个独立空间，分别为燃烧器和热解腔，其特征在于，还包括：辅助系统；

所述辅助系统包括：尾气处理系统；

尾气处理系统包括：除尘净化装置和冷凝罐；

所述燃烧器与所述干燥炉连通，干燥炉与除尘净化装置连通，除尘净化装置与冷凝罐连通，冷凝罐冷却炉连通；

所述干燥炉、热解炉、冷却炉首尾依次相连；

所述干燥炉、热解炉和冷却炉隧道长度相等；

所述干燥炉、热解炉、冷却炉内铺设有环形轨道；

所述环形轨道为环形双轨；

所述的干燥炉左侧入口连接有局部排风装置，右侧出口连接所述热解炉入口，连接处布置密封舱门；

所述热解右侧出口连接所述冷却炉的左侧入口，连接处布置密封舱门；

所述冷却炉右侧出口连接局部排风装置，连接处布置密封舱门；

所述除尘净化装置与冷凝罐之间的管道设置有阀门；

有益效果：达标后的尾气可以通过阀门排出，来适当降低系统内压强；

所述尾气处理系统还包括热换器一，所述热换器一分别与燃烧器和干燥炉连通；

所述辅助系统还包括：燃气处理系统；所述燃气处理系统包括：分馏塔和除尘冷却装置，所述分馏塔与热解腔连通，所述分馏塔与除尘冷却装置连通，所述除尘冷却装置与燃烧器连通；

所述燃气处理系统还包括：燃气储气罐；燃气储气罐分别与除尘冷却装置和燃烧器连通；

所述燃气处理系统还包括风机一，所述风机一设置在与燃气运输管道上；

所述保护气管道为将燃气处理系统各装置连通的管道；

有益效果：打开风机可加引导或加快分馏塔向除尘冷却装置的气体流通速度；

所述辅助系统还包括：保护气循环系统；所述保护气循环系统包括：水冷装置；所述水冷装置两端分别与冷却炉连通；

所述保护气循环系统还包括换热器二，所述换热器二一路气腔分别与冷却炉和水冷装置连通；所述换热器二另一路气腔分别与燃气储气罐和燃烧器连通；

所述冷却炉与换热器之间的管道连通设置有风机；

有益效果：打开风机可加引导或加快冷却炉向换热器二的气体流通速度；

所述保护气循环系统还包括：保护气储气罐；所述热换器一与干燥炉之间连通设置有阀门一，所述冷却炉与换热器二之间连通设置有阀门二；所述保护气储气罐一端阀门一连通，另一端与阀门二连通。

所述保护气循环系统还包括阀门，所述阀门设置在保护气运输管道内；

所述保护气管道为将保护气循环系统各装置连通的管道；

有益效果：阀门可以控制保护气储气罐的进气和储气情况，根据系统内气压进行适当缓冲；

一种连续式固体有机物热解多联产系统的使用方法，包括：

S1：将收集的固体有机物由固体有机物暂存区投入到料车，将料车送入干燥炉，干燥炉内来自尾气处理系统的次高温尾气对固体有机物进行直接接触式干燥，固体有机物经过干燥水分下降至10％以下，送入热解炉；

S2：将经过步骤S1得到的固体有机物送入热解炉，热解炉的燃烧器内高温燃气和高温空气进行燃烧将热解腔进行加热至高温；固体有机物在热解腔内绝氧热解1-10h，热解气相进入燃气处理系统，固相即为焦炭；高温燃气和高温空气燃烧产生高温尾气进入尾气处理系统；

S3：将步骤S2得到的焦炭送入冷却炉，焦炭温度由最高温降低至150±10℃以下时，得焦炭产品；

S4：经过步骤S2的热解气相进入分馏塔分离为不可凝燃气、木醋液和焦油，木醋液和焦油分馏后成为最终产品；

S5：经过步骤S4得到的不可凝燃气进入除尘冷却装置，得到的常温燃气进入燃气储气罐；

S6：将经过步骤S5得到的燃气储气罐中的常温燃气通过换热器与高温保护气换热得到高温燃气；

S7：将经过步骤S6得到的高温燃气与高温空气共混后进入燃烧器燃烧，得到的高温尾气进入尾气处理系统；

S8：经过步骤S7得到的高温尾气通过换热器与常温空气进行换热，得到次高温尾气；

S9：将经过步骤S8得到的次高温尾气送入干燥炉对固体有机物进行直接接触式干燥，得到干燥尾气；

S10：经过步骤S9得到的干燥尾气送入除尘净化装置，除尘净化后一部分作为达标尾气直接排放，其他部分经冷凝罐冷凝除湿后得到冷却尾气；

S11：经过步骤S10得到的冷却尾气进入冷却炉，与炉内可燃物氧化反应，去除残余氧气后，得到保护气；

S12：将经过步骤S11得到的保护气对焦炭进行直接接触式冷却降温；得到的高温保护气，通过风机进入换热器与常温燃气进行换热，冷却效率低时，补充水冷装置对高温保护气进行冷却，得到的冷却保护气送入冷却炉形成循环回路；保护气压力不足时，冷却尾气进入冷却炉补充保护气；保护气储气罐内压力不足时，部分保护气注入保护气储气罐，作为开舱门时的保护气。

综上所述，本发明一种连续式固体有机物热解多联产系统及其使用方法，有益效果如下：

一、所述生产线和工艺采用干燥炉-热解炉-冷却炉炉体首尾相连，炉内外布置环形轨道，可实现高效率连续化生产和自动化操作；

固体有机物热解产物在高温时直接进行分离，避免了先储存再分离造成的能量消耗，通过热解产物气液分离系统实现了木醋液、焦油、可燃气和焦炭多联产生产线；

二、通过高温尾气与常温空气间的热量交换、高温保护气与常温燃气间的热量交换，实现了热量的梯级利用，提高了整个工艺的能量利用效率；

利用燃烧后的高温尾气对原料进行直接接触式干燥，冷却尾气作为保护气对焦炭进行直接接触式冷却降温，实现了尾气的循环利用，有效提高了干燥效率和冷却效率；

三、当密封舱门打开时，将保护气储气罐中的保护气输入干燥炉或冷却炉，分馏塔后的排风风机将热解炉内气体抽出，保持冷却炉或干燥炉微正压，热解炉内微负压，同时炉体两端的局部排风装置将炉内漏气排走，避免了空气和炉内可燃成分的接触，保证了安全生产；

综上所述，整个生产线和工艺生产效率和能量利用率高，易于实现自动化操作；布置紧凑，节约空间；不需要外来能源，能量能够实现自给；只在冷却炉降温效果不佳时需要部分水源进入水冷装置作为保护气冷却水，除原料外，消耗的其他物质和能量少；除了达标尾气排放和干燥冷凝水外，没有其它排放物，且两种排放物易于清洁和控制。本发明提供的一种连续式固体有机物热解多联产生产线及其工艺具有广阔的应用前景和市场前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1：一种连续式固体有机物热解多联产系统模式图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1的一种连续式固体有机物热解多联产系统模式图所示，一种连续式固体有机物热解多联产系统包括：处理系统1和辅助系统2；处理系统1包括：干燥炉11、热解炉12和冷却炉13；热解炉12被分隔成两个独立空间，分别为：燃烧器121和热解腔122；

还包括：辅助系统2，辅助系统2包括：尾气处理系统23；尾气处理系统23包括：除尘净化装置231和冷凝罐232；燃烧器121与干燥炉11连通，干燥炉11与除尘净化装置231连通，干燥炉11与除尘净化装置231连通，除尘净化装置231与冷凝罐232连通，冷凝罐232冷却炉13连通；

干燥炉11入口处设置有局部排风装置111，冷却炉13出口处设置有部排风装置131

干燥炉11、热解炉12、冷却炉13首尾依次相连；干燥炉11、热解炉12和冷却13炉隧道长度相等；干燥炉11、热解炉12、冷却炉13内铺设有环形双轨道；干燥炉11左侧入口连接有局部排风装置111，右侧出口连接热解炉12入口，连接处布置密封舱门；热解炉12右侧出口连接冷却炉13的左侧入口，连接处布置密封舱门；冷却炉13右侧出口连接局部排风装置131，连接处布置密封舱门；

尾气处理系统23还包括热换器233，所述热换器233分别与燃烧器121和干燥炉11连通；

辅助系统2还包括：燃气处理系统22；燃气处理系统22包括：分馏塔221和除尘冷却装置222，分馏塔221与热解腔122连通，分馏塔221与除尘冷却装置222连通，除尘冷却装置222与燃烧器121连通；

燃气处理系统22还包括：燃气储气罐223；燃气储气罐223分别与除尘冷却装置222和燃烧器121连通；

燃气处理系统22还包括：燃气运输管道225，所述燃气运输管道225包括：管道一2251、管道二2252、管道三2253、管道四2254和管道五2255；

燃气处理系统22还包括风机224，所述风机224设置在管道一2251、管道二2252、管道三2253、管道四2254或管道五2255上；

辅助系统2还包括：保护气循环系统21；保护气循环系统21包括：水冷装置212；所述水冷装置212两端分别与冷却13炉连通；

所述保护气循环系统21还包括：换热器二211；

所述换热器二211一路分别与冷却炉13和水冷装置212连通，水冷装置212与冷却炉13连通；所述换热器二211另一路分别与燃气储气罐223和燃烧121器连通；

所述保护气循环系统21还包括：保护气储气罐213；所述热换器233与干燥炉11之间连通设置有阀门234，所述冷却炉13与换热器二211之间连通设置有阀门214；保护气储气罐213一端与阀门234连通，另一端与阀门214连通；

保护气循环系统21还包括：保护气运输管道215，所述保护气运输管道215包括：管道一2151和管道二2152；

保护气循环系统21还包括：风机216，所述风机216设置在管道一2151或管道二2152上；

一种连续式固体有机物热解多联产系统的使用方法：

料车布置在环形轨道上，堆放0.5米*1.5米*4米的堆体；料车总数量为4，1辆料车在炉外装料，各有1辆料车在干燥炉11、热解炉12和冷却炉13内，环形轨道为双轨型，宽度1.0米，依次连接干燥炉11、热解炉12和冷却炉13，在炉内外形成环形闭合轨道；

环形轨道采用斜坡式轨道，使干燥炉11的水平位置最高，热解炉12次之，冷却炉13最低，利用斜坡使料车1在轨道上自动推进，料车与环形轨道间布置自动锁扣装置，在炉外通过动力装置使料车在轨道上推进，在炉外将料车自动拖回固体有机物暂存区装料；

干燥炉11、热解炉12、冷却炉13为首尾依次相连的正方体隧道，截面尺寸为1.5米×2.5米的四边形，总长度30米，三个炉体隧道长度相等，生产线运行时，三个炉体相互独立，封闭工作；

干燥炉11两侧布置密封舱门，上部连接换热器一233和保护气储气罐213，通过阀门234控制气体流量；左侧入口连接局部排风装置111；右侧出口连接热解炉12入口；

热解炉12是双层套管型结构，两侧布置密封舱门，热解腔122连接分馏塔221；燃烧器121连接换热器一233和换热器二211；右侧出口连接冷却炉13的左侧入口；

冷却炉两侧布置密封舱门，下部连接冷凝罐232；上部连接保护气储气罐213和换热器二211；右侧出口连接局部排风装置112；

S1：固体有机物由人工进行初步分拣，分为农林废弃物类粪便、植物秸秆等和城市生活固体废物生活垃圾、污泥等，将同类的固体有机物由固体有机物暂存区投入到料车；将保护气储气罐213中的保护气送入干燥炉11保证炉内微正压，打开干燥炉11左侧入口处局部排风装置111和密闭舱门，料车经环形轨道送入干燥炉11，关闭局部排风装置111和密闭舱门，打开阀门234使次高温尾气进入干燥炉对固体有机物进行直接接触式干燥，尾气温度由250℃±10℃降低至100℃±10℃左右，固体有机物经过干燥水分下降至10％以下；

S2：打开热解炉12左侧入口处密闭舱门和风机224，将经过步骤S1的固体有机物由环形轨道上的料车送入热解炉12，关闭密闭舱门和风机224，将高温燃气和高温空气送入热解炉的燃烧器121，热解炉内固体有机物在350℃-1000℃高温炉内绝氧热解1-10h，热解为气固两相；

固体有机物在热解炉内热解后分为两道工序：

第一道工序：

S3：将保护气储气罐213中的保护气送入冷却炉13以保证炉内微正压，打开冷却炉13左侧入口处密闭舱门，热解固相，即焦炭，由环形轨道上的料车送入冷却炉13，关闭密闭舱门；焦炭温度由最高温降低至150±10℃以下；打开冷却炉13右侧出口处局部排风装置131和密闭舱门，料车进入炉外环形轨道卸料，得到焦炭产品；在炉外将料车拖回固体有机物暂存区重新装料；

第二道工序：

S4：经过步骤S2的热解气相进入分馏塔221离为不可凝燃气、木醋液和焦油，木醋液和焦油分馏后成为最终产品；

S5：经过步骤S4得到的不可凝燃气进入除尘冷却装置222，得到的常温燃气进入燃气储气罐223；

S6：将经过步骤S5得到的燃气储气罐223中的常温燃气通过换热器二211与高温保护气换热得到高温燃气；

S7：将经过步骤S6得到的高温燃气与高温空气共混后进入燃烧器121燃烧，得到的高温尾气进入尾气处理系统；

S8：经过步骤S7得到的高温尾气通过换热器一233与常温空气进行换热，得到次高温尾气；

S9：将经过步骤S8得到的次高温尾气送入干燥炉11对固体有机物进行直接接触式干燥，得到干燥尾气；

S10：经过步骤S9得到的干燥尾气送入除尘净化装置231，除尘净化后一部分作为达标尾气通过阀门235直接排放，其他部分经冷凝罐232冷凝除湿后得到冷却尾气；

S11：经过步骤S10得到的冷却尾气进入冷却炉13，与炉内可燃物氧化反应，去除残余氧气后，得到保护气；

S12：将经过步骤S11得到的保护气对焦炭进行直接接触式冷却降温；得到的高温保护气，通过风机216进入换热器二211与常温燃气进行换热，冷却效率低时，补充却装置对212高温保护气进行冷却，得到的冷却保护气送入冷却炉13形成循环回路；保护气压力不足时，冷却尾气进入冷却炉13补充保护气；保护气储气罐内213压力不足时，部分保护气注入保护气储气罐213，作为开舱门时的保护气。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对上述实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种连续式固体有机物热解多联产系统，包括：处理系统，所述处理系统包括：干燥炉、热解炉和冷却炉；所述热解炉被分隔成两个独立空间，分别为燃烧器和热解腔，其特征在于，还包括：辅助系统；

所述辅助系统包括：尾气处理系统；

尾气处理系统包括：除尘净化装置和冷凝罐；所述燃烧器依次与所述干燥炉、所述除尘净化装置、所述冷凝罐和所述冷却炉连通；

所述尾气处理系统还包括：热换器一；

所述热换器一分别与所述燃烧器和所述干燥炉连通；

所述辅助系统还包括：燃气处理系统；

所述燃气处理系统包括：分馏塔和除尘冷却装置；

所述分馏塔分别与所述热解腔和所述除尘冷却装置连通，所述除尘冷却装置与所述燃烧器连通；

所述燃气处理系统还包括：燃气储气罐；所述燃气储气罐分别与所述除尘冷却装置和所述燃烧器连通；

所述燃气处理系统还包括风机一，所述风机一设置在燃气运输管道上；

所述辅助系统还包括：保护气循环系统；

所述保护气循环系统包括：水冷装置；

所述水冷装置两端分别与所述冷却炉连通；

所述保护气循环系统还包括换热器二；

所述换热器二一路分别与冷却炉和水冷装置通，水冷装置与冷却炉连通；所述换热器二另一路分别与燃气储气罐和燃烧器连通；

所述保护气循环系统还包括：保护气储气罐；所述热换器一与干燥炉之间连通设置有阀门一，所述冷却炉与换热器二之间连通设置有阀门二；所述保护气储气罐一端阀门一连通，另一端与阀门二连通；

所述保护气循环系统还包括风机二，所述风机二设置在保护气运输管道上。

2.一种连续式固体有机物热解多联产系统的使用方法，其特征在于，包括：

S1：将收集的固体有机物由固体有机物暂存区投入到料车，通过料车输送至干燥炉，干燥炉内来自尾气处理系统的次高温尾气对固体有机物进行直接接触式干燥，固体有机物经过干燥水分下降至10％以下，送入热解炉；

S2：热解炉的燃烧器内高温燃气和高温空气进行燃烧，使热解腔加热至高温；固体有机物在热解腔内绝氧热解1-10h，热解气相进入燃气处理系统，固相即为焦炭；高温燃气和高温空气燃烧产生高温尾气进入尾气处理系统；

S3：将步骤S2得到的焦炭送入冷却炉，焦炭温度由最高温降低至150±10℃以下时，得焦炭产品；

S4：经过步骤S2的热解气相进入分馏塔分离为不可凝燃气、木醋液和焦油，木醋液和焦油分馏后成为最终产品；

S5：经过步骤S4得到的不可凝燃气进入除尘冷却装置，得到的常温燃气进入燃气储气罐；

S6：将经过步骤S5得到的燃气储气罐中的常温燃气通过换热器二与高温保护气换热得到高温燃气；

S7：将经过步骤S6得到的高温燃气与高温空气共混后进入燃烧器燃烧，得到的高温尾气进入尾气处理系统；

S8：经过步骤S7得到的高温尾气通过换热器一与常温空气进行换热，得到次高温尾气；

S9：将经过步骤S8得到的次高温尾气送入干燥炉对固体有机物进行直接接触式干燥，得到干燥尾气；

S10：经过步骤S9得到的干燥尾气送入除尘净化装置，除尘净化后一部分作为达标尾气直接排放，其他部分经冷凝罐冷凝除湿后得到冷却尾气；

S11：经过步骤S10得到的冷却尾气进入冷却炉，与炉内可燃物氧化反应，去除残余氧气后，得到保护气；

S12：将经过步骤S11得到的保护气对焦炭进行直接接触式冷却降温；得到的高温保护气，通过风机进入换热器二与常温燃气进行换热，冷却效率低时，补充水冷装置对高温保护气进行冷却，得到的冷却保护气送入冷却炉形成循环回路；保护气压力不足时，冷却尾气进入冷却炉补充保护气；保护气储气罐内压力不足时，部分保护气注入保护气储气罐，作为开舱门时的保护气。

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