CN115558512A - 多级热解反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多级热解反应器，属于煤气及炼焦设备技术领域，包括上下相连的上热解反应器和下热解反应器，排料罐上下部分别与上热解反应器及下热解反应器连通；上热解反应器顶部设有气体出口Ⅰ、侧壁上设有固料入口Ⅰ、底部设有气体分布器；下热解反应器顶部设有固体分散器、底部设有排料口Ⅰ、侧壁上设有固料入口Ⅱ；排料罐顶部设有气体出口Ⅱ、底部设有排料口Ⅱ。本发明能够同时利用气体热载体和固体热载体，增加了处理量；经上热解反应器热解后的煤粉或生物质一部分落入下热解反应器内、另一部分进入排料罐内，利用排料罐可调节下热解反应器内部固体量，实现处理量精准调配。本发明结构简单紧凑，热量利用率高，反应效率高，能量损失小。

Description

多级热解反应器
技术领域
本发明属于煤气及炼焦设备技术领域，尤其涉及一种多级热解反应器。
背景技术
我国煤炭资源丰富，依然占据我国第一大能源位置；而目前我国石油需要大量进口，对外依存度偏高，清洁能源鉴于其不稳定性和储能有待发展，煤炭发展对国家能源安全和人民生活有着极其重要地位。另外，生物质资源作为可再生能源之一，在我国的储量也十分丰富。因此，充分利用煤、生物质等固体燃料，使其清洁化，对于弥补新能源配比不足具有重要的现实意义。结合煤、生物质等固体燃料的结构特点，中低温热解分解出固体燃料中富氢挥发分、焦油和热解煤气，剩下的固体成分为含有热量的半焦，若不充分利用将造成能耗浪费且增加大尺寸能耗回收装置。
目前，常规热解装置如中国专利CN102465043A公开了一种固体燃料的多段分级热解气化装置，其发明的三层流态化反应器是采用气体热载体实现热解与气化的耦合。现有热解系统运行过程中普遍存在热损失偏大、热载体单一的问题；同时固体热载体一般都是在滚筒式或者旋转式容器内完成热解，机械结构复杂，能耗高；气体热载体与固体热载体衔接脱钩，造成能耗偏高。
发明内容
本发明的目的是提供一种多级热解反应器，旨在解决现有技术中热解装置存在机械结构复杂、热损失偏大、热载体单一、气体热载体与固体热载体衔接脱钩、能耗高的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种多级热解反应器，包括上热解反应器、下热解反应器和排料罐，所述上热解反应器的底部与下热解反应器的顶部连通，所述上热解反应器的中下部与排料罐的中上部连通，所述排料罐的下部与下热解反应器连通；所述上热解反应器的顶部设有气体出口Ⅰ，所述上热解反应器的侧壁上设有固料入口Ⅰ、底部设有气体分布器；所述下热解反应器的顶部设有固体分散器、底部设有排料口Ⅰ，所述下热解反应器的侧壁上设有固料入口Ⅱ；所述排料罐的顶部设有气体出口Ⅱ、底部设有排料口Ⅱ。
优选的，所述气体分布器由一段圆锥面或由多段圆锥角不同的圆锥面组成，所述气体分布器的多段圆锥面圆锥角由下至上依次变大；所述气体分布器的侧壁上设有若干个进气口，所述气体分布器的底部与下热解反应器连通。
优选的，所述气体分布器的底部通过中心连接管与下热解反应器连通，所述中心连接管的中部设有气体入口。
优选的，所述上热解反应器的内腔上部设有气固分离器，所述固料入口Ⅰ设置于气固分离器的下方、气体分布器上方的上热解反应器侧壁上。
优选的，所述气固分离器为若干个并列设置的旋风分离器，所述旋风分离器的顶部设有隔板、底部设有支撑架，所述旋风分离器的顶部出气口延伸至隔板的上方。
优选的，所述固体分散器为锥尖向上的圆锥壳体，所述圆锥壳体的圆锥角大于60°；所述圆锥壳体的四周通过多个连接杆与下热解反应器的内壁相连。
优选的，所述固体分散器为离心叶片，所述离心叶片包括轮轴和叶片，所述轮轴通过连接件与下热解反应器的侧壁相连；所述叶片为多个，多个叶片径向且呈螺旋状设置于轮轴上。
优选的，所述固料入口Ⅱ为若干个，若干个固料入口Ⅱ均布在下热解反应器的侧壁上；所述固料入口Ⅱ水平或斜向上设置。
优选的，所述固料入口Ⅱ为2～10个。
优选的，所述上热解反应器的中下部通过下料管与排料罐的中上部相连，所述下料管的进口设置于气体分布器的上方；所述排料罐的下部通过连接管与下热解反应器的上部相连，所述连接管的出口设置于固料入口Ⅱ的上方；所述连接管上设有阀门。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：与现有技术相比，本发明采用上下相连的上热解反应器和下热解反应器同时利用气体热载体和固体热载体，增加了处理量，减小了能耗；利用气体分布器的气体搅动上热解反应器便于传热，经上热解反应器热解后的煤粉或生物质一部分落入下热解反应器内，并借助固体分散器打散后与其内部的煤粉或生物质混合，热量均匀分散；另一部分经上热解反应器热解后的煤粉或生物质进入排料罐内，可以调节下热解反应器内的固体量，以实现处理量精准调配。本发明结构简单紧凑，通过两级热解反应器实现固体热载体与气体热载体在一定程度上的衔接，增大处理量的同时，实现热解煤气、挥发分和焦油热量利用，反应效率高，能量损失小。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例提供的一种多级热解反应器的结构示意图；
图2是本发明实施例中圆锥壳体的结构示意图；
图3是本发明实施例中离心叶片的结构示意图；
图中：1-上热解反应器，2-气体分布器，3-固料入口Ⅰ，4-气固分离器，5-气体出口Ⅰ，6-中心连接管，7-气体入口，8-下热解反应器，9-固体分散器，91-圆锥壳体，92-离心叶片，921-轮轴，922-叶片；10-固料入口Ⅱ，11-连接管，12-排料口Ⅰ，13-排料罐，14-气体出口Ⅱ，15-排料口Ⅱ，16-下料管，17-阀门，18-隔板。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，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的一部分实施例，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。
参见图1，本发明提供的一种多级热解反应器包括上热解反应器1、下热解反应器8和排料罐13，所述上热解反应器1的底部与下热解反应器8的顶部连通，所述上热解反应器1的中下部与排料罐13的中上部连通，所述排料罐13的下部与下热解反应器8连通；所述上热解反应器1的顶部设有气体出口Ⅰ5，所述上热解反应器1的侧壁上设有固料入口Ⅰ3、底部设有气体分布器2；所述下热解反应器8的顶部设有固体分散器9、底部设有排料口Ⅰ12，所述下热解反应器8的侧壁上设有固料入口Ⅱ10；所述排料罐13的顶部设有气体出口Ⅱ14、底部设有排料口Ⅱ15。该方案中上下相连的上热解反应器和下热解反应器在利用气体热载体同时也使用了固体热载体，充分发挥了两种热载体，增加了处理量；上热解反应器内上部呈流化状态，热解后煤粉或者生物质一部分进入下热解反应器、另一部分热解后固体进入排料罐缓存，再从排料罐进入下热解反应器，可调节下热解反应器内的固体量以实现处理量的精准调配。
在本发明的一个具体实施例中，如图1所示，所述气体分布器2由一段圆锥面或由多段圆锥角不同的圆锥面组成，所述气体分布器2的多段圆锥面圆锥角由下至上依次变大；所述气体分布器2的侧壁上设有若干个进气口，所述气体分布器2的底部与下热解反应器8连通。具体制作时，在气体分布器2的外部设置用于容纳气体(氮气)的气体腔体，向气体腔体中不断通入气体，气体腔体的气体再进入分布器。同时，所述气体分布器2的底部通过中心连接管6与下热解反应器8连通，所述中心连接管6的中部设有气体入口7。利用锥形气体分布器和中间气体入口向上热解反应器内通入气体，通过中间气体搅动反应器，便于传热；同时，多段锥形分布的锥形气体分布器，便于调节内部流动状态，进一步使气体与上热解反应器内物料充分接触，确保热解反应充分。
作为一种优选方案，如图1所示，所述上热解反应器1的内腔上部设有气固分离器4，所述固料入口Ⅰ3设置于气固分离器4的下方、气体分布器2上方的上热解反应器1侧壁上。采用该方案能够减少固体物质从上热解反应器的顶部排出，避免造成后续工艺系统堵塞而影响长周期运行。
具体制作时，所述气固分离器4为若干个并列设置的旋风分离器，所述旋风分离器的顶部设有隔板18、底部设有支撑架19，所述旋风分离器的顶部出气口延伸至隔板18的上方。利用旋风分离器可将热解后的固体分离出来并落入反应器内，以便净化排出的气体。
在本发明的一个具体实施例中，如图1所示，所述上热解反应器1的中下部通过下料管16与排料罐13的中上部相连，所述下料管16的进口设置于气体分布器2的上方；所述排料罐13的下部通过连接管11与下热解反应器8的上部相连，所述连接管11的出口设置于固料入口Ⅱ10的上方；所述连接管11上设有阀门17。利用排料罐可将上热解反应器热解后的部分固体进行缓存，再通过连接管向下热解反应器内添加热解后的固体，利用阀门控制向下热解反应器内添加的固体量，来实现处理量的精准调配。采用排料罐及中心连接管能够实现上热解反应器与下热解反应器之间的热量交换
在本发明的一个具体实施例中，如图2所示，所述固体分散器9为锥尖向上的圆锥壳体91，所述圆锥壳体91的圆锥角大于60°；所述圆锥壳体91的四周通过多个连接杆(图中未画出)与下热解反应器8的内壁相连。图2中圆锥壳体的外角α为120°。从上热解反应器排出的固体经中心连接管进入下热解反应器，借助圆锥壳体可分散下落的固体。
在本发明的另一个具体实施例中，如图3所示，所述固体分散器9为离心叶片92，所述离心叶片92包括轮轴921和叶片922，所述轮轴921通过连接件(图中未画出)与下热解反应器/的侧壁相连；所述叶片922为多个，多个叶片922径向且呈螺旋状设置于轮轴921上。同理，采用该结构可将下落的固体分散开，下落的物料沿着多个叶片滑下呈分散状散开。
具体设计时，所述固料入口Ⅱ10为若干个，若干个固料入口Ⅱ10均布在下热解反应器8的侧壁上；所述固料入口Ⅱ10水平或斜向上设置。其中，所述固料入口Ⅱ10为2～10个、且固料入口Ⅱ与下热解反应器内壁呈一定切角；固料入口Ⅱ的具体数量可根据下热解反应器的实际尺寸设定。该结构中的固料入口Ⅱ与下热解反应器的内壁具有一定夹角，形成的切角可使添加的固体在气流作用下产生一定的离心力，在向中间流动过程中与分散的固体充分混合，使热量均匀分散。
本发明的具体应用过程如下：
固体颗粒从固料入口Ⅰ3进入上热解反应器内会形成一定堆积，从上热解反应器的锥形气体分布器2均匀进入高温气体和气体入口7进高温气体，保证上热解反应器1内形成流化状态，热解后的气体和部分热解后颗粒进入气固分离器4，气体从气体出口Ⅰ5排出，颗粒被分离下来留在上热解反应器内，同时热解后的部分颗粒由下料管16进入排料罐13和中心连接管6排出，中心连接管6排出的热解后颗粒经固体分散器9分散后形成的固体热载体与下面固体入口Ⅱ10进入的颗粒充分混合在下热解反应器8内进行反应，热解产生的气体向上经中心连接管6、固分离器4后由气体出口Ⅰ5排出，热解的后的颗粒由排料口Ⅰ12排出。其中，下热解反应器需要的部分热解后颗粒由通过排料罐13与下热解反应器8相连的连接管11的调节阀门17提供来调节固体热载体的量；排料罐13内的气体由气体出口Ⅱ14排出，排料罐13内的部分颗粒由排料口Ⅱ15排出。
综上所述，本发明具有结构简单紧凑、热解反应效率高的优点，具有以下具体效果：
1、上下相连的两个热解反应器能够同时利用气体热载体及固体热载体，充分发挥了两种热载体的作用，增加了处理量，减少了能耗。
2、上热解反应器底部的锥形气体分布器和中心连接管中间的气体入口，可向上热解反应器内充气来搅动上热解反应器，便于传热，呈多段锥形分布的气体分布器，便于调节上热解反应器内流动状态和气体量。
3、下热解反应器内的固体分散器可将下落的固体分散开，同时上热解反应器四周均布的固体入口Ⅱ与其内壁呈一定切角，添加的固体在离心力作用下，便于分散的固体向中间流动充分混合，热量均匀分散；排料罐中热解后固体通过连接管上阀门来调节下面热解反应器固体量，以实现处理量精准调配。
4、上热解反应器内的气固分离器能够减少固体物质从顶部排出，避免造成后续工艺系统堵塞而影响长周期运行。
5、本发明反应效率高，能量损失小，上下连通的两个热解反应器热量通过中间连接管和排料罐连接管实现交换。上下两个热解反应器和排料罐三者有机结合，充分利用三者连通关系来减少热量损失，提高处理量。
在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受上面公开的具体实施例的限制。

Claims (10)

1.一种多级热解反应器，其特征在于：包括上热解反应器、下热解反应器和排料罐，所述上热解反应器的底部与下热解反应器的顶部连通，所述上热解反应器的中下部与排料罐的中上部连通，所述排料罐的下部与下热解反应器连通；所述上热解反应器的顶部设有气体出口Ⅰ，所述上热解反应器的侧壁上设有固料入口Ⅰ、底部设有气体分布器；所述下热解反应器的顶部设有固体分散器、底部设有排料口Ⅰ，所述下热解反应器的侧壁上设有固料入口Ⅱ；所述排料罐的顶部设有气体出口Ⅱ、底部设有排料口Ⅱ。
2.根据权利要求1所述的多级热解反应器，其特征在于：所述气体分布器由一段圆锥面或由多段圆锥角不同的圆锥面组成，所述气体分布器的多段圆锥面圆锥角由下至上依次变大；所述气体分布器的侧壁上设有若干个进气口，所述气体分布器的底部与下热解反应器连通。
3.根据权利要求1所述的多级热解反应器，其特征在于：所述气体分布器的底部通过中心连接管与下热解反应器连通，所述中心连接管的中部设有气体入口。
4.根据权利要求1所述的多级热解反应器，其特征在于：所述上热解反应器的内腔上部设有气固分离器，所述固料入口Ⅰ设置于气固分离器下方、气体分布器上方的上热解反应器侧壁上。
5.根据权利要求4所述的多级热解反应器，其特征在于：所述气固分离器为若干个并列设置的旋风分离器，所述旋风分离器的顶部设有隔板、底部设有支撑架，所述旋风分离器的顶部出气口延伸至隔板的上方。
6.根据权利要求1所述的多级热解反应器，其特征在于：所述固体分散器为锥尖向上的圆锥壳体，所述圆锥壳体的圆锥角大于60°；所述圆锥壳体的四周通过多个连接杆与下热解反应器的内壁相连。
7.根据权利要求1所述的多级热解反应器，其特征在于：所述固体分散器为离心叶片，所述离心叶片包括轮轴和叶片，所述轮轴通过连接件与下热解反应器的侧壁相连；所述叶片为多个，多个叶片径向且呈螺旋状设置于轮轴上。
8.根据权利要求1-7任一项所述的多级热解反应器，其特征在于：所述固料入口Ⅱ为若干个，若干个固料入口Ⅱ均布在下热解反应器的侧壁上；所述固料入口Ⅱ水平或斜向上设置。
9.根据权利要求8所述的多级热解反应器，其特征在于：所述固料入口Ⅱ为2～10个。
10.根据权利要求8所述的多级热解反应器，其特征在于：所述上热解反应器的中下部通过下料管与排料罐的中上部相连，所述下料管的进口设置于气体分布器的上方；所述排料罐的下部通过连接管与下热解反应器的上部相连，所述连接管的出口设置于固料入口Ⅱ的上方；所述连接管上设有阀门。
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