CN205164680U - 一种用于热解炉外针对高温热解蒸汽催化调质的反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及化工设备技术领域，提供了一种采用外加热的气-固反应装置，运用于对高温热解蒸汽的催化。所述装置主要由颗粒床反应器1和外加热炉2构成。反应器内有气流分布板3，呈正置的帽状结构。固体催化剂颗粒由催化反应器进料管口加入，使用后从卸料口5卸料，卸料口位于气流分布板的下端。气流分布板与催化器侧面的高温热解蒸汽进气管7相连接，高温热解蒸汽经进气口进入催化器后，经气流分布板后改变气流方向，进入颗粒催化层，经催化调质后，从顶部的出气管8排出。为便于操作，催化反应器可外接气体预热器，优选的接口位置在进气口管道上，利用三通阀相连接。

Description

一种用于热解炉外针对高温热解蒸汽催化调质的反应装置

技术领域

本实用新型属于煤、油页岩及生物质等能源燃料的热解和高附加值深加工利用的化工领域，具体涉及用于热解炉外针对高温热解蒸汽的同步催化调质。

背景技术

我国低阶煤资源储量丰富，低阶煤具有挥发分组分高和氢碳比高等特点，利用煤热解技术可将低阶煤中富氢组分以液体和气体的形式在相对温和的条件下提取出来。同时，煤热解技术与传统的直接液化、气化技术相比，具有工艺简单、条件温和、投资少、成本低等特点。但是，当前的煤热解工艺中，存在焦油中重质组分含量高的问题，需要进一步进行焦油加氢轻质化处理过程才能实现高值利用。

通过对热解产生的高温热解蒸汽进行同步催化，有望实现对热解油气产品的调质。即在无外加氢源的条件下，充分利用高温热解蒸汽中的氢自由基，在自由基尚未稳定时，通过催化剂的重整，进一步促进大分子片段分解并抑制小分子片段聚合，实现轻质焦油的高收率。专利技术CN104629775A和CN104212469A公布的热解装置，均为热解、催化的一体化装置，催化反应器置于热解炉内，与当前普遍开展的热解技术匹配较难。本实用新型提供了一种采用外加热的颗粒床气-固反应装置，运用于热解炉外，以固体颗粒催化剂为调质介质可实现对高温热解蒸汽的同步催化调质处理。特别是目前开发的焦油调质催化剂均为多相反应使用的颗粒催化剂，为热解炉外用的颗粒床的应用提供了基础。另外，在当前的煤热解技术中，普遍存在高温热解蒸汽灰尘夹带的问题，夹带的灰尘在高温蒸汽管道中因温降会随着焦油的析出而凝聚在管道和设备的内壁，导致管道和设备堵塞。同时夹带的颗粒灰尘对后续焦油的品质会造成影响，增加后期深加工难度。目前采用的有高温电除尘和高温多级旋风除尘技术。专利技术CN104001622A公布的一种高温静电除尘系统，该系统主要包括除尘器壳体，除尘器壳体内由阳极板、阴极杆和高铝陶瓷等组成，利用静电吸引微细尘粒使气体净化达到除尘目的，高温静电除尘系统在600℃时可达到97％的除尘效率。专利技术CN101259453A公布的一种高温旋风除尘器，该除尘器的主体设置旋流室内附带水冷系统可对1000℃的含尘煤气进行处理，并达到90％的除尘效率。但是，高温电除尘设备复杂，且占地面积较大，同时高温旋风除尘的除尘温度波动大，气速不稳定，导致焦油的内部析出等问题。本实用新型提供的颗粒床反应器通过与滤料的混合使用，可在催化调质的同时，对高温热解蒸汽进行过滤实现除尘目的。

总之，本实用新型提供了一种适用于热解炉外针对高温热解蒸汽的同步催化调质的反应装置，可以完成高温热解蒸汽夹带灰尘脱除，同时进行催化调质，得到高附加值的油品。本实用新型可运用于煤、油页岩、生物质热解蒸汽的同步催化调质与除尘。

实用新型内容

为实现热解蒸汽中的焦油重质组分向轻质组分高效转化，提高焦油品质的目的，本实用新型提出一种用于热解炉外针对高温热解蒸汽的催化调质的反应装置，该套装置有效地解决了热解蒸汽中重质焦油组分过高，颗粒粉尘含量较高等问题。

本实用新型技术方案包括：

一种用于热解炉外针对高温热解蒸汽的催化调质的反应装置，该装置包括颗粒床催化反应器1，外加热炉2。所述催化反应器在炉内的管路设计有气流分布板3，气流分布板上端接进料口4，下端接有卸料口5和料斗6。

上述颗粒床反应器1中，进料口4在气流分布板3的上方，卸料口5在气流分布板的下方。

上述颗粒床反应器1中，高温热解蒸汽进气管7与催化调质后热解蒸汽出气管8分别位于气流分布板3的上、下两侧，即当高温热解蒸汽从分布板的下部导入时，调质后的高温热解蒸汽则从分布板的上部排出。反之亦可。

上述颗粒床反应器1内气路中，气流分布板3呈正置的帽状结构，气流分布板3由一个或若干个呈正置结构的帽型结构构成，气路也可同时装有若干个平行的气流分布板。

上述催化反应器气路中装有压力传感器9，可对反应器内压力进行实时监控。

上述高温热解蒸汽的催化调质反应装置中所有的管线外均有加热带和外保温层包裹，防止热解蒸汽中的焦油组分由于温度降低冷凝堵塞管路。

作为本实用新型的一个优选方案，上述颗粒床反应器1外可接预热炉11，预热炉产生的热气体，在升温过程中提供热气流协助其升温，缩短其升温过程。

作为本实用新型的一个优选方案，上述进料口4与催化剂料仓相连，通过控制进料口向催化反应器进行催化剂填料的添加。催化反应器下接卸料口5和料斗6，可快速进行失活催化剂的卸料操作，方便更换催化剂，使催化裂解反应连续进行。

本实用新型装置通过颗粒床反应器1内装填的焦油催化裂解催化剂对热解蒸汽中的重质焦油组分进行催化裂解反应，热解蒸汽进入催化反应器后通过催化剂颗粒床层进行催化裂解反应，催化反应器内管路中气流分布板3的设计会增加热解蒸汽中重质焦油组分与催化剂的接触时间，使其充分发生催化裂解反应，实现热解蒸汽中的重质焦油组分轻质化的目的，同时热解蒸汽中的颗粒粉尘通过催化反应器内的催化剂颗粒床床层或混合的滤料时，可以过滤热解蒸汽中的颗粒粉尘，降低焦油中的灰含量。

本实用新型装置也可运用于其他气-固反应体系和催化体系。

附图说明

图1为一种用于热解炉外针对高温热解蒸汽的催化调质的反应装置结构示意图：

图中，1、颗粒床反应器，2、外加热炉，3、气流分布板，4、进料口，5、卸料口，6、料斗，7、进气管，8、出气管，9、压力传感器，10、高温热解气进气管(与热解炉的煤气管道相连接)，11、预热炉，12、预热炉进气管。

具体实施方式

本实用新型提出了一种用于热解炉外针对高温热解蒸汽的催化调质的反应装置，为了使本实用新型的优点、技术方案更加清楚明确，下面结合具体实施例对本实用新型做进一步清楚、完整的说明。

如图1所示，本实用新型为用于热解炉外针对高温热解蒸汽的催化调质的反应装置，催化调质过程主要由颗粒床反应器实现，催化剂的填料置于颗粒床反应器1当中，借助反应器外包裹的加热炉2对颗粒床催化反应器进行加热。富含焦油的热解蒸汽进入颗粒床反应器1，热解气经过颗粒床反应器内的催化剂颗粒床层除灰可将热解气中的灰分含量降低至0.1％以下。在颗粒床反应器内热解气由气流分布板3改变热解气走向，增加热解气与催化剂填料的接触时间，使热解气充分与催化剂发生催化裂解反应，使焦油中的重质组分催化裂解为小分子组分，达到热解蒸汽调质的目的。反应装置管路外装有加热带，防止热解气中部分焦油冷凝堵塞装置管路，催化反应器管路上安装有压力传感器9，实时监测管路压力变化。

下面通过实施例对本实用新型做进一步说明。下述仅是示例性的不限定本实用新型的保护范围。

实施例1

一种10t/天移动床低阶煤热解炉，采用鄂尔多斯褐煤作为热解煤样，产生富含焦油的热解蒸汽，热解蒸汽进入催化调质的催化反应装置。催化反应器1内填装发明人已公布的发明专利(CN103877980A)中所述Al-Mg-Ni-O催化剂，催化剂经外加热炉2加热，预热炉11辅助加热，预热炉产生的热气体，在升温过程中提供热气流协助其升温，缩短其升温过程。迅速升温至400-500℃的催化反应温度。热解蒸汽中混有大量热解固体产物颗粒粉尘，热解蒸汽经由进气管7进入颗粒床催化器1中，经气流分布板3改变气体流向，热解蒸汽经分布板的重新分布后，与催化剂颗粒相接触，实现催化调质。增加热解气与催化剂填料的接触时间，使热解气充分与催化剂发生催化裂解反应；同时热解气经过催化反应器中的颗粒床床层，进行除尘操作，可使热解气中的灰含量达到0.1％以下，经过颗粒床反应器1催化裂解后的焦油随热解气进入催化后的出气管8，在出气管8可接三通管进行气液相样品采集。反应过程中，若催化剂失活，关闭反应器进气阀门，打开卸料阀门，从卸料口5将失活的催化剂调料卸入料斗6中，打开进料阀门，将新鲜催化剂从进料口4填装入反应器1后，打开进气管阀门，继续进行实验；压力传感器9实时监测颗粒床反应器内压力变化。

催化反应过程中，经过颗粒床催化器1除尘操作，热解蒸汽中的颗粒粉尘的含量低于0.1％，将催化前后的热解气中的燃气成分进行分析对比，燃气的热值有所提升；催化前后的热解蒸汽中的焦油组分进行油品分析，催化反应前的焦油主要以沥青和重油为主(＞50％)，经过催化裂解反应后，焦油主要以轻油组分为主可达到90％。说明经过催化调质的反应装置进行催化裂解反应后，热解蒸汽达到了调质的目的。

实施例2

桦甸油页岩在经过一种油页岩干馏炉热解工艺后，得到富含页岩油的热解页岩油气，页岩油气中混有大量页岩油干馏工艺中产生的页岩灰，同时页岩油中重油组分比例较高，页岩油气进入热解蒸汽调质反应装置，通过催化反应器的进气管7经气流分布板3改变热解蒸汽的气流方向，增加页岩油气与催化剂填料的接触时间，使页岩油气充分与催化剂发生催化裂解反应，同时热解气经过催化反应器中的颗粒床床层，进行了除页岩灰的操作，可使热解气中的灰含量达到0.1％以下；反应过程中，若催化剂失活，关闭反应器进气阀门，打开卸料阀门，将失活的催化剂调料卸入料斗6中，打开进料阀门，将新鲜催化剂从进料口4填装入反应器1后，打开进气管阀门，继续进行实验；压力传感器9实时监测反应器内压力变化。页岩油组分经过催化裂解，其重质组分裂解转化为轻质组分，转化率达到90％以上，说明经过催化调质的反应装置进行催化裂解反应后，热解蒸汽达到了调质的目的。

实施例3

105℃烘干的玉米芯、木屑等生物质碎末经一种生物质热解炉热解，得到高温热解蒸汽，热解气中混有大量生物质颗粒粉尘，同时生物质焦油中重油组分比例较高，将热解气引入焦油轻质化的气固催化反应装置，生物质热解气通过催化反应器进气管7经气流分布板3改变气流方向，增加生物质热解蒸汽与催化剂填料的接触时间，使生物质热解蒸汽充分与催化剂发生催化裂解反应，同时热解蒸汽经过催化反应器中的颗粒床床层，进行了除灰操作，可使热解气中的灰含量达到0.1％以下；反应过程中，若催化剂失活，关闭反应器进气阀门，打开卸料阀门，将失活的催化剂调料卸入料斗6中，打开进料阀门，将新鲜催化剂填装入反应器1后，打开进气管阀门，继续进行实验；压力传感器9实时监测反应器内压力变化。生物质热解蒸汽中的焦油组分经过催化裂解，其重质组分裂解转化为轻质组分，转化率达到90％以上，说明经过催化调质的反应装置进行催化裂解反应后，热解蒸汽达到了调质的目的。

实施例4

105℃烘干的玉米芯、木屑等生物质碎末经一种生物质热解炉热解，产生出500℃的富含焦油的高温热解蒸汽，同时伴随大量的生物质半焦颗粒，粉半焦的存在会堵塞设备管路，降低油品质量，如图1所示，高温热解蒸汽进入催化调质的反应装置，颗粒床反应器内添加不同粒径的石英沙、陶粒等滤料，滤料上层为直径较大颗粒，滤料下层为直径较小颗粒，热解蒸汽进入出气管8，以上进下出的方式经过颗粒床滤料层，再经过反应器内的气流分布板后从进气管7排出，进入下一道工序，在除尘操作过程中，压力传感器9实时监测反应器内压力变化，若滤料层被粉半焦堵塞，将滤料卸入料斗中，重新装填滤料。经颗粒床反应器过滤的热解蒸汽中的含灰量明显降低，具体的除灰率与滤料颗粒直径相关。

实施例5

神木低阶褐煤煤样经固定床热解炉进行热解，产生富含焦油并伴有大量粉半焦的热解蒸汽，如图1所示，热解蒸汽进入催化调质反应装置，颗粒床填料为石英砂滤料和颗粒催化剂，炉内上段为石英砂填料，下段为颗粒催化剂填料，热解蒸汽进入出气管8，以上进下出的方式经过颗粒床滤料层，经上段石英砂填料进行除尘脱灰处理，再通过下段催化剂颗粒床层进行焦油调质反应，经过反应器内的气流分布板后从进气管7排除，通过催化调质反应装置的热解煤气中的含灰量明显降低，同时经过催化剂催化裂解反应的焦油重质组分转为轻质组分，高温热解蒸汽达到了除灰和轻质化的同步处理。

实施例6

该催化调质反应装置可运用对气化气的同步调质，以促进气化气中焦油的完全裂解，提高燃气收率。裂解催化剂以Na、K、Ca、Mg的一种元素或两种以上元素的组成的化合物/混合物为主，其中上述元素的氧化物或碳酸盐为优选催化剂。以白云石(CaMg(CO3)2)催化剂为例，对一种碎煤加压气化炉产生的气化气利用所述装置进行催化调质，气化气进入热解蒸汽调质反应装置，通过催化反应器的进气管7经气流分布板3改变气化气流向，增加气化气与催化剂填料的接触时间，使气化气充分与催化剂发生催化裂解反应，同时气化气经过催化反应器中的催化剂颗粒床床层，进行了除灰的操作，可使气化气中的灰含量达到0.1％以下；若压力传感器9监测到压力迅速变化，说明管路可能堵塞，需及时进行疏通。气化气中焦油组分含量为3％，气化气经过催化裂解焦油组分降至0.1％，焦油组分催化裂解转化为燃气组分提高燃气收率约3％。

Claims (6)

1.一种用于热解炉外针对高温热解蒸汽催化调质的反应装置，其特征在于，包括颗粒床反应器(1)，外加热炉(2)；反应器内气路具有呈正置的帽状结构的气流分布板(3)，颗粒床反应器具有催化剂进料口(4)，反应床下连接卸料口(5)和料斗(6)，气流分布板下方为进气管(7)，上方为出气管(8)，反应床管路上安装有压力传感器(9)；颗粒床反应器(1)外连接预热炉(11)。

2.根据权利要求1所述用于热解炉外针对高温热解蒸汽催化调质的反应装置，其特征在于：催化剂进料口(4)在气流分布板(3)的上方，卸料口(5)在气流分布板的下方。

3.根据权利要求2所述用于热解炉外针对高温热解蒸汽催化调质的反应装置，其特征在于：所述气流分布板(3)呈正置的帽状结构。

4.根据权利要求3所述用于热解炉外针对高温热解蒸汽催化调质的反应装置，其特征在于：高温热解蒸汽的进气管(7)与催化调质后热解蒸汽出气管(8)分别位于气流分布板(3)的上、下两侧。

5.根据权利要求4所述用于热解炉外针对高温热解蒸汽催化调质的反应装置，其特征在于：颗粒床反应器(1)内部安装有压力传感器(9)。

6.根据权利要求5所述用于热解炉外针对高温热解蒸汽催化调质的反应装置，其特征在于：颗粒床反应器(1)配有预热炉(11)。