CN205528590U - 热解反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热解反应器。该热解反应器包括：进料口、油气出口、半焦出口，以及蓄热式辐射管、催化剂输送组件和搅拌组件。该热解反应器能够同时实现将原料快速热解和催化剂均匀喷入热解反应器中。

Description

热解反应器

技术领域

本实用新型涉及热解反应器。

背景技术

热解反应器是化工领域常用的反应器。目前常用的热解反应器主要包括我国的三江方炉、大工大连理工的固体热载体干馏工艺炉和多段回转炉热解工艺装置，例如，国外的伍德炉、鲁奇三段炉、考伯斯炉以及LFC干馏技术炉等。一些干馏炉型对原料的粒径要求高，只能热解块状煤，造成小颗粒物料无法充分利用，资源利用率不高并且大量堆积污染环境的问题；一些炉型的油收率较低，而且以气体为加热载体，造成冷凝回收系统庞大，热解干馏气被冲稀，气体热值低，难以进一步综合利用等问题；一些采用固体热载体的热解炉型，则存在原料与热载体混合，以及热载体再加热返混等工序，工艺较为复杂、设备较多,制造成本和运行费用高昂。此外，现有的工业热解工艺中均以制取大量焦油为目的，热解气产量较少，或者热解气被后续循环工艺所燃烧利用，更有甚者对煤的热解制气和制油程度都不够。由此，热解反应器有待进一步改进。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种能够同时实现将原料快速热解和催化剂均匀喷入热解炉中的热解反应器，该热解反应器利用催化剂输送组件向热解反应器内部输送催化剂，并利用搅拌组件将催化剂和原料在热解反应器内搅拌均匀，进而，该热解反应器将快速热解与催化热解技术相融合，能够实现小颗粒物料的热解制油和气，显著提高热解气的收率并得到一定量的热解油。此外，该热解反应器采用了蓄热式辐射管加热技术，无需气、固热载体加热，提高了反应器的热效率的同时简化了反应设备。

因而，根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供了一种热解反应器。根据本实用新型的实施例，该热解反应器包括：进料口、油气出口、半焦出口，其中，所述半焦出口位于反应器底部；

蓄热式辐射管，所述蓄热式辐射管在所述热解反应器内部沿所述热解反应器的高度方向多层布置，每层具有多根在水平方向上彼此平行的蓄热式辐射管；催化剂输送组件，所述催化剂输送组件包括：催化剂料斗；催化剂主管，所述催化剂主管竖直地设置在所述热解反应器外部；所述催化剂主管与所述催化剂料斗相连通；催化剂支管，所述催化剂支管穿过所述热解反应器的侧壁并延伸至所述热解反应器的内部，所述催化剂支管与所述催化剂主管相连通；一个或多个催化剂喷射件，所述催化剂喷射件设置在所述催化剂支管上，且位于所述热解反应器内部，载气递送件，所述载气递送件与所述催化剂主管相连通，所述载气递送件被设置成适于将催化剂吹入所述热解反应器的内部；搅拌组件，所述搅拌组件包括：可旋转的搅拌轴，所述搅拌轴由所述半焦出口伸入到所述热解反应器的内部；多个搅拌杆，所述搅拌杆沿所述搅拌轴的长度分别连接在所述搅拌轴上，所述搅拌杆位于所述蓄热式辐射管的层间。

本发明人针对现有的热解反应器设计了一种能够同时实现将原料快速热解和催化剂均匀喷入热解炉中的热解反应器，该热解反应器利用催化剂输送组件向热解反应器内部输送催化剂，并利用搅拌组件将催化剂和原料在热解反应器内搅拌均匀，有效地松动物料，使产生的油气尽快排出，减少二次裂解，提高油收率，加强催化剂和煤料的混合，进一步提高催化效率。由此，该热解反应器将快速热解与催化热解技术相融合，能够实现小颗粒物料的热解制油和气，显著提高热解气的收率并得到一定量的热解油。此外，该热解反应器采用了蓄热式辐射管加热技术，无需气、固热载体加热，提高了反应器的热效率的同时简化了反应设备，具有重要的社会效益、经济效益和环境效益。

其中，需要说明的是，在本实用新型中，“热解反应器”和“蓄热式下行床反应器”可以互换使用。

任选地，所述热解反应器具体反应器本体，所述反应本体具有进料口和出料口，所述反应器本体内限定出反应空间。

任选地，催化剂主管设置在所述反应器本体的外部。

任选地，所述多个催化剂支经所述反应器本体的侧壁进入所述反应空间内。

任选地，所述搅拌组件设置在所述反应空间中。

任选地，所述热解反应器包括进料口，燃气入口、空气入口和热解油气出口、烟气出口、半焦出口，催化剂喷射件入口和催化剂喷射件出口。在一个实施方案中，进料口设置在热解反应器的上部。

任选地，所述搅拌轴是利用电动机驱动的。

任选地，所述催化剂支管为多个，并且沿所述催化剂主管的长度方向彼此平行布置。

任选地，所述催化剂支管垂直于所述催化剂主管。

任选地，所述催化剂支管延伸至所述蓄热式辐射管层的整个层宽度。

任选地，所述催化剂支管设置在所述蓄热式辐射管的层间。优选地，所述催化剂支管与每层所述蓄热式辐射管平行。

任选地，所述催化剂喷射件布置在所述蓄热式辐射管的层间。

任选地，所述催化剂喷射件包括催化剂喷管和设置在所述催化剂喷管上的喷嘴，所述喷嘴上设置有调节阀。

任选地，所述催化剂喷管是U型、S型或W型喷管。

任选地，所述催化剂喷射件包括催化剂喷管，所述催化剂喷管的管壁上设置有通孔。

任选地，所述催化剂支管设置在所述蓄热式辐射管的层间，且所述催化剂喷射件布置在所述蓄热式辐射管的层间。

任选地，所述载气递送件连接至所述催化剂主管的末端，优选地，所述载气递送件可拆卸地连接或焊接至所述催化剂主管。

任选地，所述催化剂支管的层数为10-25层，每层所述催化剂支管上具有4-15个催化剂喷射件。

任选地，任意水平相邻的所述蓄热式辐射管之间均设置有所述催化剂喷射件。

任选地，所述搅拌杆垂直于所述搅拌轴，并且沿所述搅拌轴的长度间隔分布。

任选地，所述搅拌杆在所述搅拌轴的同一横截面上的投影呈一定角度。在本实用新型的一个优选地实施方案中，所述角度为0-90度。在本实用新型的一个更优选地实施方案中，所述角度为30～90度。

任选地，多个所述搅拌杆在所述搅拌轴的长度上间隔开分布。

任选地，所述蓄热式辐射管为直径为200-300毫米的圆形管。

任选地，任意相邻的所述蓄热式辐射管之间的水平间距为200-500mm，垂直间距为200-700mm。

任选地，所述多层蓄热式辐射管的层数为10-25层。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1显示了根据本实用新型一个实施例的热解反应器的结构示意图；

图2显示了根据本实用新型一个实施例的热解反应器的结构示意图；

图3显示了根据本实用新型一个实施例的热解反应器中的催化剂喷射件的结构示意图；

图4显示了根据本实用新型一个实施例的热解反应器中的搅拌组件的俯视图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。进一步地，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供了一种热解反应器。

本发明人惊奇地发现，本实用新型的实施例中的热解反应器能够同时实现将原料快速热解和催化剂均匀喷入热解炉中，利用催化剂输送组件向热解反应器内部输送催化剂，并利用搅拌组件将催化剂和原料在热解反应器内搅拌均匀，有效地松动物料，使产生的油气尽快排出，减少二次裂解，提高油收率，加强催化剂和煤料的混合，进一步提高催化效率。由此，该热解反应器将快速热解与催化热解技术相融合，能够实现小颗粒物料的热解制油和气，显著提高热解气的收率并得到一定量的热解油。

此外，该热解反应器还具有其它优点。例如，该热解反应器采用了蓄热式辐射管加热技术，无需气、固热载体加热，提高了反应器的热效率的同时简化了反应设备，具有重要的社会效益、经济效益和环境效益。

此外，本实用新型实施例的热解反应器采取蓄热式辐射管下行床工艺，反应系统结构简单，操作方便，温度分布均匀，加热效果好。

此外，本实用新型实施例的热解反应器可以处理2mm以下的粉煤，原料利用率高，适于推广。

此外，与传统的铝甑法干馏气产率相比，本实用新型实施例的热解反应器采用催化剂对煤进行催化快速热解，最高干馏气的产气量的提高了50％。

此外，本实用新型实施例的热解反应器采用蓄热式辐射管进行热解，不仅能提高系统的热效率，而且能够保证温度场的均匀性。蓄热式辐射管定期换向的燃烧方式，使得单根蓄热式辐射管的表面温差只有30℃左右，没有局部高温区。

此外，本实用新型实施例的热解反应器采用蓄热式辐射管燃烧供热技术，表面温差小，排烟温度低，热效率高。

图1示出了本实用新型另一个实施例的热解反应器。如图1所示，热解反应器包括：反应器本体100、多层蓄热式辐射管200、催化剂输送组件300和搅拌组件400。

其中，反应本体100具有进料口和出料口，该反应器本体内限定出反应空间110。

多层蓄热式辐射管200在所述反应空间中沿反应器本体100高度方向间隔分布，并且每层蓄热式辐射管包括多个沿水平方向间隔分布的蓄热式辐射管，蓄热式辐射管具有热解油气出口，多层蓄热式辐射管200用于对反应原料进行热解。

催化剂输送组件300包括：催化剂料斗340、催化剂主管310、多个催化剂支管320、多根催化剂喷射件330和载气递送件(图中未示出)，其中，催化剂料斗340用于存放催化剂，催化剂主管310具有催化剂进料口和多个第一催化剂出口，催化剂主管设置在所述反应器本体的外部，催化剂主管310与催化剂料斗340相连通；多个催化剂支管320与多个第一催化剂出口一一对应并连通，且经所述反应器本体的侧壁进入所述反应空间内，每个催化剂支管320均平行设置在所述多层蓄热式辐射管200中水平方向上相邻的两层蓄热式辐射管之间的空隙中；多根催化剂喷射件，所述多根催化剂喷射件设置在所述多个催化剂支管上，且位于反应空间内，每个催化剂喷射件均具有喷嘴；载气递送件，所述载气递送件与所述催化剂主管相连通，所述载气递送件被设置成适于将催化剂吹入所述热解反应器的内部。利用催化剂输送组件将催化剂输送至反应空间，在催化剂支管设置多根催化剂喷射件，使每根蓄热式辐射管周围配有催化剂喷射件，催化剂通过催化剂喷射件均匀地喷洒于煤料层中。

搅拌组件400设置在反应空间中，该搅拌组件400包括：可旋转的搅拌轴410和多个搅拌杆420，其中，所述搅拌轴由所述半焦出口伸入到所述热解反应器的内部，多个搅拌杆420交错分布在所述搅拌轴上，且每个搅拌杆均设置在所述多层蓄热式辐射管中水平方向上相邻的两层蓄热式辐射管之间的空隙中。利用搅拌装置有效的松动物料，使催化剂和煤料更为均匀的混合，提高催化效率，同时能够使产生的油气尽快排出，减少二次裂解，提高油收率。

在本实用新型的一个实施方案中，利用电动机驱动搅拌轴410旋转。

在本实用新型的一个实施方案中，所述催化剂支管320为多个，并且沿所述催化剂主管的长度方向彼此平行布置。由此，向反应空间中不同位置的物料喷洒催化剂。

在本实用新型的一个实施方案中，所述催化剂支管320垂直于所述催化剂主管310。

在本实用新型的一个实施方案中，所述催化剂支管320延伸至所述蓄热式辐射管层的整个层宽度。即催化剂支管320穿过蓄热式辐射管层到达蓄热式辐射管层的尾端。由此，使催化剂喷入反应空间各处的物料中，保证催化剂和物料充分均匀混合。

在本实用新型的一个实施方案中，所述催化剂支管的层数为10-25层，每层所述催化剂支管上具有4-15个催化剂喷射件。该种结构布置可以使得热解反应区中温度场分布均匀，从而可以显著提高物料的热解效率，进而提高热解油的收率。

在本实用新型的一个实施方案中，任意水平相邻的所述蓄热式辐射管之间均设置有所述催化剂喷射件。由此，保证催化剂均匀地喷射到物料中。

在本实用新型的一个实施方案中，所述催化剂喷射件330包括催化剂喷管331和设置在所述催化剂喷管上的喷嘴332，所述喷嘴上设置有调节阀。由此，利用调节阀调节催化剂的喷入量，保证催化反应高效第进行。

在本实用新型的一个实施方案中，所述催化剂喷射件330是U型、S型或W型喷管。

参考图3，在本实用新型的一个实施方案中，催化剂喷射管330可以由多个沿水平方向间隔分布且首尾依次相连的多个子催化剂喷管333组成，每个子催化剂喷管的管壁上具有多个催化剂喷孔332。由此，采用特殊形式的催化剂盘管，由催化剂支管来的催化剂在催化剂喷管中由惰性气体携带并喷入热解反应器内。可将催化剂均匀地分布在热解反应器内，与原料均匀混合，进而催化热解反应，提高热解效率。

在本实用新型的一个实施方案中，所述催化剂喷射件包括催化剂喷管，所述催化剂喷管的管壁上设置有通孔。

在本实用新型的一个实施方案中，催化剂支管的一端可拆卸地连接在催化剂主管上并与之连通，催化剂喷管的一端与催化剂支管的另一端连通，催化剂喷管的另一端固定在炉壁上，由此，催化剂喷管在反应器的宽度方向上横跨于热解反应器内部。催化剂主管的底部与气体储罐连通。气体储罐将惰性气体吹入催化剂主管，从而将催化剂吹入催化剂喷管。惰性气体可以是氮气等。催化剂喷管可以是U型、S型或W型，需要解释，当子催化剂喷管个数为2个时为U型，当子催化剂喷管个数为3个时为S型。

在本实用新型的一个实施方案中，所述催化剂支管320设置在所述蓄热式辐射管200的层间，且所述催化剂喷射件330布置在所述蓄热式辐射管200的层间。

催化剂支管设置于辐射管层间可有效防止粉状料堵塞催化剂喷管，同时可保证物料经辐射管均布后可与催化剂均匀接触混合，保证良好的反应效果，同时可防止催化剂支管磨损，延长其使用寿命，减少更换次数。根据本实用新型的具体示例，子催化剂喷管的个数可以根据每层蓄热式辐射管中的辐射管个数而定，进而可以使得在每根蓄热式辐射管周围配有催化剂喷管，进而提高催化剂加入均匀度，以及反应受热均匀度。粒径≤0.5mm的催化剂通过催化剂喷管均匀地喷洒于煤料层中。催化剂喷管采用DN30-80的圆形管，催化剂通过催化剂主管经催化剂支管被吹入每层的催化剂喷管中。

在本实用新型的一个实施方案中，所述搅拌杆420位于所述蓄热式辐射管层200与所述催化剂支管320之间。由此可以有效地松动反应器内部物料，从而进一步提高热解油气的导出率，同时避免在蓄热式辐射管上结焦，保证设备正常运行。

在本实用新型的一个实施方案中，所述搅拌杆420垂直于所述搅拌轴410，并且沿所述搅拌轴410的长度间隔分布。由此，可以使得搅拌杆有效地松动反应器内部物料，从而可以显著提高热解油气的导出率。

根据本实用新型的又一个具体实施例，如图4所示，在搅拌轴410的轴截面上，多个搅拌杆420的投影在搅拌轴410的周向上均匀地间隔开分布，根据本实用新型的具体示例，在搅拌轴410的轴截面上，多个搅拌杆420的投影中，相邻的两个搅拌杆420之间的夹角θ可以为0～90度，优选30～90度。由此，可以使得搅拌杆有效地松动反应器内部物料，从而进一步提高热解油气的导出率。根据本实用新型的具体示例，每层搅拌杆420之间的角度，可以是180度，也可呈0-90度之间分布。搅拌轴410的长度可为1-18m，可拆卸搅拌杆垂直间距可以为0.4-1m，层数可以为11-26层。

根据本实用新型的实施例，蓄热式辐射管可以为单向蓄热式燃气辐射管，即通过辐射管管体将燃烧燃气产生的热量以辐射的方式进行供热。根据本实用新型的具体实施例，蓄热式辐射管上可以设置有燃气调节阀(未示出)。由此，可以通过调整燃气调节阀调节通入蓄热式辐射管的燃气的流量来等实现对热解过程的精确控温，从而可以显著提高物料的热解效率，进而提高热解油的收率。

具体的，可以通过调整通入蓄热式辐射管的燃气的流量等实现对热解过程的精确控温，并且蓄热式辐射管采用定期换向的燃烧方式，使得单个辐射管的温度场相差不大于30℃，而没有局部保温区，从而保证反应器本体中温度场的均匀性，使反应空间内的温度控制在450-750摄氏度的范围内。

其中，辐射管的型号和相邻可以根据反应空间的体积，反应物料的种类等进行调整。在本实用新型的具体实施方案中，蓄热式辐射管为直径为200-300毫米的圆形管。在本实用新型的具体实施方案中，任意相邻的蓄热式辐射管之间的水平间距为200-500mm，垂直间距为200-700mm。由此，热解效果好。

多层蓄热式辐射管的层数也可以根据反应空间的体积，反应物料的种类等进行调整。根据本实用新型的一些实施例，多层蓄热式辐射管的层数为10-25层，保证反应空间中蓄热式辐射管的分布密度适当，充分满足热解反应的需要。

反应器本体的体积可以根据热解反应器的处理量进行调整。根据本实用新型的一些实施例，反应器本体的宽度为2-6m，高度为3-20m。

图2示出了本实用新型的实施例的热解反应器。如图2所示，该热解反应器进一步包括：螺旋出料器700，所述螺旋出料器700与所述出料口相连。

如图2所示，该热解反应器进一步包括：进料斗500和螺旋进料器600，所述螺旋进料器600与所述进料斗500和所述进料口相连，将进料斗中的待反应物经螺旋进料器破碎加工后进料口供给至反应器本体内。

下面参考具体实施例，对本实用新型进行说明，需要说明的是，这些实施例仅仅是说明性的，而不能理解为对本实用新型的限制。

实施例1

表1示出了原料神木煤的基础数据。表2示出了利用图2所示的热解反应器对神木煤进行处理时的工艺操作参数。

表1：神木煤基础数据

表2：工艺操作参数

神木煤(3吨/小时)破碎至粒度≤2mm的颗粒物料，在料斗中经螺旋进料器进入蓄热式下行床反应器中。在蓄热式下行床反应器中均匀布置了单向蓄热式辐射管，管壁温度利用燃气调节阀控制在450～750℃范围，具体工艺参数见表2。

在每根辐射管周围配有催化剂支管，粒径≤0.5mm的催化剂通过催化剂喷射件进入并由催化剂支管均匀地喷洒于煤料层中。热解反应器中设有搅拌装置，可有效的松动物料，使产生的油气尽快排出，减少二次裂解，提高油收率，且能使催化剂和煤料更为均匀的混合，进一步提高催化效率。均匀混合了催化剂的煤料在蓄热式下行床反应器中自上而下停留10分钟，被快速加热至500～600℃，完成干馏过程。

用该反应器对神木煤进行处理，产气率为13.15％，高达铝甑产气率的150％，热解气产量明显提高，且由于减少了焦油的二次裂解，产油率达到10.18％，高达铝甑产油率的115％，油气产率明显提高，经济效益好。

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实用新型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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种热解反应器，其特征在于，包括：

进料口、油气出口、半焦出口，其中，所述半焦出口位于反应器底部；

蓄热式辐射管，所述蓄热式辐射管在所述热解反应器内部沿所述热解反应器的高度方向多层布置，每层具有多根在水平方向上彼此平行的蓄热式辐射管；

催化剂输送组件，所述催化剂输送组件包括：

催化剂料斗；

催化剂主管，所述催化剂主管竖直地设置在所述热解反应器外部，所述催化剂主管与所述催化剂料斗相连通；

催化剂支管，所述催化剂支管穿过所述热解反应器的侧壁并延伸至所述热解反应器的内部，所述催化剂支管与所述催化剂主管相连通；

一个或多个催化剂喷射件，所述催化剂喷射件设置在所述催化剂支管上，且位于所述热解反应器内部；

载气递送件，所述载气递送件与所述催化剂主管相连通，所述载气递送件被设置成适于将催化剂吹入所述热解反应器的内部；

搅拌组件，所述搅拌组件包括：

可旋转的搅拌轴，所述搅拌轴由所述半焦出口伸入到所述热解反应器的内部；

多个搅拌杆，所述搅拌杆沿所述搅拌轴的长度分别连接在所述搅拌轴上，所述搅拌杆位于所述蓄热式辐射管的层间。

2.根据权利要求1所述的热解反应器，其特征在于，所述催化剂支管为多个，并且沿所述催化剂主管的长度方向彼此平行布置，

任选地，所述催化剂支管垂直于所述催化剂主管，

任选地，所述催化剂支管延伸至所述蓄热式辐射管层的整个层宽度。

3.根据权利要求1或2所述的热解反应器，其特征在于，所述催化剂支管设置在所述蓄热式辐射管的层间，所述催化剂喷射件布置在所述蓄热式辐射管的层间。

4.根据权利要求1或2所述的热解反应器，其特征在于，所述催化剂喷射件包括催化剂喷管和设置在所述催化剂喷管上的喷嘴，所述喷嘴上设置有调节阀，任选地，所述催化剂喷管是U型、S型或W型喷管。

5.根据权利要求1或2所述的热解反应器，其特征在于，所述催化剂喷射件包括催化剂喷管，所述催化剂喷管的管壁上设置有通孔，任选地，所述催化剂喷管是U型、S型或W型喷管。

6.根据权利要求1所述的热解反应器，其特征在于，所述载气递送件连接至所述催化剂主管的末端。

7.根据权利要求1所述的热解反应器，其特征在于，所述搅拌杆垂直于所述搅拌轴，并且沿所述搅拌轴的长度间隔分布。

8.根据权利要求7所述的热解反应器，其特征在于，所述搅拌杆在所述搅拌轴的同一横截面上的投影呈一定角度。

9.根据权利要求8所述的热解反应器，其特征在于，所述角度为0-90度。

10.根据权利要求7-9任一项所述的热解反应器，其特征在于，所述搅拌杆位于所述蓄热式辐射管层与所述催化剂支管之间。