CN208151279U - 热解炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型热解炉，包含热解室和燃烧室，所述热解室包含热解区和气体反应区，所述燃烧室前端设置有燃烧器，燃烧室后端连接至热烟气通道，所述热烟气通道为热解室的外壁提供热量，所述热烟气通道中横向设置有一层隔板或二层隔板，烟气于所述热烟气通道中自下至上逐层迂回输送至烟道出口端；本方案利用蓄热燃烧外热式加热，通过设置特殊结构的烟道气管道将反应器由下向上分成不同的区域，形成由下向上逐渐降温的温度梯度，降低挥发分的二次反应程度。本实用新型的优点在于利用外热式内旋移动床反应器可以制备高品质的油气产物，降低热解反应时间，提高了系统热效率。
Description
技术领域
本实用新型属于能源技术领域，提供一种在内旋移动床内煤热解过程中，提高热解油气产物品质的热解炉。
背景技术
低阶煤通过热解过程提取煤中天然赋存的油气资源，固体半焦作为清洁燃料或气化原料，是其综合高效利用最具潜力的发展方向。以煤热解为基础开发的分级转化联产技术主要有回转炉Toscoal技术、移动床L-R技术、ETCH粉煤快速热解工艺、大连理工大学研发的 DG(Da Gong)工艺、多段回转炉(MRF)热解技术等。遗憾的是这些工艺至今未能实现大规模的工业化应用，其核心问题是热解焦油中沸点高于360℃的重质组分(沥青质)含量高达50％～70％，焦油含尘量高，如中科院过程工程研究所的煤拔头工艺中焦油重组分为53.3％，L-R工艺的焦油含尘量高达21.1％，不仅焦油品质差，而且粘度高，严重应先粗煤气夹带的粉尘的有效分离。因此，低阶煤热解技术的产业化亟待解决油气品质控制、抑制重质组分沥青生成、尽可能得到轻质化的油气产品。
煤中挥发分的二次反应是影响焦油和油气品质的主要原因，其本质是高温下挥发分中共价键断裂产生自由基和自由基的稳定，该过程中体系中的氢会进行再分配。为抑制二次反应，煤的快速热解(快速加热煤+快速冷却热解产物)过程被提出，期望提高热解油气的收率和品质。在实际过程中，鲁奇气化炉属于慢速升温，虽然其挥发分出口温度高达700℃，但焦油品位明显高于快速热解所得焦油品质，原因可能是慢速升温过程中，挥发分的产生速率较慢，煤大分子结构中氢化芳环结构提供的H·可有效抑制大分子自由基之间的缩合。由此说明，既然挥发分的二次反应很难避免，那就应当合理的利用挥发分的反应，进而调控该“反应”，达到提高热解油气品质的目的。
本实用新型是根据我国的能源现状和低阶煤高效大规模分级利用的需求，提供一种内旋移动床中调控低阶煤热解制备高品质油气产物的方法，以解决阻碍低阶煤工业利用的难题。
实用新型内容
本实用新型目的在于如何调控热解挥发分的二次反应，降低重质焦油的生成，提高热解油气产物的品质。
本实用新型提供一种热解炉，包含热解室和燃烧室，所述热解室包含热解区和气体反应区，所述燃烧室前端设置有燃烧器，燃烧室后端连接至热烟气通道，所述热烟气通道为热解室的外壁提供热量，所述热烟气通道中横向设置有一层隔板或二层隔板，烟气于所述热烟气通道中自下至上逐层迂回输送至烟道出口端。
其中，所述热烟气通道上层设置有温度测量装置及调频鼓风机。
其中，所述热烟气通道各层设置有温度测量装置及调频鼓风机。
其中，所述热烟气通道中设置第一隔板，该第一隔板前端设有前侧开口，所述热烟气通道自燃烧室后端延伸至热解室前端的侧面，并自第一隔板的前侧开口延伸第一隔板上方区域，所述烟道出口端设置于热解室后端的上方。
其中，所述第一隔板的上方设置有第二层隔板，所述第二层隔板尾端设有后端开口，所述热烟气通道自第一隔板的上方区域延伸至尾端，并自第二层隔板的尾端开口向上延伸至第二层隔板上方区域，所述烟道出口端设置于热解室前端的上方。
其中，由第一隔板和第二层隔板分隔的上、中、下三层区域中均设置有供烟气迂回行进的若干纵向隔板。
本实用新型还提供一种内旋移动床低阶煤热解制备高品质油气产物的调控方法，
进入热解炉的煤料粒度≤13mm，水分8％-12％，煤料的热解温度为600-750℃，热解时间为80-160min；
燃烧室热烟气为750-800℃，750-800℃的高温烟气进入高温区的烟道，给热解炉炉壁加热，并间接传递给热解室的煤料，使反应区温度保持在600-750℃范围；烟气经过高温区换热后会降温，降温后的烟气进入中温区的管道，使该段保持在450-600℃范围；继续降温的烟气最后进入上部的低温区管道为该段加热，使该段保持在300-450℃范围，避免焦油蒸汽在此处结焦。
本实用新型的优点在于利用外热式内旋移动床反应器可以制备高品质的油气产物，降低热解反应时间，提高了系统热效率。
附图说明
图1为本实用新型中热解炉的整体结构示意图。
图2为本实用新型中热解炉侧视图。
图3为本实用新型中热烟气通道被分为两层的结构示意图。
图4为本实用新型中热烟气通道被分为三层的结构示意图。
图5为本实用新型中热烟气通道被分为两层且设置有纵向导板的结构示意图。
图6为本实用新型中热烟气通道被分为三层且设置有纵向导板的结构示意图。
具体实施方式
如图1，其为本实用新型中第一种实施方式的结构示意图，本实用新型提供一种低阶粉煤热解装置，即热解炉1，其包含热解室10和燃烧室20，所述热解室10下方为固体煤料混合、推进和反应的热解区 101及上部的气体反应区102。
所述低阶粉煤热解装置1还包含驱动机构104，驱动传动轴105，所述驱动传动轴105上间隔设置有多个旋转内构件106，每个旋转内构件106中心设置在传动轴105上，并与传动轴105呈倾斜设置。热解炉1 一侧设置有进煤口103，另一侧设置有出焦口107，热解室10上端设置荒煤气出口108。为了给热解室10外壁提供保温，通常采用在热解室 10外壁包覆保温层的方式保持热解室内部的热量，保温层的厚度需要根据热解室温度的需求具有一定的厚度。
如图2所示，其为本实用新型中，为了保持热解室的反应温度需求，外壁需要保温，而采用保温层的方式，通常成本较高，而采用的另外一种方式为热解室10外壁外侧设置有热烟气通道30，包覆整个热解室的外壁，请参考图3所示，所述热解室的外壁和通道内壁形成了热烟气的运行和储存空间，为热解室提供热量，通常情况下，热烟气通道30为上下贯通的，热烟气自下至上运行，该热烟气通道30的外壁可以加设较薄的保温层110，以达到更加保温的效果。
将燃烧室20中的部分热量导入热烟气通道30，其实现方式是所述燃烧室20后端与所述热烟气通道30联通，通过改良热烟气通道30，使得热解区和气体反应区的温度达到精准的控制。如图3或图4所示，热解炉的炉壁固定，在热解炉的外壁设置特殊结构的烟道气管道，将整个热解炉的外壁由下向上分隔形成二层或三层，所述热烟气通道中横向设置有一层隔板31或二层隔板31、32，烟气于所述热烟气通道30 中自下至上逐层迂回输送至烟道出口端。热烟道气管道为三层时蓄热燃烧室的高温烟气首先进入高温区的烟道，给热解炉炉壁加热，并间接传递给热解室的煤料，使反应区温度保持在600-750℃范围；烟气经过高温区换热后会降温，降温后的烟气进入中温区的管道，使该段保持在450-600℃范围；继续降温的烟气最后进入上部的低温区管道为该段加热，使该段保持在300-450℃范围，避免焦油蒸汽在此处结焦。当采用二层分区时，高温区保持在600-750℃范围，中低温区保持300-600℃范围，此方案中上段可以设置辅助设备，如：温度测量装置，调频鼓风机等送冷风设备，为顶部的气体反应区进一步精准降温。
上述在热解炉的外壁设置特殊结构的烟道气管道，具体而言为所述热烟气通道30中横向设置有一层隔板或二层隔板31、32，烟气于所述热烟气通道30中自下至上逐层迂回输送至烟道出口端。
所述热烟气通道30中设置第一隔板31的具体形式为，该第一隔板31设置于热解室外壁外周，热烟气自热解室尾端进入上方区域，该第一隔板31的前端设有前侧开口，所述热烟气通道30自燃烧室(20)后端延伸至热解室10前端的侧面，并自第一隔板31的前侧开口延伸第一隔板31上方区域，所述烟道出口端设置于热解室10后端的上方。第一隔板31下方烟道为高温区，上方烟道为中低温区。
第二种形式，进一步而言，所述第一隔板31的上方设置有第二层隔板32，所述第二层隔板设置于热解室外壁外周，所述第二层隔板32 尾端设有后端开口，所述热烟气通道30自第一隔板31的上方区域延伸至尾端，并自第二层隔板32的尾端开口向上延伸至第二层隔板32上方区域，所述烟道出口端设置于热解室10前端的上方，所述第二层隔板32 的下方区域为中温区，上方为低温区。
其中，上述第一隔板31通常可以设置在热解区101的顶部对应的热解炉外壁位置，上述第二层隔板32设置于所述气体反应区102中部对应的热解炉外壁位置。
进一步而言，请参阅图5和图6所示，每一层可以间隔设置纵向导板33，使得每一层中的热烟气自前之后或自后之前迂回均匀的向行驶。所述纵向导板33为常规设置方式，在此不再赘述。
进一步而言，所述热烟气通道30上层设置有温度测量装置及调频鼓风机，如图3所示的，设置在中低温区的鼓风机805。或如图4和图6 所示的鼓风机806及鼓风机807。为了精准的控制所在区域的温度，每一层可以增加辅助设备，如鼓风机，温度测量装置，甚至是补热气装置。
另外，还可以协同调控反应气氛和催化剂二次反应，催化剂可以和煤一起，也可以放置于反应区上部，用来催化气体的二次反应。
催化剂的使用举例如下：
催化剂载体：多孔的H型5A分子筛、活性三氧化二铝、原位半焦等。
原料；硝酸镍、硝酸钴、硝酸钼、硝酸钾等。
制备方法：沉淀浸渍法。
催化剂：制备含镍、钴、钼等金属元素的单金属催化剂或者多金属复合催化剂。
利用催化剂(表征特性：活性组分、孔道结构、比表面积、酸性中心等)对热解反应和挥发分二次反应进行催化调控，改变焦油的组成和结构，抑制重质组分的生成。
反应气氛：富氢气氛、惰性气体如氮气、甲烷等烷烃、一氧化碳、二氧化碳等。
通过加入反应气氛，为煤热解反应提供小分子自由基，通过结合温度调控来强化煤热解碎片自由基的稳定性，提高轻质焦油的收率。
Claims (6)
1.热解炉，包含热解室(10)和燃烧室(20)，所述热解室(10)包含热解区(101)和气体反应区(102)，所述燃烧室(20)前端设置有燃烧器(21)，燃烧室(20)后端连接至热烟气通道(30)，所述热烟气通道(30)为热解室(10)的外壁提供热量，其特征在于：所述热烟气通道(30)中横向设置有一层隔板或二层隔板，烟气于所述热烟气通道(30)中自下至上逐层迂回输送至烟道出口端。
2.如权利要求1所述的热解炉，其特征在于：所述热烟气通道(30)上层设置有温度测量装置及调频鼓风机。
3.如权利要求2所述的热解炉，其特征在于：所述热烟气通道(30)各层设置有温度测量装置及调频鼓风机。
4.如权利要求1或2或3所述的热解炉，其特征在于：所述热烟气通道(30)中设置第一隔板(31)，该第一隔板(31)前端设有前侧开口，所述热烟气通道(30)自燃烧室(20)后端延伸至热解室(10)前端的侧面，并自第一隔板(31)的前侧开口延伸第一隔板(31)上方区域，所述烟道出口端设置于热解室(10)后端的上方。
5.如权利要求4所述的热解炉，其特征在于：所述第一隔板(31)的上方设置有第二层隔板(32)，所述第二层隔板(32)尾端设有后端开口，所述热烟气通道(30)自第一隔板(31)的上方区域延伸至尾端，并自第二层隔板(32)的尾端开口向上延伸至第二层隔板(32)上方区域，所述烟道出口端设置于热解室(10)前端的上方。
6.如权利要求5所述的热解炉(1)，其特征在于，由第一隔板(31)和第二层隔板(32)分隔的上、中、下三层区域中均设置有供烟气迂回行进的若干纵向隔板。
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