煤快速熱解反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種煤快速熱解反應(yīng)器,包括:反應(yīng)器本體;內(nèi)置于所述反應(yīng)器本體的上部的旋風(fēng)分離器;顆粒移動床,所述顆粒移動床包括:側(cè)面板、固定在所述反應(yīng)器本體的側(cè)壁上的兩個壁板,由此所述側(cè)面板、所述兩個壁板和所述側(cè)壁限定所述顆粒移動床的腔體,其中,所述旋風(fēng)分離器連通至所述顆粒移動床的進(jìn)氣口;所述壁板的固定部位之間的側(cè)壁上設(shè)置有熱解油氣出口。本發(fā)明通過在反應(yīng)器本體上部設(shè)置旋風(fēng)分離器和顆粒移動床,有效避免了旋風(fēng)分離器的保溫和結(jié)焦。同時,將顆粒移動床置于熱解油氣出口,可以通過冷煤和高溫煤熱解油氣接觸,降低高溫煤熱解油氣溫度,吸附部分冷凝重質(zhì)焦油,提高了焦油品質(zhì)。
【專利說明】
煤快速熱解反應(yīng)器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于煤炭分階梯級利用技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及針對長焰煤、褐煤等中低階煤的一種煤快速熱解反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]中國正處于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化快速發(fā)展階段。在這一過程中,公眾對生活質(zhì)量、居住環(huán)境、城市狀況等提出越來越高的標(biāo)準(zhǔn),生活方式和消費方式發(fā)生越來越顯著的變化。汽車保有量的持續(xù)增長、住房面積的擴(kuò)大,以及在此基礎(chǔ)上形成的衍生需求將成為經(jīng)濟(jì)和社會持續(xù)發(fā)展的最主要動力。這將導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的一系列變化,也將帶來能源消費總量的持續(xù)增長,特別是對石油和天然氣消費的增長。中國能源問題的實質(zhì)是油氣資源短缺,關(guān)鍵問題是對石油天然氣的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國內(nèi)資源可以承擔(dān)的程度。煤化工產(chǎn)業(yè)是將煤炭轉(zhuǎn)換為液體燃料、氣體燃料和化工原料的基本途徑,可在關(guān)鍵的能源領(lǐng)域中保障自給率。煤的熱解過程通??梢陨煽扇?xì)?、焦油和半?或焦炭)等三類產(chǎn)出物,熱解工藝的不同,三類產(chǎn)品的比例有著較大差別,并影響到最終的產(chǎn)品價值和對能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)的影響。
[0003]現(xiàn)代煤化工為實現(xiàn)低階煤等含碳燃料的高效清潔轉(zhuǎn)化利用,已開發(fā)出多種綜合煤化工技術(shù),如熱解-燃燒解耦、熱解-化學(xué)品解耦、熱解-氣化解耦等,但停留在實驗室研究階段,因為工業(yè)化放大的過程中遇到了各式技術(shù)難題,真正實現(xiàn)工業(yè)化的卻不多。其中尤以熱解反應(yīng)器設(shè)計、后續(xù)凈化處理工藝的問題尤為突出。
[0004]目前,含碳燃料(煤、油頁巖、生物質(zhì)等)熱解的主要爐型有撫順爐、三江方爐、大連理工的固體熱載體干餾爐、愛沙利亞的Galoter爐和澳大利亞的ATP爐等。
[0005]使用上述熱解爐熱解粉煤過程中產(chǎn)生的熱解油氣,成分復(fù)雜、重質(zhì)焦油組分多,粉塵含量大、粉塵形狀不規(guī)則,氣體溫度高,造成熱解粉焦和熱解油氣在線分離效果不理想,導(dǎo)致熱解系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定、焦油中灰分含量高,阻礙了粉煤熱解技術(shù)的工業(yè)化進(jìn)程。因此,熱解工藝中除塵技術(shù)成為低階煤熱解工業(yè)化過程急需解決的關(guān)鍵問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了解決上述問題,本發(fā)明提出一種煤快速熱解反應(yīng)器,該反應(yīng)器使物料受熱更均勻,降低了反應(yīng)器中熱解油氣的塵含量,降低后續(xù)高溫煤熱解油氣激冷焦油中的塵含量和重質(zhì)組分。
[0007]本發(fā)明提供了一種煤快速熱解反應(yīng)器。一般而言,本發(fā)明的煤快速熱解反應(yīng)器為蓄熱式下行床反應(yīng)器。
[0008]本發(fā)明的煤快速熱解反應(yīng)器包括:
[0009]反應(yīng)器本體;
[0010]旋風(fēng)分離器,內(nèi)置于所述反應(yīng)器本體的上部;
[0011]顆粒移動床,所述顆粒移動床包括:
[0012]側(cè)面板、固定在所述反應(yīng)器本體的側(cè)壁上的兩個壁板,由此所述側(cè)面板、所述兩個壁板和所述側(cè)壁限定所述顆粒移動床的腔體,所述顆粒移動床的頂部是開放的上開口,作為顆粒入口,布置在所述側(cè)面板上的多個進(jìn)氣口,以及可伸縮的閥門,布置在所述顆粒移動床的底部,作為所述顆粒移動床的底;
[0013]其中,所述旋風(fēng)分離器連通至所述顆粒移動床的進(jìn)氣口;所述壁板的固定部位之間的側(cè)壁上設(shè)置有熱解油氣出口。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案,所述顆粒移動床進(jìn)一步包括隔板,所述隔板布置所述兩個壁板之間并且與所述側(cè)面板相對,由此在所述隔板、所述兩個壁板和所述側(cè)面板之間形成第一氣室,所述隔板為多孔板。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案,所述顆粒移動床進(jìn)一步包括濾板,所述濾板布置所述兩個壁板之間并且與所述熱解油氣出口相對,由此在所述濾板、所述兩個壁板和所述壁板的固定部位之間的側(cè)壁之間限定出第二氣室,所述濾板為多孔板。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案,所述顆粒移動床進(jìn)一步包括濾板,所述濾板設(shè)置在所述熱解油氣出口處,將所述熱解油氣出口與所述顆粒移動床隔離,所述濾板為多孔板。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案,所述隔板的孔徑為O?0.05mm,,孔的密度為面積孔數(shù)不少于500?5000個/cm2 ο
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案,所述濾板的孔徑為O?0.1mm,,孔的密度為面積孔數(shù)不少于50?5000個/ Cm20
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案,所述閥門為板狀體,在所述壁板的固定部位之間的側(cè)壁上設(shè)有長孔,所述閥門可伸縮的安裝于所述長孔。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案,所述閥門是插板閥,其中所述插板閥布置在所述顆粒移動床的底部。例如,所述插板閥的手輪由所述反應(yīng)器本體外部穿過內(nèi)壁,由此使所述插板閥的閘板作為所述顆粒移動床的底部。
[0021 ]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案,所述反應(yīng)器還包括集氣裝置,所述集氣裝置設(shè)置在所述反應(yīng)器本體內(nèi)部,并且所述集氣裝置與所述旋風(fēng)分離器連接。
[0022]本發(fā)明在反應(yīng)器本體上部設(shè)置旋風(fēng)分離器和顆粒移動床,獲得了多種益處。例如,在高溫煤熱解油氣出熱解爐前,將熱解油氣中的細(xì)塵截留在熱解爐內(nèi),從而有效降低了熱解油氣的含塵量。和旋風(fēng)分離器外置相比,將旋風(fēng)分離器內(nèi)置有效解決了旋風(fēng)分離器的保溫和結(jié)焦問題。同時,將顆粒移動床置于熱解油氣出口,在原料進(jìn)入反應(yīng)器本體的過程中,部分原料進(jìn)入顆粒移動床并在顆粒移動床內(nèi)下降,可以通過冷煤和高溫煤熱解油氣接觸,降低高溫煤熱解油氣溫度,吸附部分冷凝焦油,特別是,部分(40?60%)重質(zhì)焦油冷凝隨熱解原料返回?zé)峤鉅t,從而增加焦油中的輕質(zhì)組分,由此提高了焦油的品質(zhì)。
[0023]為了便于描述,在本文中,術(shù)語“煤快速熱解反應(yīng)器”、“蓄熱式下行床反應(yīng)器”、“熱解爐”可互換使用。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明煤快速熱解反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0025]圖2是本發(fā)明中的顆粒移動床一實施例的俯視圖。
【具體實施方式】
[0026]以下結(jié)合附圖和實施例,對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行更加詳細(xì)的說明,以便能夠更好地理解本發(fā)明的方案及其各個方面的優(yōu)點。然而,以下描述的【具體實施方式】和實施例僅是說明的目的,而不是對本發(fā)明的限制。
[0027]本發(fā)明實施例提供一種煤快速熱解反應(yīng)器,如圖1所示,煤快速熱解反應(yīng)器包括反應(yīng)器本體I,旋風(fēng)分離器2,顆粒移動床3,蓄熱式輻射管4和集氣裝置。集氣裝置設(shè)置在反應(yīng)器本體內(nèi)部,包括集氣花紋管5,集氣管6和集氣總管7。
[0028]本發(fā)明所述的煤快速熱解反應(yīng)器為蓄熱式下行床反應(yīng)器,反應(yīng)器本體I為熱解反應(yīng)容器。熱解反應(yīng)容器的頂部開設(shè)原料入口,在側(cè)壁上設(shè)置有熱解油氣出口。
[0029]旋風(fēng)分離器2內(nèi)置于反應(yīng)器本體I的上部,作為一級除塵設(shè)備與集氣總管7連接。
[0030]顆粒移動床3固定熱解反應(yīng)容器本體I的側(cè)壁上,并將熱解油氣出口罩住,本發(fā)明所述的罩住,是指顆粒移動床將熱解油氣出口與反應(yīng)器內(nèi)腔隔離。顆粒移動床3與旋風(fēng)分離器連通,使得熱解油氣可以由集氣裝置經(jīng)旋風(fēng)分離器進(jìn)入顆粒移動床,由熱解油氣出口排出反應(yīng)容器本體I外。
[0031]蓄熱式輻射管4設(shè)置在反應(yīng)器本體I內(nèi),蓄熱式輻射管4沿反應(yīng)器本體I的高度方向多層布置,每層布置多根在水平方向彼此平行的蓄熱式輻射管4。由于采用多層蓄熱式輻射管4供熱,反應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,操作方便,加熱效果好,溫度分布均勻。每層蓄熱式輻射管與相鄰上下兩層的蓄熱式輻射管4互相平行且沿反應(yīng)器本體I的高度方向交錯分布。由此,可顯者提尚反應(yīng)器的熱解效率,從而提尚廣品的廣出率。
[0032]集氣花紋管5設(shè)置在反應(yīng)器本體I的內(nèi)部,集氣花紋管5沿反應(yīng)器本體I的高度方向多層布置,每層具有多根彼此平行的集氣花紋管5。集氣花紋管5與蓄熱式輻射管4平行布置,且在蓄熱式輻射管4各自的左右兩側(cè)對稱布置有兩根集氣花紋管5。集氣花紋管5與集氣管6連接。
[0033]集氣管6為多根,設(shè)置在反應(yīng)器本體I的內(nèi)部,沿反應(yīng)器本體I的高度方向多層布置,每根所述集氣管6連接兩層所述集氣花紋管5。
[0034]集氣管6均連接到集氣總管7。集氣總管7設(shè)置在反應(yīng)器本體I內(nèi)部,集氣總管7沿反應(yīng)器本體I的內(nèi)壁高度方向布置。集氣總管7連接旋風(fēng)分離器2。集氣裝置可將產(chǎn)生的熱解油氣快速導(dǎo)入旋風(fēng)分離器2,有效的提高了經(jīng)濟(jì)效益。
[0035]圖2是本發(fā)明中的顆粒移動床一實施例的俯視圖。如圖2所示,顆粒移動床3設(shè)置在反應(yīng)器本體I的側(cè)壁上。在本實施例中,顆粒移動床3包括壁板301,側(cè)面板302,隔板303,進(jìn)氣口 304,濾板305和閥門306。
[0036]兩個壁板301分別固定在反應(yīng)器本體I的側(cè)壁上。為了方便說明,特指位于兩個壁板的在側(cè)壁的固定位置之間的側(cè)壁稱之為“部分側(cè)壁”。熱解油氣出口8設(shè)置在該“部分側(cè)壁”上,即于壁板的固定部位之間的側(cè)壁上設(shè)置有熱解油氣出口 8。側(cè)面板302固定在兩個壁板301中間。兩個壁板301、側(cè)面板302和反應(yīng)器本體I的部分側(cè)壁呈兩端開口的筒狀體,圍繞形成了顆粒移動床的腔體。該腔體上下開放,形成原料下落的通道。換句話說,顆粒移動床3的頂部是開放的上開口,作為顆粒入口。在顆粒移動床3的底部設(shè)置有可伸縮的閥門306,通過控制閥門306的開度,來控制出料速度。
[0037]閥門306為一板狀體,在前述反應(yīng)器本體I的“部分側(cè)壁”下的合適位置設(shè)置長孔,閥門306可伸縮的安裝于長孔內(nèi)。向反應(yīng)器本體外的方向拉閥門306,可加快顆粒移動床腔體內(nèi)的原料下落速度;向反應(yīng)器本體內(nèi)的方向推閥門306,可減緩顆粒移動床腔體內(nèi)的原料下落速度。操作人員可依據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行自主操作。
[0038]在側(cè)面板302上布置多個進(jìn)氣口 304,進(jìn)氣口 304與旋風(fēng)分離器2連接。旋風(fēng)分離器2從集氣裝置收集到的熱解油氣,由進(jìn)氣口304進(jìn)入到顆粒移動床的腔體內(nèi),經(jīng)其內(nèi)的原料過濾后由熱解油氣出口排出反應(yīng)器本體I外。
[0039]顆粒移動床進(jìn)一步包括隔板303,隔板303布置在兩個壁板301之間,并與側(cè)面板302相對。隔板303將進(jìn)氣口與顆粒移動床的腔體隔離。熱解油氣進(jìn)入進(jìn)氣口,通過隔板303進(jìn)入顆粒移動床的腔體。隔板303為多孔板,隔板303的孔徑為O?0.05mm,孔的密度為面積孔數(shù)不少于500?5000個/cm2。隔板既能通氣,使得熱解油氣進(jìn)入顆粒移動床的腔體內(nèi)與原料接觸,又能阻擋原料由進(jìn)氣口進(jìn)入到旋風(fēng)分離器中。
[0040]進(jìn)一步地,隔板303和側(cè)面板302間隔設(shè)置,由隔板303、兩個壁板301和側(cè)面板302形成第一氣室307。這樣,從進(jìn)氣口進(jìn)入的熱解油氣先進(jìn)入第一氣室307,充滿第一氣室307,熱解油氣能夠與隔板均勻接觸進(jìn)入顆粒移動床的腔體。第一氣室307的設(shè)置充分利用隔板,使得隔板的全部參與通氣-隔離工作,避免隔板因僅對應(yīng)進(jìn)氣口的部分通氣,使用頻率過大造成該部分分布的氣孔過早被焦油堵塞而報廢,延長了隔板的使用壽命,減小了停工更換隔板的頻率,提高了生產(chǎn)效率。
[0041 ]顆粒移動床3進(jìn)一步包括濾板305,濾板305布置兩個壁板301之間并且與熱解油氣出口8相對,濾板305將熱解油氣出口與顆粒移動床的腔體隔離。濾板為多孔板。濾板305的孔徑為O?0.1mm,孔的密度為面積孔數(shù)不少于50?5000個/cm2。熱解油氣通過濾板305,由熱解油氣出口排出反應(yīng)器本體I體外。
[0042]濾板305和反應(yīng)器本體I的側(cè)壁間隔設(shè)置,由濾板305、兩個壁板301和側(cè)壁圍成第二氣室308。這樣,熱解油氣由顆粒移動床的腔體進(jìn)入第二氣室308時,濾板305的全部都參與工作,避免濾板因僅對應(yīng)熱解油氣出口 8的部分通氣,使用頻率過大造成該部分分布的氣孔過早被焦油堵塞而報廢,延長了濾板的使用壽命,減小了停工更換濾板的頻率,提高了生產(chǎn)效率。
[0043]濾板和隔板還有另外一種設(shè)置方式:濾板設(shè)置在熱解油氣出口8處,隔板置在進(jìn)氣口處,將熱解油氣出口 8與顆粒移動床3隔離。一般來說,反應(yīng)器的熱解油氣出口、進(jìn)氣口帶有一段管接頭,方便與傳輸氣體的管道連接,本發(fā)明的隔板就可以設(shè)置在顆粒移動床的進(jìn)氣口管接頭內(nèi),濾板設(shè)置在熱解油氣出口的管接頭內(nèi),可以減少濾板、隔板的材料消耗。
[0044]本發(fā)明反應(yīng)器的原料入口設(shè)置在反應(yīng)器本體I上部中心位置,方便物料進(jìn)入并自由下落。原料入口可連接進(jìn)料斗和螺旋進(jìn)料器。半焦出口設(shè)置在反應(yīng)器本體I下部中心位置,便于半焦快速移出反應(yīng)器本體I。
[0045]本發(fā)明公開的一種煤快速熱解反應(yīng)器,反應(yīng)器本體上部內(nèi)置旋風(fēng)分離器和顆粒移動床除塵,入爐熱解煤部分進(jìn)入顆粒移動床,熱解油氣穿過旋風(fēng)分離器和顆粒移動床有效降低了熱解氣中的含塵量,降低了后續(xù)焦油預(yù)處理成本,同時通過除塵系統(tǒng)降低了煤熱解油氣溫度,使部分重質(zhì)焦油冷凝,降低重質(zhì)焦油收率。
[0046]使用本發(fā)明煤快速熱解反應(yīng)器進(jìn)行低階煤熱解的工作過程如下:
[0047]將原料(低階煤顆粒)由反應(yīng)器本體上部中心位置的原料入口加入,在原料下落的過程中,部分低階煤顆粒由顆粒入口進(jìn)入顆粒移動床的空腔內(nèi),在可伸縮的閥門的調(diào)節(jié)下,按照設(shè)定的速度下落。低階煤顆粒在反應(yīng)器本體內(nèi)被熱解,產(chǎn)生帶有雜質(zhì)的熱解油氣,熱解油氣被集氣裝置收集,經(jīng)旋風(fēng)分離器被送至顆粒移動床內(nèi),通過下降的低階煤顆粒過濾后,排出反應(yīng)器本體外。
[0048]實施例
[0049]將原料煤粉碎到3_以下,經(jīng)原料入口進(jìn)入反應(yīng)器本體。部分原料煤進(jìn)入顆粒移動床,通過控制移動床底部的閥門控制原料煤在顆粒床內(nèi)部的移動速度,一般為小于0.5m/s,例如可為0.1、0.2、0.3m/s。高溫?zé)峤庥蜌饨?jīng)集氣裝置收集,穿過旋風(fēng)分離器和顆粒移動床,有效降低了熱解油氣中的含塵量,同時降低了煤熱解油氣溫度,部分(40?60%)重質(zhì)焦油冷凝隨熱解原料返回?zé)峤鉅t。熱解油氣含塵量降低至0.2g/Nm3,沒有顆粒移動床含塵量5.5g/Nm30
[0050]需要說明的是,以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本發(fā)明而非限制本發(fā)明的范圍,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下對本發(fā)明進(jìn)行的修改或者等同替換,均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外,除上下文另有所指夕卜,以單數(shù)形式出現(xiàn)的詞包括復(fù)數(shù)形式,反之亦然。另外,除非特別說明,那么任何實施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實施例的全部或一部分來使用。
【主權(quán)項】
1.一種煤快速熱解反應(yīng)器,其特征在于,所述反應(yīng)器包括: 反應(yīng)器本體; 旋風(fēng)分離器,內(nèi)置于所述反應(yīng)器本體的上部; 顆粒移動床,所述顆粒移動床包括: 側(cè)面板、固定在所述反應(yīng)器本體的側(cè)壁上的兩個壁板,由此所述側(cè)面板、所述兩個壁板和所述側(cè)壁限定所述顆粒移動床的腔體, 所述顆粒移動床的頂部是開放的, 布置在所述側(cè)面板上的多個進(jìn)氣口, 以及可伸縮的閥門,布置在所述顆粒移動床的底部; 其中,所述旋風(fēng)分離器連通至所述顆粒移動床的進(jìn)氣口; 熱解油氣出口,所述熱解油氣出口設(shè)置在所述壁板的固定部位之間的側(cè)壁上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤快速熱解反應(yīng)器,其特征在于,所述顆粒移動床進(jìn)一步包括隔板,所述隔板布置在所述兩個壁板之間并且與所述側(cè)面板相對,由此在所述隔板、所述兩個壁板和所述側(cè)面板之間形成第一氣室,所述隔板為多孔板。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤快速熱解反應(yīng)器,其特征在于,所述顆粒移動床進(jìn)一步包括濾板,所述濾板布置所述兩個壁板之間并且與所述熱解油氣出口相對,由此在所述濾板、所述兩個壁板和所述壁板的固定部位之間的側(cè)壁之間限定出第二氣室,所述濾板為多孔板。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤快速熱解反應(yīng)器,其特征在于,所述顆粒移動床進(jìn)一步包括濾板,所述濾板設(shè)置在所述熱解油氣出口處,所述濾板為多孔板。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤快速熱解反應(yīng)器,其特征在于,所述隔板的孔徑為O?0.05mm,孔的密度為面積孔數(shù)不少于500?5000個/ cm2。6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的煤快速熱解反應(yīng)器,其特征在于,所述濾板的孔徑為O?0.1mm,孔的密度為面積孔數(shù)不少于50?5000個/ cm2。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤快速熱解反應(yīng)器,其特征在于,所述閥門為板狀體,在所述壁板的固定部位之間的側(cè)壁之下設(shè)有長孔,所述閥門可伸縮的安裝于所述長孔。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的煤快速熱解反應(yīng)器,其特征在于,所述閥門是插板閥,其中所述插板閥的手輪由所述反應(yīng)器本體外部穿過內(nèi)壁,由此使所述插板閥的閘板作為所述顆粒移動床的底部。9.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的煤快速熱解反應(yīng)器,其特征在于,所述反應(yīng)器還包括集氣裝置,所述集氣裝置設(shè)置在所述反應(yīng)器本體內(nèi)部,并且所述集氣裝置與所述旋風(fēng)分離器連接。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的煤快速熱解反應(yīng)器,其特征在于,所述反應(yīng)器還包括集氣裝置,所述集氣裝置設(shè)置在所述反應(yīng)器本體內(nèi)部,并且所述集氣裝置與所述旋風(fēng)分離器連接。
【文檔編號】C10B57/18GK105907414SQ201610429841
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月16日
【發(fā)明人】梅磊, 陳水渺, 肖磊, 薛遜, 姜朝興, 吳道洪
【申請人】北京神霧環(huán)境能源科技集團(tuán)股份有限公司