CN106497589A - 一种蓄热式移动床热解反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄热式移动床热解反应器。其包括反应器本体、辐射管和多个金属挡板组件，辐射管沿着反应器的高度多层布置于反应器本体内；反应器本体设有进料口、出料口和油气出口；金属挡板组件包括水平挡板和斜板，水平挡板在斜板下方；水平挡板的一端和斜板的一端分别与反应器本体的内侧壁相连，水平挡板的另一端和斜板的另一端相连并形成夹角。本发明提供蓄热式移动床热解反应器结构简单、占地面积小，而且能有效的热解粉状含碳燃料。

Description

一种蓄热式移动床热解反应器

技术领域

本发明涉及热解反应器，具体涉及一种蓄热式移动床热解反应器。

背景技术

现代煤化工为实现低阶煤等含碳燃料的高效清洁转化利用，已开发出多种综合煤化工技术，热解-燃烧解耦、热解-化学品解耦、热解-气化解耦等，但真正实现工业化的却不多，从中试向工业化放大的过程中遇到了各式技术难题。其中尤以热解反应器设计、后续净化处理工艺尤为突出。目前，含碳燃料(煤、油页岩、生物质等)热解的主要炉型有抚顺炉、三江方炉、大连理工的固体热载体干馏炉、爱沙利亚的Galoter炉和澳大利亚的ATP炉等等。一些干馏炉只能用来热解块状油页岩和煤，小粒径物料无法利用，资源利用率低，粉状物料因无法利用而大量堆积；以气体为热载体的炉型，因冷凝回收***庞大，热解气热值低，焦油收率低等问题，难以进一步推广示范；以固体为热载体的炉型，则存在原料和热载体均匀混合，分离等问题，而限制了其进一步发展。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种粉状含碳燃料热解用的蓄热式移动床热解反应器。

本发明提供的一种蓄热式移动床热解反应器，其包括反应器本体、辐射管和多个金属挡板组件，所述辐射管沿着所述反应器的高度多层布置于所述反应器本体内；

所述反应器本体设有进料口、出料口和油气出口；

所述金属挡板组件包括水平挡板和斜板，所述水平挡板在所述斜板下方；所述水平挡板的一端和所述斜板的一端分别与所述反应器本体的内侧壁相连，所述水平挡板的另一端和所述斜板的另一端相连并形成夹角。

进一步地，所述夹角的角度范围为15°-60°，所述水平挡板的水平长度为所述反应器本体宽度的1/3-1/2。

进一步地，所述夹角的角度范围优选为20°-45°。

进一步地，位于所述水平挡板下方、并距其最近的辐射管的中心到所述水平挡板的垂直距离为H，H是所述最近的辐射管的直径的1-1.5倍。

进一步地，上下相邻的两个金属挡板组件相对地设置在所述反应器本体的两侧侧壁上。

进一步地，所述辐射管是公称直径为200-300mm的圆形管。

进一步地，左右相邻的两辐射管的水平间距为200-400mm。

进一步地，上下相邻的两辐射管的竖直间距为500-1200mm。

本发明提供的蓄热式移动床热解反应器能有效的热解粉状含碳燃料。

本发明提供的蓄热式移动床热解反应器采用了蓄热式无热载体辐射管加热技术，无需气、固热载体，提高了热解气的热值，该反应器结构简单、占地面积小，易于工业化。

此外，反应器本体上添加了由水平挡板和斜板组成的金属挡板组件，该金属挡板组件增加了含碳燃料在热解反应器内停留的时间。因此，添加金属挡板组件后，反应器的高度可降低。若不改变反应器本体的高度，添加金属挡板组件后，可将辐射管的垂直间距加大，从而可减少反应器内辐射管的数量。

附图说明

图1为实施例中蓄热式移动床热解反应器的结构示意图；

图2为图1中A区的局部放大图。

图中：1、进料料斗；2、螺旋进料器；3、螺旋出料器；41、反应器本体；42、辐射管；43、金属挡板组件；431、水平挡板；432、斜板；44、燃料气进口；45、空气入口；46、烟气出口；47、油气出口。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

需要说明的是，本发明中的“水平挡板”指得是水平放置的金属挡板，“斜板”指得是倾斜放置的金属挡板，“辐射管”指得是蓄热式无热载体辐射管。此外，术语“上”、“下”、“左”、“右”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发明，而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

本发明提供了一种蓄热式移动床热解反应器(本发明中也简称为“反应器”)。参考图1，根据本发明的实施例对该蓄热式移动床热解反应器进行解释说明，该反应器包括：反应器本体41、辐射管42、金属挡板组件43、燃料气进口44、空气入口45、烟气出口46、油气出口47、进料口和出料口。辐射管42沿着反应器的高度多层布置于反应器本体41内，金属挡板组件43设置在反应器本体41的内侧壁上，反应器本体41上设有进料口、出料口、燃料气进口44、空气入口45、烟气出口46和油气出口47。

本发明提供的蓄热式移动床热解反应器采用了蓄热式无热载体辐射管加热技术，无需气、固热载体，提高了热解气的热值，该反应器结构简单、占地面积小，易于工业化。

参考图2，根据本发明的实施例，金属挡板组件43是由水平挡板431和斜板432组成的，水平挡板431的一端和斜板432的一端分别与反应器本体41的内侧壁相连，水平挡板431的另一端和斜板432的另一端相连并形成夹角α。

含碳燃料从进料口进入后，开始下落，碰到斜板432后，被弹起，然后再下落；含碳燃料每碰到一次斜板432，即被弹到一定高度，其下落速度被减缓，因此，增加了含碳燃料在热解反应器内的停留时间。此外，斜板432还起到对含碳燃料的引流作用，增加了含碳燃料在反应器本体内移动的距离，这也能增加含碳燃料在热解反应器内的停留时间。水平挡板431用于支撑斜板432。金属的热传导性好，采用金属挡板组件能提高含碳燃料热解的效果。

因此，添加金属挡板组件后，反应器的高度可降低。若不改变反应器本体的高度，添加金属挡板组件后，可将辐射管的垂直间距加大，从而可减少反应器内辐射管的数量。

参考图1，根据本发明的实施例，反应器的进料口和螺旋进料器2的一端相连，螺旋进料器2的另一端与进料料斗1相连；反应器的出料口与螺旋出料器3相连。进料料斗1和螺旋进料器2用于将粉状含碳燃料送入反应器中，螺旋出料器3用于将含碳燃料热解后产生的固体产物运送至下一工段。进料料斗1、螺旋进料器2和螺旋出料器3并不是必要装置，可视现场情况和具体的工艺决定是否要添加。

根据本发明的实施例，夹角α的具体角度并不需要特别限定，发明人发现，当夹角α的角度范围为15°-60°时，含碳燃料在热解反应器内既能充分热解，也不会堆积在斜板432上。进一步地，夹角α的角度范围为20°-45°为最优方案。

根据本发明的实施例，水平挡板431的水平长度c并不需要特别限定，发明人发现，当夹角α的角度范围为15°-60°时，水平挡板431的水平长度c的最佳长度为反应器本体41的宽度(其内壁的宽度)的1/3-1/2。

参考图1，根据本发明的实施例，金属挡板组件43的位置并不固定，可根据需要设置在某层辐射管的上方或下方。进一步地，金属挡板组件43最佳的位置为两层辐射管之间，且水平挡板431与位于它下方、并距它最近的辐射管的中心的距离为H，H是该辐射管直径的1-1.5倍。此时，位于斜板432上的含碳燃料能更好的被热解。

根据本发明的实施例，金属挡板组件43在反应器本体41中的布置方式也不需要限定。为了最大限度的增加含碳燃料热解的时间，参考图1，上下相邻的两个金属挡板组件43最好相对地设置在反应器本体41的两侧。

根据本发明的实施例，辐射管42的直径及形状并不需要限定，公称直径为200-300mm的圆形管是最佳选择。

根据本发明的实施例，左右相邻的两辐射管的水平间距也不需要限定，其最佳间距为200-400mm。

根据本发明的实施例，上下相邻的两辐射管的竖直间距也不需要限定，其最佳间距为500-1200mm。

根据本发明的实施例，反应器本体41的最佳高度为5-20m、最佳宽度(其内壁的宽度)为2-6m、最佳长度(其内壁的长度)为5-15m，反应器本体41中辐射管42的最佳层数为10-25层。燃料气进口44和空气入口45分别与辐射管42相连。

下面参考具体实施例，对本发明进行说明。下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述发明内容中所示。下述实施例所用的检测方法均为本行业常规的检测方法。

实施例1

用本发明提供蓄热式移动床热解反应器对印尼褐煤进行热解，该印尼褐煤的成分分析如表1所示，所用的蓄热式移动床热解反应器的结构示意图如图1所示，其中，夹角α为15°，H为200mm，c为1m，辐射管42是公称直径为200mm的圆形管，左右相邻的两辐射管的水平间距为200mm，上下相邻的两辐射管的竖直间距为500mm。反应器本体41的高度为5m、内壁的宽度为2m、内壁的长度为5m，有10层辐射管42。

印尼褐煤热解的具体过程如下：

将印尼褐煤送入进料料斗1中，经螺旋进料器2进入反应器中。每根辐射管单独控温，反应器自上而下设有三个区：干燥脱水区、热解反应区和半焦生成区。往辐射管42中分别通入燃料气和空气，将干燥脱水区的温度控制在700℃、热解反应区的温度在控制650℃，半焦成熟区的温度控制在550℃。印尼褐煤自上而下依次通过干燥脱水区、热解反应区和半焦生成区，完成热解过程。热解产生的热解气和焦油从油气出口47中排出反应器本体41外并被进一步处理，产生的半焦通过螺旋出料器3送入下一个工序。热解还会产生烟气，烟气从烟气出口46中排出反应器本体1外，烟气与空气换热后会降温至200℃左右。将降温后的烟气用于干燥进入反应器的印尼褐煤。

表2为反应器内各区温度分布及热解产物的产量。

实施例2

用本发明提供蓄热式移动床热解反应器对秸秆进行热解，该秸秆的成分分析如表3所示，所用的蓄热式移动床热解反应器的结构示意图如图1所示，其中，夹角α为45°，H为450mm，c为2m，辐射管42是公称直径为300mm的圆形管，左右相邻的两辐射管的水平间距为400mm，上下相邻的两辐射管的竖直间距为1200mm。反应器本体41的高度为20m、内壁的宽度为6m、内壁的长度为15m，有25层辐射管42。

秸秆热解的具体过程如下：

将秸秆送入进料料斗1中，经螺旋进料器2进入反应器中。每根辐射管单独控温，反应器自上而下设有三个区：干燥脱水区、热解反应区和半焦生成区。往辐射管42中分别通入燃料气和空气，将干燥脱水区的温度控制在700℃、热解反应区的温度在控制600℃，半焦成熟区的温度控制在550℃。秸秆自上而下依次通过干燥脱水区、热解反应区和半焦生成区，完成热解过程。热解产生的热解气和焦油从油气出口47中排出反应器本体41外并被进一步处理，产生的半焦通过螺旋出料器3送入下一个工序。热解还会产生烟气，烟气从烟气出口46中排出反应器本体1外，烟气与空气换热后会降温至200℃左右。将降温后的烟气用于干燥进入反应器的秸秆。

表4为反应器内各区温度分布及热解产物的产量。

表1印尼褐煤的成分分析

Mad/％	Vad/％	Aad/％	Fcad/％
				15.3	8.6	37.6	38.5

表2实施例1中反应器内各区温度分布及热解产物的产量

表3秸秆的成分分析

Mad/％	Vad/％	Aad/％	Fcad/％
				5.6	75.6	1.2	17.6

表4实施例2中反应器内各区温度分布及热解产物的产量

从表2和表4可知，本发明提供的蓄热式移动床热解反应器能有效的热解粉状含碳燃料。

上述实施例中，干燥脱水区的温度设置得比较高，这样有利于速脱去入炉的含碳燃料所含的水分，而且还能减少干燥脱水区的所占用的空间。此外，将降温后的烟气用于干燥进入反应器的含碳燃料，这样能进一步提高反应器效率和燃烧效率。

综上可知，本发明提供的蓄热式移动床热解反应器采用了蓄热式无热载体辐射管加热技术，无需气、固热载体，提高了热解气的热值，该反应器结构简单、占地面积小，易于工业化。

此外，反应器本体上添加了由水平挡板和斜板组成的金属挡板组件，该金属挡板组件增加了含碳燃料在热解反应器内停留的时间。因此，添加金属挡板组件后，反应器的高度可降低。若不改变反应器本体的高度，添加金属挡板组件后，可将辐射管的垂直间距加大，从而可减少反应器内辐射管的数量。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (8)

1.一种蓄热式移动床热解反应器，包括反应器本体、辐射管和多个金属挡板组件，所述辐射管沿着所述反应器的高度多层布置于所述反应器本体内；

所述反应器本体设有进料口、出料口和油气出口；

所述金属挡板组件包括水平挡板和斜板，所述水平挡板在所述斜板下方；所述水平挡板的一端和所述斜板的一端分别与所述反应器本体的内侧壁相连，所述水平挡板的另一端和所述斜板的另一端相连并形成夹角。

2.根据权利要求1所述的蓄热式移动床热解反应器，其特征在于，所述夹角的角度范围为15°-60°，所述水平挡板的水平长度为所述反应器本体宽度的1/3-1/2。

3.根据权利要求1所述的蓄热式移动床热解反应器，其特征在于，所述夹角的角度范围为20°-45°。

4.根据权利要求1所述的蓄热式移动床热解反应器，其特征在于，位于所述水平挡板下方、并距其最近的辐射管的中心到所述水平挡板的垂直距离为H，H是所述最近的辐射管的直径的1-1.5倍。

5.根据权利要求1所述的蓄热式移动床热解反应器，其特征在于，上下相邻的两个金属挡板组件相对地设置在所述反应器本体的两侧侧壁上。

6.根据权利要求1所述的蓄热式移动床热解反应器，其特征在于，所述辐射管是公称直径为200-300mm的圆形管。

7.根据权利要求1所述的蓄热式移动床热解反应器，其特征在于，左右相邻的两辐射管的水平间距为200-400mm。

8.根据权利要求1所述的蓄热式移动床热解反应器，其特征在于，上下相邻的两辐射管的竖直间距为500-1200mm。