CN204529755U - 一种移动床自热式加压气化富氢环境干馏炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种移动床自热式加压气化富氢环境干馏炉。所述干馏炉包括料仓、料锁、干馏炉体、灰锁、灰仓，料仓设于料锁上部并通过料锁上阀相连接，料锁设于干馏炉体上部并通过料锁下阀连接，干馏炉体外壁设有保温层或冷却层，干馏炉体的下部设有气化剂入口和上部设有油气出口并与炉体内部连通，干馏炉体内壁下部与灰锁间设有转动炉篦，灰锁设置于干馏炉体下部并通过灰锁上阀相连接，灰仓设于灰锁下部并通过灰锁下阀相连接。本实用新型具有结构简单、产油率高、油品质量好、热效率高、煤气热值高、固定碳化学潜热得以充分利用、出灰含碳少且活性好、原料适应性强、资源利用率高的特点。

Description

一种移动床自热式加压气化富氢环境干馏炉

技术领域

本实用新型属于能源化工技术领域，具体涉及一种产油率高、油品质量好、热效率高、煤气热值高、固定碳化学潜热得以充分利用、出灰含碳少且活性好、原料适应性强、资源利用率高的移动床自热式加压气化富氢环境干馏炉。

背景技术

煤和油页岩有机岩形成原始物质不同（煤为高等植物，油页岩为水生动植物及低等植物）和成岩环境差异（煤形成沼泽环境，油页岩形成湖泊、浅海湾、沼泽环境），物理化学特性上也存在一些差异（低阶煤水分高、固定碳较多，油页岩水分低、灰分高、干燥无灰基挥发分高、固定碳少）。两种有机岩有时往往互为伴生，在煤炭领域油页岩称之为腐泥煤（或腐植腐泥煤），而在油页岩领域称煤炭为炭质页岩。但无论煤的低温干馏，还是油页岩干馏炼油，其原理一样，均通过对有机岩（煤、油页岩）进行低温热解，获得油品为目的。

目前，煤或油页岩低温干馏技术大部分采用块状气体热载体干馏技术，如以获取低温煤焦油为目的煤的低温干馏技术有三江炉、鲁奇三段炉、大连理工和浙大的固体热载体干馏技术等，油页岩的低温干馏有抚顺炉、茂名炉、吉林成大炉、爱沙尼亚的基维特炉、巴西的佩特洛瑟克斯炉等，均存在着产油率低，油品质量差，固定碳化学潜热没得以从分利用，炉子以外输热源进行干馏为主，因此干馏热效率低，热解环境差（非富氢环境），资源利用率低。另外，还存在热解煤气热值低不好利用，工艺废水量和油气回收***负荷大等诸多问题。还普遍存在无法利用<15mm粒度的干馏物料，特别是油页岩行业，造成资源的极大浪费。也有采用固体热载体热解工艺，虽然克服了气体热载体中热解出的挥发产物被烟气稀释的问题，但也存在需要机械搅拌混合而造成的动力消耗大、机械磨损严重；需要外源性固体热载体，能源消耗大；以及干燥物料与固体热载体混合均匀性差，直接影响到热载体与煤颗粒之间的传热效率，难以避免焦粒黏结，从而影响固体颗粒在耦合***中的稳定流动，降低热解反应的气、液产率的难题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种产油率高、油品质量好、热效率高、煤气热值高、固定碳化学潜热得以充分利用、出灰含碳少且活性好、原料适应性强、资源利用率高的移动床自热式加压气化富氢环境干馏炉。

    本实用新型的目的是这样实现的：包括料仓、料锁、干馏炉体、灰锁、灰仓，所述料仓设置于料锁上部并通过料锁上阀相连接，所述料锁设置于干馏炉体上部并通过料锁下阀连接，所述干馏炉体外壁设置有保温层或冷却层，所述干馏炉体的下部设置有气化剂入口和上部设置有油气出口并与炉体内部连通，所述干馏炉体内壁下部与灰锁间设置有转动炉篦，所述灰锁设置于干馏炉体下部并通过灰锁上阀相连接，所述灰仓设置于灰锁下部并通过灰锁下阀相连接。

本实用新型通过在干馏炉体上部设置装料装置即料仓和料锁，向干馏炉内间歇添加干馏物料；在干馏炉体底部设置灰锁和灰仓，使干馏炉体内气化干馏后的灰渣导出炉外，从而实现干馏炉的连续生产。针对油页岩固定碳含量少，在炉体外采用保温层，即能保证干馏所需温度，又能降低炉壁高温氧化速度，增加炉体使用寿命；而对于固定碳含量较多的煤，则由内筒体和外筒体构成的密闭中空结构形成冷却层，使得炉内各层的温度虽然不一，但内筒体由于有锅炉水的冷却，基本保持锅炉水在操作压力下的蒸发温度，内筒体不会因过热而损坏，延长了干馏炉体的使用寿命。通过在底部设置转动炉篦，从而即能支撑炉内干馏物料，并均匀地将气化剂分布到干馏炉横截面上，维持炉内各层的移动，又能将气化后的灰渣破碎并排出，从而实现干馏炉正常连续生产。转动炉篦结构简单、易于维护。通过在干馏炉下部通入气化剂和物料燃烧，以及适当的干馏物料高度和配合干馏炉的保温或冷却结构，使炉内干馏物料从上到下自然形成干燥层、干馏层、甲烷层、还原层、氧化层、灰渣层。其中，灰渣层将气化剂加热，回收灰渣显热，降低排渣温度；

氧化层，也叫燃烧层或放热层，它为各层反应提供热量，主要化学反应如下：（以下各式中Q为热量）

C+O₂→CO₂+Q，

2C+O₂→2CO+Q，

2CO+O→2CO₂+Q。

还原层，也叫气化层或吸热层，它是煤气主要产生层，主要化学反应如下：

CO₂+C→2CO-Q，

CO+H₂O→CO₂+H₂+Q，

C+H₂O→CO+H₂-Q，

C+2H₂O→CO₂+2H₂-Q。

甲烷层，也是一个放热反应，增加压力、降低温度有利于甲烷生成。同时，也有利于轻质油的生成。主要化学反应如下：

C+2H₂→CH₄+Q，

CO+3H₂→CH₄+H₂O+Q，

4CO+2H₂O→CH₄+3CO₂+Q，

CO₂+4H₂→CH₄+2H₂O+Q，

2C+2H₂O→CH₄+CO₂+Q；

轻质油生成反应：

nCO+（2n+1）H₂→C_nH_2n+2+H₂O+Q，

2nCO+（n+1）H₂→C_nH_2n+2+CO₂+Q，

（3n+1）CO+（n+1）H₂O→C_nH_2n+2+（2n+1）CO₂+Q，

nCO₂+（3n+1）H₂→C_nH_2n+2+H₂O+Q，

总反应：                                               。

干馏层，也叫热解层，属于吸热层，是热解焦油和煤气产生层，也是产生液体燃料关键层，同时部分重油在该层热分解生成轻质油。主要化学反应如下：

煤（或油页岩）+Q→半焦+焦油+热解煤气+热解水-Q，

重油+H₂→轻质油₁+轻质油₂-Q。

干燥层，也叫水分蒸发、预热层，属于吸热层，煤或油页岩吸附的水、气体在此析出，并得到预热。主要化学反应如下：

煤（或油页岩）+Q→干煤（或干油页岩）+吸附气+游离水-Q。

通过以上可知，干馏炉下部通入氧气和水蒸气，通过干馏物料燃烧从而使炉内形成富氢环境。由于煤或油页岩等干馏物料在热解过程中，形成大量自由基，在富氢环境下很容易得到饱和而析出。否则，自由基与自由基之间结合，形成大分子（重油或沥青半焦）；自由基与半焦之间聚合，形成半焦组分；自由基为了自身稳定，形成双键物质等。也就是说，通过外加氧气和水蒸气形成富氢环境来饱和煤或油页岩热解产生的自由基，避免自由基间相互聚合反应，使自由基与氢结合生成轻质油，并且又能提高油品的饱和度，从而达到本实用新型的热解干馏获得以轻质油为主的目的。同时，对油品当中的氧、氮、硫、金属等有良好的脱除效果，使其分别形成水、氨、硫化氢、金属氢化物等得以脱除。因此，出炉煤气中焦油、酚等含量低，污水处理和煤气净化工艺相对简单、流程短。此外，该热解为渐温热解过程，热解产生的油气逐渐上升，遇冷的煤或油页岩而重质油凝析，随煤或油页岩的下行又进入高温区，届时重质油会二次热解，产生轻质油；在高压下热解，油气在富氢环境下停留时间相对较长，也有利于轻质油产生。所以，高压富氢环境下热解，有利于油产率和油质量提高；本实用新型在铝甑低温干馏实验的油产率达130～180%（主要取决于炉内的压力）；油品当中的氧、氮、硫、金属含量，为一般干馏炉的20～40%。

本实用新型在高压高温下，碳与氧、水蒸汽会得到充分接触和反应，固态排渣，则固定碳利用率>96%；液体排渣，则固定碳利用率>99%，因此没有半焦产品，出灰当中碳含量少（<2%）。另外，由于干馏、气化产生的半焦是在较高温度下燃烧，所以有利于煤灰当中的Si、Al、Ca、Mg、Fe等离子活化，对其加工成建材制品或提取化学品（如白炭黑、氧化铝等）十分有利。另外，本实用新型的干馏炉是一种自热式反应炉，通过适当增加干馏炉炉体高度，从而增厚干馏物料，通过燃烧层C+O₂→CO₂的主要放热反应，产生大量热量，来供给各层反应所需的热量、生成的荒煤气+煤气带出物显热+水蒸汽和排除灰渣所带出的显热，以及干馏炉设备散失的热等。这种自热式过程热的利用效果好、效率高、热量损失小，无需外部供热，热量来自半焦中的固定碳，而且输出的油气温度较低，能够有效的利用干馏物料的潜热。。

本实用新型产生的煤气（水煤气+热解煤气，其热解煤气当中甲烷含量高，煤气热值高）没被其它惰性气体稀释，并随着压力增加，煤气当中的甲烷含量增加。所以，煤气热值高，便于后续加工利用。

本实用新型非常适合高挥发份、高灰分低阶煤（褐煤、长烟煤、不粘煤、弱粘煤等）和油页岩。由于气化、干馏压力较高，气流速度低，可以气化、干馏较小粒度的煤或油页岩，原料来源广，因此资源利用率高。

综上所述，本实用新型具有产油率高、油品质量好、热效率高、煤气热值高、固定碳化学潜热得以充分利用、出灰含碳少且活性好、原料适应性强、资源利用率高的特点。

附图说明

图1为本实用新型剖视结构示意图之一；

图2为本实用新型剖视结构示意图之二；

图3为本实用新型之转动炉篦结构示意图；

图中：1-料仓，2-料锁，21-料锁上阀，22-料锁下阀，23-加压口，24-泄压口，3-干馏炉体，3A-干燥层，3B-干馏层，3C-甲烷层，3D-还原层，3E-氧化层，3F-灰渣层，31-气化剂入口，32-油气出口，33-转动炉篦，331-中心孔，332-出气口，34-保温层，35-内筒体，36-外筒体，37-进水口，38-蒸汽出口，39-角状盒，4-灰锁，41-灰锁上阀，42-灰锁下阀，43-泄压阀，5-灰仓，6-灰锁膨胀冷凝器，7-气液分离器，8-油气通道，9-沉降室，91-粉尘出口，92-阀门，93-下隔板，94-上隔板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但不以任何方式对本实用新型加以限制，基于本实用新型教导所作的任何变更或改进，均属于本实用新型的保护范围。

    如图1、2和3所示，本实用新型包括料仓1、料锁2、干馏炉体3、灰锁4、灰仓5，所述料仓1设置于料锁2上部并通过料锁上阀21相连接，所述料锁2设置于干馏炉体3上部并通过料锁下阀22连接，所述干馏炉体3外壁设置有保温层34或冷却层，所述干馏炉体3的下部设置有气化剂入口31和上部设置有油气出口32并与炉体内部连通，所述干馏炉体3内壁下部与灰锁4间设置有转动炉篦33，所述灰锁4设置于干馏炉体3下部并通过灰锁上阀41相连接，所述灰仓5设置于灰锁4下部并通过灰锁下阀42相连接。

    所述干馏炉体3的冷却层是由内筒体35和外筒体36构成的密闭中空结构，所述外筒体36下部设置有进水口37和上部设置有蒸汽出口38。

    如图2所示，所述蒸汽出口38通过气液分离器7或汽包之液体分离口与进水口37连通，所述气液分离器7或汽包之蒸汽出口与气化剂入口31连通。

所述灰锁4设置有泄压阀43并与灰锁膨胀冷凝器6连通。

如图3所示，所述转动炉篦33为上锥形结构且中心设置有与气化剂入口31连通的中心孔331，所述转动炉篦33的外锥面设置有多个与中心孔331连通且开口倾斜向下的出气口332。

    所述干馏炉体3外侧设置有与油气出口32连通的油气通道8和下侧设置有带隔板的沉降室9，所述油气出口32通过油气通道8以及沉降室9与油气回收***连通。

    所述沉降室9呈“W”形结构且底部设置有粉尘出口91，所述粉尘出口91设置有阀门92，所述沉降室9自阀门92向上设置有上部开口的下隔板93，所述沉降室9在下隔板93两侧与油气通道8之接口和油气出口间分别设置有自顶部向下且下部开口的上隔板94。

所述料锁2设置有加压口23和泄压口24，所述加压口23通过加压阀与油气出口32或油气分离***的煤气装置连接。

    所述干馏炉体3的下部均布有两个及以上的气化剂入口31并与炉体内部连通。

所述料锁上阀21和/或料锁下阀22、灰锁上阀41、灰锁下阀42的阀体与阀座为上锥形结构。

    所述干馏炉体3内上部设置有角状盒39，所述角状盒39与油气出口32连通。

所述角状盒39为“Λ”形或“Λ”形加下部两侧挡板的结构。

所述干馏物料为粒度为5～50mm的高挥发份、高灰分低阶煤或油页岩。

所述高挥发份、高灰分低阶煤包括褐煤、长烟煤、不粘煤、弱粘煤。

所述油气出口32的干馏挥发份温度为110～150℃。

所述干馏物料在干馏炉体燃烧并自上而下形成干燥层3A、干馏层3B、甲烷层3C、还原层3D、氧化层3E及灰渣层3F。

所述干燥层3A温度为150～300℃。

所述干馏层3B温度为300～550℃。

所述甲烷层3C温度为550～800℃。

所述还原层3D温度为800～1000℃。

所述氧化层3E温度为1000～1200℃。

所述灰渣层3F温度为400～500℃。

所述干馏炉体内3中的压力为2.5～6.0MPa。

        工作原理及工作过程：

本实用新型通过在干馏炉体上部设置装料装置即料仓1和料锁2，干馏物料先进入料仓1，通过料锁2上的泄压口24使料锁1内压力泄压至常压，然后打开料锁上阀21，使物料进入料锁后关闭，通过料锁上的加压口23与油气出口或油气分离***的煤气装置连接向料锁1内加压至与干馏炉体内压力基本一致，然后再打开料锁下阀22向干馏炉内间歇添加干馏物料。首次开炉时，干馏物料下落置于转动炉篦33上形成物料层；后续装料时，干馏物料落于炉内先前形成的干馏物料上。从干馏炉下部的气化剂入口31通入水蒸气和氧气作为气化剂，经转动炉篦33的分散作用至干馏炉的干馏物料横截面上；特别是呈锥形结构的转动炉篦中心孔331与气化剂入口31连通，气化剂通过中心孔331从外锥面上开口倾斜向下的出气口332分散至干馏物料，使得气化剂的分散均匀性更好，而且灰渣也不容易堵塞出气口332。干馏物料燃烧与气化剂共同作用形成富氢环境的干馏氛围，干馏挥发物从炉体上部的油气出口32自上而下经油气通道8输入沉降室9形成“V”形或“W”形的折曲流动，自然沉降去除油气中的尘粒，然后输出至油气分离***。干馏煤时，在内外筒体间形成的冷却层中加入适当的循环水对内筒体35进行冷却，循环水与内筒体35接触后汽化从上部蒸汽出口38导出至气液分离器7或汽包，冷凝后的冷凝水重新进入冷却层重复循环使用，水蒸汽作为气化剂使用输入气化剂入口31。干馏油页岩时，只需在干馏炉3外壁设置保温层34，即能保证油页岩燃烧形成干馏所需温度，又能降低炉壁高温氧化速度，增加炉体使用寿命。干馏物料形成的灰渣层3F通过转动炉篦33，特别是在上锥形结构转动炉篦38的破碎和导向下下落。此时，关闭灰锁下阀42并打开灰锁上阀41，灰渣层灰渣落入灰锁4后关闭灰锁上阀41，然后打开灰锁的泄压阀43导出灰锁内的蒸汽等至灰锁膨胀冷凝器6的水中，对气流进行洗涤后排放。待灰锁4内压力趋于常压时，再打开灰锁下阀42把灰渣排入灰仓5，通过灰仓5完成灰渣的排放。

本实用新型通过导入水蒸气和氧气与炉内干馏物料燃烧形成富氢环境，来饱和煤或油页岩热解产生的自由基，使自由基与氢结合生成轻质油，且又能提高油品的饱和度。同时，对油品当中的氧、氮、硫、金属等有效的脱除。此外，该热解为渐温热解过程，热解产生重质油会二次热解，产生轻质油；在高压下热解，油气在富氢环境下停留时间相对较长，也有利于轻质油产生。另外，本实用新型干馏炉和干馏方法在高压高温下，碳与氧、水蒸汽得到充分接触和反应，因此没有半焦产品，出灰当中碳含量少（<2%），煤灰等出灰中的Si、Al、Ca、Mg、Fe等离子活化效果好，对其加工成建材制品或提取化学品（如白炭黑、氧化铝等）十分有利。此外，本实用新型的干馏炉是一种自热式反应炉，热量来自半焦中的固定碳，通过燃烧层的C+O₂→CO₂这个主要放热反应，产生大量热量，来供给各层反应所需的热量以及荒煤气、水蒸汽和灰渣带出的显热、干馏炉设备散失的热等，热能利用效果好、效率高、热量损失小，无需外部供热。产生的煤气没被其它惰性气体稀释，煤气热值高，便于后续加工利用。自热式加压气化富氢环境干馏炉，非常适合高挥发份、高灰分低阶煤（褐煤、长烟煤、不粘煤、弱粘煤等）和油页岩，可以气化、干馏较小粒度的煤或油页岩，因此资源利用率高。总之，本实用新型具有产油率高、油品质量好、热效率高、煤气热值高、出灰含碳少且活性好、固定碳化学潜热得以充分利用、原料适应性强、资源利用率高的特点。

Claims (7)

1.一种移动床自热式加压气化富氢环境干馏炉，其特征在于包括料仓（1）、料锁（2）、干馏炉体（3）、灰锁（4）、灰仓（5），所述料仓（1）设置于料锁（2）上部并通过料锁上阀（21）相连接，所述料锁（2）设置于干馏炉体（3）上部并通过料锁下阀（22）连接，所述干馏炉体（3）外壁设置有保温层（34）或冷却层，所述干馏炉体（3）的下部设置有气化剂入口（31）和上部设置有油气出口（32）并与炉体内部连通，所述干馏炉体（3）内壁下部与灰锁（4）间设置有转动炉篦（33），所述灰锁（4）设置于干馏炉体（3）下部并通过灰锁上阀（41）相连接，所述灰仓（5）设置于灰锁（4）下部并通过灰锁下阀（42）相连接。

2.根据权利要求1所述的干馏炉，其特征在于所述干馏炉体（3）的冷却层是由内筒体（35）和外筒体（36）构成的密闭中空结构，所述外筒体（36）下部设置有进水口（37）和上部设置有蒸汽出口（38）。

3.根据权利要求2所述的干馏炉，其特征在于所述蒸汽出口（38）通过气液分离器（7）或汽包之液体分离口与进水口（37）连通，所述气液分离器（7）或汽包之蒸汽出口与气化剂入口（31）连通。

4.根据权利要求1所述的干馏炉，其特征在于所述转动炉篦（33）为上锥形结构且中心设置有与气化剂入口（31）连通的中心孔（331），所述转动炉篦（33）的外锥面设置有多个与中心孔（331）连通且开口倾斜向下的出气口（332）。

5.根据权利要求1所述的干馏炉，其特征在于所述干馏炉体（3）外侧设置有与油气出口（32）连通的油气通道（8）和下侧设置有带隔板的沉降室（9），所述油气出口（32）通过油气通道（8）以及沉降室（9）与油气回收***连通。

6.根据权利要求5所述的干馏炉，其特征在于所述沉降室（9）呈“W”形结构且底部设置有粉尘出口（91），所述粉尘出口（91）设置有阀门（92），所述沉降室（9）自阀门（92）向上设置有上部开口的下隔板（93），所述沉降室（9）在下隔板（93）两侧与油气通道（8）之接口和油气出口间分别设置有自顶部向下且下部开口的上隔板（94）。

7.根据权利要求1所述的干馏炉，其特征在于所述料锁（2）设置有加压口（23）和泄压口（24），所述加压口（23）通过加压阀与油气出口（32）或油气分离***的煤气装置连接；所述灰锁（4）设置有泄压阀（43）并与灰锁膨胀冷凝器（6）连通。