CN105925287A - 一种煤快速热解反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤快速热解反应器，包括：反应器本体；颗粒移动床，所述颗粒移动床包括：侧面板、固定在所述反应器本体的侧壁上的两个壁板，由此所述侧面板、所述两个壁板和所述侧壁限定所述颗粒移动床的腔体。本发明通过在反应器本体上部设置颗粒移动床，降低了热解油气的温度，从而将热解油气中的重质焦油组分冷凝，由此，不仅降低了热解油气中的尘含量，还增加了焦油中的轻质组分，从而提高焦油的品质。

Description

一种煤快速热解反应器

技术领域

本发明涉及煤热解技术领域，具体的涉及一种煤快速热解反应器。

背景技术

中国正处于工业化、城镇化快速发展时期。在这一过程中，公众对生活质量、居住环境、城市状况等提出越来越高的标准，生活方式和消费方式发生了越来越显著的变化。住房面积的扩大、汽车保有量的持续增长，以及在此基础上形成的衍生需求将成为经济和社会持续发展的最主要动力。这将导致经济结构的一系列变化，也将带来能源消费总量的持续增长，特别是对石油和天然气消费的增长。中国能源问题的实质是油气资源短缺，关键问题是对石油天然气的需求远远超过国内资源可以承担的程度。煤化工产业是将煤炭转换为液体燃料、气体燃料和化工原料的基本途径，可在关键的能源领域中保障自给率。煤的热解过程通常可以生成可燃气、焦油和半焦(或焦炭)等三类产出物，热解工艺的不同，三类产品的比例有着较大差别，并影响到最终的产品价值和对能源供应结构的影响。

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，如热解-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，工业化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。

使用上述热解炉热解粉煤的过程中产生的热解油气，成分复杂、重质焦油组分多，粉尘含量大、粉尘形状不规则，气体温度高，造成热解粉焦和热解油气在线分离效果不理想，导致热解系统运行不稳定、焦油中灰分含量高，阻碍了粉煤热解技术的工业化进程。因此，热解工艺中除尘技术的发展成为低阶煤热解工业化过程中关键问题之一。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种煤快速热解反应器，该反应器降低反应器产生的热解油气中的尘含量，降低后续高温煤热解油气激冷焦油中的尘含量，使物料受热更均匀。

本发明提供了一种煤快速热解反应器。一般而言，本发明的煤快速热解反应器为蓄热式下行床反应器，所述反应器包括：

反应器本体；

颗粒移动床，所述颗粒移动床包括：

侧面板、固定在所述反应器本体的侧壁上的两个壁板，由此所述侧面板、所述两个壁板和所述侧壁限定所述颗粒移动床的腔体，所述颗粒移动床的顶部是开放的，所述侧面板为多孔板，以及可伸缩的阀门，布置在所述颗粒移动床的底部，作为所述颗粒移动床的底；

所述壁板的固定部位之间的侧壁上设置有热解油气出口。

根据本发明的一个实施方案，所述颗粒移动床进一步包括滤板，所述滤板布置所述两个壁板之间并且与所述热解油气出口相对，由此在所述滤板、所述两个壁板和所述壁板的固定部位之间的侧壁之间限定出气室，所述滤板为多孔板。

根据本发明的一个实施方案，所述颗粒移动床进一步包括滤板，所述滤板设置在所述热解油气出口处，将所述热解油气出口与所述颗粒移动床隔离，所述滤板为多孔板。

根据本发明的一个实施方案，所述滤板的孔径为0～0.1mm，孔的密度为面积孔数不少于50～5000个/cm²。

根据本发明的一个实施方案，所述侧面板孔径为0～0.05mm，孔的密度为面积孔数不少于500～5000个/cm²。

根据本发明的一个实施方案，所述阀门为板状体，在所述壁板的固定部位之间的侧壁之下设有长孔，所述阀门可伸缩的安装于所述长孔。

根据本发明的一个实施方案，所述阀门是插板阀，其中所述插板阀的手轮由所述反应器本体外部穿过内壁，由此使所述插板阀的闸板作为所述颗粒移动床的底部。

本发明在反应器本体上部设置颗粒移动床，获得了多种益处。

例如，在高温煤热解油气出热解炉前，将热解油气中的细尘截留在热解炉内，从而有效降低了热解气的含尘量。将颗粒移动床置于热解油气出口，在原料进入反应器本体的过程中，部分原料进入颗粒移动床并在颗粒移动床内下降。可以通过冷煤和高温煤热解油气接触，降低热解油气中的尘含量，降低高温煤热解油气温度，吸附部分冷凝焦油，特别是，部分(40～60％)重质焦油冷凝随热解原料返回热解炉，从而增加焦油中的轻质组分，由此提高了焦油的品质。

为了便于描述，在本文中，术语“煤快速热解反应器”、“蓄热式下行床反应器”、“热解炉”可互换使用。

附图说明

图1是本发明煤快速热解反应器结构示意图；

图2是本发明中的颗粒移动床一实施例俯视图。

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。

如图1所示，本发明煤快速热解反应器结构示意图，该反应器包括：反应器本体1、蓄热式辐射管2、颗粒移动床3。

本发明所述的煤快速热解反应器为蓄热式下行床反应器，反应器本体1为热解反应容器。热解反应容器的顶部开设原料入口，在侧壁上设置有热解油气出口。

蓄热式辐射管2设置在反应器本体1内，蓄热式辐射管2沿反应器本体1的高度方向多层布置，每层布置多根在水平方向彼此平行的蓄热式辐射管2。由于采用多层蓄热式辐射管2供热，反应系统结构简单，操作方便，加热效果好，温度分布均匀。每层蓄热式辐射管与相邻上下两层的蓄热式辐射管2互相平行且沿反应器本体1的高度方向交错分布。由此，可显著提高反应器的热解效率，从而提高产品的产出率。

蓄热式辐射管2可采用单向蓄热式燃气辐射管，即通过辐射管管体将燃气燃烧产生的热能以辐射的方式散发出来进行供热。根据本发明的具体实施例，蓄热式辐射管2上可以设置有燃气调节阀(未示出)。由此，通过控制进入辐射管的空气、燃气量及其配比，来控制辐射管表面温度，控制反应所需温度场，实现对气化过程的精确控温，从而可以显著提高物料的热解效率。在辐射管内燃烧产生的高温烟气，经与入辐射管低温控制换热，降低排烟温度，提高燃烧效率。蓄热式辐射管的燃料气入口也可够接收来自热解气处理系统中产生的可燃气，实现自热，提高了产品的利用率。

颗粒移动床3固定热解反应容器本体1的侧壁上，并将热解油气出口罩住，本发明所述的罩住，是指颗粒移动床将热解油气出口与反应器内腔隔离。热解油气经颗粒移动床除尘后，由热解油气出口排出反应容器本体1外。

图2是本发明中的颗粒移动床一实施例的俯视图。如图2所示，颗粒移动床3设置在反应器本体1的侧壁上。在本实施例中，颗粒移动床3包括壁板301，侧面板302，滤板303和阀门304。

两个壁板301分别固定在反应器本体1的侧壁上。为了方便说明，特指位于两个壁板的在侧壁的固定位置之间的侧壁称之为“部分侧壁”。热解油气出口4设置在该“部分侧壁”上，即于壁板的固定部位之间的侧壁上设置有热解油气出口4。

侧面板302固定在两个壁板301中间。两个壁板301、侧面板302和反应器本体1的部分侧壁呈两端开口的筒状体，围绕形成了颗粒移动床的腔体。该腔体上下开放，形成原料下落的通道。换句话说，颗粒移动床3的顶部是开放的上开口，作为颗粒入口。在颗粒移动床3的底部设置有可伸缩的阀门304，通过控制阀门304的开度，来控制出料速度。

阀门304为一板状体，在前述反应器本体1的“部分侧壁”下的合适位置设置长孔，阀门304可伸缩的安装于长孔内。向反应器本体外的方向拉阀门304，可加快颗粒移动床腔体内的原料下落速度；向反应器本体内的方向推阀门304，可减缓颗粒移动床腔体内的原料下落速度。操作人员可依据生产需要进行自主操作。

侧面板302为多孔板，侧面板302孔径为0～0.05mm，孔的密度为面积孔数不少于500～5000个/cm²。热解油气经侧面板302进入颗粒移动床3的腔体内，经其内的原料过滤后由热解油气出口4排出反应器本体1外。

颗粒移动床3进一步包括滤板304，滤板304布置两个壁板301之间并且与热解油气出口4相对，滤板304将热解油气出口4与颗粒移动床3的腔体隔离。滤板304为多孔板，滤板304的孔径为0～0.1mm，孔的密度为面积孔数不少于50～5000个/cm²。热解油气通过滤板304，由热解油气出口排出反应器本体1体外。

滤板304和反应器本体1的侧壁间隔设置，由滤板304、两个壁板301和侧壁围成气室305。这样，热解油气由颗粒移动床的腔体进入气室305时，滤板304的全部都参与工作，避免滤板因仅对应热解油气出口4的部分通气，使用频率过大造成该部分分布的气孔过早被焦油堵塞而报废，延长了滤板的使用寿命，减小了停工更换滤板的频率，提高了生产效率。

滤板还有另外一种设置方式：滤板设置在热解油气出口4处，将热解油气出口4与颗粒移动床3隔离。一般来说，反应器的热解油气出口带有一段管接头，方便与传输气体的管道连接，本发明的滤板设置在热解油气出口的管接头内，可以减少滤板、隔板的材料消耗。

本发明反应器的原料入口设置在反应器本体1上部中心位置，方便物料进入并自由下落。原料入口可连接进料斗和螺旋进料器。半焦出口设置在反应器本体1下部中心位置，便于半焦快速移出反应器本体1。

使用本发明煤快速热解反应器进行低阶煤热解的工作过程如下：

将原料(低阶煤颗粒)由反应器本体上部中心位置的原料入口加入，在原料下落的过程中，部分低阶煤颗粒由颗粒入口进入颗粒移动床的空腔内，在可伸缩的阀门的调节下，按照设定的速度下落。低阶煤颗粒在反应器本体内被热解，产生带有杂质的热解油气，热解油气经过颗粒移动床内，通过下降的低阶煤颗粒过滤后，排出反应器本体外。

本发明公开的一种煤快速热解反应器，反应器本体上部内置颗粒移动床除尘，入炉原料部分进入颗粒移动床，热解油气穿过颗粒移动床有效降低了热解气中的含尘量，降低了后续焦油预处理成本，同时降低了煤热解油气温度，使部分重质焦油冷凝，降低重质焦油收率。

实施例

原料煤从原料入口进入反应器，部分原料煤进入颗粒移动床，通过控制颗粒移动床底部的阀门控制原料煤在颗粒床内部的移动速度，颗粒移动速度宜小于1m/s。高温热解油气穿过颗粒移动床，降温至300～400℃，部分重质焦油冷凝随热解原料返回热解炉。热解油气含尘量降低至0.23g/Nm³，没有颗粒移动床含尘量5.5g/Nm³。

需要说明的是，以上参照附图所描述的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。

Claims (7)

1.一种煤快速热解反应器，其特征在于，所述反应器包括：

反应器本体；

颗粒移动床，所述颗粒移动床包括：

侧面板、固定在所述反应器本体的侧壁上的两个壁板，由此所述侧面板、所述两个壁板和所述侧壁限定所述颗粒移动床的腔体，

所述颗粒移动床的顶部是开放的，

所述侧面板为多孔板，

以及可伸缩的阀门，布置在所述颗粒移动床的底部；

所述壁板的固定部位之间的侧壁上设置有热解油气出口。

2.根据权利要求1所述的煤快速热解反应器，其特征在于，所述颗粒移动床进一步包括滤板，所述滤板布置所述两个壁板之间并且与所述热解油气出口相对，由此在所述滤板、所述两个壁板和所述壁板的固定部位之间的侧壁之间限定出气室，所述滤板为多孔板。

3.如权利要求1所述的煤快速热解反应器，其特征在于，所述颗粒移动床进一步包括滤板，所述滤板设置在所述热解油气出口处，所述滤板为多孔板。

4.如权利要求2或3任一所述的煤快速热解反应器，其特征在于，所述滤板的孔径为0～0.1mm，孔的密度为面积孔数不少于50～5000个/cm²。

5.如权利要求1所述的煤快速热解反应器，其特征在于，所述侧面板孔径为0～0.05mm，孔的密度为面积孔数不少于500～5000个/cm²。

6.如权利要求1所述的煤快速热解反应器，其特征在于，所述阀门为板状体，在所述壁板的固定部位之间的侧壁之下设有长孔，所述阀门可伸缩的安装于所述长孔。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的煤快速热解反应器，其特征在于，所述阀门是插板阀，其中所述插板阀的手轮由所述反应器本体外部穿过内壁，由此使所述插板阀的闸板作为所述颗粒移动床的底部。