一種蓄熱式移動床熱解反應器的製作方法

2023-05-31 12:23:51

本實用新型涉及熱解反應器，具體涉及一種蓄熱式移動床熱解反應器。
背景技術：
：現代煤化工為實現低階煤等含碳燃料的高效清潔轉化利用，已開發出多種綜合煤化工技術，熱解-燃燒解耦、熱解-化學品解耦、熱解-氣化解耦等，但真正實現工業化的卻不多，從中試向工業化放大的過程中遇到了各式技術難題。其中尤以熱解反應器設計、後續淨化處理工藝尤為突出。目前，含碳燃料(煤、油頁巖、生物質等)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乾餾爐、愛沙利亞的Galoter爐和澳大利亞的ATP爐等等。一些乾餾爐只能用來熱解塊狀油頁巖和煤，小粒徑物料無法利用，資源利用率低，粉狀物料因無法利用而大量堆積；以氣體為熱載體的爐型，因冷凝回收系統龐大，熱解氣熱值低，焦油收率低等問題，難以進一步推廣示範；以固體為熱載體的爐型，則存在原料和熱載體均勻混合，分離等問題，而限制了其進一步發展。技術實現要素：為解決上述問題，本實用新型提供了一種粉狀含碳燃料熱解用的蓄熱式移動床熱解反應器。本實用新型提供的一種蓄熱式移動床熱解反應器，其包括反應器本體、輻射管和多個金屬擋板組件，所述輻射管沿著所述反應器的高度多層布置於所述反應器本體內；所述反應器本體設有進料口、出料口和油氣出口；所述金屬擋板組件包括水平擋板和斜板，所述水平擋板在所述斜板下方；所述水平擋板的一端和所述斜板的一端分別與所述反應器本體的內側壁相連，所述水平擋板的另一端和所述斜板的另一端相連並形成夾角。進一步地，所述夾角的角度範圍為15°-60°，所述水平擋板的水平長度為所述反應器本體寬度的1/3-1/2。進一步地，所述夾角的角度範圍優選為20°-45°。進一步地，位於所述水平擋板下方、並距其最近的輻射管的中心到所述水平擋板的垂直距離為H，H是所述最近的輻射管的直徑的1-1.5倍。進一步地，上下相鄰的兩個金屬擋板組件相對地設置在所述反應器本體的兩側側壁上。進一步地，所述輻射管是公稱直徑為200-300mm的圓形管。進一步地，左右相鄰的兩輻射管的水平間距為200-400mm。進一步地，上下相鄰的兩輻射管的豎直間距為500-1200mm。本實用新型的提供蓄熱式移動床熱解反應器能有效的熱解粉狀含碳燃料。本實用新型提供的蓄熱式移動床熱解反應器採用了蓄熱式無熱載體輻射管加熱技術，無需氣、固熱載體，提高了熱解氣的熱值，該反應器結構簡單、佔地面積小，易於工業化。此外，反應器本體上添加了由水平擋板和斜板組成的金屬擋板組件，該金屬擋板組件增加了含碳燃料在熱解反應器內停留的時間。因此，添加金屬擋板組件後，反應器的高度可降低。若不改變反應器本體的高度，添加金屬擋板組件後，可將輻射管的垂直間距加大，從而可減少反應器內輻射管的數量。附圖說明圖1為實施例中蓄熱式移動床熱解反應器的結構示意圖；圖2為圖1中A區的局部放大圖。圖中：1、進料料鬥；2、螺旋進料器；3、螺旋出料器；41、反應器本體；42、輻射管；43、金屬擋板組件；431、水平擋板；432、斜板；44、燃料氣進口；45、空氣入口；46、煙氣出口；47、油氣出口。具體實施方式以下結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本實用新型的方案及其各個方面的優點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本實用新型的限制。需要說明的是，本實用新型中的「水平擋板」指得是水平放置的金屬擋板，「斜板」指得是傾斜放置的金屬擋板，「輻射管」指得是蓄熱式無熱載體輻射管。此外，術語「上」、「下」、「左」、「右」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本實用新型，而不是要求本實用新型必須以特定的方位構造和操作，因此，不能理解為對本實用新型的限制。本實用新型提供了一種蓄熱式移動床熱解反應器(本實用新型中也簡稱為「反應器」)。參考圖1，根據本實用新型的實施例對該蓄熱式移動床熱解反應器進行解釋說明，該反應器包括：反應器本體41、輻射管42、金屬擋板組件43、燃料氣進口44、空氣入口45、煙氣出口46、油氣出口47、進料口和出料口。輻射管42沿著反應器的高度多層布置於反應器本體41內，金屬擋板組件43設置在反應器本體41的內側壁上，反應器本體41上設有進料口、出料口、燃料氣進口44、空氣入口45、煙氣出口46和油氣出口47。本實用新型提供的蓄熱式移動床熱解反應器採用了蓄熱式無熱載體輻射管加熱技術，無需氣、固熱載體，提高了熱解氣的熱值，該反應器結構簡單、佔地面積小，易於工業化。參考圖2，根據本實用新型的實施例，金屬擋板組件43是由水平擋板431和斜板432組成的，水平擋板431的一端和斜板432的一端分別與反應器本體41的內側壁相連，水平擋板431的另一端和斜板432的另一端相連並形成夾角α。含碳燃料從進料口進入後，開始下落，碰到斜板432後，被彈起，然後再下落；含碳燃料每碰到一次斜板432，即被彈到一定高度，其下落速度被減緩，因此，增加了含碳燃料在熱解反應器內的停留時間。此外，斜板432還起到對含碳燃料的引流作用，增加了含碳燃料在反應器本體內移動的距離，這也能增加含碳燃料在熱解反應器內的停留時間。水平擋板431用於支撐斜板432。金屬的熱傳導性好，採用金屬擋板組件能提高含碳燃料熱解的效果。因此，添加金屬擋板組件後，反應器的高度可降低。若不改變反應器本體的高度，添加金屬擋板組件後，可將輻射管的垂直間距加大，從而可減少反應器內輻射管的數量。參考圖1，根據本實用新型的實施例，反應器的進料口和螺旋進料器2的一端相連，螺旋進料器2的另一端與進料料鬥1相連；反應器的出料口與螺旋出料器3相連。進料料鬥1和螺旋進料器2用於將粉狀含碳燃料送入反應器中，螺旋出料器3用於將含碳燃料熱解後產生的固體產物運送至下一工段。進料料鬥1、螺旋進料器2和螺旋出料器3並不是必要裝置，可視現場情況和具體的工藝決定是否要添加。根據本實用新型的實施例，夾角α的具體角度並不需要特別限定，發明人發現，當夾角α的角度範圍為15°-60°時，含碳燃料在熱解反應器內既能充分熱解，也不會堆積在斜板432上。進一步地，夾角α的角度範圍為20°-45°為最優方案。根據本實用新型的實施例，水平擋板431的水平長度c並不需要特別限定，發明人發現，當夾角α的角度範圍為15°-60°時，水平擋板431的水平長度c的最佳長度為反應器本體41的寬度(其內壁的寬度)的1/3-1/2。參考圖1，根據本實用新型的實施例，金屬擋板組件43的位置並不固定，可根據需要設置在某層輻射管的上方或下方。進一步地，金屬擋板組件43最佳的位置為兩層輻射管之間，且水平擋板431與位於它下方、並距它最近的輻射管的中心的距離為H，H是該輻射管直徑的1-1.5倍。此時，位於斜板432上的含碳燃料能更好的被熱解。根據本實用新型的實施例，金屬擋板組件43在反應器本體41中的布置方式也不需要限定。為了最大限度的增加含碳燃料熱解的時間，參考圖1，上下相鄰的兩個金屬擋板組件43最好相對地設置在反應器本體41的兩側。根據本實用新型的實施例，輻射管42的直徑及形狀並不需要限定，公稱直徑為200-300mm的圓形管是最佳選擇。根據本實用新型的實施例，左右相鄰的兩輻射管的水平間距也不需要限定，其最佳間距為200-400mm。根據本實用新型的實施例，上下相鄰的兩輻射管的豎直間距也不需要限定，其最佳間距為500-1200mm。根據本實用新型的實施例，反應器本體41的最佳高度為5-20m、最佳寬度(其內壁的寬度)為2-6m、最佳長度(其內壁的長度)為5-15m，反應器本體41中輻射管42的最佳層數為10-25層。燃料氣進口44和空氣入口45分別與輻射管42相連。下面參考具體實施例，對本實用新型進行說明。下述實施例中所取工藝條件數值均為示例性的，其可取數值範圍如前述
實用新型內容中所示。下述實施例所用的檢測方法均為本行業常規的檢測方法。實施例1用本實用新型提供蓄熱式移動床熱解反應器對印尼褐煤進行熱解，該印尼褐煤的成分分析如表1所示，所用的蓄熱式移動床熱解反應器的結構示意圖如圖1所示，其中，夾角α為15°，H為200mm，c為1m，輻射管42是公稱直徑為200mm的圓形管，左右相鄰的兩輻射管的水平間距為200mm，上下相鄰的兩輻射管的豎直間距為500mm。反應器本體41的高度為5m、內壁的寬度為2m、內壁的長度為5m，有10層輻射管42。印尼褐煤熱解的具體過程如下：將印尼褐煤送入進料料鬥1中，經螺旋進料器2進入反應器中。每根輻射管單獨控溫，反應器自上而下設有三個區：乾燥脫水區、熱解反應區和半焦生成區。往輻射管42中分別通入燃料氣和空氣，將乾燥脫水區的溫度控制在700℃、熱解反應區的溫度在控制650℃，半焦成熟區的溫度控制在550℃。印尼褐煤自上而下依次通過乾燥脫水區、熱解反應區和半焦生成區，完成熱解過程。熱解產生的熱解氣和焦油從油氣出口47中排出反應器本體41外並被進一步處理，產生的半焦通過螺旋出料器3送入下一個工序。熱解還會產生煙氣，煙氣從煙氣出口46中排出反應器本體1外，煙氣與空氣換熱後會降溫至200℃左右。將降溫後的煙氣用於乾燥進入反應器的印尼褐煤。表2為反應器內各區溫度分布及熱解產物的產量。實施例2用本實用新型提供蓄熱式移動床熱解反應器對秸稈進行熱解，該秸稈的成分分析如表3所示，所用的蓄熱式移動床熱解反應器的結構示意圖如圖1所示，其中，夾角α為45°，H為450mm，c為2m，輻射管42是公稱直徑為300mm的圓形管，左右相鄰的兩輻射管的水平間距為400mm，上下相鄰的兩輻射管的豎直間距為1200mm。反應器本體41的高度為20m、內壁的寬度為6m、內壁的長度為15m，有25層輻射管42。秸稈熱解的具體過程如下：將秸稈送入進料料鬥1中，經螺旋進料器2進入反應器中。每根輻射管單獨控溫，反應器自上而下設有三個區：乾燥脫水區、熱解反應區和半焦生成區。往輻射管42中分別通入燃料氣和空氣，將乾燥脫水區的溫度控制在700℃、熱解反應區的溫度在控制600℃，半焦成熟區的溫度控制在550℃。秸稈自上而下依次通過乾燥脫水區、熱解反應區和半焦生成區，完成熱解過程。熱解產生的熱解氣和焦油從油氣出口47中排出反應器本體41外並被進一步處理，產生的半焦通過螺旋出料器3送入下一個工序。熱解還會產生煙氣，煙氣從煙氣出口46中排出反應器本體1外，煙氣與空氣換熱後會降溫至200℃左右。將降溫後的煙氣用於乾燥進入反應器的秸稈。表4為反應器內各區溫度分布及熱解產物的產量。表1印尼褐煤的成分分析Mad/％Vad/％Aad/％Fcad/％15.38.637.638.5表2實施例1中反應器內各區溫度分布及熱解產物的產量表3秸稈的成分分析Mad/％Vad/％Aad/％Fcad/％5.675.61.217.6表4實施例2中反應器內各區溫度分布及熱解產物的產量從表2和表4可知，本實用新型提供的蓄熱式移動床熱解反應器能有效的熱解粉狀含碳燃料。上述實施例中，乾燥脫水區的溫度設置得比較高，這樣有利於速脫去入爐的含碳燃料所含的水分，而且還能減少乾燥脫水區的所佔用的空間。此外，將降溫後的煙氣用於乾燥進入反應器的含碳燃料，這樣能進一步提高反應器效率和燃燒效率。綜上可知，本實用新型提供的蓄熱式移動床熱解反應器採用了蓄熱式無熱載體輻射管加熱技術，無需氣、固熱載體，提高了熱解氣的熱值，該反應器結構簡單、佔地面積小，易於工業化。此外，反應器本體上添加了由水平擋板和斜板組成的金屬擋板組件，該金屬擋板組件增加了含碳燃料在熱解反應器內停留的時間。因此，添加金屬擋板組件後，反應器的高度可降低。若不改變反應器本體的高度，添加金屬擋板組件後，可將輻射管的垂直間距加大，從而可減少反應器內輻射管的數量。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實用新型而非限制本實用新型的範圍，本領域的普通技術人員應當理解，在不脫離本實用新型的精神和範圍的前提下對本實用新型進行的修改或者等同替換，均應涵蓋在本實用新型的範圍之內。此外，除非特別說明，那麼任何實施例的全部或一部分可結合任何其它實施例的全部或一部分來使用。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp