一種煤熱解的自清潔反應器及反應系統的製作方法

2023-06-12 08:08:36 1

本發明總地涉及煤熱解領域，具體涉及一種煤熱解的自清潔反應器及反應系統。

背景技術：

煤熱解是指煤炭在隔絕氧氣的條件下，加熱至500-1100℃時，發生的一系列物理變化和化學反應，得到煤氣、焦油和半焦的過程。在熱解溫度下，生成的焦油容易發生結焦反應，導致反應器熱效率下降，需要定期清潔，影響生產效率。

現有的煤熱解反應器包括直立爐、旋轉床、迴轉窯等多種形式，均或多或少的存在清潔問題，同時，還存在對原料要求高、空間利用率低、傳熱係數低等缺點。採用噴動床和流化床可以解決部分結焦問題，同時起到強化傳熱作用，但額外添加的水蒸氣會增加設備能耗；旋轉反應釜在提高空間利用率的同時，也可以起到強化傳熱作用，但攪拌裝置自身的結焦問題無法解決。

因此，為了克服現有煤熱解反應器的缺陷，解決設備內部存在的結焦問題，需提出一種運行周期長、換熱效率高、佔地面積小的煤熱解技術，使得該技術對原料形態要求不高，實現熱解反應設備的自清潔。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種煤熱解的自清潔反應器及反應系統，以解決現有技術在煤熱解時焦油容易發生結焦反應，導致反應器熱效率下降的問題。

本發明提供了一種煤熱解的自清潔反應器，所述自清潔反應器包括夾層套筒和旋轉攪拌部分，所述夾層套筒包括內套筒和外套筒，所述內套筒和外套筒之間的夾層用於流通熱載體；所述夾層套筒軸向的兩端分別設有連通所述內套筒內側的原料入口、氣相出口和半焦出口；所述旋轉攪拌部分設於所述內套筒的內側，所述旋轉攪拌部分包括轉子、攪拌盤和槳葉，其中，所述轉子轉動設置於所述夾層套筒內，所述轉子從所述夾層套筒的原料入口端伸入至所述夾層套筒的底部，所述轉子為空心杆結構，空心部分用於流通熱載體；所述攪拌盤固定設置於所述轉子的外表面上，所述攪拌盤與所述轉子的軸向方向垂直或呈一角度設置，所述攪拌盤包括一組支撐杆，所述支撐杆從所述轉子的外周向表面沿徑向延伸，所述一組支撐杆位於同一平面內；所述槳葉設置於所述支撐杆的末端，所述槳葉的外表面與所述內套筒的內壁之間形成有「面到面」的間隔，所述一組支撐杆上的各槳葉之間留有間隔。

進一步地，所述轉子上沿軸向可間隔布置有多個所述攪拌盤和所述槳葉，相鄰所述攪拌盤上的槳葉之間留有間隔。

進一步地，所述旋轉攪拌部分可包括多組所述轉子、攪拌盤與槳葉，所述轉子之間相互平行設置，相鄰所述轉子上的所述攪拌盤在所述轉子的軸向方向上交錯布置，交錯布置的所述攪拌盤上的槳葉之間留有間隔；所述轉子與相鄰轉子上的所述槳葉之間留有間隔。

上述的反應器，所述槳葉的外表面為曲面，朝向所述轉子的方向彎曲。

上述的反應器，所述槳葉的形狀呈「U」形、圓弧形或「W」形。

上述的反應器，相鄰交錯布置的所述攪拌盤上的槳葉的外表面之間形成有「面到面」的間隔。

上述的反應器，所述支撐杆為實心或空心結構。

進一步地，所述空心結構的支撐杆的內部與所述夾層套筒的夾層連通。

進一步地，在所述內套筒內側的前端和後端可分別設置有定子，所述定子分別與所述轉子兩端的槳葉相鄰設置，所述定子與所述槳葉的外表面形成有「面到面」的間隔。

本發明還提供一種包含上述煤熱解的自清潔反應器的反應系統，所述反應系統還包括料倉和旋風分離器；所述原料入口與所述料倉連接；所述半焦出口與所述旋風分離器連接；所述原料入口與所述轉子上的熱載體入口、所述夾層套筒的夾層熱載體出口位於所述自清潔反應器的同一端，或者所述原料入口與所述轉子上的熱載體出口、所述夾層套筒的夾層熱載體入口位於所述自清潔反應器的同一端。

本發明利用自清潔反應器實現煤的熱解，解決了現有煤熱解反應器的清潔問題。同時，本發明通過攪拌盤和自清潔槳葉的攪拌作用，提高了傳熱效率。

而且，本發明可以採用粒煤或粉煤或二者混合物為原料，對原料的要求有較大的彈性。

另外，本發明的系統提高了空間利用率，佔地面積小。

附圖說明

圖1為本發明實施例的自清潔反應器的縱向剖視結構示意圖；

圖2為本發明實施例的自清潔反應器的橫截面剖視結構示意圖；

圖3為本發明實施例的自清潔反應系統結構示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例，對本發明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發明的方案以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，而不是對本發明的限制。

本發明的目的是克服現有煤熱解反應器結焦的缺陷，以提供一種運行周期長、換熱效率高、佔地面積小的煤熱解技術。

本發明提供了一種煤熱解的自清潔反應器，所述自清潔反應器包括夾層套筒和旋轉攪拌部分。

如圖2所示，夾層套筒包括內套筒8和外套筒12，內套筒8和外套筒12之間的夾層用於流通熱載體。

如圖3所示，夾層套筒軸向的一端設有連通所述內套筒8內側的原料入口2，另一端設有連通所述內套筒內側的氣相出口5和半焦出口4。

如圖2所示，所述旋轉攪拌部分設於所述內套筒8的內側，所述旋轉攪拌部分包括轉子3、攪拌盤9和槳葉10，其中，所述轉子3轉動設置於所述夾層套筒內。所述轉子3從所述夾層套筒的原料入口2端伸入至所述夾層套筒的底部。

所述轉子3為空心杆結構，空心部分用於流通熱載體。熱載體為高溫煙氣或熔融鹽。所述攪拌盤9固定設置於所述轉子3的外表面上，所述攪拌盤9與所述轉子3的軸向方向垂直或呈一角度設置，所述攪拌盤9包括一組支撐杆，所述支撐杆從所述轉子3的外周向表面沿徑向延伸，所述一組支撐杆位於同一平面內。所述槳葉10設置於所述支撐杆的末端，所述槳葉10的外表面與所述內套筒8的內壁之間形成有「面到面」的間隔，所述一組支撐杆上的各槳葉之間留有間隔。

「面到面」的間隔設計，是指兩個表面在之間的最短距離方向上的投影有重疊部分，以保證通過面與面間的摩擦可以清潔各自的表面，又保證不能面與面間過於緊密而影響轉動。

通過轉子及其附屬攪拌盤及槳葉的攪拌作用，促進粒煤或粉煤或二者混合物在反應器內與熱載體換熱。

攪拌盤9的作用主要是支撐和固定漿葉10，使漿葉10隨轉子旋轉而轉動。

從轉子3橫截面方向觀察，攪拌盤9具有多根支撐杆，類似自行車輪胎輻條式排布。支撐杆起到支撐和固定漿葉的作用，支撐杆之間的空隙允許原料通過。支撐杆可以是實心，也可以是空心。若為空心，則與轉子內部熱載體通道相通，這樣支撐杆表面溫度相對實心杆較高，有利於加熱原料，促進熱解反應。

攪拌盤9可以是如圖1所示垂直於轉子的形式，也可以與轉子呈一定夾角。攪拌盤9的支撐杆數量也可以調整。通過攪拌盤9的角度及支撐杆數量的調整，有利於原料在反應器內的推送，使設備運行更加順暢。

所述轉子3上沿軸向可間隔布置有多個所述攪拌盤9和所述槳葉10，相鄰所述攪拌盤9上的槳葉10之間留有間隔。

當然，旋轉攪拌部分可包括多組所述轉子3、攪拌盤9與槳葉10，所述轉子3之間可相互平行設置，相鄰所述轉子3上的所述攪拌盤9在所述轉子3的軸向方向上交錯布置，交錯布置的所述攪拌盤9上的槳葉10之間留有間隔。所述轉子3與相鄰轉子3上的所述槳葉10之間也留有間隔。

相鄰轉子3上的漿葉10的交錯排布，可以保證相鄰漿葉10通過相互摩擦得到清潔。

漿葉10與反應器內壁、轉子3表面、其它漿葉10間的間隔應適當，既保證通過摩擦可以清潔表面，又保證不能過於緊密而影響轉動。

相鄰交錯布置的所述攪拌盤9上的槳葉10的外表面之間形成有「面到面」的間隔。

漿葉10可以是多種形狀，只要不影響相互間轉動、保證漿葉10與反應器內壁、轉子3表面、相鄰漿葉10間有足夠的接觸面積(或正對面積)即可。

所述槳葉10的外表面優選為曲面，朝向所述轉子3的方向彎曲。比如所述槳葉10的形狀可呈「U」形、圓弧形或「W」形。

為了對兩端的槳葉10進行清潔，可在所述內套筒8內側的前端和後端分別設置有定子11，所述定子11分別與所述轉子兩端的槳葉10相鄰設置，所述定子11與所述槳葉的外表面形成有「面到面」的間隔。同上述各個「面到面」的間隔類似，既要保證通過面和面的摩擦可以相互清潔表面，又要保證面和面不能過於緊密而影響轉子等的轉動。

如圖3所示，本發明同時提供的包含上述煤熱解的自清潔反應器的反應系統，所述反應系統還包括料倉1和旋風分離器6。所述原料入口2與所述料倉1連接；所述半焦出口4與所述旋風分離器6連接。所述原料入口2與所述轉子3上的熱載體入口、所述夾層套筒的夾層熱載體出口位於所述自清潔反應器的同一端，或者所述原料入口與所述轉子上的熱載體出口、所述夾層套筒的夾層熱載體入口位於所述自清潔反應器的同一端。這樣設計使得其中轉子通道內的熱載體流向與原料流向相同，夾層內的熱載體流向與原料流向相反；或者使得其中轉子通道內的熱載體流向與原料流向相反，夾層內的熱載體流向與原料流向相同，其目的都是維持反應器內部一個較為均勻的溫度場。

本發明利用自清潔反應器進行煤熱解的方法，包括下列步驟：

將一定量的直徑小於50mm的粒煤或粉煤或二者混合物經乾燥後，通過料倉和反應器進口進入自清潔反應器。

通過熱載體的間接加熱，反應器內發生煤熱解反應。

產生的半焦從反應器底部排出。

產生的煤氣和焦油以及夾帶的煤粉首先通過旋風分離器分離後，煤粉進入料倉，煤氣和焦油進入後續的油氣分離工序。

煤熱解時，通過轉子3等的攪拌作用，促進粒煤或粉煤或二者混合物在反應器7內與熱載體換熱，達到熱解溫度後發生熱解反應，反應生成的半焦由反應器7底部的固體出口4排出，煤氣和焦油等氣相以及夾帶的煤粉從反應器上部的氣相出口5進入旋風分離器6，分離後的煤粉進入料倉1，分離後的氣相物質進入後續的分離裝置。

本發明所謂的自清潔，是指漿葉在轉動過程中，通過與反應器內壁、轉子表面、其它漿葉間的摩擦，清除上面殘留的焦油等物質，保持上述這些設備表面的清潔，從而將原料與設備之間的傳熱效率維持在良好的、穩定的水平。

從上述可見，本發明克服了現有煤熱解反應器結焦的缺陷，可提供一種運行周期長、換熱效率高、佔地面積小的煤熱解技術。

實施例1

如圖3所示，將一定量的直徑小於50mm的粒煤或粉煤或二者的混合物經乾燥後，通過料倉1和反應器原料入口2進入自清潔反應器7。

自清潔反應器7內有一定數量的轉子3、攪拌盤9和自清潔槳葉10，其中轉子3和攪拌盤為空心設計，為熱載體通道。

自清潔反應器內轉子3、攪拌盤9和自清潔槳葉10的布置如圖1所示。

該自清潔反應器內包含三個轉子3-1、3-2和3-3，每個轉子上排布若干數量的攪拌盤9，攪拌盤9的端部設置自清潔槳葉10；在內筒體8內側，與前端和後端槳葉相鄰的位置設置四個定子11-1、11-2、11-3和11-4，實現兩端自清潔槳葉的清潔。

自清潔反應器的外殼為套筒形式，如圖2所示。

套筒由橢圓筒型外筒12和半圓筒形內筒12組成，套筒的外側夾層為熱載體通道。

熱載體為高溫煙氣或熔融鹽。其中轉子3通道內的熱載體流向與原料流向相同，套筒外側的熱載體流向與原料流向相反。通過轉子3及其附屬機構的攪拌作用，促進粒煤或粉煤或二者混合物在反應器7內與熱載體換熱，達到熱解溫度後發生熱解反應，反應生成的半焦由反應器7底部的固體半焦出口4排出，煤氣和焦油等氣相以及夾帶的煤粉從反應器上部的氣相出口5進入旋風分離器6，分離後的煤粉進入料倉1，分離後的氣相物質進入後續的分離裝置。

最後應說明的是：顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非對實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明的保護範圍之中。