專利名稱：一種下行床-移動床耦合熱解反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體燃料熱解領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種下行床-移動床耦合熱解反應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
以煤為代表的固體燃料，通常由有機物和無機物組成，加熱過程中其中的有機物會發(fā)生熱分解反應(yīng)，生成有機產(chǎn)物和氣體，同時殘留半焦和灰分。采用快速熱解技術(shù)，在不到I秒的時間內(nèi)固體燃料被加熱到400 750°C，固體燃料中大量復雜的有機物快速分解成活潑的有機中間體，這些產(chǎn)物通過急冷保持原來的非平衡態(tài)，從而盡可能多的獲取有價值的液體產(chǎn)物、煤氣和半焦。 國內(nèi)外眾多研究機構(gòu)針對固體燃料熱解制取液體產(chǎn)物、煤氣和半焦工藝開發(fā)了各種類型的快速熱解反應(yīng)器，主要包括流化床熱解反應(yīng)器，移動床熱解反應(yīng)器，轉(zhuǎn)爐反應(yīng)器和下行床反應(yīng)器。國內(nèi)浙江大學申請的發(fā)明專利(CN101691501)公布了循環(huán)流化床煤分級轉(zhuǎn)化煤氣焦油半焦多聯(lián)產(chǎn)裝置，該裝置將循環(huán)流化床氣化爐和流化床干餾爐相結(jié)合，干餾爐為常壓流化床，用再循環(huán)煤氣作流化介質(zhì)。李定凱等人1991年申請了名為“循環(huán)床煤氣-蒸汽聯(lián)產(chǎn)工藝及裝置”的發(fā)明專利(1056117)采用流化床煤熱解爐與流化床鍋爐耦合，用高溫熱灰作熱載體提供粉煤熱解所需熱量，煤粉在700 750°C條件下進行熱解，產(chǎn)生煤氣。美國安辛集團股份有限公司公布了一種快速熱解含碳物質(zhì)的新方法和裝置(發(fā)明專利CN1225851)，它使用上流式夾帶輸送熱解反應(yīng)器，輸送氣體為循環(huán)的煤氣。采用流化床熱解反應(yīng)器的缺點為需要循環(huán)煤氣作為流化氣，增加了整個工藝的復雜性。上世紀60年代德國的Lurgi-Ruhr Gas褐煤熱解工藝將煤與熱載體半焦在螺旋混合器中混合，然后在移動床中熱解。國內(nèi)的大連理工大學新法干餾技術(shù)與此相似，也是采用螺旋混合器及移動床干餾槽進行煤的熱解。煤炭科學研究總院北京煤化學研究所的專利(CN1066459)公布了一種多級回轉(zhuǎn)窯的煤熱解反應(yīng)器，通過串聯(lián)多級回轉(zhuǎn)窯對煤粉分段進行內(nèi)熱式干燥，外熱式熱解，內(nèi)熱式增碳熱加工，得到粒狀焦、焦油產(chǎn)品及中熱值煤氣。中國科學院過程工程研究所的發(fā)明專利(CN1377938)公布了一種循環(huán)流態(tài)化碳氫固體燃料的四聯(lián)產(chǎn)裝置，該裝置采用下行床熱解反應(yīng)器。下行床熱解反應(yīng)器可以實現(xiàn)小顆粒固體燃料的快速熱解，熱解氣體停留時間短，但對于大粒徑的固體燃料則停留時間過短，不利于大顆粒的充分熱解。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的熱解反應(yīng)器存在的需要流化氣，熱解氣體停留時間長，固體燃料停留時間短等問題，本發(fā)明提供了一種下行床-移動床耦合熱解反應(yīng)裝置。為了克服上述問題本發(fā)明提供的的下行床-移動床耦合熱解反應(yīng)裝置包括下行床反應(yīng)器I和移動床反應(yīng)器3，所述的下行床反應(yīng)器I底部分離出的固體熱載體和固體燃料的混合物進一步進入移動床反應(yīng)器3，使固體燃料和固體熱載體充分混合傳熱后熱解，熱解產(chǎn)生的熱解汽經(jīng)移動床反應(yīng)器3上端的熱解氣出口 7進入后續(xù)的急冷裝置，經(jīng)冷凝后得到產(chǎn)物-液體燃料和煤氣。作為上述方案的一種改進，所述的下行床反應(yīng)器I和移動床反應(yīng)器3之間設(shè)置氣-固快速分離器2。作為上述方案的又一種改進，所述的氣-固快速分離器2包括折流板6或臥式旋風分離器作為上述方案的再一種改進，所述的下行床反應(yīng)器I內(nèi)部設(shè)置固-固混合器，該固-固混合器為重力式混合器、機械式混合器或氣流式混合器。作為上述方案的再一種改進，所述的移動床反應(yīng)器3的底部設(shè)有立管4，實現(xiàn)了固體料封。作為上述方案的再一種改進，所述的立管4的底部設(shè)有固體物料流量控制器5，用于固體熱載體和半焦流量的調(diào)節(jié)控制。作為上述方案的再一種改進，所述的固體物料流量控制器5為機械裝置，包括滑閥、螺旋輸送機。作為上述方案的再一種改進，所述的固體物料流量控制器5為非機械裝置，包括U閥、L閥。作為上述方案的再一種改進，所述的熱解氣出口 7設(shè)置在移動床反應(yīng)器3上端，用于熱解汽的排出。固體熱載體和固體燃料從下行床反應(yīng)器I的頂部一同加入，在下行床反應(yīng)器I內(nèi)并流順重力流動。下行床內(nèi)設(shè)置固-固混合器，固-固混合器可以是重力式混合器、機械式混合器或者氣流式混合器，固-固混合器延長了固體熱載體和固體燃料的混合時間，強化了固-固的混合傳熱，保證固體燃料熱解反應(yīng)的充分進行。固體熱載體、固體燃料以及熱解產(chǎn)生的熱解汽一同從下行床反應(yīng)器I的底部離開下行床反應(yīng)器，進入氣-固快速分離器2，在快分分離器2內(nèi)，熱解汽與固體熱載體和燃料的混合物分離，熱解汽進入后續(xù)的急冷裝置；固體熱載體與固體燃料的混合物從快速分離器的底部離開進入移動床反應(yīng)器3，在移動床反應(yīng)器3內(nèi)，固體燃料大顆粒充分熱解，熱解產(chǎn)生的熱解汽通過移動床上部的出口離開移動床反應(yīng)器，與快速分離器2分離的熱解汽一同進入后續(xù)的急冷裝置，經(jīng)冷凝后得到產(chǎn)物-液體燃料和煤氣。移動床反應(yīng)器3的底部連接有立管4，立管4實現(xiàn)了固體料封的作用，防止熱解氣或外部氣體的反竄，立管4的底部連接有固體物料流量控制器5，用于固體熱載體和半焦流量的調(diào)節(jié)控制。固體物料流量控制器5可以采用機械裝置，也可以采用非機械裝置。機械式固體流量控制器可以是滑閥，螺旋輸送機等，非機械式固體流量控制器可以是U閥，L閥等。從固體物料流量控制器排出的固體熱載體和固體半焦混合物離開進入后續(xù)的燃燒反應(yīng)器燃燒，或者部分混合物通過分離得到固體半焦產(chǎn)物。本發(fā)明可應(yīng)用于通過熱解反應(yīng)從固體燃料中提取液體產(chǎn)物、煤氣或半焦等，所涉及的固體燃料包括煤炭、油頁巖和生物質(zhì)(如稻殼、秸桿、木屑)等含碳類固體燃料，采用的熱載體可以是熱砂，鍋爐熱灰，半焦等。本發(fā)明的優(yōu)點在于
I、在移動床反應(yīng)器3內(nèi)，固體燃料大顆粒充分熱解，熱解產(chǎn)生的熱解汽通過移動床上部的出口離開移動床反應(yīng)器，與快速分離器2分離的熱解汽一同進入后續(xù)的急冷裝置，經(jīng)冷凝后得到產(chǎn)物-液體燃料和煤氣。移動床反應(yīng)器3的底部連接有立管4，立管4實現(xiàn)了固體料封的作用，防止熱解氣或外部氣體的反竄。立管4的底部連接有固體物料流量控制器5，用于固體熱載體和半焦流量的調(diào)節(jié)控制。通過下行床-移動床的耦合，使固體熱載體和固體燃料在反應(yīng)裝置中停留時間更長，發(fā)生熱交換更加充分，特別是大顆粒固體燃料熱解更加徹底。
2、與單獨采用下行床熱解反應(yīng)器或單獨采用移動床熱解反應(yīng)器相比，采用下行床-移動床耦合快速熱解反應(yīng)裝置后氣相的停留時間可以控制在I秒以內(nèi)，而固體燃料顆粒的停留時間可以延長至數(shù)分鐘甚至數(shù)十分鐘，液體廣物的收率最聞可以提聞20%左右。3、與采用流化床熱解反應(yīng)器相比，下行床-移動床耦合快速熱解反應(yīng)裝置不使用載氣，避開了流化床熱解工藝中復雜的煤氣凈化、再循環(huán)系統(tǒng)，整個工藝更加簡單可靠，熱效率更聞。


圖I為本發(fā)明的下行床-移動床耦合快速熱解反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)原理圖；圖2為本發(fā)明的下行床-移動床耦合快速熱解反應(yīng)裝置示意圖。附圖標識I、下行床反應(yīng)器2、氣-固快速分離器 3、移動床反應(yīng)器4、立管5、固體流量控制器 6、折流板7、熱解氣出口 8、擋板
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的裝置進行進一步說明。如圖I和圖2所示，本發(fā)明的下行床-移動床耦合快速熱解反應(yīng)裝置包括下行床反應(yīng)器I和與該下行床反應(yīng)器I底部相連的移動床反應(yīng)器3，固體熱載體和固體燃料從下行床反應(yīng)器I的頂部一同加入，在下行床反應(yīng)器I內(nèi)并流順重力流動。下行床內(nèi)設(shè)置固-固混合器，固-固混合器可以是重力式混合器，如擋板8，機械式混合器或者氣流式混合器。固-固混合器延長了固體熱載體和固體燃料的混合時間，強化了固-固的混合傳熱，保證固體燃料熱解反應(yīng)的充分進行。固體熱載體、固體燃料以及熱解產(chǎn)生的熱解汽一同從下行床反應(yīng)器I的底部離開下行床反應(yīng)器，進入氣-固快速分離器2。在快分分離器2內(nèi)，熱解汽與固體熱載體和燃料的混合物分離，熱解汽通過移動床反應(yīng)器3上端的熱解氣出口 7進入后續(xù)的急冷裝置。固體熱載體與固體燃料的混合物從快速分離器的底部離開進入移動床反應(yīng)器3。在移動床反應(yīng)器3內(nèi)，固體燃料大顆粒充分熱解，熱解產(chǎn)生的熱解汽通過移動床上部的出口離開移動床反應(yīng)器，與快速分離器2分離的熱解汽一同進入后續(xù)的急冷裝置，經(jīng)冷凝后得到產(chǎn)物-液體燃料和煤氣。移動床反應(yīng)器3的底部連接有立管4，立管4實現(xiàn)了固體料封的作用，防止熱解氣或外部氣體的反竄。立管4的底部連接有固體物料流量控制器5，用于固體熱載體和半焦流量的調(diào)節(jié)控制。固體物料流量控制器5可以采用機械裝置，也可以采用非機械裝置。機械式固體流量控制器可以是滑閥，螺旋輸送機等，非機械式固體流量控制器可以是U閥，L閥等。從固體物料流量控制器排出的固體熱載體和固體半焦混合物離開進入后續(xù)的燃燒反應(yīng)器燃燒，或者部分混合物通過分離得到固體半焦產(chǎn)物實例I下行床-移動床耦合快速熱解反應(yīng)裝置中煤炭的熱解如圖2所示，來自循環(huán)流化床鍋爐旋風分離器分離下來的850°C熱灰與粒徑Imm以下的煤炭進入下行床反應(yīng)器I，下行床反應(yīng)器I中設(shè)置有擋板式重力固-固混合器8，熱灰與煤炭實現(xiàn)了充分的混合傳熱，并發(fā)生熱解反應(yīng)。下行床反應(yīng)器I的出口設(shè)置折流板6，依靠氣固慣性的差別，熱解汽與固體混合物實現(xiàn)了快速分離，熱解汽從移動床的熱解氣出口 7離開熱解反應(yīng)器，進入后續(xù)的急冷裝置，在移動床反應(yīng)器3內(nèi)，固體混合物的溫度降到650°C，未充分熱解的固體燃料大顆粒繼續(xù)熱解，熱灰與半焦的混合物經(jīng)立管4、固體流量控制器(螺旋輸送器)5控制，進入燃燒爐燃燒，熱灰被再次加熱至850°C并循環(huán)進入下行床反應(yīng)器I。實例2下行床-移動床耦合快速熱解反應(yīng)裝置中油頁巖的熱解如圖2所示，來自循環(huán)流化床鍋爐旋風分離器分離下來的850°C熱砂與粒徑Imm以下的油頁巖在下行床反應(yīng)器I中混合傳熱，到達移動床后固體混合物的溫度降到550°C，熱解汽經(jīng)急冷后得到頁巖油和煤氣，熱灰與半焦的混合物進入燃燒爐燃燒，熱灰被再次加熱循環(huán)。實例3下行床-移動床耦合快速熱解反應(yīng)裝置中生物質(zhì)的熱解如圖2所示，來自循環(huán)流化床燃燒爐旋風分離器分離下來的850°C熱砂與粒徑1_以下的生物質(zhì)在下行床反應(yīng)器I中混合傳熱，到達移動床后固體混合物的溫度降到500°C，生物質(zhì)熱解汽經(jīng)急冷后得到生物質(zhì)熱解油和煤氣，熱砂與生物質(zhì)半焦的混合物進入燃燒爐燃燒，熱砂被再次加熱循環(huán)。本實施例I 3中采用本發(fā)明的下行床-移動床耦合快速熱解反應(yīng)裝置對固體燃料進行熱解時，與單獨采用下行床熱解反應(yīng)器或單獨采用移動床熱解反應(yīng)器相比，氣相的停留時間可以控制在I秒以內(nèi)，而固體燃料顆粒的停留時間可以延長至數(shù)分鐘甚至數(shù)十分鐘，液體廣物的收率最聞可以提聞20%左右，同時與米用流化床熱解反應(yīng)器相比，下行床-移動床耦合快速熱解反應(yīng)裝置不使用載氣，避開了流化床熱解工藝中復雜的煤氣凈化、再循環(huán)系統(tǒng)，整個工藝更加簡單可靠，熱效率更高。
權(quán)利要求
1.一種下行床-移動床耦合熱解反應(yīng)裝置，所述的熱解反應(yīng)裝置包括下行床反應(yīng)器(I)，其特征在于，該裝置還包括移動床反應(yīng)器(3)，所述的下行床反應(yīng)器(I)底部分離出的固體熱載體和固體燃料的混合物進一步進入移動床反應(yīng)器(3)，使固體燃料和固體熱載體充分混合傳熱后熱解，熱解產(chǎn)生的熱解汽經(jīng)移動床反應(yīng)器(3)上端的熱解氣出口(7)進入后續(xù)的急冷裝置，經(jīng)冷凝后得到產(chǎn)物-液體燃料和煤氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的下行床-移動床耦合熱解反應(yīng)裝置，其特征在于，所述的下行床反應(yīng)器(I)和移動床反應(yīng)器(3)之間設(shè)置氣-固快速分離器(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的下行床-移動床耦合熱解反應(yīng)裝置，其特征在于，所述的氣-固快速分離器(2)包括折流板(6)和臥式旋風分離器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的下行床-移動床耦合熱解反應(yīng)裝置，其特征在于，所述的下行床反應(yīng)器(I)內(nèi)部設(shè)置固-固混合器，該固-固混合器為重力式混合器、機械式混合器或氣流式混合器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的下行床-移動床耦合熱解反應(yīng)裝置，其特征在于，所述的移動床反應(yīng)器(3)的底部設(shè)有立管(4)，實現(xiàn)了固體料封。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的下行床-移動床耦合熱解反應(yīng)裝置，其特征在于，所述的立管(4)的底部設(shè)有固體物料流量控制器(5)，用于固體熱載體和半焦流量的調(diào)節(jié)控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的下行床-移動床耦合熱解反應(yīng)裝置，其特征在于，所述的固體物料流量控制器(5)為機械裝置，包括滑閥、螺旋輸送機。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的下行床-移動床耦合熱解反應(yīng)裝置，其特征在于，所述的固體物料流量控制器5為非機械裝置，包括U閥、L閥。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種下行床-移動床耦合熱解反應(yīng)裝置。本發(fā)明的熱解反應(yīng)裝置包括下行床反應(yīng)器(1)，該裝置還包括移動床反應(yīng)器(3)，所述的下行床反應(yīng)器(1)底部分離出的固體熱載體和固體燃料的混合物進一步進入移動床反應(yīng)器(3)，使固體燃料和固體熱載體充分混合傳熱后熱解，熱解產(chǎn)生的熱解汽經(jīng)移動床反應(yīng)器(3)上端的熱解氣出口(7)進入后續(xù)的急冷裝置，經(jīng)冷凝后得到產(chǎn)物-液體燃料和煤氣。本發(fā)明的優(yōu)點在于采用本發(fā)明的裝置，氣相的停留時間可以控制在1秒以內(nèi)，而固體燃料顆粒的停留時間可延長數(shù)十分鐘，液體產(chǎn)物的收率最高可以提高20％左右而且整個工藝更加簡單可靠，熱效率更高。
文檔編號C10B53/02GK102653682SQ201110050388
公開日2012年9月5日 申請日期2011年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月2日
發(fā)明者宋文立, 李松庚, 林偉剛, 王澤 , 郝麗芳, 都林 申請人:中國科學院過程工程研究所