專利名稱：一種氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器和應(yīng)用該收集器的碳質(zhì)材料熱解或干餾裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器和使用該收集器的碳質(zhì)材料熱解或干餾裝置。
背景技術(shù)：
產(chǎn)生熱、化學(xué)產(chǎn)物、或提質(zhì)燃料的碳質(zhì)材料熱解或干餾可伴隨有一系列熱化學(xué)反應(yīng)過程。常規(guī)熱化學(xué)反應(yīng)過程，如熱解、氣化和液化典型地是平衡反應(yīng)過程，并產(chǎn)生一系列 價(jià)值較低的平衡產(chǎn)物，包括數(shù)量占大多數(shù)的固體，如焦、半焦等；液體，如焦油、含水溶液等；和氣體，如co2、co、ch4等。通常，氣化產(chǎn)生應(yīng)用受限的低級(jí)燃料氣體，而熱解所形成的有價(jià)值液態(tài)或氣態(tài)產(chǎn)物的產(chǎn)率又較低。因此，如何提高碳質(zhì)材料熱解或干餾的有價(jià)值液態(tài)產(chǎn)物的產(chǎn)率是一個(gè)非常令人感興趣的和具有廣闊經(jīng)濟(jì)價(jià)值的課題。由碳質(zhì)材料熱解或干餾而獲得的有價(jià)值液態(tài)產(chǎn)物的產(chǎn)率受多種因素的影響，其既取決于碳質(zhì)材料的種類和特性，也取決于熱解或干餾的具體操作條件，特別是取決于熱解或干餾的溫度，以及氣態(tài)熱解或干餾產(chǎn)物在熱解或干餾條件下的停留時(shí)間，因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間地停留在熱解或干餾條件下會(huì)使氣態(tài)熱解產(chǎn)物中所含的氣態(tài)焦油或油發(fā)生二次裂解，從而使冷凝后的液態(tài)產(chǎn)物的產(chǎn)率大大降低。因此，通常為了維持或改善熱解或干餾液態(tài)產(chǎn)物的產(chǎn)率，盡量使氣態(tài)熱解產(chǎn)物在其形成后立即或迅速離開熱解或干餾條件，并被迅速激冷以凍結(jié)包含氣態(tài)焦油或油的氣態(tài)熱解產(chǎn)物，以保持隨后由氣態(tài)冷凝為液態(tài)的熱解產(chǎn)物的產(chǎn)率。然而，由于熱解或干餾設(shè)備或裝置結(jié)構(gòu)的缺陷、以及碳質(zhì)材料本身對(duì)氣態(tài)熱解產(chǎn)物流動(dòng)的阻礙作用，很難做到熱解或干餾的氣態(tài)產(chǎn)物在其形成后立即就被移出熱解或干餾條件或環(huán)境。例如，Lurgi-Spuelgas低溫?zé)峤鉅t由干燥段、干餾段、冷卻段組成。在干燥段中，逆流而上約250°C熱氣體將煤加熱至150°C ;在干餾段中，干燥原煤被燃燒氣體加熱至500°C 850°C，在煤受熱發(fā)生熱分解后，燃燒氣體被冷卻至約250°C，生成的半焦進(jìn)入冷卻段被循環(huán)氣冷卻，從干餾段頂部經(jīng)氣管引出的熱解氣經(jīng)過冷卻、冷凝和分離，變?yōu)榻褂?、熱解水和凈煤氣。該熱解爐無(wú)法及時(shí)排出煤干餾產(chǎn)生的焦油，因此，液態(tài)熱解產(chǎn)物-焦油的產(chǎn)率較低，而蓄熱結(jié)構(gòu)又復(fù)雜，并且煙氣廢熱利用也不足。CN1005987B公開了一種“帶蓄熱室單排炭化室型連續(xù)式直立炭化爐”，其由下小煙道、下蓄熱室、下斜道、下水平道、燃燒室、炭化室、上水平道、上斜道、上蓄熱室及上小煙道等組成，此爐具有爐體熱效率高，爐體壽命長(zhǎng)，使用磚型種類少等特點(diǎn)，但是增設(shè)的蓄熱室及連接燃燒室與蓄熱室的斜道區(qū)使?fàn)t體內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，維修困難，設(shè)備投資及維修費(fèi)用也相應(yīng)增加，同時(shí)在煤料的干餾過程中，因煤料的堆積，干餾產(chǎn)生的氣態(tài)焦油不能及時(shí)排出，因?yàn)槊簹饪自O(shè)置在爐頂部，在氣態(tài)焦油上升的過程中會(huì)發(fā)生二次裂解，所以液態(tài)熱解產(chǎn)物-焦油的產(chǎn)率并不高。
CN201071352Y公開了一種“封閉干餾分層炭化管狀立式焦?fàn)t”，其炭化室采用錐體管式結(jié)構(gòu)，每個(gè)炭化室從上到下依次分為烘干段、揮發(fā)段、干餾段、炭化段和夾套水冷干熄焦室，各段采用錐體管狀炭化管，段與段之間設(shè)有煤氣排氣孔，焦?fàn)t本體內(nèi)設(shè)有多組錐體管式炭化室，每組錐體管式炭化室之間密封隔開，每組內(nèi)的多個(gè)錐體管式炭化室沿徑向平行均布，在螺旋給煤機(jī)末端和螺旋分煤機(jī)始端之間設(shè)有緩沖流煤管，螺旋分煤機(jī)末端和斗式提升機(jī)之間設(shè)有余煤溢流管，從斗式提升機(jī)到余煤溢流管之間封閉且相通，整個(gè)過程全封閉，煤氣循環(huán)利用。上述焦?fàn)t雖然設(shè)置了煙氣熱交換管，但其熱效率較蓄熱結(jié)構(gòu)欠佳，而且大型換熱結(jié)構(gòu)的使用，會(huì)增加設(shè)備的投資及維修費(fèi)用，另外，上述焦?fàn)t的炭化室雖分為多段，但在干餾段中同樣存在氣態(tài)焦油不能及時(shí)排出，從而發(fā)生二次熱解或裂解的問題，所以液態(tài)產(chǎn)物-焦油的產(chǎn)率較低。US5636580公開了一種熱解系統(tǒng)，該熱解系統(tǒng)可用于各種入料的熱解蒸餾，其包括一個(gè)熱解氣體抽取口，經(jīng)過所述熱解氣體抽取口的熱解氣體直接被冷凝，從而產(chǎn)生各種冷凝產(chǎn)物。在該熱解系統(tǒng)中入料與熱解氣體的流向正好相反，因此上述熱解氣體抽取口其實(shí)僅是熱解氣體出口，由于所處的位置，其并不能使熱解產(chǎn)生的含有氣態(tài)焦油的熱解氣體迅 速或立即離開熱解系統(tǒng)，所以，二次熱解或裂解仍然無(wú)法避免，因此，這一熱解系統(tǒng)的液態(tài)產(chǎn)物-焦油的產(chǎn)率也較低。上述對(duì)比文獻(xiàn)的公開內(nèi)容在此全文引入以作參考。通過對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)的描述和分析可知提高液態(tài)熱解產(chǎn)物產(chǎn)率的關(guān)鍵是盡量避免可冷凝的熱解產(chǎn)物發(fā)生二次裂解，這樣就要求包含可冷凝產(chǎn)物的氣態(tài)熱解產(chǎn)物在其形成后盡可能快地離開熱解或干餾環(huán)境，最好是立即或迅速離開熱解或干餾系統(tǒng)，因此，氣態(tài)熱解產(chǎn)物在干餾或熱解系統(tǒng)中的停留時(shí)間對(duì)于提高液態(tài)熱解產(chǎn)物的產(chǎn)率至關(guān)重要。通常，如果氣態(tài)熱解產(chǎn)物在其形成后的10秒內(nèi)離開熱解或干餾環(huán)境，并且其溫度被迅速降低，發(fā)生二次裂解的機(jī)會(huì)就會(huì)大大降低。通常認(rèn)為只要?dú)鈶B(tài)熱解產(chǎn)物被激冷到250°c以下，氣態(tài)焦油的二次裂解和/或熱解反應(yīng)就會(huì)立即被終止。綜上所述，為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，并顯著提高液態(tài)熱解產(chǎn)物的產(chǎn)率，迫切需要對(duì)上述現(xiàn)有的熱解設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，在提高設(shè)備熱效率的同時(shí)，改善液態(tài)熱解
產(chǎn)物的產(chǎn)率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可大幅度提高液態(tài)熱解產(chǎn)物產(chǎn)率和設(shè)備熱效率的熱解碳質(zhì)材料的新裝置和新方法，其旨在克服上述缺陷或解決上述問題的至少一部分、甚至全部，更具體地說，本發(fā)明提供了一種氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器和一種包含上述收集器和蓄熱體的固態(tài)碳質(zhì)材料熱解或干餾裝置。根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供一種氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器，所述收集器包括頂端密封的桶壁；至少一個(gè)位于桶壁上的貫穿通道，用于使氣態(tài)熱解產(chǎn)物穿過所述通道由外面進(jìn)入所述收集器內(nèi)部；至少一個(gè)位于所述通道上方并被安裝在所述桶壁外表面上的擋料板，用于阻止固態(tài)碳質(zhì)材料進(jìn)入上述收集器內(nèi)部，其中所述擋料板的垂直投影面覆蓋上述貫穿通道；
位于桶壁底部或下部的氣態(tài)熱解產(chǎn)物出口。優(yōu)選地，上述氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器進(jìn)一步包括至少一個(gè)位于所述貫穿通道上方并被安裝在所述桶壁內(nèi)表面上的氣流導(dǎo)向板，用于使進(jìn)入上述收集器內(nèi)部的氣態(tài)熱解產(chǎn)物向下流動(dòng)，更優(yōu)選地，在上述氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器中，所述擋料板的垂直橫截面形狀為由兩條直線的端點(diǎn)交叉形成的角。根據(jù)本發(fā)明第二方面，提供一種氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器，所述收集器包括頂端密封的桶壁；至少一個(gè)位于桶壁上的貫穿通道，用于使氣態(tài)熱解產(chǎn)物穿過所述通道由外面進(jìn)入所述收集器內(nèi)部；至少一個(gè)位于所述通道上方并被安裝在所述桶壁外表面上的擋料板，用于阻止固態(tài)碳質(zhì)材料進(jìn)入上述收集器內(nèi)部，其中所述擋料板的垂直投影面覆蓋上述貫穿通道；至少一個(gè)位于所述貫穿通道上方并被安裝在所述桶壁內(nèi)表面上的氣流導(dǎo)向板，用于使進(jìn)入上述收集器內(nèi)部的氣態(tài)熱解產(chǎn)物向下流動(dòng)；位于桶壁底部或下部的氣態(tài)熱解產(chǎn)物出口。根據(jù)本發(fā)明第三方面，提供一種氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器，所述收集器包括頂端密封的桶壁；至少一個(gè)位于桶壁上的貫穿通道，用于使氣態(tài)熱解產(chǎn)物穿過所述通道由外面進(jìn)入所述收集器內(nèi)部；至少一個(gè)位于所述通道上方并被安裝在所述桶壁外表面上的擋料板，用于阻止固態(tài)碳質(zhì)材料進(jìn)入上述收集器內(nèi)部，其中所述擋料板的垂直投影面覆蓋上述貫穿通道，并且所述擋料板的垂直橫截面形狀為由兩條直線的端點(diǎn)交叉形成的角；至少一個(gè)位于所述貫穿通道上方并被安裝在所述桶壁內(nèi)表面上的氣流導(dǎo)向板，用于使進(jìn)入上述收集器內(nèi)部的氣態(tài)熱解產(chǎn)物向下流動(dòng)；位于桶壁底部或下部的氣態(tài)熱解產(chǎn)物出口。根據(jù)本發(fā)明第一至第三方面，在所述氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器中，上述貫穿通道優(yōu)選為孔、槽、和/或任何規(guī)則形狀的貫穿開口，更優(yōu)選為螺旋狀的槽口 ；所述氣態(tài)熱解產(chǎn)物出口通常與一個(gè)氣體收集管相連；而所述桶壁的橫截面優(yōu)選為圓形、橢圓形、方形、矩形、多邊形、和/或任何規(guī)則形狀；所述擋料板沿垂直方向與所述桶壁的外表面優(yōu)選形成75° -85°的角度，并且所述擋料板沿垂直方向與所述桶壁的外表面形成的角度根據(jù)操作要求是可調(diào)節(jié)的；所述氣流導(dǎo)向板沿垂直方向與所述桶壁內(nèi)表面優(yōu)選形成35° -55°的角度，并且所述氣流導(dǎo)向板沿垂直方向與所述桶壁內(nèi)表面形成的角度根據(jù)操作要求也是可調(diào)節(jié)的，更優(yōu)選地，所述氣流導(dǎo)向板可覆蓋所述貫穿通道，以便必要時(shí)清洗所述收集器內(nèi)部，同時(shí)氣流導(dǎo)向板也可進(jìn)一步用于防止由氣態(tài)冷凝為液態(tài)的熱解產(chǎn)物回流到所述收集器的外面。根據(jù)本發(fā)明第四方面，提供一種固態(tài)碳質(zhì)材料熱解或干餾裝置，該裝置包括至少一個(gè)熱解區(qū)或干餾區(qū)；其中在每個(gè)熱解區(qū)或干餾區(qū)中布置至少一個(gè)氣態(tài)熱解產(chǎn)物或氣態(tài)干餾產(chǎn)物的收集器，所述收集器包括頂端密封的桶壁；至少一個(gè)位于桶壁上的貫穿通道，用于使氣態(tài)熱解產(chǎn)物穿過所述通道由外面進(jìn)入所述收集器內(nèi)部；
至少一個(gè)位于所述通道上方并被安裝在所述桶壁外表面上的擋料板，用于阻止固態(tài)碳質(zhì)材料進(jìn)入上述收集器內(nèi)部，其中所述擋料板的垂直投影面覆蓋上述貫穿通道；位于桶壁底部或下部的氣態(tài)熱解產(chǎn)物出口。 在上述熱解或干餾裝置中，所述熱解區(qū)或干餾區(qū)可是熱解室或干餾室。優(yōu)選地，上述熱解或干餾裝置進(jìn)一步包括至少一個(gè)燃燒室，其中在每個(gè)燃燒室中布置一對(duì)位于燃燒室上下兩端的燃燒噴嘴，每個(gè)燃燒噴嘴附近布置蓄熱體，以便使燃燒產(chǎn)生的熱煙氣在離開燃燒室前加熱所述蓄熱體、或冷空氣或常溫空氣在進(jìn)入燃燒室中經(jīng)燃燒噴嘴與燃料進(jìn)行燃燒之前被所述蓄熱體預(yù)熱。根據(jù)本發(fā)明第五方面，提供一種固態(tài)碳質(zhì)材料熱解或干餾裝置，該裝置包括至少一個(gè)熱解區(qū)或干餾區(qū)，其中在每個(gè)熱解區(qū)或干餾區(qū)中布置至少一個(gè)氣態(tài)熱解產(chǎn)物或干餾產(chǎn)物的收集器，所述收集器包括頂端密封的桶壁；至少一個(gè)位于桶壁上的貫穿通道，用于使氣態(tài)熱解產(chǎn)物穿過所述通道由外面進(jìn)入所述收集器內(nèi)部；至少一個(gè)位于所述通道上方并被安裝在所述桶壁外表面上的擋料板，用于阻止固態(tài)碳質(zhì)材料進(jìn)入上述收集器內(nèi)部，其中所述擋料板的垂直投影面覆蓋上述貫穿通道；位于桶壁底部或下部的氣態(tài)熱解產(chǎn)物出口 ；和至少一個(gè)燃燒區(qū)或燃燒室，其中在每個(gè)燃燒區(qū)或燃燒室中布置一對(duì)位于燃燒區(qū)或燃燒室上下兩端的燃燒噴嘴，每個(gè)燃燒噴嘴附近布置蓄熱體，以便使燃燒產(chǎn)生的熱煙氣在離開燃燒區(qū)或燃燒室前加熱所述蓄熱體、或冷空氣或常溫空氣在進(jìn)入燃燒區(qū)或燃燒室中經(jīng)燃燒噴嘴與燃料進(jìn)行燃燒之前被所述蓄熱體預(yù)熱。根據(jù)本發(fā)明第四和第五方面，在所述的熱解或干餾裝置中，所述收集器進(jìn)一步包括至少一個(gè)位于所述貫穿通道上方并被安裝在所述桶壁內(nèi)表面上的氣流導(dǎo)向板，用于使進(jìn)入上述收集器內(nèi)部的氣態(tài)熱解產(chǎn)物向下流動(dòng)，優(yōu)選地，所述收集器中的所述擋料板的垂直橫截面形狀為由兩條直線的端點(diǎn)交叉形成的角；位于所述燃燒區(qū)或燃燒室中的所述燒嘴與蓄熱體頂部之間優(yōu)選存在一個(gè)空間，以便儲(chǔ)存被蓄熱體加熱的空氣，同時(shí)所述蓄熱體的下部通常經(jīng)管道與換向閥相連，以便所述蓄熱體在一定的時(shí)間間隔內(nèi)交錯(cuò)地預(yù)熱冷空氣或常溫空氣和排出熱交換后的熱煙氣，所述蓄熱體優(yōu)選為耐1000°c以上高溫的硅酸鹽材料顆粒、氧化鐵或四氧化三鐵顆粒、和/或陶瓷顆粒，更優(yōu)選為多孔顆粒；所述一對(duì)燃燒噴嘴可以間歇交錯(cuò)地工作，以便間歇交錯(cuò)地使熱氣體加熱蓄熱體和蓄熱體預(yù)熱冷空氣或常溫空氣。根據(jù)本發(fā)明第六方面，提供一種上述熱解或干餾裝置的用途，其被用于熱解或干餾固態(tài)碳質(zhì)材料，所述固態(tài)碳質(zhì)材料可選自于煤、煤直接液化殘?jiān)⒅刭|(zhì)渣油、焦、石油焦、油砂、頁(yè)巖油、碳質(zhì)工業(yè)廢料或尾礦、生物質(zhì)、合成塑料、合成聚合物、廢輪胎、市政工業(yè)廢料、浙青、和它們的混合物，所述煤可進(jìn)一步為含水量大于15重量％和揮發(fā)分大于25重量％的低品位煤，例如褐煤或長(zhǎng)焰煤。


圖I為本發(fā)明氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器一個(gè)技術(shù)方案的示意圖2為本發(fā)明氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案的示意圖；圖3為本發(fā)明氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器又一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案的示意圖；圖4為本發(fā)明包括圖3所示的氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器和圖5所示的蓄熱體的熱解或干餾裝置一個(gè)技術(shù)方案的示意圖；圖5為圖4所示的熱解或干餾裝置的燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖，其給出了蓄熱體和燒嘴的相對(duì)位置。
具體實(shí)施例方式通過下面參考附圖的描述進(jìn)一步詳細(xì)解釋本發(fā)明，其中附圖中所示的相對(duì)應(yīng)的或等同的部件或特征用相同的標(biāo)記數(shù)表示。如圖I所示，本發(fā)明氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器通?？捎身敹嗣芊獾耐氨?；至少一個(gè)位于桶壁上的貫穿通道(16)，用于使氣態(tài)熱解產(chǎn)物穿過所述通道由外面進(jìn)入所述收集器內(nèi)部；至少一個(gè)位于所述通道(16)上方并被安裝在所述桶壁外表面上的擋料板(15)，用于阻止固態(tài)碳質(zhì)材料進(jìn)入上述收集器內(nèi)部，其中所述擋料板(15)的垂直投影面覆蓋上述貫穿通道(16);和位于桶壁底部或下部的氣態(tài)熱解產(chǎn)物出口(7)。如圖2所示，上述氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器優(yōu)選地可進(jìn)一步包括至少一個(gè)位于所述貫穿通道(16)上方并被安裝在所述桶壁內(nèi)表面上的氣流導(dǎo)向板(17)，用于使進(jìn)入上述收集器內(nèi)部的氣態(tài)熱解產(chǎn)物向下流動(dòng)。所述氣流導(dǎo)向板(17)還可防止進(jìn)入所述收集器內(nèi)部的由氣態(tài)冷凝為液態(tài)的熱解產(chǎn)物回流到所述收集器外，從而導(dǎo)致液態(tài)熱解產(chǎn)物產(chǎn)率的降低。如圖3所示，在上述氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器中，更優(yōu)選地，所述擋料板(15)的垂直橫截面形狀為由兩條直線的端點(diǎn)交叉形成的角，這樣的結(jié)構(gòu)可不改變碳質(zhì)材料在熱解區(qū)或干餾區(qū)的流動(dòng)方向，同時(shí)可進(jìn)一步阻止固態(tài)碳質(zhì)材料進(jìn)入上述收集器內(nèi)部。如上所述，所述氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器有多種表現(xiàn)形式，其組成部分、例如桶壁、擋料板(15)、貫穿通道(16)、氣流導(dǎo)向板(17)、以及氣態(tài)熱解產(chǎn)物出口(7)也有多種結(jié)構(gòu)和操作方式，在本發(fā)明上述描述的啟示下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員憑借自己的專業(yè)常識(shí)可很容易地構(gòu)思或設(shè)計(jì)出這些結(jié)構(gòu)和操作方式。這里，為了節(jié)省篇幅，省去其詳細(xì)描述。上述氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器在熱解區(qū)或干餾區(qū)中可沿著碳質(zhì)材料流動(dòng)的方向布置，通常講，所述收集器內(nèi)外之間會(huì)有一個(gè)溫度差，這樣，氣態(tài)熱解產(chǎn)物不僅經(jīng)所述收集器被立即或迅速移出熱解或干餾環(huán)境之外，而且進(jìn)入所述收集器中的氣態(tài)熱解產(chǎn)物溫度還會(huì)有一定的降低，結(jié)果可最大程度地保留或提高液態(tài)熱解產(chǎn)物的產(chǎn)率。為了使所述收集器內(nèi)外溫差變得明顯，更優(yōu)選地，上述氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器的組成部分、例如桶壁、擋料板(15)、貫穿通道(16)、氣流導(dǎo)向板(17)、以及氣態(tài)熱解產(chǎn)物出口(7)的至少一個(gè)表面涂覆有絕熱涂層，例如耐高溫陶瓷涂層，這樣的示范性實(shí)例例如是氧化鋯陶瓷涂層或碳化硅陶瓷涂層。上述氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器可被廣泛用在各種間接傳熱和直接傳熱的熱解或干餾裝置或系統(tǒng)中，其可使所述裝置和系統(tǒng)的液態(tài)熱解產(chǎn)物的產(chǎn)率獲得大幅度的提高，優(yōu)選地，上述氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器被用在間接傳熱的熱解或干餾裝置或系統(tǒng)中，更優(yōu)選地，上述氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器被用在具有獨(dú)立炭化室和獨(dú)立燃燒室的熱解或干餾裝置或系統(tǒng)中。當(dāng)上述氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器被用在具有獨(dú)立炭化室和獨(dú)立燃燒室的炭化爐中時(shí)，在每個(gè)獨(dú)立燃燒室中優(yōu)選布置一對(duì)位于燃燒室上下兩端的燃燒噴嘴，每個(gè)燃燒噴嘴附近布置蓄熱體，以便使燃燒產(chǎn)生的熱煙氣或熱氣體在離開燃燒室前加熱所述蓄熱體、或冷空氣或常溫空氣在進(jìn)入燃燒室中經(jīng)燃燒噴嘴與燃料進(jìn)行燃燒之前被所述蓄熱體預(yù)熱。在燃燒噴嘴附近設(shè)置蓄熱體的好處是顯而易見的，其可充分利用燃燒產(chǎn)生的熱煙氣或熱氣體的余熱預(yù)熱冷空氣或常溫空氣，從而提高炭化爐的熱效率。同樣，如上所述，燃燒噴嘴和所述蓄熱體也可具有多種結(jié)構(gòu)和操作方式，在本發(fā)明上述描述的啟示下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員憑借自己的專業(yè)常識(shí)可很容易地構(gòu)思或設(shè)計(jì)出這些結(jié)構(gòu)和操作方式。這里，為了節(jié)省篇幅，省去其詳細(xì)描述。除了所述燒嘴與蓄熱體頂部之間可存在一個(gè)空間，以便儲(chǔ)存被蓄熱體加熱的空氣外，所述蓄熱體的下部還可經(jīng)管道與換向閥相連，以便所述蓄熱體在一定的時(shí)間間隔內(nèi)交錯(cuò)地預(yù)熱冷空氣或常溫空氣和排出熱交換后的熱煙氣，這樣，所述一對(duì)燃燒噴嘴就可間歇交錯(cuò)地工作或運(yùn)行。優(yōu)選地，所述蓄熱體為耐1000°C以上高溫的硅酸鹽材料顆粒、氧化鐵或四氧化三鐵顆粒、和/或陶瓷顆粒，更優(yōu)選地，它們是多孔的顆粒，這樣的蓄熱體既可以商購(gòu)，也可以自己制備。硅酸鹽材料多孔顆?；蛱沾啥嗫最w粒的示范性實(shí)例可例如是粘土燒結(jié)多孔顆?；蜓趸X多孔顆粒。在使用時(shí)，大量的上述顆粒聚集或堆積形成一個(gè)蓄熱體整體，其間會(huì)有空氣穿越的通道，冷空氣或常溫空氣在穿越這些通道時(shí)與上述熱顆粒表面接觸而被加熱。包括上述氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器和/或上述蓄熱體的熱解或干餾裝置或系統(tǒng)可被用于熱解或干餾各種固態(tài)碳質(zhì)材料，例如煤、煤直接液化殘?jiān)?、重質(zhì)渣油、焦、石油焦、油砂、頁(yè)巖油、碳質(zhì)工業(yè)廢料或尾礦、生物質(zhì)、合成塑料、合成聚合物、廢輪胎、市政工業(yè)廢料、浙青、和它們的混合物，而優(yōu)選地被用于熱解含水量高、揮發(fā)分也高的低級(jí)煤種，例如含水量大于15重量％和揮發(fā)分大于25重量％的低品位煤，而特別優(yōu)選地被用于熱解或干餾褐煤或長(zhǎng)焰煤。圖4給出了本發(fā)明包括圖3所示的氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器和圖5所示的蓄熱體的熱解或干餾裝置一個(gè)技術(shù)方案的示意圖。其為一個(gè)具有獨(dú)立炭化室和獨(dú)立燃燒室的炭化爐。所述炭化爐的爐體結(jié)構(gòu)如圖4所示，爐頂部為加煤車(1)，加煤車(I)通過軌道機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，其下部設(shè)置有氣動(dòng)鎖斗閥(2)，炭化室(3)與燃燒室(4)交錯(cuò)相間排布，炭化室(3)中設(shè)置有上述圖3所示的氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器(5)，燃燒室(4)中設(shè)置有燃燒噴嘴出口
(6)，所述收集器(5)下部設(shè)置有氣態(tài)熱解產(chǎn)物出口(7)，出口(7)與一集氣管相連，炭化室
(3)下部的空間中設(shè)置有冷卻噴淋結(jié)構(gòu)(8)，再下面連接有排焦系統(tǒng)(9)-(14)。上述炭化爐的燃燒室(4)的結(jié)構(gòu)如圖5所示，所述一對(duì)燃燒噴嘴(18)位于燃燒室的上下兩端，在每個(gè)燃燒噴嘴(18)的附近有由眾多顆粒組成的蓄熱體(19)，燃料管道(21)緊靠燃燒噴嘴(18)，蓄熱體(19)頂部與燃燒噴嘴(18)之間有一空間用于儲(chǔ)存被加熱的空氣并緩沖氣體作用，而蓄熱體的下部通過管道與換向閥(20)相連，以便所述蓄熱體(19)在一定的時(shí)間間隔內(nèi)交錯(cuò)地預(yù)熱冷空氣或常溫空氣和排出熱交換后的熱煙氣，所述一對(duì)燃燒噴嘴可間歇交錯(cuò)地工作，換向閥(20)在控制系統(tǒng)作用下，定期變換廢煙氣與空氣的流向。所述氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器(5)為一頂端密封的桶壁狀容器，在桶壁外表面上焊接有多個(gè)形成魚鱗狀的擋料板(15)，而在桶壁內(nèi)表面上焊接有多個(gè)氣流導(dǎo)向板(17)，以確保進(jìn)入所述收集器(5)中的氣態(tài)熱解產(chǎn)物向下流動(dòng)，所述氣流導(dǎo)向板(17)也可作為防止進(jìn)入所述收集器(5)中的由氣態(tài)冷凝為液態(tài)的熱解產(chǎn)物回流到所述收集器(5)外面的液體擋板，收集器(5)頂端采用不銹鋼材質(zhì)鋼板密封焊接，下端的氣態(tài)熱解產(chǎn)物出口(7)與一集氣 管相連，收集器(5)內(nèi)部與外部通過進(jìn)氣孔形式的貫穿通道(16)相通。其中，擋料板(15)呈75° 85°開度魚鱗狀，以防止碳質(zhì)材料堵塞貫穿通道(16)或進(jìn)入收集器(5)中；因?yàn)樘炕?3)呈負(fù)壓狀態(tài)，貫穿通道(16)可及時(shí)將在炭化室(3)中形成的氣態(tài)熱解產(chǎn)物從炭化室(3)中排入收集器(5)中；氣流導(dǎo)向板(17)呈35° 55°開度齒狀或倒刺狀，氣態(tài)熱解產(chǎn)物經(jīng)氣流導(dǎo)向板(17)折流后進(jìn)入所述收集器(5)中并向下流動(dòng)，氣流導(dǎo)向板(17)也可防止冷凝的熱解產(chǎn)物液滴從所述收集器(5)中回流到炭化室(3)中；氣態(tài)熱解產(chǎn)物向下流動(dòng)，經(jīng)與下端出口(7)相通的集氣管送出，這樣可避免氣態(tài)熱解產(chǎn)物流經(jīng)高溫料層、爐體空間或爐墻，從而避免氣態(tài)熱解產(chǎn)物中所含的氣態(tài)焦油或油因持續(xù)承受高溫而發(fā)生二次熱裂解，結(jié)果，液態(tài)熱解產(chǎn)物的產(chǎn)率被大幅度提高。需要說明的是擋料板(15)和氣流導(dǎo)向板(17)的開合程度或開合角度根據(jù)操作要求是可以調(diào)節(jié)的，其可依據(jù)氣態(tài)熱解產(chǎn)物的數(shù)量或生成量進(jìn)行控制，另外，在所述收集器(5)內(nèi)部污垢較多時(shí)，可閉合氣流導(dǎo)向板(17)，以對(duì)所述收集器(5)內(nèi)部進(jìn)行清洗，此時(shí)氣流導(dǎo)向板(17)可避免使洗液進(jìn)入炭化室(3)中，從而損壞炭化室(3);經(jīng)所述集氣管送出的氣態(tài)熱解產(chǎn)物依次通過旋風(fēng)機(jī)分離、初冷換熱、冷凝和電捕焦油等處理，從而經(jīng)分離獲得焦油和純凈煤氣。一部分純凈煤氣可被送至燃燒室(4)中作為燃料燃燒，以便為干餾提供熱量，另一部分純凈煤氣可被送至半焦冷卻段的噴淋冷卻器(8)中作為半焦冷卻介質(zhì)使用，余下的純凈煤氣可外送作為居民生活燃料使用；而焦油經(jīng)加工分離后，可作化工原料使用。上述部分純凈煤氣通過燃料管道(21)被輸送至燃燒噴嘴(18)中，與被蓄熱體
(19)加熱的空氣混合燃燒，燃燒所獲得的熱煙氣對(duì)布置有上述收集器(5)的炭化室(3)進(jìn)行加熱，高溫廢煙氣的余熱被另一相對(duì)的蓄熱體(19)所吸收，熱交換后的低溫廢煙氣經(jīng)換向閥(20)由風(fēng)機(jī)排出，并經(jīng)除塵/脫硫處理后排入大氣中。通過換向閥(20)變換氣體流向，冷空氣或常溫空氣通過另一相對(duì)的蓄熱體(19)被加熱，與煤氣混合后經(jīng)另一相對(duì)的燃燒噴嘴燃燒，燃燒所獲得的熱煙氣同樣對(duì)炭化室(3)進(jìn)行加熱，從而達(dá)到循環(huán)蓄熱效果，換向閥(20)可通過控制系統(tǒng)變換氣體流向。在碳質(zhì)材料熱解或干餾完成后，啟動(dòng)半焦冷卻設(shè)備和排焦設(shè)備(9) (14)，將生成的半焦冷卻并排出炭化爐外，再通過半焦輸送設(shè)備，將半焦輸送至存儲(chǔ)場(chǎng)所。實(shí)施例實(shí)施例I采用圖4所示的炭化爐對(duì)褐煤⑴進(jìn)行干餾提質(zhì)，所用褐煤⑴的工業(yè)分析和元素分析結(jié)果表示在下面的表I和表2中，其中工業(yè)分析和元素分析的基準(zhǔn)均是空氣干燥基，而元素分析僅針對(duì)有機(jī)物進(jìn)行分析，不包括灰分和水分。表I
權(quán)利要求
1.一種氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器，包括 頂端密封的桶壁； 至少一個(gè)位于桶壁上的貫穿通道，用于使氣態(tài)熱解產(chǎn)物穿過所述通道由外面進(jìn)入所述收集器內(nèi)部； 至少一個(gè)位于所述通道上方并被安裝在所述桶壁外表面上的擋料板，用于阻止固態(tài)碳質(zhì)材料進(jìn)入上述收集器內(nèi)部，其中所述擋料板的垂直投影面覆蓋上述貫穿通道； 位于桶壁底部或下部的氣態(tài)熱解產(chǎn)物出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器，進(jìn)一步包括 至少一個(gè)位于所述貫穿通道上方并被安裝在所述桶壁內(nèi)表面上的氣流導(dǎo)向板，用于使進(jìn)入上述收集器內(nèi)部的氣態(tài)熱解產(chǎn)物向下流動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器，其中所述擋料板的垂直橫截面形狀為由兩條直線的端點(diǎn)交叉形成的角。
4.一種氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器，包括 頂端密封的桶壁； 至少一個(gè)位于桶壁上的貫穿通道，用于使氣態(tài)熱解產(chǎn)物穿過所述通道由外面進(jìn)入所述收集器內(nèi)部； 至少一個(gè)位于所述通道上方并被安裝在所述桶壁外表面上的擋料板，用于阻止固態(tài)碳質(zhì)材料進(jìn)入上述收集器內(nèi)部，其中所述擋料板的垂直投影面覆蓋上述貫穿通道； 至少一個(gè)位于所述貫穿通道上方并被安裝在所述桶壁內(nèi)表面上的氣流導(dǎo)向板，用于使進(jìn)入上述收集器內(nèi)部的氣態(tài)熱解產(chǎn)物向下流動(dòng)； 位于桶壁底部或下部的氣態(tài)熱解產(chǎn)物出口。
5.一種氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器，包括 頂端密封的桶壁； 至少一個(gè)位于桶壁上的貫穿通道，用于使氣態(tài)熱解產(chǎn)物穿過所述通道由外面進(jìn)入所述收集器內(nèi)部； 至少一個(gè)位于所述通道上方并被安裝在所述桶壁外表面上的擋料板，用于阻止固態(tài)碳質(zhì)材料進(jìn)入上述收集器內(nèi)部，其中所述擋料板的垂直投影面覆蓋上述貫穿通道，并且所述擋料板的垂直橫截面形狀為由兩條直線的端點(diǎn)交叉形成的角； 至少一個(gè)位于所述貫穿通道上方并被安裝在所述桶壁內(nèi)表面上的氣流導(dǎo)向板，用于使進(jìn)入上述收集器內(nèi)部的氣態(tài)熱解產(chǎn)物向下流動(dòng)； 位于桶壁底部或下部的氣態(tài)熱解產(chǎn)物出口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1，4和5任何之一所述的氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器，其中上述貫穿通道為孔、槽、和/或任何規(guī)則形狀的貫穿開口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器，其中所述貫穿通道為螺旋狀的槽口。
8.根據(jù)權(quán)利要求1，4和5任何之一所述的氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器，其中上述氣態(tài)熱解產(chǎn)物出口與氣體收集管相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求1，4和5任何之一所述的氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器，其中所述桶壁的橫截面為圓形、橢圓形、方形、矩形、多邊形、和/或任何規(guī)則形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求I，4和5任何之一所述的氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器，其中所述擋料板沿垂直方向與所述桶壁的外表面形成75° -85°的角度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1，4和5任何之一所述的氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器，其中所述擋料板沿垂直方向與所述桶壁的外表面形成的角度根據(jù)操作要求是可調(diào)節(jié)的。
12.根據(jù)權(quán)利要求2，4和5任何之一所述的氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器，其中所述氣流導(dǎo)向板沿垂直方向與所述桶壁內(nèi)表面形成35° -55°的角度。
13.根據(jù)權(quán)利要求2，4和5任何之一所述的氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器，其中所述氣流導(dǎo)向板沿垂直方向與所述桶壁內(nèi)表面形成的角度根據(jù)操作要求是可調(diào)節(jié)的。
14.根據(jù)權(quán)利要求2，4和5任何之一所述的氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器，其中所述氣流導(dǎo)向板可覆蓋所述貫穿通道，以便清洗所述收集器內(nèi)部。
15.根據(jù)權(quán)利要求2，4和5任何之一所述的氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器，其中氣流導(dǎo)向板進(jìn)一步用于防止由氣態(tài)冷凝為液態(tài)的熱解產(chǎn)物回流到所述收集器的外面。
16.一種固態(tài)碳質(zhì)材料熱解或干餾裝置，包括 至少一個(gè)熱解區(qū)或干餾區(qū)；其中在每個(gè)熱解區(qū)或干餾區(qū)中布置至少一個(gè)氣態(tài)熱解產(chǎn)物或氣態(tài)干餾產(chǎn)物的收集器，所述收集器包括 頂端密封的桶壁； 至少一個(gè)位于桶壁上的貫穿通道，用于使氣態(tài)熱解產(chǎn)物穿過所述通道由外面進(jìn)入所述收集器內(nèi)部； 至少一個(gè)位于所述通道上方并被安裝在所述桶壁外表面上的擋料板，用于阻止固態(tài)碳質(zhì)材料進(jìn)入上述收集器內(nèi)部，其中所述擋料板的垂直投影面覆蓋上述貫穿通道； 位于桶壁底部或下部的氣態(tài)熱解產(chǎn)物出口。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的熱解或干餾裝置，其中所述的熱解區(qū)或干餾區(qū)是熱解室或干餾室。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的熱解或干餾裝置，進(jìn)一步包括 至少一個(gè)燃燒室，其中在每個(gè)燃燒室中布置一對(duì)位于燃燒室上下兩端的燃燒噴嘴，每個(gè)燃燒噴嘴附近布置蓄熱體，以便使燃燒產(chǎn)生的熱煙氣在離開燃燒室前加熱所述蓄熱體、或冷空氣或常溫空氣在進(jìn)入燃燒室中經(jīng)燃燒噴嘴與燃料進(jìn)行燃燒之前被所述蓄熱體預(yù)熱。
19.一種固態(tài)碳質(zhì)材料熱解或干餾裝置，包括 至少一個(gè)熱解區(qū)或干餾區(qū)，其中在每個(gè)熱解區(qū)或干餾區(qū)中布置至少一個(gè)氣態(tài)熱解產(chǎn)物或干餾產(chǎn)物的收集器，所述收集器包括 頂端密封的桶壁； 至少一個(gè)位于桶壁上的貫穿通道，用于使氣態(tài)熱解產(chǎn)物穿過所述通道由外面進(jìn)入所述收集器內(nèi)部； 至少一個(gè)位于所述通道上方并被安裝在所述桶壁外表面上的擋料板，用于阻止固態(tài)碳質(zhì)材料進(jìn)入上述收集器內(nèi)部，其中所述擋料板的垂直投影面覆蓋上述貫穿通道； 位于桶壁底部或下部的氣態(tài)熱解產(chǎn)物出口 ；和 至少一個(gè)燃燒區(qū)或燃燒室，其中在每個(gè)燃燒區(qū)或燃燒室中布置一對(duì)位于燃燒區(qū)或燃燒室上下兩端的燃燒噴嘴，每個(gè)燃燒噴嘴附近布置蓄熱體，以便使燃燒產(chǎn)生的熱煙氣在離開燃燒區(qū)或燃燒室前加熱所述蓄熱體、或冷空氣或常溫空氣在進(jìn)入燃燒區(qū)或燃燒室中經(jīng)燃燒噴嘴與燃料進(jìn)行燃燒之前被所述蓄熱體預(yù)熱。
20.根據(jù)權(quán)利要求16-19任何之一所述的熱解或干餾裝置，其中所述收集器進(jìn)一步包括 至少一個(gè)位于所述貫穿通道上方并被安裝在所述桶壁內(nèi)表面上的氣流導(dǎo)向板，用于使進(jìn)入上述收集器內(nèi)部的氣態(tài)熱解產(chǎn)物向下流動(dòng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求16-19任何之一所述的熱解或干餾裝置，其中所述收集器中的所述擋料板的垂直橫截面形狀為由兩條直線的端點(diǎn)交叉形成的角
22.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的熱解或干餾裝置，其中所述燒嘴與蓄熱體頂部之間存在一個(gè)空間，以便儲(chǔ)存被蓄熱體加熱的空氣。
23.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的熱解或干餾裝置，其中所述蓄熱體的下部經(jīng)管道與換向閥相連，以便所述蓄熱體在一定的時(shí)間間隔內(nèi)交錯(cuò)地預(yù)熱冷空氣或常溫空氣和排出熱交換后的熱煙氣。
24.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的熱解或干餾裝置，其中所述蓄熱體為耐1000°C以上高溫的硅酸鹽材料顆粒、氧化鐵或四氧化三鐵顆粒、和/或陶瓷顆粒。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的熱解或干餾裝置，其中所述顆粒是多孔的。
26.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的熱解或干餾裝置，其中所述一對(duì)燃燒噴嘴間歇交錯(cuò)地工作。
27.一種根據(jù)權(quán)利要求16-26任何之一所述的熱解或干餾裝置的用途，其被用于熱解或干餾固態(tài)碳質(zhì)材料。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的熱解或干餾裝置的用途，其中所述固態(tài)碳質(zhì)材料選自于煤、煤直接液化殘?jiān)?、重質(zhì)渣油、焦、石油焦、油砂、頁(yè)巖油、碳質(zhì)工業(yè)廢料或尾礦、生物質(zhì)、合成塑料、合成聚合物、廢輪胎、市政工業(yè)廢料、浙青、和它們的混合物。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的熱解或干餾裝置的用途，其中所述煤進(jìn)一步為含水量大于15重量％和揮發(fā)分大于25重量％的低品位煤。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的熱解或干餾裝置的用途，其中所述煤進(jìn)一步為褐煤或長(zhǎng)焰煤。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器、和使用該收集器的熱解或干餾裝置，所述裝置包括至少一個(gè)熱解區(qū)或干餾區(qū)、和至少一個(gè)燃燒區(qū)或燃燒室，其中在每個(gè)熱解區(qū)或干餾區(qū)中布置至少一個(gè)氣態(tài)熱解產(chǎn)物或干餾產(chǎn)物的收集器，所述收集器包括頂端密封的桶壁；至少一個(gè)位于桶壁上的貫穿通道；至少一個(gè)位于所述通道上方并被安裝在所述桶壁外表面上的擋料板，其中所述擋料板的垂直投影面覆蓋上述貫穿通道；位于桶壁底部或下部的氣態(tài)熱解產(chǎn)物出口，在每個(gè)燃燒區(qū)或燃燒室中布置一對(duì)位于燃燒區(qū)或燃燒室上下兩端的燃燒噴嘴，每個(gè)燃燒噴嘴附近布置蓄熱體，以便使熱煙氣加熱蓄熱體、或冷空氣或常溫空氣被蓄熱體預(yù)熱。
文檔編號(hào)C10B27/00GK102952555SQ20111024904
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者張永發(fā), 郭小汾, 徐英, 翁力, 劉科, 田福海 申請(qǐng)人:北京低碳清潔能源研究所