專利名稱：碳質(zhì)材料熱解裝置和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳質(zhì)材料熱解或干餾裝置和系統(tǒng)，尤其涉及一種小型或試驗用碳質(zhì)材料中低溫熱解或干餾裝置和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
碳質(zhì)材料的中低溫熱解以及從中分離和提取高附加值的油氣成分的干餾技術(shù)作為符合清潔能源要求的碳質(zhì)材料轉(zhuǎn)化和利用技術(shù)，對我國煤炭和其它碳質(zhì)材料資源的合理利用具有重要的意義。熱解或干餾裝置對于上述碳質(zhì)材料轉(zhuǎn)化和利用技術(shù)至關(guān)重要，同時性質(zhì)或種類不同的碳質(zhì)材料需要結(jié)構(gòu)不同的熱解或干餾裝置，人們總是試圖建立一種特定種類的碳質(zhì)材料與特定結(jié)構(gòu)的熱解或干餾裝置之間相互對應(yīng)的最佳關(guān)系，并為此做了很多嘗試。例如，為了評價煤炭的煉焦性質(zhì)、選擇煉焦用煤以及預(yù)測焦炭質(zhì)量，生產(chǎn)企業(yè)通常需要建立試驗焦爐來模擬生產(chǎn)焦爐煉焦，以掌握焦爐結(jié)構(gòu)和焦炭及其衍生品或副產(chǎn)物的產(chǎn)量和/或質(zhì)量之間的內(nèi)在關(guān)系，從而指導(dǎo)具體生產(chǎn)。CN200720014625. 9公開了一種300kg電加熱自動控制升溫試驗焦爐。該焦爐在炭化室兩側(cè)分別設(shè)有三個立火道，每個立火道垂直安放兩組U型硅碳棒。焦爐爐體包括固定墻和活動墻兩部分，活動墻砌筑在活動小車上，活動小車位于軌道上；固定墻砌筑在固定墻底座上。上述試驗焦爐為半工業(yè)型試驗焦爐，其適宜的裝煤量為300kg，若將其直接用于小型試驗，例如IOkg以下裝煤量，則利用硅碳棒從兩側(cè)對炭化室進行加熱會使得焦炭的成焦過程因加熱速度過快和/或爐內(nèi)溫差太小而發(fā)生改變，進行影響焦炭形貌和質(zhì)量的真實性，無法反映真實的煤焦性質(zhì)。再者，由于采取兩側(cè)火道電加熱，炭化室中從下到上無法形成合理的溫差，焦油收率會因熱解煤氣在上升過程中仍然承受高溫導(dǎo)致發(fā)生二次裂解而大大降低，從而無法反映出真實的焦油產(chǎn)率。CN201686656公開了一種單側(cè)加熱式試驗焦爐，其主要由爐體、裝煤箱組成，在裝煤箱的底面或一個側(cè)面設(shè)置有密布排列的硅碳棒，以保證煉焦煤加熱面均勻受熱，裝煤箱中形成的熱解氣體從頂部排出。上述試驗焦爐采用單側(cè)加熱，煉焦煤受熱從加熱面至中心逐步結(jié)焦。然而，上述試驗焦爐仍未克服實際焦油收率低的問題，因為在上述試驗焦爐結(jié)構(gòu)中，沒有足夠的熱解氣體流動通道，熱解氣體只能從爐頂排出，這樣很容易造成熱解氣體長期滯留在裝煤箱中，因持續(xù)承受高溫而使其中的氣態(tài)焦油發(fā)生二次裂解，導(dǎo)致實際所得的焦油產(chǎn)率大大低于理論值，無法反映真實的焦油產(chǎn)率。上述所有文獻在此全文引入以作參考?；谝陨蠈ΜF(xiàn)有技術(shù)的描述和分析，需要對現(xiàn)行的小型或試驗用碳質(zhì)材料、特別是煤中低溫熱解或干餾裝置和系統(tǒng)進行改進，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，使得在炭化室或熱解室中產(chǎn)生的含氣態(tài)焦油的熱解氣體流動通暢，并在形成后迅速離開熱解或干餾環(huán)境，從而避免其二次熱裂解，這樣所獲得的焦油收率不會因各種不良原因而損失，從而使其盡量接近理論值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足、并大幅度提高液態(tài)熱解產(chǎn)物-焦油收率的新型熱解或干餾裝置和系統(tǒng)，特別是提供一種克服現(xiàn)有技術(shù)缺點的小型或試驗用碳質(zhì)材料中低溫熱解或干餾裝置和系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明第一個方面，提供一種碳質(zhì)材料熱解裝置，包括炭化室，其包括至少一個熱解氣體出口 ；碳質(zhì)材料容器，放置在所述炭化室中，其至少一個側(cè)壁上具有至少一個熱解氣體透氣口 ；程序化溫控儀，用于控制炭化室的溫度或溫度分布；加熱室，位于上述炭化室的底部或下方附近；密封蓋，用于在將裝有碳質(zhì)材料的上述容器放入所述炭化室中后密封所述炭化室，和任選地，炭化室保溫層和保溫蓋。上述熱解裝置區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的實質(zhì)性特征在于所述熱解氣體出口位于所述炭化室側(cè)壁頂部附近；和所述碳質(zhì)材料容器的側(cè)壁和/或頂部的外表面與所述炭化室的側(cè)壁和/或頂部的內(nèi)表面之間形成夾層間隙，該夾層間隙被用作與所述熱解氣體透氣口和熱解氣體出口相連通的熱解氣體流動通道，其中在所述碳質(zhì)材料容器中形成的氣態(tài)熱解產(chǎn)物通過所述熱解氣體透氣口、上述熱解氣體流動通道和所述熱解氣體出口被快速排出所述炭化室。通常，含有氣態(tài)焦油的所述氣態(tài)熱解產(chǎn)物在形成后在上述熱解裝置中停留時間優(yōu)選不大于10秒，更優(yōu)選不大于8秒,最優(yōu)選不大于5秒,例如3秒或4秒。在上述熱解裝置中，所述熱解氣體出口經(jīng)導(dǎo)管可與單級或多級冷凝裝置相連通，以便冷凝和分離所述氣態(tài)熱解產(chǎn)物中所含的氣態(tài)焦油或油，優(yōu)選地，上述冷凝裝置為多級冷凝裝置，特別是為四級或以上冷凝裝置，例如四級冷凝管。位于炭化室底部或下方附近的加熱室包括至少一個娃碳棒和/或娃鑰棒，優(yōu)選包括多個分布均勻的娃碳棒和/或娃鑰棒，以便使碳質(zhì)材料受熱面均勻受熱。優(yōu)選地，在上述熱解裝置中，炭化室的熱解氣體出口向下傾斜和向外延伸穿過炭化室的側(cè)壁和保溫層，與其下方的炭化室側(cè)壁形成一銳角夾角，例如上述出口向下傾斜與水平面成5°的夾角，這樣的結(jié)構(gòu)可保證在該出口附近冷凝的液態(tài)熱解產(chǎn)物不會重新回流到炭化室中而被二次裂解，從而提高了液態(tài)熱解產(chǎn)物的實際產(chǎn)率。同樣優(yōu)選地，所述碳質(zhì)材料容器為網(wǎng)狀或篩狀、并由耐熱材料、例如Cr/Ni耐高溫合金或不銹鋼制成，網(wǎng)孔或篩孔可用作所述熱解氣體透氣口 ；更優(yōu)選地，所述碳質(zhì)材料容器進一步包括至少兩個物料單元以及至少一個夾在所述至少兩個物料單元中間的間隙單元，每一物料單元的側(cè)壁上都具有至少一個與所述間隙單元相連通的熱解氣體透氣口，上述間隙單元也被用作所述熱解氣體流動通道。而最優(yōu)選地，在上述熱解裝置中，所述炭化室側(cè)壁或下部附近進一步包括至少一個用來吹掃熱解氣體的吹掃氣體入口，所述吹掃氣體入口與所述熱解氣體流動通道相連通，特別是，上述吹掃氣體入口可是布置為一排的多個入口，所述吹掃氣體優(yōu)選是冷凝分離液態(tài)熱解產(chǎn)物后的熱解氣體。為節(jié)省搬運時間，上述熱解裝置可進一步包括用來將所述碳質(zhì)材料容器移入和/或移出所述炭化室的機械手。為了提高所述熱解裝置的熱效率，減少不必要的能量損失，同樣優(yōu)選地，在所述炭化室除所述熱解氣體出口處的外表面上覆蓋一層或多層保溫層和保溫
通常，上述熱解裝置可進一步包括至少一個熱電偶，用于監(jiān)測炭化室不同部位的溫度和/或在不同位置處的熱解氣體的溫度，以便使熱解過程或熱解程度可控。根據(jù)本發(fā)明第二個方面，提供一種碳質(zhì)材料熱解系統(tǒng)，包括炭化室，包括至少一個熱解氣體出口 ；程序化溫控儀，用于控制炭化室的溫度或溫度分布；熱解氣體導(dǎo)出管，與上述熱解氣體出口相連通，以便將在所述炭化室中形成的氣態(tài)熱解產(chǎn)物導(dǎo)出所述炭化室；碳質(zhì)材料容器，放置在所述炭化室中，其至少一個側(cè)壁上具有至少一個熱解氣體透氣口 ；加熱室，位于上述炭化室的底部或下方附近；密封蓋，用于在將裝有碳質(zhì)材料的上述容器放入所述炭化室中后密封所述炭化室；任選地，炭化室保溫層和保溫蓋；單級或多級冷凝裝置，與上述熱解氣體導(dǎo)出管相連通，以便冷凝氣態(tài)熱解產(chǎn)物中所含的氣態(tài)焦油和/或油；和熄焦容器，用于鈍化在所述炭化室中形成的固態(tài)熱解產(chǎn)物、或使其失活。上述熱解系統(tǒng)區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的實質(zhì)性特征在于所述熱解氣體出口位于所述炭化室側(cè)壁頂部附近；和所述碳質(zhì)材料容器的側(cè)壁和/或頂部外表面與所述炭化室的側(cè)壁和/或頂部內(nèi)表面之間形成夾層間隙，該夾層間隙被用作與所述熱解氣體透氣口和熱解氣體出口相連通的熱解氣體流動通道，其中在所述碳質(zhì)材料容器中形成的氣態(tài)熱解產(chǎn)物通過所述透氣口、熱解氣體流動通道、和熱解氣體出口被快速排出所述炭化室，并經(jīng)所述熱解氣體導(dǎo)出管進入上述冷凝裝置中，上述氣態(tài)熱解產(chǎn)物中所含的氣態(tài)焦油或油在所述冷凝裝置中被冷凝為液態(tài)熱解產(chǎn)物，并與所述熱解氣體相分離。優(yōu)選地，所述熱解氣體出口向下傾斜和向外延伸穿過所述炭化室的側(cè)壁和保溫層，與其下方的炭化室側(cè)壁形成一銳角夾角，例如上述出口向下傾斜與水平面成5°的夾角，這樣的結(jié)構(gòu)可保證在該出口附近冷凝的液態(tài)熱解產(chǎn)物不會重新回流到炭化室中而被二次裂解，從而提高了液態(tài)熱解產(chǎn)物的實際收率。同樣優(yōu)選地，在所述熱解氣體導(dǎo)出管外表面的至少一部分上布置至少一個換熱冷卻器，換熱冷卻器通?？蔀槎喙苁交虮P管式冷卻器，冷卻介質(zhì)流經(jīng)所述管的內(nèi)部，所述冷卻介質(zhì)是冷凝后的熱解氣體、水、氮氣、惰性氣體、和/或它們的混合物。更優(yōu)選地，若采用冷凝后的熱解氣體作為所述冷卻介質(zhì)，其經(jīng)過所述冷卻器后可作為吹掃熱解氣體的吹掃氣體由泵和/或鼓風機引入所述炭化室中。在本說明書中，碳質(zhì)材料是一個寬泛的概念，其可包括煤、煤直接液化殘渣、重質(zhì)渣油、焦、石油焦、油砂、頁巖油、碳質(zhì)工業(yè)廢料或尾料、生物質(zhì)、合成塑料、合成聚合物、廢輪胎、市政固體垃圾、浙青和/或它們的混合物。


圖I為包括本發(fā)明熱解裝置的熱解系統(tǒng)一個實施方式的示意圖；圖2為圖I所示系統(tǒng)中所用熄焦容器的一個實施方式的示意圖；圖3為圖I所示系統(tǒng)中所用碳質(zhì)材料容器的一個實施方式的示意圖；圖4為圖I所示系統(tǒng)中所用碳質(zhì)材料容器另一個實施方式的示意性透視圖；和圖5為包括本發(fā)明熱解裝置的熱解系統(tǒng)另一個實施方式的示意圖。
具體實施例方式通過下面參考附圖的描述進一步詳細解釋本發(fā)明，其中附圖中所示的相對應(yīng)或等同的部件或特征用相同的標記數(shù)表示，同時以下描述僅用于使本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更加清楚地理解本發(fā)明的原理和精髓，不意味著對本發(fā)明進行任何形式的限制。如圖I所示，本發(fā)明熱解系統(tǒng)可優(yōu)選包括以下單元加熱溫控裝置、熱解爐、冷凝裝置9、熱解氣體導(dǎo)出管10和物料處理裝置。加熱溫控裝置可包括程序化溫控儀3和由程序化溫控儀3控制的加熱器7。熱解爐可包括加熱室5、炭化室2、密封蓋14和設(shè)在炭化室2側(cè)壁頂部附近的熱解氣體出口 13。冷凝裝置9可包括至少一個冷凝管，用于冷凝從熱解氣體出口 13排出的氣態(tài)熱解產(chǎn)物中的氣態(tài)焦油，并使之與熱解氣體相分離。煤料處理裝置可包括碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4、熄焦容器(熄焦箱)18和物料運輸機械手1，使用本發(fā)明熱解系統(tǒng)熱解碳質(zhì)材料之前，裝有碳質(zhì)材料的上述容器4可預(yù)先通過上述機械手I被放入炭化室2中，并在熱解后通過上述機械手I將固態(tài)熱解產(chǎn)物-焦或半焦放入上述熄焦容器18中以使其鈍化或失活，從而提高其化學(xué)穩(wěn)定性以便于其運輸和儲存。本發(fā)明熱解裝置可優(yōu)選包括上述加熱溫控裝置、熱解爐、碳質(zhì)材料容器和任選的機械手。本發(fā)明熱解裝置和系統(tǒng)可用于熱解各種碳質(zhì)材料，例如煤、煤直接液化殘渣、重質(zhì)渣油、焦、石油焦、油砂、頁巖油、碳質(zhì)工業(yè)廢料或尾料、生物質(zhì)、合成塑料、合成聚合物、廢輪胎、市政固體垃圾、浙青和/或它們的混合物。加熱溫控裝置的加熱器7、例如硅碳棒或硅鑰棒被放在位于炭化室2底部或下方附近的加熱室5中，加熱器7可為多組、例如三組大功率的硅碳棒和/或硅鑰棒，優(yōu)選地，所述硅碳棒和/或硅鑰棒被間隔和均勻地排列在炭化室2的底部或下方附近，以保證炭化室2中的待熱解碳質(zhì)材料加熱面均勻受熱。更優(yōu)選地，在熱解爐、尤其是炭化室的不同部位處放置至少一個熱電偶以便監(jiān)測不同測溫點的溫度，可通過在熱解爐底部測溫點6、熱解氣體出口 13兩端的熱解氣體測溫點11，12、和熱解爐頂部測溫點15放置上述熱電偶來測定熱解爐不同部位的溫度和不同位置處的熱解氣體的溫度，并將溫度信息反饋至加熱溫控裝置的程序化溫控儀3中，從而通過停止或繼續(xù)加熱來控制上述測溫點的溫度。熱解爐底部測溫點6可位于炭化室2和碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4的底部中間位置，知道該位置的溫度有助于了解和控制炭化干餾升溫過程。含有氣態(tài)焦油的熱解氣體在其出口附近的溫度是反映焦油質(zhì)量的關(guān)鍵指標，所以有必要對熱解氣體在其出口處的溫度做更為詳盡的記錄。優(yōu)選地，一個熱解氣體測溫點11設(shè)在熱解氣體出口 13外端靠近任選的保溫層8外表面附近，另一個熱解氣體測溫點12設(shè)在熱解氣體出口 13內(nèi)端附近，兩根熱電偶的位置可優(yōu)選相距約15厘米，這樣所測出的溫差能夠大體反映熱解氣體在其導(dǎo)出管10中的溫度變化。熱解爐頂部測溫點15位于碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4的中心，該位置的溫度可以反映整個熱解或干餾過程的進行程度。炭化室2位于加熱室5的上方，可由不銹鋼板或其它耐熱性和導(dǎo)熱性良好的材料焊接而成。熱解爐的爐蓋可包括里層密封蓋14和外層翻板式保溫蓋17。碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4優(yōu)選為網(wǎng)狀或篩狀，并由耐熱材料制成，更優(yōu)選地，如圖2所示，其可由鋼絲網(wǎng)焊接而成，這樣的結(jié)構(gòu)在保證熱量均勻傳遞的同時，也使熱解產(chǎn)生的氣態(tài)熱解產(chǎn)物可快速和通暢地通過所述網(wǎng)孔或篩孔而逸出所述碳質(zhì)材料容器4。裝有碳質(zhì)材料的容器(裝料筐)4放入炭化室2中后，可用經(jīng)沙封16密封處理的里層密封蓋14封閉炭化室2，以便保證熱解氣體完全從位于炭化室2側(cè)壁頂部附近的熱解氣體出口 13處排出，并隨后經(jīng)熱解氣體導(dǎo)出管10進入冷凝裝置9中進行冷凝。任選地，可在里層密封蓋14的上面再加設(shè)翻板式外層保溫蓋17，外層保溫蓋17與設(shè)在熱解爐外表面上的任選保溫層8 一起將炭化室2以及布置有加熱器7的加熱室5包裹在內(nèi)，以保證炭化室2內(nèi)的熱解溫度，并減少不必要的熱損失。由于加熱器7安裝于熱解爐底部，底部碳質(zhì)材料受熱均勻，炭化室2內(nèi)形成底部高溫上部低溫的合理溫度場或溫度差，這樣就能夠保證熱量單方向向上傳遞，從而達到對熱解所需溫度的準確控制。在本發(fā)明熱解系統(tǒng)的一個實施方式中，碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4由頂部放入炭化室2中，使其底壁置于加熱室5之上。所述碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4的網(wǎng)孔或篩孔可作為供氣態(tài)熱解產(chǎn)物逸出的透氣口，然而，所述碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4并非僅為網(wǎng)狀或篩狀，也可在碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4的側(cè)壁上設(shè)置至少一個供氣態(tài)熱解產(chǎn)物逸出的透氣口。優(yōu)選地，碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4是如圖2所示的敞口方形筐/箱，可在所述筐/箱的每個側(cè)面上都設(shè)置至少一個透氣口 ；若碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4是桶狀筐/箱，也可在所述桶狀筐/箱的側(cè)壁上設(shè)置至少一個供氣態(tài)熱解產(chǎn)物逸出的的透氣口。一般來說，碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4的透氣口尺寸、篩孔和/或網(wǎng)孔的直徑應(yīng)不大于待熱解的碳質(zhì)材料顆粒的平均直徑，以保證絕大多數(shù)碳質(zhì)材料顆粒在運輸和熱解過程中不會離開所述碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4。特別是，所述碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4的尺寸應(yīng)小于炭化室2的尺寸，以使得碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4在放入炭化室2中后，所述碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4的側(cè)壁和/或頂部外表面與所述炭化室2的側(cè)壁和/或頂部內(nèi)表面之間形成與所述熱解氣體透氣口和熱解氣體出口 13相連通的夾層間隙，該夾層間隙可作為熱解氣體或氣態(tài)熱解產(chǎn)物的流動通道23，在所述碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4中形成的氣態(tài)熱解產(chǎn)物可經(jīng)所述透氣口、上述氣體流動通道23，和所述熱解氣體出口 13快速離開炭化室2，從而避免氣態(tài)熱解產(chǎn)物中所含的氣態(tài)焦油因長時間滯留在高溫熱解環(huán)境中而被二次熱裂解。根據(jù)圖I所示，含有碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4的炭化室2被里層密封蓋14密封，所以在碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4中形成的氣態(tài)熱解產(chǎn)物無法從頂部逸出。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當明白碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4側(cè)壁上的透氣口 /孔的數(shù)量、尺寸和位置取決于碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4的裝載量、碳質(zhì)材料的性質(zhì)和顆粒大小、以及碳質(zhì)材料顆粒在容器(裝料筐)4內(nèi)的堆積密度等因素。在實際使用中，若碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4不采用網(wǎng)狀或篩狀，則技術(shù)人員可根據(jù)實驗調(diào)整透氣口和/或孔的數(shù)量、尺寸和位置，直至焦油產(chǎn)或收率達到最大為止。特別是，上述熱解氣體的透氣口、流動通道設(shè)計有利于碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4中形成的氣態(tài)熱解產(chǎn)物及時和順暢地從碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4中逸出或排出，這樣就減少了熱解形成的氣態(tài)產(chǎn)物中所含的氣態(tài)焦油在高溫熱解環(huán)境中停留的時間，從而降低了其發(fā)生二次熱裂解的可能，最后經(jīng)冷凝得到的液態(tài)熱解產(chǎn)物-焦油的實際收率會明顯提高。相反，若碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4的側(cè)壁和/或頂部外表面與炭化室2的側(cè)壁和/或頂部內(nèi)表面之間沒有上述夾層間隙，即沒有所述熱解氣體流動通道23，二者而是緊密地貼在一起，則熱解產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物只能從底部向上經(jīng)碳質(zhì)材料顆粒之間的細微孔隙緩慢到達熱解氣體出口 13，這樣就使得熱解氣體在高溫熱解環(huán)境中的停留時間大大增加，而無法及時和順暢地被排出炭化室2，結(jié)果是滯留在碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4中的氣態(tài)熱解產(chǎn)物或被其中的碳質(zhì)材料顆粒所吸附或其中的氣態(tài)焦油因持續(xù)承受高溫而發(fā)生二次熱裂解，從而大大地降低焦油的實際收率。更優(yōu)選地，如圖3所示，為進一步提高熱解氣體的逸出速度，可對碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4的結(jié)構(gòu)做進一步的改進或優(yōu)化，例如其可包括至少兩個物料單元40以及至少一個設(shè)在上述兩個物料單元40之間的間隙單元41。所述物料單元40用來裝待熱解的碳質(zhì)材料，而所述間隙單元41則被用作熱解過程中從相鄰的物料單元40的側(cè)壁透氣口和/或孔中逸出的熱解氣體的流動通道。間隙單元41與前述熱解氣體流動通道23相連通，因而熱解氣體可如此更加順暢和快速地經(jīng)熱解氣體出口 13被排出炭化室2，并隨后進入熱解氣體導(dǎo)出管10中。如圖I所示，熱解氣體導(dǎo)出管10的一端與位于炭化室2側(cè)壁頂部附近的熱解氣體出口 13進行氣密性連通，另一端與冷凝裝置9進行氣密性連通。本發(fā)明人經(jīng)過大量試驗發(fā)現(xiàn)由于熱解氣體導(dǎo)出管10的一部分可位于保溫層8內(nèi)，該部分的溫度在干餾過程恒溫后大致為350°C，而熱解氣體導(dǎo)出管10內(nèi)的溫度相對于炭化室2內(nèi)的溫度較低。這樣將導(dǎo)致熱解氣體或氣態(tài)熱解產(chǎn)物流經(jīng)熱解氣體出口 13而進入熱解氣體導(dǎo)出管10時，溫度將會明顯地降低，致使其中所含的氣態(tài)焦油的一部分在該熱解氣體出口 10附近因冷卻而出現(xiàn)冷凝，如果冷凝后的液態(tài)焦油被重新回流到炭化室2中，其會因為重新進入高溫熱解環(huán)境中而發(fā)生二次熱裂解，從而導(dǎo)致液態(tài)熱解產(chǎn)物-焦油的實際收率降低，為了避免這種情況發(fā)生，優(yōu)選地，所述熱解氣體出口 13和/或與其相連通的導(dǎo)出管10的一端向下傾斜和向外延伸穿過所述炭化室的側(cè)壁和保溫層，與其下方的炭化室側(cè)壁形成一銳角夾角，例如上述熱解氣體出口 13和/或與其相連通的導(dǎo)出管10的一端向下傾斜與水平面成5°的夾角，這樣的結(jié)構(gòu)可保證在該出口 13附近冷凝的液態(tài)熱解產(chǎn)物不會重新回流到炭化室中而被二次裂解，從而提高了液態(tài)熱解產(chǎn)物-焦油的實際收率。冷凝裝置9可為單級或多級冷凝裝置，優(yōu)選地，如圖I所示，其可包括四個冷凝管，以便完全冷凝熱解氣體中所含的氣態(tài)焦油。用紅外測溫儀對上述冷凝管管壁進行測量，發(fā)現(xiàn)從第一根冷凝管的進口處到其下方約40厘米的區(qū)域內(nèi)溫度變化較快，其底端就接近室溫了。冷凝裝置9的后三根冷凝管管壁均接近室溫。冷凝后的熱解氣體可經(jīng)火炬點燃或如圖4所示通過熱交換作為吹掃氣體返回熱解爐的炭化室2中。熱解完成后，在600°C 300°C的溫度區(qū)間內(nèi)，碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4中的固態(tài)熱解產(chǎn)物-焦或半焦的降溫速率較大，但到300°C以下降溫速率就變得較小。為了及時降溫，節(jié)省時間，本熱解系統(tǒng)可任選地提供機械手I。當溫度降至300°C后，用機械手I從炭化室2中取出碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4，并立即將其放入如圖2所示的熄焦容器(熄焦箱)18中進行冷卻，以便鈍化在所述炭化室2中形成的固態(tài)熱解產(chǎn)物-焦或半焦、或使其失活。熄焦容器(息焦箱)18可帶有沙封蓋。機械手I可以左右轉(zhuǎn)動，上下移動，以便將裝有碳質(zhì)材料的容器(裝料筐)4放入炭化室2中，或?qū)⒅畯奶炕?中取出。圖4為本發(fā)明熱解系統(tǒng)另一個實施方式的示意圖。與圖I所示的熱解系統(tǒng)相比，圖4所示的熱解系統(tǒng)增加了熱解氣體循環(huán)功能。具體地說，在熱解氣體導(dǎo)出管10外表面的至少一部分上設(shè)置至少一個換熱冷卻器19，而在炭化室2側(cè)壁底部或下部設(shè)置至少一個吹掃熱解氣體的吹掃氣體入口 22，優(yōu)選地，多個上述吹掃氣體入口 22被均勻地布置成一排。冷卻器19可是多管式或盤管式冷卻器，冷卻介質(zhì)流經(jīng)所述管的內(nèi)部。所述冷卻介質(zhì)優(yōu)選為冷凝分離液態(tài)焦油后的熱解氣體、水、氮氣、惰性氣體、和/或它們的混合物，例如液氮。在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，如果冷卻介質(zhì)是冷凝后的熱解氣體，冷凝裝置9排出的尾氣(冷凝分離液態(tài)焦油后的熱解氣體)通過導(dǎo)管20作為冷卻介質(zhì)被引入到冷卻器19中，換熱后的上述尾氣隨后優(yōu)選地作為吹掃炭化室2中的熱解氣體或氣態(tài)熱解產(chǎn)物的吹掃氣體而被引入到炭化室2中，即冷凝和換熱后的熱解氣體借助導(dǎo)管21經(jīng)吹掃氣體入口 22進入炭化室2中的熱解氣體流動通道23中。如前所述，熱解氣體流動通道23供在炭化室2中形成的氣態(tài)熱解產(chǎn)物或熱解氣體快速流動，并經(jīng)熱解氣體出口 13迅速離開炭化室2，如果上述吹掃氣體被引入到熱解氣體流動通道23中，在所述吹掃氣體吹掃力的作用下，氣態(tài)熱解產(chǎn)物或熱解氣體離開炭化室2的過程會更快，熱解氣體在炭化室2中的停留時間會更短，例如小于5秒，甚至3秒，這樣氣態(tài)焦油發(fā)生二次熱裂解的機率就被進一步降低，實際焦油收率會得到進一步的提高。當然，為進一步提高吹掃力或吹掃效果，上述尾氣可在進入炭化室2之前被加壓處理，例如，炭化室2可為常壓，而吹掃氣體可加壓至I個大氣壓以上、例如I. 5或2個大氣壓。通常上述吹掃氣體由泵和/或鼓風機(未示出)送入炭化室2中。為了不影響炭化室2中所進行的熱解或干餾過程，進入炭化室2中的上述吹掃氣體的溫度不應(yīng)過低，一般來說，其溫度以300°C以上、例如350°C _450°C為宜，如果上述冷凝尾氣經(jīng)冷卻器或換熱器19加熱后仍然達不到上述溫度要求，就需要一個附加的加熱器或換熱器將其加熱到上述溫度范圍內(nèi)。當然，如果來自于冷凝裝置9的冷凝尾氣作為吹掃氣體數(shù)量不足，也可使用一部分外源熱解氣體作為補充，并將冷凝尾氣與外源熱解氣體的混合物作為吹掃氣體引入到炭化室2中。使用如圖4所示的本發(fā)明熱解系統(tǒng)時，首先將裝滿碳質(zhì)材料的容器(裝料筐)4放入熱解爐的炭化室2中，蓋上里層密封蓋14，對里層密封蓋14做沙封處理，再蓋上外層翻板式保溫蓋17，通過程序化溫控儀3控制加熱器7、例如硅碳棒使炭化室升溫至500-70(TC，保持恒溫一段時間，例如O. 5-2小時。容器(裝料筐)4中的碳質(zhì)材料隨著溫度的上升而發(fā)生熱解，氣態(tài)熱解產(chǎn)物從碳質(zhì)材料容器(裝料筐)4側(cè)壁上的透氣口或其頂部逸出并進入熱解氣體流動通道23中，由吹掃氣體入口 22引入的吹掃氣體對熱解氣體流動通道23中的熱解氣體進行吹掃，迫使在炭化室2中形成的熱解氣體或氣態(tài)熱解產(chǎn)物經(jīng)熱解氣體出口 13快速離開炭化室2，并進入熱解氣體導(dǎo)出管10中。氣態(tài)熱解產(chǎn)物在進入熱解氣體導(dǎo)出管10后通過其外表面上設(shè)置的冷卻器19與來自冷凝裝置9的尾氣進行換熱，溫度被初步降低的氣態(tài)熱解產(chǎn)物接著沿優(yōu)選向下傾斜的熱解氣體導(dǎo)出管10進入冷凝裝置9中進行一級或多級冷凝，以便從中分離和回收液態(tài)熱解產(chǎn)物-焦油。從冷凝裝置9中排出的尾氣通過冷卻器19進行換熱，并在任選地加壓后作為前述吹掃氣體由吹掃氣體入口 22進入炭化室2中。碳質(zhì)材料熱解完成后，通過機械手I或其它提取裝置將裝有固態(tài)熱解產(chǎn)物-焦或半焦的容器(裝料筐)4從炭化室2中取出，并將其立即放入熄焦容器(熄焦箱)18中進行冷卻，，以便鈍化在所述炭化室2中形成的固態(tài)熱解產(chǎn)物-焦或半焦、或使其失活。前述碳質(zhì)材料熱解裝置或系統(tǒng)可采用間歇法進行生產(chǎn)，為提高效率，可以準備兩個容器(裝料筐)4，以便輪換著放入炭化室2中進行碳質(zhì)材料熱解。需要說明的是圖I和圖4所示的碳質(zhì)材料熱解裝置和系統(tǒng)僅為本發(fā)明的兩個具體或特定的實施方式，在實際應(yīng)用中，本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可根據(jù)試驗需求或結(jié)果對之進行任何修改或變通，例如，在熱解爐炭化室2側(cè)壁底部或下部設(shè)置多排吹掃氣體入口 22，每排由多個吹掃氣體入口 22組成；或使熱解氣體導(dǎo)出管10自熱解氣體出口 13的外端向外水平延伸，并向下彎折以與作為冷凝裝置9的冷凝管相連通。實施例實施例I用圖I所示的本發(fā)明熱解系統(tǒng)對其工業(yè)分析和元素分析表示在下面表I和表2中的呼倫貝爾褐煤(I)進行低溫熱解。其中工業(yè)分析和元素分析的基準均是空氣干燥基，而兀素分析僅針對有機物進行分析，不包括灰分和水分。表I
權(quán)利要求
1.一種碳質(zhì)材料熱解裝置，包括炭化室，包括至少一個熱解氣體出口 ；碳質(zhì)材料容器，放置在上述炭化室中，其至少一個側(cè)壁上具有至少一個熱解氣體透氣Π ；程序化溫控儀，用于控制炭化室的溫度或溫度分布；加熱室，位于上述炭化室的底部或下方附近；密封蓋，用于在將裝有碳質(zhì)材料的上述容器放入所述炭化室中后密封所述炭化室，和任選地炭化室保溫層和保溫蓋，其特征在于所述熱解氣體出口位于所述炭化室側(cè)壁頂部附近；和所述碳質(zhì)材料容器側(cè)壁和/或頂部外表面與所述炭化室側(cè)壁和/或頂部內(nèi)表面之間形成夾層間隙，該夾層間隙被用作與所述透氣口和熱解氣體出口相連通的熱解氣體流動通道，其中在所述碳質(zhì)材料容器中形成的氣態(tài)熱解產(chǎn)物通過所述透氣口、熱解氣體流動通道和熱解氣體出口被快速排出所述炭化室。
2.如權(quán)利要求I所述的碳質(zhì)材料熱解裝置，其中所述氣態(tài)熱解產(chǎn)物在形成后在上述熱解裝置中停留時間不大于10秒。
3.如權(quán)利要求I所述的碳質(zhì)材料熱解裝置，其中所述熱解氣體出口經(jīng)導(dǎo)管與單級或多級冷凝裝置相連通，以便冷凝和分離所述氣態(tài)熱解產(chǎn)物中所含的氣態(tài)焦油或油。
4.如權(quán)利要求I所述的碳質(zhì)材料熱解裝置，其中所述加熱室包括至少一個硅碳棒和/或硅鑰棒。
5.如權(quán)利要求I所述的碳質(zhì)材料熱解裝置，所述熱解氣體出口向下傾斜和向外延伸穿過炭化室的側(cè)壁和保溫層，與其下方的炭化室側(cè)壁形成一銳角夾角。
6.如權(quán)利要求I所述的碳質(zhì)材料熱解裝置，其中所述碳質(zhì)材料容器為網(wǎng)狀或篩狀。
7.如權(quán)利要求1-6任何之一所述的碳質(zhì)材料熱解裝置，其中所述碳質(zhì)材料容器進一步包括至少兩個物料單元和至少一個夾在所述兩個物料單元中間的間隙單元，所述每一物料單元的側(cè)壁上具有至少一個與所述間隙單元相連通的熱解氣體透氣口，上述間隙單元也被用作所述熱解氣體流動通道。
8.如權(quán)利要求1-6任何之一所述的碳質(zhì)材料熱解裝置，其中所述炭化室側(cè)壁下部和/或底部附近進一步包括至少一個用來吹掃熱解氣體的吹掃氣體入口，所述吹掃氣體入口與所述熱解氣體流動通道相連通。
9.如權(quán)利要求8所述的碳質(zhì)材料熱解裝置，其中所述吹掃氣體是冷凝分離液態(tài)熱解產(chǎn)物后的熱解氣體。
10.如權(quán)利要求1-6任何之一所述的碳質(zhì)材料熱解裝置，進一步包括用來將所述碳質(zhì)材料容器移入和/或移出所述炭化室的機械手。
11.如權(quán)利要求1-6任何之一所述的碳質(zhì)材料熱解裝置，進一步包括覆蓋所述炭化室除所述熱解氣體出口處的外表面的保溫層和保溫蓋。
12.如權(quán)利要求I所述的碳質(zhì)材料熱解裝置，進一步包括至少一個熱電偶，用于監(jiān)測炭化室不同部位的溫度和/或在不同位置處的熱解氣體的溫度。
13.一種碳質(zhì)材料熱解系統(tǒng),包括炭化室，包括至少一個熱解氣體出口 ；程序化溫控儀，用于控制炭化室的溫度或溫度分布；熱解氣體導(dǎo)出管，與上述熱解氣體出口向連通，以便將在所述炭化室中形成的氣態(tài)熱解產(chǎn)物導(dǎo)出所述炭化室；碳質(zhì)材料容器，放置在所述炭化室中，其至少一個側(cè)壁上具有至少一個熱解氣體透氣Π ；加熱室，位于上述炭化室的底部或下方附近；密封蓋，用于在將裝有碳質(zhì)材料的上述容器放入所述炭化室中后密封所述炭化室；任選地，炭化室保溫層和保溫蓋；單級或多級冷凝裝置，與上述熱解氣體導(dǎo)出管相連通，以便冷凝氣態(tài)熱解產(chǎn)物中所含的氣態(tài)焦油和/或油；和熄焦容器，用于鈍化在所述炭化室中形成的固態(tài)熱解產(chǎn)物、或使其失活，其特征在于所述熱解氣體出口位于所述炭化室側(cè)壁頂部附近；和所述碳質(zhì)材料容器的側(cè)壁和/或頂部外表面與所述炭化室的側(cè)壁和/或頂部內(nèi)表面之間形成夾層間隙，該夾層間隙被用作與所述熱解氣體透氣口和熱解氣體出口相連通的熱解氣體流動通道，其中在所述碳質(zhì)材料容器中形成的氣態(tài)熱解產(chǎn)物通過所述透氣口、熱解氣體流動通道和熱解氣體出口被快速排出所述炭化室，并經(jīng)所述熱解氣體導(dǎo)出管進入上述冷凝裝置中，上述氣態(tài)熱解產(chǎn)物中所含的氣態(tài)焦油或油在所述冷凝裝置中被冷凝為液態(tài)熱解產(chǎn)物，并與所述熱解氣體相分離。
14.如權(quán)利要求13所述的碳質(zhì)材料熱解系統(tǒng)，其中所述熱解氣體出口向下傾斜和向外延伸穿過所述炭化室的側(cè)壁和保溫層，與其下方的炭化室側(cè)壁形成一銳角夾角。
15.如權(quán)利要求13或14所述的碳質(zhì)材料熱解系統(tǒng)，進一步包括至少一個設(shè)置在所述熱解氣體導(dǎo)出管外表面的至少一部分上的冷卻器。
16.如權(quán)利要求15所述的碳質(zhì)材料熱解系統(tǒng)，其中所述冷卻器是多管式或盤管式冷卻器，冷卻介質(zhì)流經(jīng)所述管的內(nèi)部。
17.如權(quán)利要求16所述的碳質(zhì)材料熱解系統(tǒng)，其中所述冷卻介質(zhì)是冷凝后的熱解氣體、水、氮氣、惰性氣體、和/或它們的混合物。
18.如權(quán)利要求17所述的碳質(zhì)材料熱解系統(tǒng)，其中所述冷凝后的熱解氣體經(jīng)過所述冷卻器后作為吹掃熱解氣體的吹掃氣體被引入所述炭化室中。
19.如權(quán)利要求13、14、16-18任何之一所述的碳質(zhì)材料熱解系統(tǒng)，其中所述碳質(zhì)材料選自于煤、煤直接液化殘渣、重質(zhì)渣油、焦、石油焦、油砂、頁巖油、碳質(zhì)工業(yè)廢料或尾料、生物質(zhì)、合成塑料、合成聚合物、廢輪胎、市政固體垃圾、浙青和/或它們的混合物。
20.如權(quán)利要求18所述的碳質(zhì)材料熱解系統(tǒng)，其中由泵和/或鼓風機將所述吹掃氣體送入所述炭化室中。
全文摘要
一種碳質(zhì)材料熱解裝置，包括炭化室，其包括至少一個熱解氣體出口；碳質(zhì)材料容器，放置在炭化室中，其至少一個側(cè)壁上具有至少一個熱解氣體透氣口；程序化溫控儀；加熱室，位于炭化室的底部或下方附近；和密封蓋，其中所述熱解氣體出口位于所述炭化室側(cè)壁頂部附近；所述碳質(zhì)材料容器的側(cè)壁和/或頂部外表面與所述炭化室的側(cè)壁和/或頂部內(nèi)表面之間形成夾層間隙，該夾層間隙被用作與所述熱解氣體透氣口和熱解氣體出口相連通的熱解氣體流動通道，氣態(tài)熱解產(chǎn)物通過所述熱解氣體透氣口、熱解氣體流動通道和熱解氣體出口被快速排出所述炭化室。上述熱解裝置避免了可冷凝熱解產(chǎn)物的二次裂解，因此大幅度提高了液態(tài)熱解產(chǎn)物的收率。
文檔編號C10B27/00GK102952553SQ20111024904
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者郭小汾, 劉科, 翁力, 張永發(fā), 徐英, 張國杰, 孫亞玲, 王永 申請人:北京低碳清潔能源研究所