一種熱耦合式生物質與煤共熱解反應器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種生物質與煤共熱解反應器，具體涉及一種熱耦合式生物質與煤共熱解反應器。
【背景技術】
[0002]煤炭在我國能源消費結構中占據了重要地位，煤炭不僅是重要的基礎能源，也是重要的化工原料，關鍵在于如何實現(xiàn)煤炭的清潔高效利用。我國還是農業(yè)大國，每年富產大量的農作物廢棄物，這些生物質是潛在的能源和化學原料的重要來源，隨著化石能源的日益枯竭，生物質作為一種可替代能源逐漸受到重視。
[0003]快速熱解是實現(xiàn)煤清潔利用的重要方法，也是將生物質轉化為液態(tài)燃料及氣體的有效途徑。煤的Η/C比較低，熱解油品收率低；而生物質Η/C比較高，生物油收率高，但氧含量高。為了克服兩者單獨熱解的不足，將生物質與煤進行共熱解研究，以提高煤的轉化率，降低生產成本。
[0004]目前國內外許多學者采用不同類型反應器(如熱天平、固定床、流化床、氣流床等)對生物質與煤共熱解進行研究。根據反應器類型的不同，大致可分為慢速熱解及快速熱解兩種類型，但研究結果鮮少表明兩者之間存在協(xié)同作用，主要原因是生物質與煤熱解的溫度區(qū)間幾乎沒有重疊，相差100°C以上。慢速熱解主要是在熱天平、固定床上進行。當煤開始熱解時，生物質已基本完成熱解，生物質中富余的氫不能有效為煤熱解使用，導致很難發(fā)生協(xié)同作用；快速熱解是在流化床、氣流床上進行?？斓募訜崴俾孰m然可以縮小兩者熱解溫度差，但由于兩者的密度差及氣流作用，生物質中的富氫也不容易轉移到煤熱解油氣中，協(xié)同作用亦不明顯。
[0005]無論是慢速熱解還是快速熱解，大部分研究均是基于同步共熱解的方式，沒有充分考慮到生物質與煤的性質及熱解行為的差異。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術中存在的缺點，提供一種在同一反應器內調整生物質與煤的進料位置，將生物質熱解與煤熱解分開，利用煤熱解產物的顯熱為生物質熱解提供所需的熱量，以降低能耗；同時可迅速降低煤熱解油氣的溫度，減少二次反應強度，進而有利于提高熱解油收率的熱耦合式生物質與煤共熱解反應器。
[0007]為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是:反應器包括自上而下設置在同一筒體內的生物質熱解區(qū)和煤熱解區(qū)，在生物質熱解區(qū)和煤熱解區(qū)內分別設置有生物質下料管和煤下料管，在煤熱解區(qū)的外筒壁上設置有電加熱爐，生物質熱解區(qū)的外筒壁上設置有保溫材料，在生物質熱解區(qū)上端的筒壁上開設有工藝氣出口，在煤熱解區(qū)下端設置有與流化氣管相連通的錐體，且在生物質熱解區(qū)設置有生物質熱解區(qū)測溫點，在煤熱解區(qū)設置有煤熱解區(qū)測溫點。
[0008]所述的生物質下料管出口位于生物質熱解區(qū)底部偏上1/4處。
[0009]所述的煤下料管出口位于煤熱解區(qū)底部偏上1/4處。
[0010]所述的生物質熱解區(qū)測溫點位于生物質熱解區(qū)的中部環(huán)隙，煤熱解區(qū)測溫點位于煤熱解區(qū)的中部環(huán)隙，生物質熱解區(qū)的溫度控制在450°C?550°C，煤熱解區(qū)溫度控制在550 °C ?650 °C。
[0011]所述的錐體內填充有增強反應器傳熱效率的砂子等固體熱載體。
[0012]所述的反應器操作壓力為0.001?4.0MPa。
[0013]本實用新型實現(xiàn)生物質和煤在各自的最佳熱解溫度進行熱解，通過熱量耦合和組分互補，實現(xiàn)共熱解過程的熱耦合以及提高液體收率。即利用氣力輸送方式將生物質及煤分別送至反應器上段和下段。生物質下料管出口位于反應器上段的生物質熱解區(qū)，煤下料管出口位于反應器下段的煤熱解區(qū)。煤熱解區(qū)外部設有電加熱爐。反應器底部錐體設置流化氣入口，煤熱解產生的油氣及半焦末在流化氣作用下進入生物質熱解區(qū)，為生物質熱解提供所需熱量。反應器頂部設有工藝氣出口，熱解產物經此口進入后續(xù)產品分離、精制系統(tǒng)。
[0014]反應器設有兩個測溫點，分別位于生物質熱解區(qū)和煤熱解區(qū)，嚴格控制生物質與煤熱解的溫度。
[0015]煤熱解區(qū)外部設有電加熱爐，一般的加熱溫度控制在500°C?800°C范圍；所述的生物質熱解區(qū)外部采用保溫材料包裹，減小熱量損失。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型結構示意圖
[0017]其中:1:生物質熱解區(qū)；2:煤熱解區(qū)；3:生物質下料管；4:煤下料管；5:電加熱爐；6:錐體；7:流化氣管道；8:工藝氣出口 ；9:生物質熱解區(qū)測溫點；10:煤熱解區(qū)測溫點；11:保溫材料。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖，對本實用新型作進一步詳細說明。
[0019]參見圖1，本實用新型包括自上而下設置在同一筒體內的生物質熱解區(qū)1和煤熱解區(qū)2，在生物質熱解區(qū)1和煤熱解區(qū)2內分別設置有生物質下料管3和煤下料管4，生物質下料管3出口位于生物質熱解區(qū)1底部偏上1/4處，煤下料管4出口位于煤熱解區(qū)2底部偏上1/4處，在煤熱解區(qū)2的外筒壁上設置有電加熱爐5，生物質熱解區(qū)1的外筒壁上設置有保溫材料11，在生物質熱解區(qū)1上端的筒壁上開設有工藝氣出口 8，在煤熱解區(qū)2下端設置有與流化氣管道7相連通的填充有增強反應器傳熱效率的砂子等固體熱載體的錐體6，且在生物質熱解區(qū)1設置有生物質熱解區(qū)測溫點9，在煤熱解區(qū)2設置有煤熱解區(qū)測溫點10，生物質熱解區(qū)測溫點9位于生物質熱解區(qū)1的中部環(huán)隙，煤熱解區(qū)測溫點10位于煤熱解區(qū)2的中部環(huán)隙，生物質熱解區(qū)的溫度控制在450°C?550°C，煤熱解區(qū)溫度控制在550 °C ?650 °C。
[0020]本實用新型利用氣力輸送方式將生物質經生物質下料管3送至反應器上段的生物質熱解區(qū)1，將煤經煤下料管4送至反應器下段的煤熱解區(qū)2，生物質與煤在反應器的不同位置進行熱解反應。煤熱解區(qū)2外部設有電加熱爐5。反應器底部錐體6設置流化氣入口 7，通過流化氣的作用，使煤粉顆粒流化熱解，煤熱解產生的油氣及半焦末進入生物質熱解區(qū)1，為生物質熱解提供所需熱量。反應器頂部設有工藝氣出口 8，熱解油氣及半焦末經此口進入后續(xù)產品分離、精制系統(tǒng)。反應器設有生物質熱解區(qū)測溫點9和煤熱解區(qū)測溫點10，分別位于生物質熱解區(qū)1中部環(huán)隙和煤熱解區(qū)2中部環(huán)隙，嚴格控制生物質與煤熱解的溫度。
[0021]煤熱解區(qū)2外部電加熱爐5加熱溫度控制在500°C?800°C范圍。生物質熱解區(qū)1外部采用保溫材料11包裹，減小熱量損失。流化氣經預熱后從流化氣入口 7進入反應器錐體6。反應器錐體6內填充一定粒徑的砂子等固體熱載體，以增強反應器內的傳熱效率。反應器既可以常壓操作也可以加壓操作，生物質與煤的進料速率比值控制在(10:90)?(50:50)。
[0022]實施方法:
[0023]以榆樹灣煤及秸桿為原料，經粉碎、干燥，原料煤干燥到水分小于3%，粒度小于3mm，原料生物質干燥到水分小于5%，粒度小于3mm。生物質稻桿與煤的質量比為(10:90)?(70:30)。按照一定的生物質/煤質量比稱量生物質與煤的質量，添加至各自的給料斗中。
[0024]首先對反應器系統(tǒng)進行升溫，采用電加熱方式將煤熱解段溫度8升至550?650 °C左右。同時，通入流化氣使反應器內砂子處于流化狀態(tài)，增強傳熱效率。待達到設定溫度，在輸送氣作用下生物質與煤經生物質下料管3、煤下料管4輸送至各自熱解區(qū)域。利用煤熱解油氣約600°C的顯熱為生物質熱解提供熱量，煤熱解油氣及半焦末在上升過程中，與冷的生物質接觸，將所攜帶的熱量傳遞給生物質，混合后的溫度約為450°C?500°C，在該溫度下，生物質快速熱解，產生富氫氣體，為煤熱解油氣提供一定的飽和作用。熱解完成后的油氣及焦末經工藝氣出口 8進入后續(xù)的氣固、氣液分離單元。
[0025]采用上述反應器進行生物質與煤共熱解研究，發(fā)現(xiàn)兩者存在明顯的協(xié)同效應，其液體收率比兩者單獨熱解收率的加權值平均高出30?40%。
[0026]將生物質的熱解與煤的熱解集成在一個反應器的不同區(qū)域進行，充分利用煤熱解產物顯熱為生物質熱解提供所需熱量，可以減少能耗，實現(xiàn)節(jié)能；煤熱解油氣也可以迅速得到冷卻，降低二次反應的強度，提高煤熱解焦油的收率；同時生物質熱解產生的富氫氣體與煤熱解油氣會產生一定的協(xié)同作用，有助于提高熱解油的收率。另外，該反應器結構設計簡單、操作方便，容易實現(xiàn)規(guī)模生產。
【主權項】
1.一種熱耦合式生物質與煤共熱解反應器，其特征在于:包括自上而下設置在同一筒體內的生物質熱解區(qū)(1)和煤熱解區(qū)(2)，在生物質熱解區(qū)(1)和煤熱解區(qū)(2)內分別設置有生物質下料管(3)和煤下料管(4)，在煤熱解區(qū)(2)的外筒壁上設置有電加熱爐(5)，生物質熱解區(qū)(1)的外筒壁上設置有保溫材料(11)，在生物質熱解區(qū)(1)上端的筒壁上開設有工藝氣出口(8)，在煤熱解區(qū)(2)下端設置有與流化氣管(7)相連通的錐體￠)，且在生物質熱解區(qū)(1)設置有生物質熱解區(qū)測溫點(9)，在煤熱解區(qū)(2)設置有煤熱解區(qū)測溫點(10)。2.根據權利要求1所述的熱耦合式生物質與煤共熱解反應器，其特征在于:所述的生物質下料管(3)出口位于生物質熱解區(qū)(1)底部偏上1/4處。3.根據權利要求1所述的熱耦合式生物質與煤共熱解反應器，其特征在于:所述的煤下料管(4)出口位于煤熱解區(qū)(2)底部偏上1/4處。4.根據權利要求1所述的熱耦合式生物質與煤共熱解反應器，其特征在于:所述的生物質熱解區(qū)測溫點(9)位于生物質熱解區(qū)(1)的中部環(huán)隙，煤熱解區(qū)測溫點(10)位于煤熱解區(qū)(2)的中部環(huán)隙，生物質熱解區(qū)的溫度控制在450°C?550°C，煤熱解區(qū)溫度控制在550 °C ?650 °C。5.根據權利要求1所述的熱耦合式生物質與煤共熱解反應器，其特征在于:所述的錐體(6)內填充有增強反應器傳熱效率的砂子等固體熱載體。6.根據權利要求1所述的熱耦合式生物質與煤共熱解反應器，其特征在于:所述的反應器操作壓力為0.001?4.0MPa。
【專利摘要】本實用新型涉及一種熱耦合式生物質與煤共熱解反應器，反應器主要包括生物質熱解區(qū)和煤熱解區(qū)，通過設置兩根不同長度的下料管實現(xiàn)生物質與煤在反應器的不同部位進行熱解反應，充分利用能量。煤熱解區(qū)位于反應器下段，通過加熱爐提供熱源，生物質熱解區(qū)位于反應器上段，由煤熱解產生的高溫油氣及半焦末提供熱源。上述反應器的優(yōu)點在于：一是充分利用煤熱解后高溫油氣的顯熱，為生物質熱解提供能量，無需單獨提供生物質熱解熱源，充分降低能耗；二是通過生物質熱解的吸熱，降低煤熱解油氣的溫度，充分減小二次反應，提高煤熱解焦油收率。第三，生物質熱解產生的富氫氣體與煤熱解油氣會產生一定的加氫飽和作用，有助于提高熱解油的收率。
【IPC分類】C10B57/02, C10B53/02, C10B53/04
【公開號】CN204981749
【申請?zhí)枴緾N201520487930
【發(fā)明人】王明峰, 王寧波, 王汝成, 郝婷, 劉丹, 靳皎, 張曉欠, 任花萍
【申請人】陜西延長石油（集團）有限責任公司
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年7月8日