一種熱解、除塵、催化調(diào)質(zhì)一體化反應(yīng)裝置制造方法
【專利摘要】一種熱解、除塵、催化調(diào)質(zhì)一體化反應(yīng)裝置，屬于固體能源化工處理【技術(shù)領(lǐng)域】。其包括熱解反應(yīng)器和催化反應(yīng)床，催化反應(yīng)床位于熱解反應(yīng)器頂部。熱解反應(yīng)器為雙層結(jié)構(gòu)，其分別包括輸煤管和熱解管，熱解管的頂部設(shè)置有用于控制煤氣流向的帽型分布板。催化反應(yīng)床內(nèi)放置有顆粒催化劑或石英砂，催化反應(yīng)床的底端斜向設(shè)置有出口。本發(fā)明在熱解管頂部設(shè)有帽型分布板，當(dāng)熱解產(chǎn)生的高溫煤氣向上逸出流經(jīng)帽型分布板時，煤氣氣流受阻，將夾帶的灰塵限制在熱解管內(nèi)，隨半焦排出；通過帽型分布板后，高溫煤氣氣流的流向改變，進(jìn)入高溫催化劑床層的底部，經(jīng)過顆粒床過濾催化后從床層上部流出，可在催化調(diào)質(zhì)的同時，完成對局溫?zé)峤鈿鈯A帶灰塵的脫除。
【專利說明】一種熱解、除塵、催化調(diào)質(zhì)一體化反應(yīng)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于固體能源化工處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種熱解、除塵、催化調(diào)質(zhì)一體 化反應(yīng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤的熱解是將褐煤和高揮發(fā)分煙煤在惰性氣氛下進(jìn)行加熱，制取半焦、煤氣、焦油 等產(chǎn)品。目前煤的熱解工藝按加熱方式可分為外熱式和內(nèi)熱式兩類，外熱式熱解工藝的熱 源是由熱解爐外提供，代表性的工藝有冶金焦?fàn)t、伍德（W-D)炭化爐和考伯斯炭化爐；內(nèi)熱 式熱解的熱源是借助高溫?zé)彷d體的熱量直接傳遞給煤粉，使含碳物質(zhì)發(fā)生熱解反應(yīng)。內(nèi)熱 式熱解工藝根據(jù)熱載體的不同，分為氣體熱載體熱解工藝和固體熱載體熱解工藝。氣體熱 載體熱解工藝通常是將燃料燃燒后獲得的高溫?zé)煔庵苯右霟峤馄鲀?nèi)，與含碳物質(zhì)混合， 實現(xiàn)對原料的加熱，代表性的工藝有美國的COED技術(shù)和ENCOAL技術(shù)；固體熱載體熱解工藝 則利用高溫固體顆粒（比如半焦、陶瓷球、石英砂等）與煤在熱解室內(nèi)混合實現(xiàn)煤的熱解， 代表性的工藝有美國Garrett技術(shù)、德國魯奇-魯爾（L-R)技術(shù)、中國科學(xué)院過程工程研究 所的煤拔頭技術(shù)、大連理工大學(xué)的DG技術(shù)等。由于熱解反應(yīng)，涉及到復(fù)雜的氣、液、固三相 反應(yīng)，高溫?zé)峤鈿庖绯鲋翣t外時，會夾帶有粉塵。特別是內(nèi)熱式熱解工藝中，氣相與固相擾 動劇烈，熱解氣中夾帶的粉塵含量會更高，因此無論何種熱解工藝，其產(chǎn)生的高溫?zé)峤鈿饩?需在高溫階段進(jìn)行氣-固分離，以實現(xiàn)高溫?zé)峤鈿獾某龎m和凈化。
[0003] 目前煤熱解反應(yīng)裝置中通常包括熱解反應(yīng)器和分離器，分離器位于熱解反應(yīng)器的 尾部，其工藝路線是將煙煤等通入熱解反應(yīng)器中，在熱解反應(yīng)器中熱解后再進(jìn)入分離器中 進(jìn)行分離，而熱解氣進(jìn)入分離器中不可避免的會發(fā)生降溫，導(dǎo)致熱解油從高溫?zé)峤鈿庵形?出，并與灰塵粘結(jié)在一起，造成分離設(shè)備部件的粘連或堵塞，清除起來極不方便；而且更重 要的是，因為夾帶的灰塵不能在分離器中得到有效的去除，所以獲得的焦油塵含率高，處理 成本增大，利用價值低；特別是，一些內(nèi)熱式的熱解工藝，固體顆粒在熱解器中擾動劇烈，高 溫?zé)峤鈿庵械膲m含量更大，管道堵塞的問題更嚴(yán)重。
[0004] 另外，為了實現(xiàn)對熱解油氣產(chǎn)物的催化調(diào)質(zhì)，需對熱解產(chǎn)生的高溫煤氣在催化反 應(yīng)器中進(jìn)行催化調(diào)質(zhì)，使熱解器內(nèi)產(chǎn)生的高溫?zé)峤鈿庠谝绯鰺峤馄髦?，直接進(jìn)入催化反 應(yīng)器，完成對高溫?zé)峤庥蜌獾钠焚|(zhì)調(diào)控和結(jié)構(gòu)重整，以改善熱解油氣品的質(zhì)量。但是由于熱 解器與催化反應(yīng)器相互獨立，高溫?zé)峤鈿鈯A帶的灰塵未得到脫除，易導(dǎo)致催化劑的失活，還 有一些冷凝的重質(zhì)焦油，也會使催化劑失活，引起催化反應(yīng)器的堵塞；如果將催化反應(yīng)器放 置于氣-固分離裝置之后，使灰塵預(yù)先得到脫除，則又需要保溫以及加熱設(shè)備，存在能耗高 的缺點。
[0005] 為此，CN 203513564 U公開了一種含碳物質(zhì)的熱解反應(yīng)器，其包括內(nèi)外雙層結(jié)構(gòu)， 內(nèi)層組成熱解腔，且內(nèi)層壁設(shè)有濾孔，內(nèi)外層之間為集氣腔，入料口與熱解腔相連，集氣腔 的頂部設(shè)有溢出口，其將熱解反應(yīng)器設(shè)置為內(nèi)外雙層結(jié)構(gòu)，并將氣固分離單元及催化裝置 集成于熱解爐內(nèi)，使得分離體系一直維持在高溫階段運(yùn)行，避免了液相的析出，提高了分離 效率。但是，催化劑失活后需要停產(chǎn)對催化劑進(jìn)行更換。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提出了一種熱解、除塵、催化調(diào)質(zhì)一 體化反應(yīng)裝置，該裝置解決了由于熱解器與氣-固分離器、催化反應(yīng)器各自獨立，高溫條件 下，除塵效率低導(dǎo)致管道堵塞、催化劑失活后更換不方便、焦油塵含量高以及穩(wěn)定運(yùn)行困難 等問題。
[0007] 本發(fā)明技術(shù)方案包括：
[0008] -種熱解、除塵、催化調(diào)質(zhì)一體化反應(yīng)裝置，包括熱解反應(yīng)器和催化反應(yīng)床，催化 反應(yīng)床內(nèi)置顆粒催化劑，同時具備隔灰性能。所述熱解反應(yīng)器為雙層結(jié)構(gòu)，其分別包括輸煤 管和熱解管，輸煤管經(jīng)過催化反應(yīng)床，與熱解管相連接，所述熱解管的頂部設(shè)置有用于控制 煤氣流向的帽型分布板；所述催化反應(yīng)床的底端斜向設(shè)置有出口。
[0009] 作為本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，上述輸煤管與加料機(jī)連接，通過上述加料機(jī)向輸煤 管內(nèi)輸送原料。
[0010] 作為本發(fā)明的另一個優(yōu)選方案，上述催化反應(yīng)床的頂部左右兩側(cè)分別設(shè)置有一個 催化劑進(jìn)料口，一個排氣口，上述排氣口處連接有管道，煤氣經(jīng)過上述管道依次流經(jīng)一級冷 凝罐、二級冷凝罐后，最后流至氣液分離罐。
[0011] 上述熱解管的底部連接有接料罐或排焦裝置。
[0012] 上述熱解管的頂部設(shè)置有調(diào)節(jié)煤氣流向的帽型分布板，帽型分布板為筒形帽型分 布板、傘形帽型分布板或錐形帽型分布板。
[0013] 本發(fā)明提出了一種熱解、除塵、催化調(diào)質(zhì)一體化反應(yīng)裝置，熱解反應(yīng)器包括輸煤管 和熱解管，包括下行熱解反應(yīng)器和催化反應(yīng)床，熱解反應(yīng)器為雙層結(jié)構(gòu)，其分別包括輸煤管 和熱解管，輸煤管經(jīng)過催化反應(yīng)床，與熱解管相連接。
[0014] 本發(fā)明在熱解管頂部設(shè)置有帽型分布板，當(dāng)高溫煤氣向上逸出流經(jīng)帽型分布板 時，煤氣氣流受阻，夾帶的灰塵被限制在熱解管內(nèi)，隨半焦排出，由于有帽型分布板的存在， 煤氣流向改變，從高溫催化反應(yīng)床層下面進(jìn)入顆粒催化床，經(jīng)顆粒床催化層過濾、調(diào)質(zhì)后從 頂部逸出，增大煤氣與催化劑以及濾料的接觸面積，且不會造成煤氣溫度的降低，抑制了重 質(zhì)焦油的冷凝，更好的達(dá)到了除塵、改質(zhì)、催化效果。
[0015] 熱解管與輸煤管中的一部分在催化反應(yīng)床內(nèi)，可以通過外加熱的方式控制催化劑 床層的溫度。與之前獨立的催化裝置相比，本發(fā)明將除塵、改質(zhì)集為一體，可使煤氣在高溫 條件下實現(xiàn)除塵的同時，使部分重質(zhì)焦油裂解，得到理想產(chǎn)物輕質(zhì)焦油。
[0016] 在催化反應(yīng)床的底端斜向設(shè)置有出口，催化反應(yīng)床內(nèi)失活的催化劑可以從出口排 出，然后從催化反應(yīng)床的頂部左側(cè)的進(jìn)料口放入催化劑，既方便了催化劑的更換，又可以在 反應(yīng)中及時補(bǔ)給、更換催化劑，不需要反應(yīng)停止再進(jìn)行更換，提高效率。
[0017] 本發(fā)明裝置可以起到熱解、除塵、催化調(diào)質(zhì)于一體的作用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步清楚、完整的說明：
[0019] 圖1為本發(fā)明催化熱解反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖中，I、氮氣，2、過濾器，3、球閥，4、流量控制器，5、單向閥，6、加料機(jī)，7、一級冷凝 罐，8、二級冷凝罐，9、氣液分離罐，10、接料罐，11、催化反應(yīng)床，12、帽型分布板，13、輸煤管， 14、熱解管，15、出口，16、催化劑（或/和石英砂）。
【具體實施方式】
[0021] 本發(fā)明提出了一種熱解、除塵、催化調(diào)質(zhì)一體化反應(yīng)裝置，為了使本發(fā)明的優(yōu)點、 技術(shù)方案更加清楚、明確，下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步清楚、完整的說明。
[0022] 如圖1所示，本發(fā)明為一種熱解、除塵、催化調(diào)質(zhì)一體化反應(yīng)裝置，包括熱解反應(yīng) 器和催化反應(yīng)床11，熱解反應(yīng)器的部分區(qū)段為雙層套管式結(jié)構(gòu)，其是由輸煤管13和熱解管 14組成的，含碳物質(zhì)經(jīng)螺旋加料機(jī)6進(jìn)入到輸煤管13內(nèi)，在下行過程中發(fā)生熱解反應(yīng)，熱 解產(chǎn)生的高溫?zé)峤鈿庀蛏弦莩?，?jīng)過帽型分布板12,將夾帶的灰塵阻擋在熱解管14內(nèi)，并 進(jìn)入催化劑床層中，實現(xiàn)調(diào)質(zhì)處理。催化反應(yīng)床11的底端斜向設(shè)置有出口 15,帽型分布板 12可以為筒形帽型分布板、傘形帽型分布板或錐形帽型分布板，更優(yōu)選為筒形帽，可將高溫 煤氣完全調(diào)向，使其從催化反應(yīng)床11的底部進(jìn)入。
[0023] 當(dāng)熱解產(chǎn)生的高溫氣體經(jīng)過帽型分布板12時，煤氣氣流受帽型分布板阻擋，方向 改變，使煤氣從催化反應(yīng)床11下面進(jìn)入到顆粒催化劑床層中，從頂部出來，增大煤氣與催 化劑以及濾料的接觸面積，進(jìn)一步實現(xiàn)除塵與催化調(diào)質(zhì)。
[0024] 與本發(fā)明裝置配合使用的進(jìn)料裝置與現(xiàn)有技術(shù)類似，在此僅作簡要介紹，結(jié)合圖 1，氮氣1依次經(jīng)過濾器2、球閥3、流量控制器4后，通過單向閥5控制形成正壓，使物料進(jìn) 入加料機(jī)6,或在油氣收集后，利用真空泵形成負(fù)壓進(jìn)行抽氣，促進(jìn)高溫?zé)峤鈿獾牧鲃印?br>
[0025] 下面通過實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0026] 實施例1
[0027] 粒徑200目的煤粉，在105°C干燥后，從熱解器的頂部入料口處加入到熱解器的輸 煤管13,在外熱加熱模式下，使輸煤管13保持在400?700°C范圍內(nèi)，煤粉發(fā)生熱解反應(yīng)， 氣態(tài)產(chǎn)物向上逸出，通過熱解管14頂部設(shè)置的帽型分布板12時，高溫煤氣的風(fēng)向改變，從 催化反應(yīng)床11的底部進(jìn)入，依次經(jīng)過石英濾料、催化劑后，從催化反應(yīng)床頂部的出口排出， 依次流經(jīng)一級冷凝罐7、二級冷凝罐8后，進(jìn)入氣液分離罐9進(jìn)行分離，其具體半焦油氣收集 方式可借鑒現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行處理。
[0028] 通過該種方式熱解后產(chǎn)生的高溫?zé)峤鈿?，?jīng)過部分區(qū)段雙套管內(nèi)部的過濾，和帽 型分布板的流向調(diào)整，高溫?zé)峤鈿饨?jīng)過催化反應(yīng)床層后，可使熱解焦油的塵含率控制在 0. 1%以下。
[0029] 實施例2
[0030] 粒徑小于Imm的煤粉，在75°C干燥后，采用內(nèi)加熱熱解的模式，與平均粒徑為 2. 5_的950°C的石英砂在熱解器的頂部入料口處加入到熱解器的輸煤管13,以石英砂為 熱載體，對煤粉顆粒進(jìn)行加熱，通過調(diào)整煤粉與石英砂的物料配比，使輸煤管溫度保持在 400?700°C范圍內(nèi)，煤粉發(fā)生熱解反應(yīng)，產(chǎn)生的高溫?zé)峤鈿庀蛏弦莩?，通過熱解管14頂部 設(shè)置的帽型分布板12時，高溫煤氣的風(fēng)向改變，從催化反應(yīng)床11的底部進(jìn)入，經(jīng)過催化劑 床層中的催化劑16后，從催化反應(yīng)床頂部的出口排出，依次流經(jīng)一級冷凝罐7、二級冷凝罐 8后，進(jìn)入氣液分離罐9進(jìn)行分離，其具體分離方式可借鑒現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行處理，經(jīng)帽型分布 板阻擋的一些粉塵落入熱解管底部連接的半焦接料罐10內(nèi)。
[0031] 實施例3
[0032] 105°C烘干的松木木屑、鋸屑與稻殼的混合廢棄生物質(zhì)，經(jīng)過高速粉碎機(jī)粉碎后， 從熱解器頂部入料口加入到熱解器的輸煤管13,在外加熱的模式下，使熱解器的輸煤管溫 度保持在400?750°C范圍內(nèi)，生物質(zhì)發(fā)生熱解反應(yīng)，熱解高溫氣態(tài)產(chǎn)物向上逸出，通過熱 解管14頂部設(shè)置的帽型分布板12時，高溫煤氣的風(fēng)向改變，從催化反應(yīng)床11的底部進(jìn)入， 經(jīng)過催化劑床層中的催化劑16后，從催化反應(yīng)床頂部的出口排出，依次流經(jīng)一級冷凝罐7、 二級冷凝罐8后，進(jìn)入氣液分離罐9進(jìn)行分離，其具體分離方式可借鑒現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行處理， 經(jīng)帽型分布板阻擋的一些粉塵落入熱解管底部連接的半焦接料罐10內(nèi)。
[0033] 實施例4
[0034] 油頁巖經(jīng)過粉碎后，6_以細(xì)的油頁巖粉，從熱解器頂部入料口加入到熱解器的輸 煤管13,在外加熱的模式下，使熱解器的輸煤管溫度保持在400?750°C范圍內(nèi)，油頁巖發(fā) 生熱解反應(yīng)，熱解高溫氣態(tài)產(chǎn)物向上逸出，通過熱解管14頂部設(shè)置的帽型分布板12時，高 溫煤氣的風(fēng)向改變，從催化反應(yīng)床11的底部進(jìn)入，經(jīng)過催化劑床層中的催化劑16后，從催 化反應(yīng)床頂部的出口排出，依次流經(jīng)一級冷凝罐7、二級冷凝罐8后，進(jìn)入氣液分離罐9進(jìn)行 分離，其具體分離方式可借鑒現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行處理，經(jīng)帽型分布板阻擋的一些粉塵落入熱解 管底部連接的半焦接料罐10內(nèi)。
[0035] 實施例5
[0036] 選用發(fā)明人已公布的發(fā)明專利（CN 103877980 A)中所述Al-Mg-Ni-O催化劑，將 催化劑預(yù)先從催化反應(yīng)床11頂部左側(cè)的催化劑加料口加入到催化反應(yīng)床11內(nèi)。粒徑200 目的煤粉，在105°C干燥后，從熱解器的頂部入料口處加入到熱解器的輸煤管13,在外熱加 熱模式下，使輸煤管13保持在400?700°C范圍內(nèi)，煤粉發(fā)生熱解反應(yīng)，氣態(tài)產(chǎn)物向上逸出， 通過熱解管14頂部設(shè)置的帽型分布板12時，高溫煤氣的風(fēng)向改變，從催化反應(yīng)床11的底 部進(jìn)入，依次經(jīng)過石英濾料、催化劑后，從催化反應(yīng)床頂部的出口排出，依次流經(jīng)一級冷凝 罐7、二級冷凝罐8后，進(jìn)入氣液分離罐9進(jìn)行分離，其具體半焦油氣收集方式可借鑒現(xiàn)有技 術(shù)進(jìn)行處理。
[0037] 通過該種方式熱解后產(chǎn)生的高溫?zé)峤鈿?，?jīng)過部分區(qū)段雙套管內(nèi)部的過濾、帽型 分布板的流向調(diào)整和催化反應(yīng)床層的過濾后，熱解焦油的塵含率控制在〇. 1 %以下，并且使 熱解焦油中浙青的含量降低50%以上。
【權(quán)利要求】
1. 一種熱解、除塵、催化調(diào)質(zhì)一體化反應(yīng)裝置，包括下行熱解反應(yīng)器和催化反應(yīng)床11， 其特征在于：所述熱解反應(yīng)器為雙層結(jié)構(gòu)，其分別包括輸煤管13和熱解管14,輸煤管13經(jīng) 過催化反應(yīng)床11，與熱解管14相連接，所述熱解管14的頂部設(shè)置有用于控制煤氣流向的帽 型分布板12 ;所述催化反應(yīng)床11的底端斜向設(shè)置有出口 15。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化熱解反應(yīng)裝置，其特征在于：所述輸煤管13與加料機(jī)6 連接，通過所述加料機(jī)6向輸煤管13內(nèi)輸送原料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的催化熱解反應(yīng)裝置，其特征在于：所述催化反應(yīng)裝置采 用外加熱形式，或利用高溫氣體熱載體、高溫固體熱載體的內(nèi)加熱方式進(jìn)行加熱，反應(yīng)床11 的頂部左右兩側(cè)分別設(shè)置有一個催化劑進(jìn)料口，一個排氣口，所述排氣口處連接有管道，煤 氣經(jīng)過所述管道依次流經(jīng)一級冷凝罐7、二級冷凝罐8后，最后流至氣液分離罐9。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的催化熱解反應(yīng)裝置，其特征在于：所述熱解管14的頂部設(shè)置 有帽型分布板12,當(dāng)熱解產(chǎn)生的高溫煤氣流經(jīng)帽型分布板12時，煤氣氣流受帽型分布板12 阻擋，將夾帶的灰塵限制在熱解管14內(nèi)，隨半焦排出；通過帽型分布板12后，煤氣氣流方向 改變，使煤氣從高溫催化劑床層的底部流入，經(jīng)過顆粒床過濾催化后從床層上部流出，實現(xiàn) 高溫除塵和催化。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的催化熱解反應(yīng)裝置，其特征在于：所述熱解管14的底部連接 有接料罐或排焦裝置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的催化熱解反應(yīng)裝置，其特征在于：所述催化反應(yīng)床11內(nèi)放置 有顆粒催化劑或石英砂。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的催化熱解反應(yīng)裝置，其特征在于：所述帽型分布板12為筒形 帽型分布板、傘形帽型分布板或錐形帽型分布板。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的催化熱解反應(yīng)裝置，其特征在于：其采用外加熱、內(nèi)加熱或內(nèi) 外協(xié)同加熱的熱解方式。
【文檔編號】C10B53/04GK104212469SQ201410459075
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】李益, 呂興梅, 李洋洋, 張鎖江 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所