一种碳质材料热解装置、包括该热解装置的热解系统、和热解碳质材料的方法制造方法及图纸

技术编号:9292938 阅读:140 留言:0更新日期:2013-10-30 22:36
本发明专利技术公开了一种碳质材料热解装置、含该热解装置的热解系统、和热解碳质材料的方法。所述热解装置包括:热解炉,碳质材料在其中进行热解;和从热解炉上部或顶部延伸到下部或底部的物料分布器,当所述碳质材料和固体热载体的混合物自上而下移动时,所述物料分布器使所述混合物沿热解炉的径向均匀分布。所述物料分布器包括:多个叶片和/或锥状物,所述叶片和/或锥状物交替对称分布在所述热解炉的内部空间中,从而自上而下形成多个在纵向上间隔一定距离,在水平方向上相互交错的布料层。本发明专利技术热解装置可使碳质材料和固体热载体实现更加均匀的混合和/或分布,从而有效防止了碳质材料和固体热载体混合物的分层或偏析,使得传热更加均匀。

【技术实现步骤摘要】
一种碳质材料热解装置、包括该热解装置的热解系统、和热解碳质材料的方法
本专利技术涉及一种碳质材料热解装置、包括该热解装置的热解系统、和热解碳质材料的方法,尤其涉及一种物料自均匀混合和自均匀分布的热解装置、含该物料自均匀混合和自均匀分布的热解装置的热解系统、和用该热解系统热解碳质材料的方法。
技术介绍
一直以来,低阶煤、尤其是褐煤,因具有水分高、灰分高、挥发分高、热值低、灰熔点低、和稳定性差等特点,而不宜进行长距离运输,目前,低阶煤主要被用作局部地区动力燃料,因而未能得以充分开采和利用。然而,随着人们对全球能源枯竭以及环境恶化的关注和担忧,如何合理、清洁地利用相对高阶煤种储量更为丰富的低阶煤炭资源已成为能源应用领域的一个重要课题。煤热解提质是一种将低阶煤转化为高阶煤的有效方式。通过煤热解提质,可将占我国煤炭资源大多数的褐煤、长焰煤、不粘煤和弱粘煤等低阶煤转化为便于长距离运输、并且热值更高的焦或半焦。与运输同等热量的褐煤相比,半焦可节省运力25-30%以上。借助低阶煤热解提质技术能有效克服煤质和煤种局限,使低级煤转变为高质量的气化原料,同时煤热解提质还可回收高热值的热解气和高附加值的焦油产品,实现低阶煤资源利用价值的最大化。碳质材料中低温热解是煤热解提质技术的一个核心步骤。热解工艺按照热载体类型可分为气体热载体热解工艺和固体热载体热解工艺。采用气体热载体热解工艺热解时,使用热气体传递热量给碳质材料;采用固体热载体热解工艺热解时,使用热固体传递热量给碳质材料。与气体热载体热解工艺相比,固体热载体热解工艺产生较多的油品,生产的焦油质量较好;热解气的纯度和热值也较高,可用作城市煤气、工业燃料以及化工原料。图6是一个典型的固体热载体热解工艺流程图。其主要流程包括:干煤粉在提升管2中用来自瓷球加热器5的热烟道气预热,预热煤粉在热解旋转炉6中和热瓷球接触、受热并发生热解,产生半焦和热解气,半焦在回转筛7中与瓷球分离并排出,瓷球与半焦分离后进入提升管10中被提升,在被提升到提升管10的顶端后进入瓷球加热器5中再加热,加热器5的燃料为该工艺过程产生的煤气或燃料油,热瓷球再加热后进入热解旋转炉6中循环使用。通常,热解旋转炉6中反应温度应在400-700℃之间,干煤粉与热瓷球通过热解旋转炉6的旋转进行强制混合,进而通过固-固接触完成热量传递,使干煤粉转化为气、液、固热解产物。为使干煤粉与固体热载体在尽量短的时间内充分混合并完成热量传递,业界对热解炉的结构设计、固体热载体的选择、混合器的结构设计、热解工艺参数等进行了各种各样的尝试和改进。CN201632202U揭露了一种用于固体有机物热解的静态混合进料器。煤粉和高温炉灰从进料口进入圆通内,受重力作用垂直下落,分别经历弧形挡板的聚集作用以及圆锥形挡板的分散作用进行混合,二者经过混合器混合后落入置于该混合器下方的热解反应器中发生热解反应。在弧形挡板和圆锥形挡板的上表面上设有半球形凸起,部分半球形凸起处还设置有圆形开孔,以使物料通过开孔落入反应器中。然而该静态混合进料器在实际使用中仍存在需要克服的问题。首先,弧形挡板和圆锥形挡板上设有凸起,而且并非所有凸起上均设置开孔,经过长时间运行后,必然会在凸起周围形成堆积角。其次,一定量煤粉和固体热载体尚未进行充分混合就通过凸起上的圆形开孔落入了下方的热解反应器中,影响了物料的混合效果。再者,受限于弧形挡板的横向宽度,必须经过两组弧形挡板和圆锥形挡板才能使全部物料经历一个聚集-分散过程,这使得混合器必须有足够的高度来设置多组弧形挡板和圆锥形挡板,进而保证物料在落入热解反应器之前达到预定的混合均匀度。最后,由于弧形挡板和圆锥形挡板上设有凸起和开孔,使得设备制作工艺复杂化,而多组挡板设计使得混合器的处理量受限、并且占用较大空间。不同固体物料之间的混合装置和混合方法在现有技术中已有报道,例如,US3664638、US3583678、和US3239197就公开了这样的混合装置和方法。然而,碳质材料和固体热载体在热解的整个过程中是运动的而非静止的,在进入热解反应器前可能是混合和分布均匀的碳质材料和固体热载体,在进入下行固定热解反应器后,由于它们比重、粒径、和/或运动轨迹的差异,仍然有可能在热解反应器中产生新的分层、离析、或偏析,从而造成因颗粒混合物呈正态非线性堆积所产生的混合和分布原本均匀的碳质材料和固体热载体在进入热解反应器后重新产生分布和混合不均匀的局面,这将导致碳质材料热解质量和效率大幅下降的问题,然而,遗憾的是:这一问题长时间并未引起业界重视,至今,现有技术也未公开解决这一问题的办法。上述文献的公开内容在此全文引入以作参考。基于以上对现有技术中存在的问题的描述和分析,本专利技术旨在对现有碳质材料热解反应器的结构进行改进和完善,以解决上述悬而未决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种具有物料自均匀分布和/或自均匀混合功能的碳质材料热解装置、包括该热解装置的热解系统,和用该热解系统热解碳质材料的方法。本专利技术热解装置和热解系统克服了上述现有技术中碳质材料和固体热载体在进入热解反应器后重新产生分布和混合不均匀的不足。根据本专利技术第一个方面,提供一种碳质材料热解装置,包括:热解炉,碳质材料或干燥的碳质材料在其中进行热解;和物料分布器,在所述热解炉内,从所述热解炉上部或顶部延伸到所述热解炉下部或底部,其中,所述碳质材料和固体热载体的混合物沿所述分布器自上而下移动时,所述物料分布器使所述混合物沿所述热解炉的径向均匀分布,所述物料分布器包括:多个锥状物、或多个锥状物和叶片,所述叶片和/或锥状物交替对称分布在所述热解炉的内部空间中,从而自上而下形成多个在纵向上间隔一定距离、在水平方向上相互交错的布料层。通常,对上述物料分布器的结构不作任何限制,因为其有很多无法穷尽的等同物,然而,在本专利技术优选实施方式中,所述物料分布器位于同一布料层的叶片和/或锥状物在其所在的水平面上围绕所述热解装置的中心轴对称布置,更优选地,在彼此相邻的两个布料层中,下层叶片和/或锥状物的水平投影面与上层相邻叶片和/或锥状物之间空隙的水平投影面至少部分重叠。所述物料分布器还包括多个支撑柱,其竖直安装在所述热解炉中,用于支撑所述多个叶片和/或锥状物,其中,优选地,至少一个或全部所述支撑柱为耐高温金属杆。更优选地,至少一个所述支撑柱为吹气管,所述吹气管的壁上设有至少一个与所述热解炉实现气相连通的气体通道,来源于所述热解炉外的吹扫气体经所述吹气管壁上的气体通道被送入所述热解炉中,用于吹扫在热解炉中形成的热解气体,使其迅速离开热解炉。其中,被支撑在所述吹气管上的叶片和/或锥状物的垂直投影面覆盖所述气体通道。最优选地,所述气体通道沿轴向均匀分布在所述吹气管的壁上,并且所述气体通道的尺寸由上而下逐渐增大。在本专利技术优选的实施方式中,所述物料分布器的叶片和/或锥状物为底径和/或高度相同或不同、尖端向上的圆锥形挡板。在本专利技术优选的另一个实施方式中,所述热解装置还包括至少部分在所述热解炉内、位于所述物料分布器上方的物料混合器,所述碳质材料和固体热载体在其中被迫做紧密接触、并被充分混合后,直接落入所述物料分布器中。优选地,所述物料混合器包括上下交替设置、使所述碳质材料和固体热载体的混合物集聚的聚拢叶片和/或本文档来自技高网
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一种碳质材料热解装置、包括该热解装置的热解系统、和热解碳质材料的方法

【技术保护点】
一种碳质材料热解装置,包括:热解炉,碳质材料或干燥的碳质材料在其中进行热解;和物料分布器,在所述热解炉内,从所述热解炉上部或顶部延伸到所述热解炉下部或底部,其中,所述碳质材料和固体热载体的混合物自上而下移动时,所述物料分布器使所述混合物沿所述热解炉的径向均匀分布,所述物料分布器包括:多个叶片和/或锥状物,所述叶片和/或锥状物交替对称分布在所述热解炉的内部空间中,从而自上而下形成多个在纵向上间隔一定距离、在水平方向上相互交错的布料层。

【技术特征摘要】
1.一种碳质材料热解装置,包括:热解炉,碳质材料或干燥的碳质材料在其中进行热解;和物料分布器,在所述热解炉内,从所述热解炉上部或顶部延伸到所述热解炉下部或底部,其中,所述碳质材料和固体热载体的混合物自上而下移动时,所述物料分布器使所述混合物沿所述热解炉的径向均匀分布,所述物料分布器包括:多个锥状物,所述锥状物交替对称分布在所述热解炉的内部空间中,从而自上而下形成多个在纵向上间隔一定距离、在水平方向上相互交错的布料层。2.如权利要求1所述的热解装置,其中,位于同一布料层的锥状物在其所在的水平面上围绕所述热解装置的中心轴对称布置。3.如权利要求1所述的热解装置,其中,相邻的两个布料层中,下层锥状物的水平投影面与上层和所述下层锥状物相邻的多个锥状物之间空隙的水平投影面至少部分重叠。4.如权利要求1所述的热解装置,其中,所述物料分布器还包括多个支撑柱,其竖直安装在所述热解炉中,用于支撑所述多个锥状物。5.如权利要求4所述的热解装置,其中至少一个或全部所述支撑柱为耐高温金属杆。6.如权利要求4所述的热解装置,其中至少一个所述支撑柱为吹气管,所述吹气管的壁上设有至少一个与所述热解炉气相连通的气体通道,来源于所述热解炉外的吹扫气体经所述吹气管壁上的气体通道被送入所述热解炉中,用于吹扫在热解炉中形成的热解气体,使其迅速离开热解炉。7.如权利要求6所述的热解装置,其中被支撑在所述吹气管上的所述锥状物的垂直投影面覆盖所述气体通道。8.如权利要求6所述的热解装置,其中所述气体通道沿轴向均匀分布在所述吹气管的壁上,并且所述气体通道的尺寸由上而下逐渐增大。9.如权利要求6所述的热解装置,其中,所述吹扫气体选自惰性气体、烟气、冷凝前或冷凝后的气态热解产物、或它们的混合物。10.如权利要求6所述的热解装置,其中,所述吹扫气体在进入所述热解炉前被预热或与固态热解产物进行热交换。11.如权利要求6所述的热解装置,其中所述吹扫气体是为所述碳质材料热解提供热量的气体热载体。12.如权利要求6所述的热解装置,其中所述吹扫气体由下而上运行,与所述碳质材料和固体热载体的混合物逆流接触。13.如权利要求1-12任何一项所述的热解装置,其中所述物料分布器的锥状物为底部直径和/或高度相同或不同、尖端向上的圆锥形挡板。14.如权利要求1-12任何一项所述的热解装置,还包括至少部分在所述热解炉内、位于所述物料分布器上方的物料混合器,所述碳质材料和固体热载体在其中被迫做紧密接触、并被充分混合后,直接落入所述物料分布器中。15.如权利要求14所述的热解装置,其中,所述物料混合器包括上下交替设置使所述碳质材料和固体热载体的混合物集聚的聚拢锥状物和使所述碳质材料和固体热载体的混合物散开的分散锥状物。16.如权利要求15所述的热解装置,其中所述聚拢锥状物为大口向上的锥形漏斗,所述分散锥状物为小口向上的的锥形漏斗和/或尖端向上的圆锥体。17.如权利要求14所述的热解装置,其中经所述物料混合器混合的碳质材料与固体热载体的混合均匀度大于或等于70%。18.如权利要求14所述的热解装置,其中所述物料混合器的横向尺寸小于所述物料分布器的横向尺寸。19.如权利要求1所述的热解装置,还包括至少一个自所述热解炉内表面向下倾斜延伸的围挡,所述围挡填补所述物料分布器的水平投影面与所述热解炉内表面之间的间隙,从而避免所述碳质材料和固体热载体的混合物经所述间隙直接落入所述热解炉的出口。20.一种热解碳质材料的反应器系统,包括:任选地,干燥炉,用于干燥碳质材料;热解炉,任选地与干燥炉相连通,碳质材料或干燥后的碳质材料在其中进行热解,产生粗热解气和固态热解产物;物料分布器,在所述热解炉内,从所述热解炉上部或顶部延伸到所述热解炉下部...

【专利技术属性】
技术研发人员:翁力崔哲刘书贤赵香龙
申请(专利权)人:北京低碳清洁能源研究所
类型:发明
国别省市:

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