一种定向催化裂解装置及工艺制造方法及图纸

一种定向催化裂解装置及工艺，上段炉的反应管中的反应气氛经过第一气体分布器平铺至催化剂床层进行反应气的活化，反应气氛在催化剂作用下，产生自由基，自由基与原料床层中的原料热解产生的自由基接触，得到的气态产物经过第三气体分布器平铺至催化剂A床层，催化剂A床层对热解反应的气态产物进行催化裂解，催化裂解后的产物进入催化剂B床层进行择型催化，择型催化后的产物进入冷凝装置进行冷凝，得到的液态焦油。本发明专利技术将煤、生物质等原料热解提高焦油产率过程和定向调控相应的产物分布过程整合至一套工艺中，简化了整体工艺流程，对环境友好，降低能源消耗成本，提高了工艺生产效率，且易于大生产规模，适于工业化推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种定向催化裂解装置及工艺
本专利技术属于能源化工
，涉及一种定向催化裂解装置及工艺。
技术介绍
煤热解是煤炭转化利用的关键步骤，煤的燃烧、气化、液化等工艺过程都要发生或经历热解过程。但是传统的煤热解获取的煤焦油产率低下、重质组分含量又高，而且重质组分具有高沸点、高粘度、分离困难等特点，目标产物中各类产物分布杂乱而且相对含量较低，因此不能对各类产物进行有效富集。生物质主要由纤维素、半纤维素、木质素等组成，热解也是生物质热化学加工过程中最基本的过程，是其液化、气化和燃烧过程的综合，由于不同的生物质原料中三大素含量不同，所以生物质热解过程生成的生物油的含量、成分以及产物分布存在较大差异，不能进行进一步有效地直接利用。因此，提高煤、生物质等热解焦油产率，定向调控焦油产物分布，使得目标焦油产物品质升级，生成具有高附加值焦油产品，对我国煤化工、生物化工产业及国家能源的高效利用具有重要及深远的意义。煤热解获取焦油产率低，受煤中低氢碳比限制。煤热解的过程中，煤结构中的大分子结构不断解聚，形成不同形式的大分子自由基、氢自由基等。研究表明，煤热解过程中焦油的形成与煤中有机大分子受热裂解和裂解自由基的稳定有关。过度的裂解有可能会形成气体产物，自由基与小分子的结合可能形成焦油，而自由基之间的结合有可能形成焦油，也可能重新形成大分子以固体半焦的形式存在。因此，在煤热解的过程中，通过外部施加富氢小分子自由基，使得煤裂解产生的自由基稳定，是提高焦油产率的有效途径。高昂的氢气价格，使得煤、生物质等原料通过加氢热解，来提高相应原料的热解焦油的产率和品质具有较高的成本，制约了它们的实用性。甲烷是天然气的主要成分，来源广泛，拥有高氢碳原子比，而且价格低廉，是较为理想的富氢气体，因此可以以甲烷作为煤、生物质等原料热解的反应气氛。但是，研究发现，800℃以下，甲烷与煤基本上不发生反应，甲烷在热解过程中相当于惰性气氛，并不能提高煤焦油产率，因为甲烷在非催化条件下非常稳定而难以活化。煤热解形成焦油产物，重质组分含量较高，含氧化合物较多，所以焦油品质低下。因此对煤热解焦油进行定向调控，则可获得较高收率的具有高附加值目标产物。目前，提高煤、生物质等原料热解焦油产率和对煤、生物质等原料热解焦油产物进行定向调控，一般都分别在两套独立的系统进行，这样就造成整体工艺复杂化、能源消耗成本高、产物利用率低、工艺生产效率低等问题。利用两端式固定床，提高煤、生物质等原料热解焦油收率的同时，还可对煤、生物质等原料热解焦油产物进行择型催化，进而定向调控焦油产物的装置和方法却鲜有报道。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供了一种定向催化裂解装置及工艺，能够提高煤、生物质等原料热解焦油产物产率的同时，还可以定向调控煤、生物质等原料热解焦油产物的分布，从而获得具有高附加值的理想目标焦油产物。本专利技术为了实现上述目的，所采用的技术方案如下：一种定向催化裂解装置，包括供气装置、用于提高煤热解反应焦油产率的上段炉、用于对热解焦油进行催化择型的下段炉、冷却装置以及温度和压力控制器装置；上段炉和下段炉均为圆柱体，并且两段上段炉和下段炉上下同轴，上段炉和下段炉内中心竖直设置有反应管；供气装置与上段炉相连，供气装置、上段炉以及下段炉均与温度和压力控制器装置相连；冷却装置设置在下段炉下方。本专利技术进一步的改进在于，供气装置包括第一载气瓶、第二载气瓶、第三载气瓶、第一载气流量控制阀、第二载气流量控制阀、第三载气流量控制阀、混合气罐以及用于调控反应气的总流量的系统总载气流量控制器；第一载气瓶的出口经第一载气流量控制阀与混合气罐入口相连，第二载气瓶的出口经第二载气流量控制阀与混合气罐入口相连，第三载气瓶的出口经第三载气流量控制阀与混合气罐入口相连，混合气罐出口经系统总载气流量控制器与上段炉入口相连。本专利技术进一步的改进在于，温度和压力控制器装置包括第一载气流量控制器、第二载气流量控制器、第三载气流量控制器、上段炉中部温度控制器、上段炉上部温度控制器、上段炉下部温度控制器、下段炉中部温度控制器、下段炉上部温度控制器以及下段炉下部温度控制器；第一载气流量控制器与第一载气流量控制阀相连，第二载气流量控制器与第二载气流量控制阀相连，第三载气流量控制器与第三载气流量控制阀相连；上段炉的炉体外上、中、下三个部位，分别连接信号线至温度和压力控制器装置中的上段炉中部温度控制器、上段炉上部温度控制器、上段炉下部温度控制器，下段炉的炉体外上、中、下三个部位，分别连接信号线至下段炉中部温度控制器、下段炉上部温度控制器、下段炉下部温度控制器。本专利技术进一步的改进在于，上段炉中的反应管内，从上至下装有气体分布器、催化剂床层、第一固体分布器、原料床层、第二固体分布器以及第二气体分布器；其中，气体分布器用于使反应气均匀的分布于催化剂床层，催化剂床层用于活化反应气，第一固体分布器和第二固体分布器分别用于平铺催化剂床层和原料床层，第二气体分布器用于使热解反应后的气态产物流向下段炉的反应管内。本专利技术进一步的改进在于，下段炉中的反应管内，从上至下装有第三气体分布器、催化剂A床层、第三固体分布器、催化剂B床层、第四固体分布器以及第四气体分布器；其中，第三气体分布器用于使热解反应后的气态产物分布于催化剂A床层，催化剂A床层用于催化裂解热解反应的气态产物，第三固体分布器和第四固体分布器分别用于平铺催化剂A床层和催化剂B床层，第四气体分布器用于使反应后的气态产物流向冷凝装置。本专利技术进一步的改进在于，冷却装置包括螺旋式冷凝装置、循环冷凝液输送泵、焦油收集装置、气体收集装置以及产物检测装置；下段炉下方设置有螺旋式冷凝装置，并且螺旋式冷凝装置入口与下段炉出口相连通，螺旋式冷凝装置出口分为两路，一路经气体产物储罐与相色谱质谱联用仪相连，气体产物储罐下方设置有二次液态冷凝产物储罐，并且二次液态冷凝产物储罐与气体产物储罐相连，另一路经液态焦油产物储罐与相色谱质谱联用仪相连；螺旋式冷凝装置还连接有循环冷凝液输送泵。一种定向催化裂解工艺，上段炉的反应管中的反应气氛经过第一气体分布器平铺至催化剂床层进行反应气的活化，活化温度为：600℃～800℃，反应压力为0.1MPa～1MPa，反应气氛在催化剂作用下，产生自由基，自由基与原料床层中的原料热解产生的自由基接触，得到的气态产物经过第三气体分布器平铺至催化剂A床层，催化剂A床层对热解反应的气态产物进行催化裂解，催化裂解后的产物进入催化剂B床层进行择型催化，择型催化后的产物进入冷凝装置进行冷凝，得到的液态焦油；其中，原料为煤或生物质。本专利技术进一步的改进在于，反应气氛为CH4、CH4和CO2的混合气、CH4和水蒸气的混合气、CH4和O2的混合气、甲醇裂解气、甲醇裂解气与氧气的混合物或甲醇裂解气与水蒸汽的混合物；其中，CH4和CO2的混合气中，CH4和CO2的体积比为(1～2)：1；CH4和水蒸气的混合气中，按体积百分比计，CH4为10％～20％，水蒸气为80％～90％；CH4和O2的混合气中，按体积百分比计，CH4为80％～90％，O2为10％～20％；甲醇与氧气的混合物中，甲醇和氧气的物质的量的比为(2～5)：1；甲醇与水蒸汽的混合物中，甲醇和水蒸气的物质的量的比为(1～1.5)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种定向催化裂解装置，其特征在于，包括供气装置、用于提高煤热解反应焦油产率的上段炉(9)、用于对热解焦油进行催化择型的下段炉(10)、冷却装置以及温度和压力控制器装置；上段炉(9)和下段炉(10)均为圆柱体，并且两段上段炉(9)和下段炉(10)上下同轴，上段炉(9)和下段炉(10)内中心竖直设置有反应管；供气装置与上段炉(9)相连，供气装置、上段炉(9)以及下段炉(10)均与温度和压力控制器装置相连；冷却装置设置在下段炉(10)下方。

【技术特征摘要】
1.一种定向催化裂解装置，其特征在于，包括供气装置、用于提高煤热解反应焦油产率的上段炉(9)、用于对热解焦油进行催化择型的下段炉(10)、冷却装置以及温度和压力控制器装置；上段炉(9)和下段炉(10)均为圆柱体，并且两段上段炉(9)和下段炉(10)上下同轴，上段炉(9)和下段炉(10)内中心竖直设置有反应管；供气装置与上段炉(9)相连，供气装置、上段炉(9)以及下段炉(10)均与温度和压力控制器装置相连；冷却装置设置在下段炉(10)下方。2.根据权利要求1所述的一种定向催化裂解装置，其特征在于，供气装置包括第一载气瓶(1)、第二载气瓶(2)、第三载气瓶(3)、第一载气流量控制阀(4)、第二载气流量控制阀(5)、第三载气流量控制阀(6)、混合气罐(7)以及用于调控反应气的总流量的系统总载气流量控制器(8)；第一载气瓶(1)的出口经第一载气流量控制阀(4)与混合气罐(7)入口相连，第二载气瓶(2)的出口经第二载气流量控制阀(5)与混合气罐(7)入口相连，第三载气瓶(3)的出口经第三载气流量控制阀(6)与混合气罐(7)入口相连，混合气罐(7)出口经系统总载气流量控制器(8)与上段炉(9)入口相连。3.根据权利要求2所述的一种定向催化裂解装置，其特征在于，温度和压力控制器装置包括第一载气流量控制器(31)、第二载气流量控制器(32)、第三载气流量控制器(33)、上段炉中部温度控制器(34)、上段炉上部温度控制器(35)、上段炉下部温度控制器(36)、下段炉中部温度控制器(37)、下段炉上部温度控制器(38)以及下段炉下部温度控制器(39)；第一载气流量控制器(31)与第一载气流量控制阀(4)相连，第二载气流量控制器(32)与第二载气流量控制阀(5)相连，第三载气流量控制器(33)与第三载气流量控制阀(6)相连；上段炉(9)的炉体外上、中、下三个部位，分别连接信号线至温度和压力控制器装置中的上段炉中部温度控制器(34)、上段炉上部温度控制器(35)、上段炉下部温度控制器(36)，下段炉(10)的炉体外上、中、下三个部位，分别连接信号线至下段炉中部温度控制器(37)、下段炉上部温度控制器(38)、下段炉下部温度控制器(39)。4.根据权利要求1所述的一种定向催化裂解装置，其特征在于，上段炉(9)中的反应管内，从上至下装有气体分布器(12)、催化剂床层(13)、第一固体分布器(14)、原料床层(15)、第二固体分布器(16)以及第二气体分布器(17)；其中，气体分布器(12)用于使反应气均匀的分布于催化剂床层，催化剂床层(13)用于活化反应气，第一固体分布器(14)和第二固体分布器(16)分别用于平铺催化剂床层(13)和原料床层(15)，第二气体分布器(17)用于使热解反应后的气态产物流向下段炉(10)的反应管内。5.根据权利要求4所述的一种定向催化裂解装置，其特征在于，下段炉(10)中的反应管内，从上至下装有第三气体分布器(18)、催化剂A床层(19)、第三固体分布器(20)、催化剂B...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙鸣，刘永琦，马明明，李亚波，么秋香，代成义，郝青青，马晓迅，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61