一种含碳物质的热解装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种含碳物质的热解装置，其在热解过程中，可同步实现气-固分离和催化调质。现有热解技术中，高温热解气的气-固分离设备、催化调质设备均与热解装置相互独立。受制于热解装置外的温降而导致高沸点焦油的析出，灰尘得不到有效的去除，会造成灰尘夹带和催化剂失活。而且灰尘随着焦油的析出和累积，还会导致设备和管道的堵塞。本实用新型专利技术的特征在于所发明专利技术的热解装置具有双层结构，热解产生的热解气，经过热解装置内层2的过滤、集气腔的扩径段5分离和过滤层6的过滤等三级气-固分离措施，实现在热解装置内的高效气-固分离，避免了油气产品的灰尘夹带。同时在过滤层6内添加催化剂，可简化催化热解工艺，实现对热解油气品的调质。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术涉及一种含碳物质的热解装置，其在热解过程中，可同步实现气-固分离和催化调质。现有热解技术中，高温热解气的气-固分离设备、催化调质设备均与热解装置相互独立。受制于热解装置外的温降而导致高沸点焦油的析出，灰尘得不到有效的去除，会造成灰尘夹带和催化剂失活。而且灰尘随着焦油的析出和累积，还会导致设备和管道的堵塞。本技术的特征在于所专利技术的热解装置具有双层结构，热解产生的热解气，经过热解装置内层2的过滤、集气腔的扩径段5分离和过滤层6的过滤等三级气-固分离措施，实现在热解装置内的高效气-固分离，避免了油气产品的灰尘夹带。同时在过滤层6内添加催化剂，可简化催化热解工艺，实现对热解油气品的调质。【专利说明】一种含碳物质的热解装置
本技术涉及固体能源化工
。具体地，本技术涉及一种含碳物质的热解装置，其具有双层结构，可实现热解、除尘以及催化调质的一体化。
技术介绍
含碳物质，比如煤、生物质、油页岩等，通过热解工艺获得热解油、气产品，是固体能源高附加值利用和能源梯级高效利用的一条有效途径。目前热解工艺存在的主要问题是高温气-固分离效率低，高温热解气中灰尘夹带严重，会引起设备与管道的堵塞，影响设备的稳定运行；同时收集到的热解油尘含量高，需进一步进行脱尘处理，因处理费用高，降低了其利用价值。煤热解工艺按加热方式可分为外热式和内热式两类。外热式热解工艺的热源是由热解炉外提供，代表性的工艺有冶金焦炉、伍德(W-D)炭化炉和考伯斯炭化炉；内热式热解的热源是借助高温热载体的热量直接传递给煤粉，使含碳物质发生热解反应。内热式热解工艺根据热载体的不同，分为气体热载体热解工艺和固体热载体热解工艺。气体热载体热解工艺通常是将燃料燃烧后获得的高温烟气直接引入热解器内，与含碳物质混合，实现对原料的加热，代表性的工艺有美国的COED技术和ENCOAL技术；固体热载体热解工艺则利用高温固体颗粒(比如半焦、陶瓷球、石英砂等)与煤在热解室内混合实现煤的热解，代表性的工艺有美国Garrett技术、德国鲁奇-鲁尔(L-R)技术、中国科学院过程工程研究所的煤拔头技术、大连理工大学的DG技术等。由于热解反应，涉及到复杂的气、液、固三相反应，高温热解气溢出至炉外时，会夹带有粉尘。特别是内热式热解工艺中，气相与固相扰动剧烈，热解气中夹带的粉尘含量会更高，因此无论何种热解工艺，其产生的高温热解气均需在高温阶段进行气-固分离，以实现高温热解气的除尘和净化。目前的高温气-固设备均与热解器相独立，置于热解器后端。主要的设备包括旋风分离器(中国科学院工程热物理研究所.固体热载体快速热解方法及装置.中国专利，200710119476.7)、丝网过滤器(中国科学院过程工程研究所.汽爆秸杆发酵剩余物热解制备液体燃料的方法及装置，中国专利，200510011104.3)、陶瓷过滤器(武威，田贵山，关健.用陶瓷过滤器进行高温煤气除尘技术研究.辽宁工程技术大学学报:自然科学版，2000，19 (2): 214)、颗粒床(夏军仓，许世森，郜时旺.移动颗粒层过滤高温高压煤气除尘技术的试验研究.动力工程，2003，23 (2):2337)等。在这些分离技术中，旋风分离器是较常采用的气-固分离技术，但受制于热解气流是固体含碳物质在热解反应后产生的，流速不稳定，因此单级的旋风分离器的分离效率低，对于细粉尘的除尘效率不高，理论上，采用多级旋风分离器可以提高除尘效率，但相应地，会增加高温热解气在冷却前的停留时间，会导致高温热解气的二次反应，降低油气品质。另外的一些过滤技术，包括过滤膜、过滤层、颗粒床等技术，通过对滤孔的调节，可以提高分离效率，但是在运行过程中阻力与负荷均会增大，而且需要间隙性的反吹以保证分离效率的稳定。由于所有的这些分离装备与技术，均与热解装备相独立，位于热解器的尾部，高温热解气离开热解器进入气-固分离装备后，不可避免的温降，会导致热解油从高温热解气中析出，并与灰尘粘结在一起，造成分离设备部件的粘连或堵塞，清除起来极不方便。而且更重要的是，因为夹带的灰尘不能在分离器中得到有效的去除，所以获得的焦油尘含率高，处理成本增大，利用价值低。特别是，一些内热式的热解工艺，固体颗粒在热解器中扰动剧烈，高温热解气中的尘含量更大，管道堵塞的问题更严重。另外，为了实现对热解油气产物的催化调质，需对热解产生的高温煤气在催化反应器中进行催化调质，一般的工艺是采用两段炉的方法(PT Williams,? Chisht1.Twostage pyrolysis of oil shale using a zeolite catalyst,Journal of Analytical andApplied Pyrolysis.2000, 55(2): 217)，使热解器内产生的高温热解气在溢出热解器之后，直接进入催化反应器，完成对高温热解油气的品质调控和结构重整，以改善热解油气品的质量。但是由于热解器与催化反应器相互独立，高温热解气夹带的灰尘未得到脱除，易导致催化剂的失活，引起催化反应器的堵塞；如果将催化反应器放置与气-固分离装置之后，使灰尘预先得到脱除，则又需要保温以及加热设备，存在能耗高的缺点。因此可见，现有的热解工艺中，由于热解反应装置与高温除尘装置以及催化热解反应装置各自独立，工艺路线长，不可避免的温降会使焦油析出，引起灰尘脱除效率低、催化剂失活以及设备和管道堵塞等问题，并且收集到的焦油尘含量高，利用价值低。
技术实现思路
本技术的目的在于，是为了克服由于热解器与气-固分离器、催化反应器各自独立，高温条件下，除尘效率低导致管道堵塞、催化剂易失活、焦油尘含量高以及稳定运行困难等问题，提供了一种在热解器内同步实现气-固分离和催化调质的方法。本技术的另外一个目的在于，提供实现上述热解方式的装置。根据本技术的含碳物质热解方法，其热解反应器为双层结构双套管或者双壁窑结构，如下以双套管为例，说明
技术实现思路
，含碳物质从入料口 I加入至内管2并在内管内发生热解反应，反应产生的高温热解气通过内管2向外管3扩散，进入双管之间的集气腔4内，通过内管2的过滤功能将大部分粉尘过滤在内管内，随着热解后的颗粒排出，同时集气腔4内的热解气经过外管的扩径段5和集气腔的过滤层6，使热解气得到完全净化。所述热解器的内管2由不同孔径的滤孔组成，具有过滤功能，含碳物质在热解器的内管内反应后，产生的高温热解气从内管经过滤进入到集气腔4内。所述的热解器的外管3在顶部半径扩大，形成扩径段5，使在集气腔4内的气体流速在此处下降，促进热解气中夹带的灰尘的进一步分离，落在集气腔的底部。所述热解器的集气腔4的顶部，在热解气溢出口 7之前，设有过滤层6，使热解气体得到进一步净化。所述集气腔内的过滤层6由滤板、或/和滤膜、或/和滤网、或/和滤料组成，使热解气夹带的灰尘在排出到热解器之前得到完全脱除。所述集气腔内的过滤层6，在过滤层内部或者上部放置催化剂，使高温热解煤气得到催化提质，使热解油、气产物的收率、组成、品质得到改善。所述热解器的内管2和外管3之间，以及在内管3内，设置若干传热性能好、耐高温的连接件作为强化导热板9，至少导热板的一端或一侧与热解器的外管壁或高温端面紧密接触，促进热量的传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热解反应器，包括内外双层结构，内层组成热解腔，且内层壁设有滤孔，内外层之间为集气腔，入料口与热解腔相连，集气腔的顶部设有溢出口。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张锁江，李益，吕兴梅，李春山，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11