CN103980926A - 含碳物质热解装置及含碳物质的热解方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含碳物质热解装置及含碳物质的热解方法，含碳物质热解装置包括：炉体，炉膛上设有热解气入口和热解气出口；上热辐射管和下热辐射管；实心隔板，实心隔板设在上热辐射管与下热辐射管之间并邻近下热辐射管设置；以及多孔隔板，多孔隔板设在实心隔板与上热辐射管之间，其中热解气入口位于实心隔板与的多孔隔板之间，热解气出口位于上热辐射管与多孔隔板之间。根据本发明的含碳物质热解装置，通过在炉膛内设置传热性能好的实心隔板和多孔隔板，提高了热解气体流动速度，使热解气体在炉膛内进行强制对流传热，由此，强化了传热效果，降低了热解气体的二次裂解几率，提高了焦油产率。
Description
技术领域
本发明涉及一种含碳物质热解装置及含碳物质的热解方法。
背景技术
煤的热解是煤洁净高效转化利用的关键步骤。现有准工业化块煤热解技术多数因存在煤的导热性差，料层透气性不好，受热不均匀，热解得到的焦油产率低，半焦质量不均匀等缺点而未能实现大规模工业化应用。常见的立式干馏炉中物料热解过程所需的热量主要是由加热炉墙传入，因而热效率较低；而流化床快速热解又存在粉尘含量高，焦油品质低等缺点。
在相关的块煤干馏中低温煤焦油制取轻质化燃料的方法中，主要利用块煤干馏制取氢气，煤焦油加氢裂化制备轻质化燃料。其中用于块煤干馏的热解反应炉是内热式直立炉或者外热式直立炉二段。而外热式和内热式立式炉均存在对原料物性、粒径等限制严格，不适于褐煤等低阶煤的处理。热解过程中产生的污水中各种污染指数的指标严重超过了现有污水处理的要求。
在另一相关的煤低温热解装置中，热解反应器和除尘器采用热空气加热层进行整体加热，通过加热中间介质空气来间接加热热解煤样，虽然块煤受热均匀，但由于空气的导热性能差，导致了整个设备的热效率低、生产能耗高。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种能耗低、受热均匀、焦油产量高的含碳物质热解装置。
本发明的另一个目的在于提出一种利用上述含碳物质热解装置对含碳物质进行的热解方法。
根据本发明的一个方面提供了一种含碳物质热解装置，包括：炉体，所述炉体具有炉膛，所述炉膛上设有热解气入口和热解气出口；上热辐射管和下热辐射管，所述上热辐射管设在所述炉膛内的上部，所述下热辐射管设在所述炉膛内的下部；实心隔板，所述实心隔板设在所述上热辐射管与所述下热辐射管之间并邻近所述下热辐射管设置；以及多孔隔板，所述多孔隔板设在所述实心隔板与所述上热辐射管之间，其中，所述多孔隔板为多层，且相邻的所述多孔隔板之间的距离为50-100cm，所述热解气入口位于所述实心隔板与所述的多孔隔板之间，所述热解气出口位于所述上热辐射管与所述多孔隔板之间。
根据本发明实施例的含碳物质热解装置，通过在炉膛内设置传热性能好的实心隔板和多孔隔板，提高了热解气体流动速度，使热解气体在炉膛内进行强制对流传热，由此，强化了传热效果，降低了热解气体的二次裂解几率，提高了焦油产率。同时，采用上下双面加热的方式，可使含碳物质均匀受热，增大了含碳物质的处理量，节省了热解时间，提高了其热解效率。此外，采用蓄热式辐射管高温空气燃烧器对炉膛进行加热，利用低热值煤气，即可产生较高的热效，由此，降低了能耗成本。
另外，根据本发明上述实施例的含碳物质热解装置还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，含碳物质热解装置进一步包括：旋风除尘器，所述旋风除尘器的入口与所述热解气出口连通，所述旋风除尘器的第一出口与所述热解气入口和室外连通，所述旋风除尘器的第二出口与集尘装置连通；以及风机，所述风机设在所述热解气入口和所述旋风除尘器的所述第一出口之间，以将热解气出口排出的部分热解气体由所述热解气入口供给到炉膛内。
根据本发明的一个实施例，所述旋风除尘器的所述第一出口与所述室外之间设有陶瓷过滤器和油气冷却分离单元。
根据本发明的一个实施例，所述实心隔板距离所述下热辐射管为2-5cm。
根据本发明的一个实施例，所述多孔隔板的开孔率为5-15％，孔径为3-10mm。
根据本发明的一个实施例，与所述实心隔板相邻的所述多孔隔板与所述实心隔板的距离大于3cm。
根据本发明的一个实施例，所述上热辐射管和下热辐射管均为蓄热式热辐射管。
根据本发明的另一方面提供了一种含碳物质的热解方法，包括以下步骤：
将含碳物质放入炉体内的多孔隔板和实心隔板上，布料厚度小于100cm；
在上热辐射管和下热辐射管内通入燃气点火开始对炉膛加热，上辐射管温度控制在480-600℃之间，下辐射管温度控制在550-900℃之间，整个炉膛温度控制在480-800℃之间；
将炉膛排出部分热解气体再次引入到炉膛内，并将炉膛排出的另一部分热解气体排到室外。
根据本发明实施例的含碳物质的热解方法，通过在炉膛内设置传热性能好的实心隔板和多孔隔板，提高了热解气体流动速度，使热解气体在炉膛内进行强制对流传热，由此，强化了传热效果，降低了热解气体的二次裂解几率，提高了焦油产率。同时，采用上下双面加热的方式，可使含碳物质均匀受热，增大了含碳物质的处理量，节省了热解时间，提高了其热解效率。此外，采用蓄热式辐射管高温空气燃烧器对炉膛进行加热，利用低热值煤气，即可产生较高的热效，由此，降低了能耗成本。
根据本发明的一个实施例，在排出室外前，对炉膛排出的所述另一部分热解气体进行除尘并进行气液分离后再排到室外。
根据本发明的一个实施例，将炉膛排出的所述部分热解气体再次引入到炉膛之前对热解气体进行过滤。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的含碳物质热解装置的结构示意图；
图2是根据本发明的一个实施例的含碳物质的热解方法的流程图。
附图标记：
含碳物质热解装置100，
炉体10，炉膛11，热解气入口12，热解气出口13，
上热辐射管20，下热辐射管30，
实心隔板40，多孔隔板50，
旋风除尘器60，入口61，第一出口62，第二出口63，
陶瓷过滤器70，风机80，集尘装置90。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参考图1描述根据本发明实施例的含碳物质热解装置100，其中含碳物质可以为废旧轮胎、塑料、垃圾、煤、油页岩等。
如图1所示，根据本发明实施例的含碳物质热解装置100，包括：炉体10、上热辐射管20、下热辐射管30、实心隔板40以及多孔隔板50。
具体而言，炉体10具有炉膛11，炉膛11上设有热解气入口12和热解气出口13，用以向炉膛11内补充气体和排出热解气体。上热辐射管20设在炉膛11内的上部(如图1中方向所示)，用以对炉膛11上部的空间加热。下热辐射管30设在炉膛11内的下部(如图1中方向所示)，用以对炉膛11的下部空间加热。将上热辐射管20和下热辐射管30分别设在炉膛11的上部和下部，可以对炉膛11内的含碳物质进行上下双面受热，由此，提高了含碳物质的温升速度，加快了含碳物质的热解速度。需要说明的是，上热辐射管20和下热辐射管30可以是蓄热式辐射管高温空气燃烧器，采用蓄热式辐射管高温空气燃烧器对炉膛11进行加热，利用低热值煤气，即可产生较高的热效，由此，降低了能耗成本。
如图1所示，实心隔板40设在上热辐射管20与下热辐射管30之间并邻近下热辐射管30设置。可以理解的是，在本发明的一个实施例中，实心隔板40与下热辐射管30距离2-5cm。由此，可以防止实心隔板40局部过热，从而使实心隔板40能够均匀受热。需要说明的是，实心隔板40可以由传热性能好、耐高温材料制成，其目的是防止热解粉尘下落至下热辐射管30表面，防止粉尘在下热辐射管30表面形成尘垢，影响传热效率。
多孔隔板50设在实心隔板40与上热辐射管20之间，其中热解气入口12位于实心隔板40与的多孔隔板50之间，热解气出口13位于上热辐射管20与多孔隔板50之间。热解气体由上热辐射管20与最上层多孔隔板50之间的间隙导出。需要说明的是，多孔隔板50也是由传热性能好、耐高温材料制成。
如图1所示，根据本发明的一些具体的示例，多孔隔板50可以为多层，例如，至少为三层。相邻的多孔隔板50之间的距离为50-100cm，与实心隔板40相邻的多孔隔板50与实心隔板40的距离大于3cm。由此，含碳物质可以均匀平铺在实心隔板40和多孔隔板50上，以使含碳物质可以均匀受热。需要说明的是，含碳物质与上层的多孔隔板50间具有预定距离，以便热解气体能够顺利通过多孔隔板50。此外，还需说明的是，根据本发明的一个实施例，多孔隔板50的开孔率可以为5-15％，孔径可以为3-10mm。
如图1所示，含碳物质热解装置100进一步包括：旋风除尘器60和风机80。具体地，旋风除尘器60的入口61与热解气出口13连通，旋风除尘器60的第一出口62与热解气入口12和室外连通，旋风除尘器60的第二出口63与集尘装置90连通。风机80设在热解气入口12和旋风除尘器60的第一出口62之间，以将热解气出口13排出的部分热解气体由热解气入口12供给到炉膛11内。由此，部分热解气体可以作为热载体和活性气体返回至炉膛11内，从而提高了热解效率，并实现了余热回收。
为了进一步降低排放到室外的热解气体中的污染物的含量，如图1所示，旋风除尘器60的第一出口62与室外之间设有陶瓷过滤器70和油气冷却分离单元(图未示出)。热解气体由热解气出口13排出，进入到旋风除尘器60，经过气固分离后，由旋风除尘器60的第一出口62排出的一部分热解气体在风机80的驱动下由热解气入口12返回到炉膛11内，另一部分热解气体在陶瓷过滤器70内，进行二次除尘后进入油气冷却分离单元，以提取焦油和高热值煤气。
可以理解的是，当含碳物质热解装置100内有热解气体产生后，启动风机80，热解气体由热解气出口13排出，在旋风除尘器60内进行气固分离，被分离出来的粉尘由旋风除尘器60的第二出口63排出，并被收集到集尘装置90内；部分热解气体在风机80的驱动下由热解气入口12进入到实心隔板40与最下层多孔隔板50间的空隙内，经过再次加热后，由下而上穿过各层多孔隔板50进入到炉膛11上部空间，最后再由热解气出口13排出；另一部分热解气体在陶瓷过滤器70内，进行二次除尘后进入油气冷却分离单元，以提取焦油和高热值煤气。
根据本发明实施例的含碳物质热解装置100，通过在炉膛11内设置传热性能好的实心隔板40和多孔隔板50，提高了热解气体的流动速度，使热解气体在炉膛内进行强制对流传热，由此，强化了传热效果，降低了热解气体的二次裂解几率，提高了焦油产率。同时，采用上下双面加热的方式，可使含碳物质均匀受热，增大了含碳物质的处理量，节省了热解时间，提高了其热解效率。
如图1所示，在风机80的驱动下炉膛11内产生强制对流，使放置于实心隔板40和多孔隔板50上的含碳物质均匀受热，防止含碳物质局部过热。同时，利用热解气体自身的热量加热含碳物质，达到充分回收余热，降低热解能耗的目的。另外，将部分热解气体循环返回至热解炉内可在一定程度上提高热解焦油中轻质组分的产率。由旋风除尘器60的第一出口62排出的另一部分热解气体经过高温陶瓷过滤器70，进行二次除尘后进入油气冷却分离单元，以便于提取焦油和高热值煤气。
此外，还需要说明的是，根据本发明的一个实施例，上热辐射管20和下热辐射管30均可以为蓄热式热辐射管。采用蓄热式热辐射管对炉膛11进行加热，利用低热值煤气，即可产生较高的热效，由此，降低了能耗成本。
下面参照图2来详细描述根据本发明实施例的含碳物质的热解方法，其中，含碳物质可以为煤、油页岩、生物质、轮胎及垃圾等。
如图2所示，根据本发明实施例的含碳物质的热解方法包括以下步骤：
S1：将含碳物质放入炉体内的多孔隔板和实心隔板上，布料厚度小于100cm。具体地，先将粒径大于20mm的含碳物质均匀平铺在实心隔板和各个多孔隔板，布料厚度小于100cm，布料完毕后关闭炉膛，并进行气密性检查，完成气密性检查后，通入氮气(N2)吹扫并置换炉膛内的空气，当氧含量降至0.5％以下后结束吹扫。
S2：在上热辐射管和下热辐射管内通入燃气点火开始对炉膛加热。上热辐射管温度控制在480-600℃之间，下热辐射管温度控制在550-900℃之间，整个炉膛温度控制在480-800℃之间。具体地，在完成炉膛气体的吹扫置换后，通入燃气点燃上热辐射管和下热辐射管开始对炉膛进行加热。需要说明的是，根据不同含碳物质的热解特征，可以合理调整炉膛的热解温度。
S3：将炉膛排出部分热解气体再次引入到炉膛内，并将炉膛排出的另一部分热解气体排到室外。当炉膛内生成一定量热解气体后，开启风机，将经旋风除尘器除尘后的一部分热解气体用作热载体和活性气体返回至炉膛内，另一部分热解气体经陶瓷过滤器二次除尘后进入油气冷却分离单元冷却并完成气液分离，以便于提取焦油和高热值煤气。
根据本发明实施例的含碳物质的热解方法，通过在炉膛11内设置传热性能好的实心隔板40和多孔隔板50，提高了热解气体的流动速度，使热解气体在炉膛内进行强制对流传热，由此，强化了传热效果，降低了热解气体的二次裂解几率，提高了焦油产率。同时，采用上下双面加热的方式，可使含碳物质均匀受热，增大了含碳物质的处理量，节省了热解时间，提高了其热解效率。此外，采用蓄热式辐射管高温空气燃烧器对炉膛进行加热，利用低热值煤气，即可产生较高的热效，由此，降低了能耗成本。
如图2所示，根据本发明的一些实施例，在排出室外前，对炉膛排出的部分热解气体再次引入到炉膛之前对热解气体进行过滤，对炉膛排出的另一部分热解气体进行除尘并进行气液分离后再排到室外。需要说明的是，对炉膛排出的另一部分热解气体可以先经陶瓷过滤器二次除尘后，再进入油气冷却分离单元冷却并完成气液分离，最后再排放到室外。由此，不但降低了排放物中污染物质的含量，而且便于提取焦油和高热值煤气。
如图1-2所示，下面以褐煤为例来详细描述根据本发明实施例的含碳物质的热解方法，其中，褐煤处理量为100t/次，粒径范围为20-50mm，收到基水分含量为10％，具体工艺步骤如下：
(1)将100t褐煤块煤一次性均匀地布置在炉膛11内的多孔隔板50和实心隔板40上。布料结束后关闭炉膛11，并进行装置气密性检查。完成气密性检查后，通入氮气(N2)吹扫并置换炉膛11内的空气，当氧含量降至0.5％以下后结束吹扫。
(2)在完成炉膛11气体的吹扫置换后，通入燃气，点燃上热辐射管20和下热辐射管30，开始对炉膛11进行加热。同时，将上热辐射管20温度控制在500℃附近，下热辐射管30温度控制在600℃左右，炉膛11温度控制在500-550℃之间。
(3)当炉膛11内有热解气体产生，并使炉膛11压力达到0.01MPa时，开启风机80。将经旋风除尘器60除尘后的一部分热解气体用作热载体和活性气体返回至炉膛11内。需要说明的是，返回到炉膛11内的高温热解气体作为热载体经多孔隔板50重新布气后加热多孔隔板50上方的煤样，同时也作为活性气体促进褐煤热解过程和反应，并提高热解焦油中的轻质组分含量。
(4)经旋风除尘器60除尘后的另一部分热解气体经陶瓷过滤器70二次除尘后进入油气冷却分离单元冷却并完成气液分离，以便于提取焦油和高热值煤气。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种含碳物质热解装置，其特征在于，包括：
炉体，所述炉体具有炉膛，所述炉膛上设有热解气入口和热解气出口；
上热辐射管和下热辐射管，所述上热辐射管设在所述炉膛内的上部，所述下热辐射管设在所述炉膛内的下部；
实心隔板，所述实心隔板设在所述上热辐射管与所述下热辐射管之间并邻近所述下热辐射管设置；以及
多孔隔板，所述多孔隔板设在所述实心隔板与所述上热辐射管之间，其中所述多孔隔板为多层，且相邻的所述多孔隔板之间的距离为50-100cm，所述热解气入口位于所述实心隔板与所述的多孔隔板之间，所述热解气出口位于所述上热辐射管与所述多孔隔板之间。
2.根据权利要求1所述的含碳物质热解装置，其特征在于，进一步包括：
旋风除尘器，所述旋风除尘器的入口与所述热解气出口连通，所述旋风除尘器的第一出口与所述热解气入口和室外连通，所述旋风除尘器的第二出口与集尘装置连通；以及
风机，所述风机设在所述热解气入口和所述旋风除尘器的所述第一出口之间，以将热解气出口排出的部分热解气体由所述热解气入口供给到炉膛内。
3.根据权利要求2所述的含碳物质热解装置，其特征在于，所述旋风除尘器的所述第一出口与所述室外之间设有陶瓷过滤器和油气冷却分离单元。
4.根据权利要求1所述的含碳物质热解装置，其特征在于，所述实心隔板距离所述下热辐射管为2-5cm。
5.根据权利要求1所述的含碳物质热解装置，其特征在于，所述多孔隔板的开孔率为5-15％，孔径为3-10mm。
6.根据权利要求1所述的含碳物质热解装置，其特征在于，与所述实心隔板相邻的所述多孔隔板与所述实心隔板的距离大于3cm。
7.根据权利要求1所述的含碳物质热解装置，其特征在于，所述上热辐射管和下热辐射管均为蓄热式热辐射管。
8.一种含碳物质的热解方法，其特征在于，包括以下步骤：
将含碳物质放入炉体内的多孔隔板和实心隔板上，布料厚度小于100cm；
在上热辐射管和下热辐射管内通入燃气点火开始对炉膛加热，上辐射管温度控制在480-600℃之间，下辐射管温度控制在550-900℃之间，整个炉膛温度控制在480-800℃之间；
将炉膛排出部分热解气体再次引入到炉膛内，并将炉膛排出的另一部分热解气体排到室外。
9.根据权利要求8所述的含碳物质的热解方法，其特征在于，在排出室外前，对炉膛排出的所述另一部分热解气体进行除尘并进行气液分离后再排到室外。
10.根据权利要求8所述的含碳物质的热解方法，其特征在于，将炉膛排出的所述部分热解气体再次引入到炉膛之前对热解气体进行过滤。
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