专利名称：燃烧与热解耦合的三联供装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种燃烧与热解耦合的三联供装置，是将含碳物质通过快速热解和燃烧处理从而转化成油、气、热产品的装置。这里所指的含碳物质包括煤炭、生物质、油页岩等，也可以是它们的混合物。
技术背景含碳物质经过加工处理(如气化、液化、燃烧、热解等)可以获得油、气、热等产品， 已有的研究表明，采用单一过程(如气化或液化)的工艺往往生产条件苛刻或产率低或成本高，而采用热解与燃烧耦合的技术则生产条件容易达到，且可以比较经济地获得油、气、 热等产品，且资源利用率高。所谓热解与燃烧耦合技术主要包括两个过程一是在热解器中将含碳物质热解转化成油气产品和半焦，热解所需要的热量由固体热载体(如瓷球或高温灰)提供；二是在燃烧器中将半焦燃烧，用以加热热载体(如瓷球)或产生高温灰和生产热能。中国科学院工程热物理研究所、过程工程研究所、山西煤化所、煤炭科学院北京煤化所、 大连理工大学等就此都进行了许多的研究工作，所开发的技术不同之处主要体现在热解器的工作原理上(比如移动床或鼓泡流化床或卧式回转炉或下行床反应器)，相比而言，由中科院过程工程研究所提出的专利(ZL01218480. 2)中的下行床反应器具有快速加热、气固快速分离等特点，其油品回收率和煤气热值较高。其不足之处是整个热解过程经历了混合器、下降管、快速气固分离器，所以流程较长，设备较多，且气固分离器结构复杂；为加强热灰与原料的混合，需要用惰性气体将原料以切向射入混合器，所以除了加料过程复杂外，由于惰性气体的加入煤气热值也会相应降低；由于热解气只能在快速气固分离器中导出，故热解过程中产生的热解气不能尽快导出，存在与高温物料接触时间长的问题，因而会导致较多的热解气体发生二次反应，从而降低了油的收率。
发明内容为了克服现有技术存在的不足，本实用新型的目的是要提供一种流程短、设备少、 油回收率高、热量利用率高且产出煤气热值高的燃烧与热解耦合的三联供装置。本实用新型的结构，包括快速流化床燃烧器(1)、气固分离器(2)、热灰流入通道、下行床炭化器(3)和半焦返送通道(4)，快速流化床燃烧器(1)上部与气固分离器(2) 的进口相连通，气固分离器(2)的固体物出口通过热灰流入通道(5)与下行床炭化器(3) 的上部相连通，下行床炭化器(3)的下部通过半焦返送通道(4)与快速流化床燃烧器(1) 的下部相连通，在半焦返送通道(4)和热灰流入通道(5)上都设有固体物料阀，其特征在于，所述的下行床炭化器(3)的内部设有固定式强化混合装置，所述的下行床炭化器(3)的上部设有热解气排出口，所述的快速流化床燃烧器(1)的操作气速为1-20米/秒，所述的三联供装置上有原料加入口。本实用新型的运行过程大致如下①从原料加入口加入原料， 在下行床炭化器(3)内借助固定式强化混合装置的混合作用，原料与来自气固分离器(2) 的热灰进行有效的混合，发生快速热裂解，同时借助气体与固体的浮力和重力差异可在一定高度内自动地将其分离，即产生的热解气借助气体浮力自然地向位置较高的热解气排出口流出(进一步处理可获得油气产品)，残留下来的固体物质(主要是半焦和床料)则借重力自然沉降于下行床炭化器(3)的下部，所以在下行床炭化器(3)内同时可完成混合、传热、热解和气固分离；②通过半焦返送通道(4)借助固体物料阀将沉降于下行床炭化器(3) 下部的固体物质送入快速流化床燃烧器(1)中，在此通入适量的空气，将固体物料燃烧，随后气固产物通过气固分离器(2)将热灰与烟气分离，分离的热灰再借助固体物料阀通过热灰流入通道(5)进入到下行床炭化器(3)。以此方式重复循环。为保证在所述的装置内有一定的固体物料循环量，快速流化床燃烧器(1)的操作气速为1-20米/秒。所述的固体物料阀可以是L型阀、U型阀或J型阀，主要起控制固体物料的流动速度和切断气流(即在正常操作情况下它只允许固体物料通过，而气体则被阻止)的作用。以下就装置的各部分做进一步详细说明。下行床炭化器(3)内的固定式强化混合装置可以由2组或不多于50组的导流构件组成(组数的确定依据热解过程的要求确定，一般对于导热性差或热解反应速度慢的物料，选用的组数较多)，每组导流构件包括上导流片(6)和下导流片(7)两部分，上导流片 (6)是开口向下的中空的圆锥体，下导流片(7)是中空的漏斗状的上端边缘与下行床炭化器⑶的内壁相连接的腔体，上导流片(6)的下端的直径小于下导流片(7)的上端的直径， 上导流片(6)和下导流片(7)的中心线都与下行床炭化器(3)的中轴线重合，在上述导流构件的作用下，原料与热灰可进行多次有效的混合，强化了传热过程，原料被快速加热而发生快速热裂解，产生的热解气借浮力由热解气排出口排出，残留的固体物质借重力自然沉降于下行床炭化器(3)的下部，所以在所述的下行床炭化器(3)内同时可完成混合、传热、 热解和气固分离；进一步地，在上述装置的基础上，可在每个上导流片(6)的侧上方的下行床炭化器(3)侧壁上开有热解气出口，以利于热解气及时排出，减少二次反应，从而提高油收率；更进一步地，在上述装置的基础上，在每个导流片的下表面上紧贴地设有螺旋状或蛇形状管路，这些管路自上而下相连通，从而形成一个气体通道，气体通道的一端与气固分离器(2)的烟气出口相连通，气体通道的另一端伸出下行床炭化器(3)，这样就可以利用快速流化床燃烧器(1)产生的高温烟气为热解反应提供另外一部分热量，从而既提高了热利用率(因为利用了烟气废热)，又提高了加热速率(因为由高温烟气和热灰同时提供热量)， 因而可提高油品产率。下行床炭化器(3)内的固定式强化混合装置也可以是一条或2-10 条螺旋状或蛇形状或直线管路，其中一条管路的一端与气固分离器(2)的烟气出口相连通，有一条管路的一端伸出下行床炭化器(3)，这样，管路内流动着高温烟气，固体物料在下降的过程中不断与管路碰撞，发生飞溅，从而强化了颗粒间的混合或接触，所以管路本身既起到强化碰撞、混合、传热的作用也可视为利用烟气废热的换热表面，同样地，产生的热解气借浮力由热解气排出口排出，残留的固体物质借重力自然沉降于下行床炭化器(3)的下部；为保证在装置内有一定的固体物料循环量，且尽量减少由于流动阻力引起的能量损耗， 快速流化床燃烧器(1)的操作气速最好为2-6米/秒；原料加入口的位置可设在下行床炭化器(3)的上部，也可设在热灰流入通道(5)上固体物料阀的下游侧管路上，后者可达到延长加热时间并有强化混合的效果；可将部分来自气固分离器(2)的烟气通过管路引入到快速流化床燃烧器(1)的下部作为流化介质，这样可节约热能和减少动力消耗；加料器可以是螺旋给料机或其它的加料设备。[0007]由于仅在下行床炭化器(3)中加设构造简单的固定式强化混合装置，就可以在下行床炭化器(3)中实现混合、传热、热解和气固分离功能，所以与已有的设备相比本装置可省去混合器和快速气固分离器，从而流程短、设备少且简单；由于在不同高度、分阶段、及时地将热解气导出，又由于同时采用烟气和热灰进行加热而提高了加热速率，所以油回收率高；由于利用了高温烟气的废热，所以热量利用率高；由于加料过程中不需要使用惰性气体，所以产出煤气热值高且加料系统简单。
附图为本实用新型的结构示意图。本实用新型，包括快速流化床燃烧器(1)、气固分离器(2)、热灰流入通道(5)、下行床炭化器(3)和半焦返送通道(4)，快速流化床燃烧器(1)上部与气固分离器(2)的进口相连通，气固分离器(2)的固体物出口通过热灰流入通道(5)与下行床炭化器(3)的上部相连通，下行床炭化器(3)的下部通过半焦返送通道(4)与快速流化床燃烧器(1)的下部相连通，在半焦返送通道(4)和热灰流入通道(5)上都设有固体物料阀，其特征在于，所述的下行床炭化器(3)的内部设有固定式强化混合装置，所述的下行床炭化器(3)的上部设有热解气排出口，所述的快速流化床燃烧器(1)的操作气速为1-20米/秒，所述的三联供装置上有原料加入口。下行床炭化器(3)内的固定式强化混合装置可以是由2组或不多于50组的导流构件组成，每组导流构件包括上导流片(6)和下导流片(7)两部分，上导流片(6)是开口向下的中空的圆锥体，下导流片(7)是中空的漏斗状的上端边缘与下行床炭化器(3)的内壁相连接的腔体，上导流片(6)的下端的直径小于下导流片(7)的上端的直径，上导流片(6) 和下导流片(7)的中心线都与下行床炭化器(3)的中轴线重合。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例做进一步详细说明。在本例中，以石英砂为床料；快速流化床燃烧器(1)为一圆柱状筒体，下部设有布风板、排灰口和半焦入口，上部设有流体出口与气固分离器(2)的进口相连通，燃烧所需要的空气由布风板下部送入，操作气速为3米/秒，灰由排灰口引出；气固分离器(2)为一旋风分离器；半焦返送通道⑷和热灰流入通道(5)均由管路和U型阀组成，两个U型阀气体动力介质选用烟气；下行床炭化器(3)为一圆形管，其直径大于热灰流入通道(5)的管径， 其上端与热灰流入通道(5)相连接，下端与半焦返送通道(4)相连接，在其中装有6组所述的导流构件，在每个上导流片(6)侧上方的下行床炭化器(3)的壁面上设有一个热解气出口，共设有6个热解气出口 ；加料装置为一螺旋给料器，设置于下行床炭化器(3)的侧上方， 用它将原料通过设在下行床炭化器(3)上部的原料进口加入到下行床炭化器(3)中。在本实施例中，通过控制通入快速流化床燃烧器(1)的空气量和下行床炭化器(3)原料的加入量，可以将燃烧器的温度控制在800°C以下，从而使进入下行床炭化器(3)的热灰和烟气的温度低于750°C，最终使下行床炭化器(3)的温度低于700°C，适合于生物质等的快速低温热解的要求。不难理解，采用相同的操作方式，将下行床炭化器(3)的温度控制在较高的温度水平上也是容易实现的，这使得本装置也适用于煤、垃圾或废轮胎等需要高温快速热解的场合。 本实用新型作为把含碳物质(如煤、生物质等)转化成液体和气体化学产品的快速热解装置，结构简单，投资省，易于操作，液体产品收率高，热解得到的液体产品可做为石油产品的替代品，气体产品可作为燃料或合成气使用，有利于环境保护，符合循环经济的政策，具有广阔的应用前景。
权利要求1.一种燃烧与热解耦合的三联供装置，包括快速流化床燃烧器(1)、气固分离器(2)、 热灰流入通道(5)、下行床炭化器(3)和半焦返送通道(4)，快速流化床燃烧器(1)上部与气固分离器(2)的进口相连通，气固分离器(2)的固体物出口通过热灰流入通道(5)与下行床炭化器(3)的上部相连通，下行床炭化器(3)的下部通过半焦返送通道(4)与快速流化床燃烧器(1)的下部相连通，在半焦返送通道(4)和热灰流入通道(5)上都设有固体物料阀，其特征在于，所述的下行床炭化器(3)的内部设有固定式强化混合装置，所述的下行床炭化器(3)的上部设有热解气排出口，所述的快速流化床燃烧器(1)的操作气速为1-20 米/秒，所述的三联供装置上有原料加入口。
2.根据权利要求1所述的燃烧与热解耦合的三联供装置，其特征是，下行床炭化器(3) 内的固定式强化混合装置由2组或不多于50组的导流构件组成，每组导流构件包括上导流片(6)和下导流片(7)两部分，上导流片(6)是开口向下的中空的圆锥体，下导流片(7)是中空的漏斗状的上端边缘与下行床炭化器(3)的内壁相连接的腔体，上导流片(6)的下端的直径小于下导流片(7)的上端的直径，上导流片(6)和下导流片(7)的中心线都与下行床炭化器(3)的中轴线重合。
3.根据权利要求2所述的燃烧与热解耦合的三联供装置，其特征是，在每个上导流片 (6)的侧上方的下行床炭化器(3)侧壁上有热解气出口。
4.根据权利要求2所述的燃烧与热解耦合的三联供装置，其特征是，在每个导流片的下表面上紧贴地设有螺旋状或蛇形状管路，这些管路自上而下相连通，从而形成一个气体通道，气体通道的一端与气固分离器(2)的烟气出口相连通，气体通道的另一端伸出下行床炭化器⑶。
5.根据权利要求3所述的燃烧与热解耦合的三联供装置，其特征是，在每个导流片的下表面上紧贴地设有螺旋状或蛇形状管路，这些管路自上而下相连通，从而形成一个气体通道，气体通道的一端与气固分离器(2)的烟气出口相连通，气体通道的另一端伸出下行床炭化器⑶。
6.根据权利要求1所述的燃烧与热解耦合的三联供装置，其特征是，下行床炭化器(3) 内的固定式强化混合装置为一条或2-10条螺旋状或蛇形状或直线管路，其中一条管路的一端与气固分离器(2)的烟气出口相连通，有一条管路的一端伸出下行床炭化器(3)。
7.根据权力要求1、2、3、4、5或6所述的燃烧与热解耦合的三联供装置，其特征是，快速流化床燃烧器(1)的操作气速为2-6米/秒。
8.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的燃烧与热解耦合的三联供装置，其特征是，原料加入口位于下行床炭化器(3)的上部或热灰流入通道(5)上固体物料阀的下游侧管路上。
9.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的燃烧与热解耦合的三联供装置，其特征是，在气固分离器(2)的烟气出口管路与快速流化床燃烧器(1)的下部之间有一条管路。
专利摘要一种燃烧与热解耦合的三联供装置，是将含碳物质通过快速热解和燃烧转化成油、气、热产品的装置。主要包括快速流化床燃烧器(1)、气固分离器(2)、下行床炭化器(3)等，在设有简单的固定式强化混合装置的炭化器内同时实现混合、换热、气固分离功能，从而流程短、设备少且简单；由于分阶段、及时地将热解气导出，同时采用热灰和烟气共同加热而提高了加热速率，所以油回收率高；由于利用了高温烟气的废热，所以热量利用率高。
文档编号C10B49/16GK202214329SQ201120272330
公开日2012年5月9日 申请日期2011年7月29日 优先权日2011年7月29日
发明者张荣光 申请人:张荣光