一种蓄热式移动床热解和裂解管裂解反应器的制作方法

本实用新型属于化石燃料的热解和裂解技术领域，具体涉及一种主要针对油页岩和煤等资源的蓄热式移动床热解和裂解管裂解反应器，用于制取可燃气和半焦产品。

背景技术：

当今世界油气资源逐渐减少，日益匮乏，我国尤甚，必须依靠大量的进口原油，这关系到国家能源安全问题。然而，我国拥有非常丰富的油页岩以及煤炭资源，目前我国的热解页岩油产量居世界第一位，并且有逐年增长的趋势。现有的油页岩以及煤炭热解炉型主要有抚顺炉、三江气燃式方炉、大工的固体热载体干馏炉、爱莎尼亚的葛洛特（Galoter）炉、澳大利亚的ATP炉和美国联合油公司干馏炉等。现有的热解炉型均以制取油品为主要目的，但是大多热解炉型，尤其是以处理粉煤为原料的炉型，热解油中含有大量尘，造成热解油难以有效利用，热解油价值不高等问题。因此，如何设计一种高效除尘、系统结构和工艺流程都简单的反应器成为本领域亟需解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术的不足，设计并开发出一种热解和裂解管裂解反应器，该反应器内一体化的设计了热解室和裂解室，裂解室内盘旋分布着裂解管，裂解管围绕着辐射管蜿蜒分布。热解室产生的油气，可以进入裂解室内的裂解管进行深度裂解，油气在裂解管中停留时间长，大分子的焦油分子裂解为小分子的气态烃类，该反应器可产生大量的裂解气，从而避免了生产热解油含尘的问题，真正实现了化石燃料的清洁高效利用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型提供了一种热解和裂解反应器。根据本实用新型的实施例，该反应器包括：进料口、热解室、裂解室和裂解气出口，所述进料口设置在所述热解室的顶壁上，所述裂解气出口设置在所述裂解室的侧壁上，其特征在于,还包括：蓄热式辐射管，所述蓄热式辐射管沿所述反应器的高度方向多层布置在所述热解室和所述裂解室内部，每层具有多根沿水平方向布置的所述蓄热式辐射管；隔热砖墙，所述隔热砖墙设置在所述反应器横向宽度的2/3处，竖直地贯穿于所述反应器内，将所述反应器的内部空间分隔成所述热解室和所述裂解室；连通构件，所述连通构件设置在所述隔热砖墙的下部，用于将所述热解室产生的油气，通过所述连通构件，通入到所述裂解室；裂解通道，所述裂解通道位于所述裂解室内，所述裂解通道的一端与所述连通构件位于所述裂解室的一端连接，所述裂解通道的另一端与所述裂解气出口连接。

发明人发现，根据本实用新型实施例的反应器的系统结构简单，操作方便，热解室产生的油气，可以进入裂解室内的裂解通道内进行深度裂解，油气在裂解通道中停留时间长，将大分子的焦油分子裂解为小分子的气态烃类，该反应器可产生大量的裂解气，从而避免了生产热解油含尘的问题，真正实现了化石燃料的清洁高效利用。此外，一个炉体内可进行两种作业，合二为一，节省建造成本和占地面积,而且,该反应器采用了蓄热式辐射管加热技术无需气、固热载体加热，提高了反应器的热效率的同时简化了系统工艺。

根据本实用新型的实施例，所述连通构件为设置在所述隔热砖墙上的包括多个孔的孔带。

根据本实用新型的实施例，所述连通构件为所述隔热砖墙纵向长度上，位于下部位置的开口。

根据本实用新型的实施例，所述隔热砖墙的厚度为5-15cm，所述孔带的高度为3-15cm，所述孔的直径为1-3cm。

根据本实用新型的实施例，所述开口的高度为3-15cm。

根据本实用新型的实施例，所述裂解通道为裂解管，所述裂解管盘旋分布于所述裂解室内。

根据本实用新型的实施例，所述裂解管围绕着所述蓄热式辐射管蜿蜒分布，多层布置。

根据本实用新型的实施例，所述裂解管的另一端焊接在所述裂解气出口上。

根据本实用新型的实施例，所述裂解管为易传热材料。

根据本实用新型的实施例，料斗通过进料装置与所述进料口相连；并且进一步包括半焦出口，所述半焦出口设置在所述热解室的下部，所述半焦出口与所述半焦输送装置连接。

本实用新型的有益效果在于：

1）反应器分为热解室和裂解室，热解室产生的油气，可在裂解管进行深度裂解，大分子的焦油分子裂解为小分子的气态烃类，可燃气体产率高，避免了热解油含尘的问题，真正实现了化石燃料的清洁高效利用。

2）裂解室内盘旋分布着裂解管，裂解管围绕着辐射管蜿蜒分布，热解室产生的油气，可以进入裂解室内的裂解管进行深度裂解，油气在裂解管中停留时间长。

3）一个炉体内可进行两种作业，合二为一，节省建造成本和占地面积。

4）热解气热值高，品质好。

5）采取蓄热式辐射管供热，反应系统结构简单，操作方便，温度分布均匀，加热效果好。

附图说明

图1为本实用新型热解和裂解管裂解反应器的结构图。

图2为本实用新型隔热砖墙的正视图。

其中，1、料斗；2、进料装置；3、热解室；310、裂解气出口；320、进料口；330、半焦出口；340、蓄热式辐射管；4、裂解室；410、裂解管；5、隔热砖墙；510、连通构件；6、半焦输送装置；7、燃气入口；8、烟气出口；9、空气入口；10、气源。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供了一种蓄热式移动床热解和裂解管裂解反应器，图1为该热解和裂解管裂解反应器的结构图，如图1所示，反应器包括进料口320、热解室3、裂解室4、裂解气出口310、蓄热式辐射管340、隔热砖墙5、连通构件510和裂解通道410,其中, 所述进料口设置在所述热解室的顶壁上，所述裂解气出口设置在所述裂解室的侧壁上，所述隔热砖墙竖直地贯穿于反应器内，将反应器的内部空间分隔成热解室和裂解室,所述连通构件设置在所述隔热砖墙上，将热解室和裂解室连通，优选的，所述连通构件设置在隔热砖墙的下部，将热解室产生的油气，通过连通构件，通入到裂解室。裂解通道位于裂解室内，所述裂解通道的一端与连通构件位于裂解室的一端连接，裂解通道的另一端与裂解气出口连接。

发明人发现，根据本实用新型实施例的该设反应器的系统结构简单，操作方便，热解室产生的油气，可以进入裂解室的裂解通道内进行深度裂解，油气在裂解通道中停留时间长，将大分子的焦油分子裂解为小分子的气态烃类，该反应器可产生大量的裂解气，从而避免了生产热解油含尘的问题，真正实现了化石燃料的清洁高效利用。此外，该反应器采用了蓄热式辐射管加热技术无需气、固热载体加热，提高了反应器的热效率的同时简化了系统工艺。

根据本实用新型的具体实施例，适用于该反应器的热解料的具体种类和粒径不受特别限制，根据本实用新型的实施例，热解料可以是油页岩、煤等化石燃料，也可以是垃圾、污泥、废旧轮胎等，热解料可以为块状热解料也可以为小颗粒热解料，在本实用新型的一些优选实施例中，该反应器采用的热解料为粒径20mm以下的颗粒和粉状化石燃料，由此，可以充分利用小颗粒热解料，资源利用率高，且能够解决大量堆积污染环境的问题。

根据本实用新型的具体实施例，适用于该反应器的炉型不受特别限制，可以是蓄热式移动床也可以是其它类型，如非蓄热式或非移动式等，只要能通过隔热砖墙一体化的分割为热解室和裂解室即可。

根据本实用新型的具体实施例，隔热砖墙设置在反应器内，优选的，位于反应器横向宽度的2/3处，隔热砖墙的厚度为5-15cm，隔热砖墙竖直地贯穿于反应器内，将反应器的内部空间分隔成热解室和裂解室，该结构使得在一个炉体内设置了热解室和裂解室，热解室产生的油气，可以进入裂解室的裂解通道内进行深度裂解，油气在裂解通道中停留时间长，将大分子的焦油分子裂解为小分子的气态烃类，产生大量的裂解气，从而避免了生产热解油含尘的问题。并且，一个炉体内可进行两种作业，合二为一，节省建造成本和占地面积。

根据本实用新型的具体实施例，连通构件的具体种类不受特别限制，只要可以将热解室和裂解室连通，从而将热解室产生的油气通入到裂解室即可。在本实用新型的一些实施例中，图2为从反应器的左向右看时，隔热砖墙的正视图，如图2所示，连通构件可以为设置在隔热砖墙上的包括多个孔的孔带，优选情况下，所述孔带的高度为3-15cm，所述孔的直径为1-3cm。连通构件也可以为隔热砖墙纵向长度上，位于下部位置的开口，优选情况下，所述开口的高度为3-15cm。

根据本实用新型的具体实施例，裂解通道410的具体种类不受特别限制。优选的，裂解通道410为裂解管，且裂解管410为易传热材料，裂解管盘旋分布于裂解室内，更优选的，裂解管围绕着辐射管蜿蜒分布，多层布置。由此，热解产生的油气可以在裂解管中长时间停留，进行深度裂解。此外，裂解管的一端与所述孔带或开口位于裂解室的一端连接，所述裂解管的另一端可以通过焊接等方式固定在所述裂解气出口上。

根据本实用新型的具体实施例，所述进料口设置在热解室上部的顶壁上，料斗1通过进料装置2与所述进料口相连；进料装置的具体种类不受特别限制，只要可以将料斗中的热解料有效地输送至反应器中即可。在本实用新型的一些实施例中，进料装置2可以为星形送料机或螺旋送料机。由此，能够实现对热解料的自动化输送，输送量可控，且设备结构简单，操作方便。

根据本实用新型的具体实施例，反应器进一步还包括半焦出口330，所述半焦出口设置在所述热解室的下部，所述半焦出口与所述半焦输送装置6连接。由此，可以利用半焦输送装置将反应器中获得的半焦进行输送。半焦输送装置6的具体种类不受特别限制，包括但不限于星形或螺旋送料机。由此，能够实现对半焦的自动化输送，且输送量可控，设备结构简单，操作方便。

根据本实用新型的具体实施例，反应器内部有多层沿所述反应器的高度方向布置在所述热解室和所述裂解室内部的蓄热式辐射管，每层蓄热式辐射管可以包括多个彼此平行且沿水平方向间隔分布的蓄热式辐射管。根据本实用新型的实施例，所述热解室和裂解室内分别分布了至少一根所述蓄热式辐射管，优选的，所述至少一根蓄热式辐射管均匀分布。蓄热式辐射管能够有效用于对热解料和裂解室内的油气进行加热，使其进行热解和裂解反应，具体地，可以向蓄热式辐射管内通入可燃气和空气，使可燃气燃烧实现对热解料的加热功能。该设备采用蓄热式辐射管加热技术，无需气、固热载体加热，热解气不会被稀释，热值高，且反应器内温度分布均匀，表面温差小，排烟温度低，热效率高，提高了反应器的热效率的同时简化了系统工艺，反应系统结构简单，操作方便。

在反应器中，热解料自上而下运动，反应器中设置的蓄热式辐射管可以将热解料打散使其均匀分布，热解料在反应器中自上而下停留1-30分钟，并加热到500-600℃。根据本实用新型的实施例，蓄热式辐射管的形状不受特别限制，在本实用新型的一些实施例中，可以为圆柱形，由此有利于热解料的打散，实现混合热解料在反应器中的均匀分散。辐射管采用DN200-300的圆形管，辐射管的水平间距为200-500mm，垂直间距为200-700mm，辐射管层数为10-25层，反应器宽度为2-6m，反应器高度为3-20m。另外，蓄热式辐射管可以为均匀布置的单向蓄热式辐射管，管壁的温度可以通过燃气调节阀控制在450-1000℃范围，蓄热式辐射管可以采取定期换向的燃烧方式，使得单根蓄热式辐射管的表面温差只有30℃左右，没有局部高温区，由此，有利于提高热效率。

根据本实用新型的具体实施例，所述反应器设有燃气入口7、空气入口9以及烟气出口8，其中，燃气入口和烟气出口分别与蓄热式辐射管连接，分别用于通入可燃气和排出烟气，空气入口分别与气源10和蓄热式辐射管连接，用于将气源产生的空气通入蓄热式辐射管中。

在本实用新型的另一个方面，本实用新型提供了一种利用前面所述的反应器进行热解和裂解管裂解的方法。根据本实用新型的实施例，该方法可以包括以下步骤：

a.将热解料通过反应器上部的进料口加入到所述反应器中，在所述反应器的热解室中完成热解过程。其中，所述热解料从反应器上部的进料口加入到反应器中，并被反应器内的蓄热式辐射管打散，热解半焦从反应器底部的半焦出口排出，并经半焦输送装置（优选螺旋输送机）排出。

根据本实用新型的实施例，热解料的具体种类和粒径不受特别限制，热解料可以是油页岩、煤等化石燃料，也可以是垃圾、污泥、废旧轮胎等，热解料可以为块状热解料也可以为小颗粒热解料，在本实用新型的一些优选实施例中，该反应器采用的热解料为粒径20mm以下的颗粒和粉状化石燃料，由此，可以充分利用小颗粒热解料，资源利用率高，且能够解决大量堆积污染环境的问题。

根据本实用新型的实施例，反应器的热解室中设置的蓄热式辐射管可以将热解料打散使其均匀分布，热解料在反应器中自上而下停留1-30分钟，热解料被反应器热解室中的蓄热式辐射管加热到500-600℃，具体地，可以通过燃气阀控制蓄热式辐射管管壁的温度为450-750℃，热解料在反应器中迅速被加热至500-600℃，完成热解过程。

b. 热解产生的油气，通过所述反应器隔热砖墙上设置的连通构件，进入到所述反应器的裂解室的裂解通道内。

根据本实用新型的实施例，隔热砖墙设置在反应器内，优选的，位于反应器横向宽度的2/3处，隔热砖墙的厚度为5-15cm，隔热砖墙竖直地贯穿于反应器内，将反应器的内部空间分隔成热解室和裂解室，该结构使得在一个炉体内设置了热解室和裂解室，热解室产生的油气，可以进入裂解室内的裂解管进行深度裂解，油气在裂解管中停留时间长，将大分子的焦油分子裂解为小分子的气态烃类。由此，一个炉体内可进行两种作业，合二为一，节省建造成本和占地面积。根据本实用新型的实施例，连通构件可以为设置在隔热砖墙上的包括多个孔的孔带，也可以为隔热砖墙纵向长度上，位于下部位置的开口。具体的，裂解管的一端与所述孔带或开口位于裂解室的一端连接，热解产生的油气，通过反应器隔热砖墙下部的孔带或者开口，进入到裂解室的裂解管中。

c. 热解产生的油气在裂解室的裂解通道内，进行深度裂解，产生裂解气。

根据本实用新型的实施例，所述裂解室内分布了至少一根所述蓄热式辐射管，优选的，所述至少一根蓄热式辐射管均匀分布。蓄热式辐射管能够有效用于对裂解管内的油气进行加热，使其进行裂解反应。裂解管为易传热材料，优先铁管，裂解管总长度为5-50m，裂解管围绕着辐射管蜿蜒分布，多层布置，油气在热解管中停留时间长，进行深度裂解。具体的，热解油气被反应器裂解室中的蓄热式辐射管加热到650-900℃，具体地，可以通过燃气阀控制蓄热式辐射管管壁的温度为450-1000℃，热解料在反应器中迅速被加热至650-900℃，完成热裂解过程，由此，大分子的焦油分子裂解为小分子的气态烃类，产生大量的裂解气，避免了热解油含尘的问题，真正实现了化石燃料的清洁高效利用。

d．所述裂解气通过裂解气出口排出。

根据本实用新型的实施例，裂解管可用钢制铆钉固定于隔热砖墙上，裂解管的另一端（出口）连接在反应器裂解室的裂解气出口上，例如焊接。裂解气出口设置在反应器裂解室上部的侧壁上，其可以与外部的气体处理和收集装置连接（未示出），如喷淋塔、燃气罐等。用于净化和收集裂解气体，以制备LNG或LPG。

发明人发现，根据本实用新型实施例的该方法，热解室产生的油气，可以进入裂解室的裂解通道内进行深度裂解，油气在裂解通道中停留时间长，将大分子的焦油分子裂解为小分子的气态烃类，该反应器可产生大量的裂解气，从而避免了生产热解油含尘的问题，真正实现了化石燃料的清洁高效利用，同时，一个炉体内可进行两种作业，合二为一，节省建造成本和占地面积。

利用蓄热式移动床热解和裂解管裂解反应器对朝鲜油页岩进行处理，原料的基础数据见表1。

表1：朝鲜油页岩基础数据

利用该反应器处理朝鲜油页岩，得到的气体产品产率为19%，远高于实验室铝甑热解所得到的产气率，热解焦油几乎全部裂解为气态产物，产气率高。裂解气热值高达5000kcal/m³，品质高。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，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。

在本实用新型中，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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面” 可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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实用新型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一个 或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，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以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。