一种煤热解的自清洁反应器及反应系统的制作方法

本发明总地涉及煤热解领域，具体涉及一种煤热解的自清洁反应器及反应系统。

背景技术：

煤热解是指煤炭在隔绝氧气的条件下，加热至500-1100℃时，发生的一系列物理变化和化学反应，得到煤气、焦油和半焦的过程。在热解温度下，生成的焦油容易发生结焦反应，导致反应器热效率下降，需要定期清洁，影响生产效率。

现有的煤热解反应器包括直立炉、旋转床、回转窑等多种形式，均或多或少的存在清洁问题，同时，还存在对原料要求高、空间利用率低、传热系数低等缺点。采用喷动床和流化床可以解决部分结焦问题，同时起到强化传热作用，但额外添加的水蒸气会增加设备能耗；旋转反应釜在提高空间利用率的同时，也可以起到强化传热作用，但搅拌装置自身的结焦问题无法解决。

因此，为了克服现有煤热解反应器的缺陷，解决设备内部存在的结焦问题，需提出一种运行周期长、换热效率高、占地面积小的煤热解技术，使得该技术对原料形态要求不高，实现热解反应设备的自清洁。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种煤热解的自清洁反应器及反应系统，以解决现有技术在煤热解时焦油容易发生结焦反应，导致反应器热效率下降的问题。

本发明提供了一种煤热解的自清洁反应器，所述自清洁反应器包括夹层套筒和旋转搅拌部分，所述夹层套筒包括内套筒和外套筒，所述内套筒和外套筒之间的夹层用于流通热载体；所述夹层套筒轴向的两端分别设有连通所述内套筒内侧的原料入口、气相出口和半焦出口；所述旋转搅拌部分设于所述内套筒的内侧，所述旋转搅拌部分包括转子、搅拌盘和桨叶，其中，所述转子转动设置于所述夹层套筒内，所述转子从所述夹层套筒的原料入口端伸入至所述夹层套筒的底部，所述转子为空心杆结构，空心部分用于流通热载体；所述搅拌盘固定设置于所述转子的外表面上，所述搅拌盘与所述转子的轴向方向垂直或呈一角度设置，所述搅拌盘包括一组支撑杆，所述支撑杆从所述转子的外周向表面沿径向延伸，所述一组支撑杆位于同一平面内；所述桨叶设置于所述支撑杆的末端，所述桨叶的外表面与所述内套筒的内壁之间形成有“面到面”的间隔，所述一组支撑杆上的各桨叶之间留有间隔。

进一步地，所述转子上沿轴向可间隔布置有多个所述搅拌盘和所述桨叶，相邻所述搅拌盘上的桨叶之间留有间隔。

进一步地，所述旋转搅拌部分可包括多组所述转子、搅拌盘与桨叶，所述转子之间相互平行设置，相邻所述转子上的所述搅拌盘在所述转子的轴向方向上交错布置，交错布置的所述搅拌盘上的桨叶之间留有间隔；所述转子与相邻转子上的所述桨叶之间留有间隔。

上述的反应器，所述桨叶的外表面为曲面，朝向所述转子的方向弯曲。

上述的反应器，所述桨叶的形状呈“U”形、圆弧形或“W”形。

上述的反应器，相邻交错布置的所述搅拌盘上的桨叶的外表面之间形成有“面到面”的间隔。

上述的反应器，所述支撑杆为实心或空心结构。

进一步地，所述空心结构的支撑杆的内部与所述夹层套筒的夹层连通。

进一步地，在所述内套筒内侧的前端和后端可分别设置有定子，所述定子分别与所述转子两端的桨叶相邻设置，所述定子与所述桨叶的外表面形成有“面到面”的间隔。

本发明还提供一种包含上述煤热解的自清洁反应器的反应系统，所述反应系统还包括料仓和旋风分离器；所述原料入口与所述料仓连接；所述半焦出口与所述旋风分离器连接；所述原料入口与所述转子上的热载体入口、所述夹层套筒的夹层热载体出口位于所述自清洁反应器的同一端，或者所述原料入口与所述转子上的热载体出口、所述夹层套筒的夹层热载体入口位于所述自清洁反应器的同一端。

本发明利用自清洁反应器实现煤的热解，解决了现有煤热解反应器的清洁问题。同时，本发明通过搅拌盘和自清洁桨叶的搅拌作用，提高了传热效率。

而且，本发明可以采用粒煤或粉煤或二者混合物为原料，对原料的要求有较大的弹性。

另外，本发明的系统提高了空间利用率，占地面积小。

附图说明

图1为本发明实施例的自清洁反应器的纵向剖视结构示意图；

图2为本发明实施例的自清洁反应器的横截面剖视结构示意图；

图3为本发明实施例的自清洁反应系统结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

本发明的目的是克服现有煤热解反应器结焦的缺陷，以提供一种运行周期长、换热效率高、占地面积小的煤热解技术。

本发明提供了一种煤热解的自清洁反应器，所述自清洁反应器包括夹层套筒和旋转搅拌部分。

如图2所示，夹层套筒包括内套筒8和外套筒12，内套筒8和外套筒12之间的夹层用于流通热载体。

如图3所示，夹层套筒轴向的一端设有连通所述内套筒8内侧的原料入口2，另一端设有连通所述内套筒内侧的气相出口5和半焦出口4。

如图2所示，所述旋转搅拌部分设于所述内套筒8的内侧，所述旋转搅拌部分包括转子3、搅拌盘9和桨叶10，其中，所述转子3转动设置于所述夹层套筒内。所述转子3从所述夹层套筒的原料入口2端伸入至所述夹层套筒的底部。

所述转子3为空心杆结构，空心部分用于流通热载体。热载体为高温烟气或熔融盐。所述搅拌盘9固定设置于所述转子3的外表面上，所述搅拌盘9与所述转子3的轴向方向垂直或呈一角度设置，所述搅拌盘9包括一组支撑杆，所述支撑杆从所述转子3的外周向表面沿径向延伸，所述一组支撑杆位于同一平面内。所述桨叶10设置于所述支撑杆的末端，所述桨叶10的外表面与所述内套筒8的内壁之间形成有“面到面”的间隔，所述一组支撑杆上的各桨叶之间留有间隔。

“面到面”的间隔设计，是指两个表面在之间的最短距离方向上的投影有重叠部分，以保证通过面与面间的摩擦可以清洁各自的表面，又保证不能面与面间过于紧密而影响转动。

通过转子及其附属搅拌盘及桨叶的搅拌作用，促进粒煤或粉煤或二者混合物在反应器内与热载体换热。

搅拌盘9的作用主要是支撑和固定浆叶10，使浆叶10随转子旋转而转动。

从转子3横截面方向观察，搅拌盘9具有多根支撑杆，类似自行车轮胎辐条式排布。支撑杆起到支撑和固定浆叶的作用，支撑杆之间的空隙允许原料通过。支撑杆可以是实心，也可以是空心。若为空心，则与转子内部热载体通道相通，这样支撑杆表面温度相对实心杆较高，有利于加热原料，促进热解反应。

搅拌盘9可以是如图1所示垂直于转子的形式，也可以与转子呈一定夹角。搅拌盘9的支撑杆数量也可以调整。通过搅拌盘9的角度及支撑杆数量的调整，有利于原料在反应器内的推送，使设备运行更加顺畅。

所述转子3上沿轴向可间隔布置有多个所述搅拌盘9和所述桨叶10，相邻所述搅拌盘9上的桨叶10之间留有间隔。

当然，旋转搅拌部分可包括多组所述转子3、搅拌盘9与桨叶10，所述转子3之间可相互平行设置，相邻所述转子3上的所述搅拌盘9在所述转子3的轴向方向上交错布置，交错布置的所述搅拌盘9上的桨叶10之间留有间隔。所述转子3与相邻转子3上的所述桨叶10之间也留有间隔。

相邻转子3上的浆叶10的交错排布，可以保证相邻浆叶10通过相互摩擦得到清洁。

浆叶10与反应器内壁、转子3表面、其它浆叶10间的间隔应适当，既保证通过摩擦可以清洁表面，又保证不能过于紧密而影响转动。

相邻交错布置的所述搅拌盘9上的桨叶10的外表面之间形成有“面到面”的间隔。

浆叶10可以是多种形状，只要不影响相互间转动、保证浆叶10与反应器内壁、转子3表面、相邻浆叶10间有足够的接触面积(或正对面积)即可。

所述桨叶10的外表面优选为曲面，朝向所述转子3的方向弯曲。比如所述桨叶10的形状可呈“U”形、圆弧形或“W”形。

为了对两端的桨叶10进行清洁，可在所述内套筒8内侧的前端和后端分别设置有定子11，所述定子11分别与所述转子两端的桨叶10相邻设置，所述定子11与所述桨叶的外表面形成有“面到面”的间隔。同上述各个“面到面”的间隔类似，既要保证通过面和面的摩擦可以相互清洁表面，又要保证面和面不能过于紧密而影响转子等的转动。

如图3所示，本发明同时提供的包含上述煤热解的自清洁反应器的反应系统，所述反应系统还包括料仓1和旋风分离器6。所述原料入口2与所述料仓1连接；所述半焦出口4与所述旋风分离器6连接。所述原料入口2与所述转子3上的热载体入口、所述夹层套筒的夹层热载体出口位于所述自清洁反应器的同一端，或者所述原料入口与所述转子上的热载体出口、所述夹层套筒的夹层热载体入口位于所述自清洁反应器的同一端。这样设计使得其中转子通道内的热载体流向与原料流向相同，夹层内的热载体流向与原料流向相反；或者使得其中转子通道内的热载体流向与原料流向相反，夹层内的热载体流向与原料流向相同，其目的都是维持反应器内部一个较为均匀的温度场。

本发明利用自清洁反应器进行煤热解的方法，包括下列步骤：

将一定量的直径小于50mm的粒煤或粉煤或二者混合物经干燥后，通过料仓和反应器进口进入自清洁反应器。

通过热载体的间接加热，反应器内发生煤热解反应。

产生的半焦从反应器底部排出。

产生的煤气和焦油以及夹带的煤粉首先通过旋风分离器分离后，煤粉进入料仓，煤气和焦油进入后续的油气分离工序。

煤热解时，通过转子3等的搅拌作用，促进粒煤或粉煤或二者混合物在反应器7内与热载体换热，达到热解温度后发生热解反应，反应生成的半焦由反应器7底部的固体出口4排出，煤气和焦油等气相以及夹带的煤粉从反应器上部的气相出口5进入旋风分离器6，分离后的煤粉进入料仓1，分离后的气相物质进入后续的分离装置。

本发明所谓的自清洁，是指浆叶在转动过程中，通过与反应器内壁、转子表面、其它浆叶间的摩擦，清除上面残留的焦油等物质，保持上述这些设备表面的清洁，从而将原料与设备之间的传热效率维持在良好的、稳定的水平。

从上述可见，本发明克服了现有煤热解反应器结焦的缺陷，可提供一种运行周期长、换热效率高、占地面积小的煤热解技术。

实施例1

如图3所示，将一定量的直径小于50mm的粒煤或粉煤或二者的混合物经干燥后，通过料仓1和反应器原料入口2进入自清洁反应器7。

自清洁反应器7内有一定数量的转子3、搅拌盘9和自清洁桨叶10，其中转子3和搅拌盘为空心设计，为热载体通道。

自清洁反应器内转子3、搅拌盘9和自清洁桨叶10的布置如图1所示。

该自清洁反应器内包含三个转子3-1、3-2和3-3，每个转子上排布若干数量的搅拌盘9，搅拌盘9的端部设置自清洁桨叶10；在内筒体8内侧，与前端和后端桨叶相邻的位置设置四个定子11-1、11-2、11-3和11-4，实现两端自清洁桨叶的清洁。

自清洁反应器的外壳为套筒形式，如图2所示。

套筒由椭圆筒型外筒12和半圆筒形内筒12组成，套筒的外侧夹层为热载体通道。

热载体为高温烟气或熔融盐。其中转子3通道内的热载体流向与原料流向相同，套筒外侧的热载体流向与原料流向相反。通过转子3及其附属机构的搅拌作用，促进粒煤或粉煤或二者混合物在反应器7内与热载体换热，达到热解温度后发生热解反应，反应生成的半焦由反应器7底部的固体半焦出口4排出，煤气和焦油等气相以及夹带的煤粉从反应器上部的气相出口5进入旋风分离器6，分离后的煤粉进入料仓1，分离后的气相物质进入后续的分离装置。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。