一种低阶煤绝热热解装置的制作方法

文档序号:12407186阅读:245来源:国知局
一种低阶煤绝热热解装置的制作方法

本发明涉及一种低阶煤热解反应器,具体说是一种包括装料斗、绝热干燥室、绝热干馏室和熄焦罐构成的气体载热式煤热解装置。



背景技术:

低阶煤在热解过程中,采用气体载热进行煤的热解,能够提高煤与热载体的换热效率,因此保证热解过程中反应器中气体温度恒定是提高绝热反应器低阶煤气体载热热解反应效率的重要途径。

现有煤热解反应器的绝热结构主要是在反应器外围包裹有高温耐火纤维材料、以及在反应器外壁缠饶有电阻丝构成保温结构。

能够获得的现有技术,如公开号为102559222A公开了“一种低温干馏炉”提供了一种结构简单、能耗低、操作方便的低温干馏炉,炉体内部设有炉管,炉管与所述炉体的冷却系统相连,最终连接集气系统,所述炉体和密封的炉管均为卧式结构,用于物料热解过程。但该低温干馏炉保温层采用耐火纤维作保温材料,降低了整体热利用率。再如实用新型专利公开了“一种内热立式干馏炉”。它由加料机、炉体及排渣装置构成,其特点是炉体为立式结构,颅腔内被中间腰部的拱台分为上部的干馏段和下部的气化段,拱台上设有与循环热煤气入口相通的环形混合室,在炉腔内干馏段的炉顶装料口的下方设有阵伞,阵伞设置通往炉体外的干馏产物导出通道;炉体底部的炉盘上设有传动机构带动的排渣设备,排渣装置中风头直接通入炉体的气化段内。该专利结构简单,设计合理,维修方便,能处理含油率低、固定碳含量低的粒径在8~75mm的贫矿油页岩。其炉体外壳为钢板焊接的圆筒,外径为3~4m,需内称150~250mm厚的耐火层,耐火层和钢制外壳之间用矿渣棉或沙子填充保温和承受膨胀,但是耐火层增加热损耗,降低热利用率,不能保证炉体内温度分布更均匀、稳定。

还有一些公开的绝热反应器是通过控制反应器外壁的多段电炉加热,使得反应器的外壁温度跟踪反应器的内部温度,降低反应器的内外温差,从而减少热损失,达到绝热的效果。例如戴迎春等发表的《实验室绝热反应器的开发与设计[J].化学反应工程与工艺,1994,10(3):261-265》提到过一种绝热反应器的结构,反应器为管径Φ57mm×3.5mm的不绣钢管,反应管中心装有Φ3mm×0.5mm的不锈钢套管,内插可上下移动的Φ1mm热电偶,测定反应床层轴向分布温度。反应管外有一Φ300mm的同心筒状管,内装绝热保温材料。在筒外分别缠上三段或多段电阻丝,调节电压控制保温层温度,保证同截面反应器内部与保温层内的温度近似,保证绝热效果。这种绝热反应器的不足之处是电炉的温控是受反应器温度变化进行调节,温度跟踪存在滞后问题,外围向内部传热慢,耗费时间长,操作复杂,维修困难。

还有公开号为CN101961628A公开了“一种中小型绝热反应器”,其特征在于反应器外层设有可抽真空的隔热夹套;夹套的上部和下部分别设有上下等温体及上下保温层,夹套的外侧设有侧壁加热器和保温层,隔热夹套与反应管上下焊接处分别设置测温元件,分别串联控制上下等温体中的加热器,进行反应管进出物料处内外的温度跟踪。该发明中维持真空套层真空状态能耗高,反应器材料强度要求高,易损耗,不利于大规模工业化利用。



技术实现要素:

本发明要解决的具体技术问题是如何在干燥室和干馏室的外围设置相同温度的保温层,以保证反应器中心的气体热载体的温度,进一步提高绝热热解效率,并提供一种低阶煤绝热热解装置。

所提供的一种低阶煤绝热热解装置,包括装料斗、绝热干燥室、绝热干馏室、熄焦罐依次连通构成,其特征在于:所述绝热干燥室与绝热干馏室的直径大小相同,在外围分别设置有和绝热干燥室与绝热干馏室温度相同的气体保温层,在气体保温层的外围设置有外保温层。

上述技术方案的附加技术特征如下。

所述绝热干燥室与绝热干馏室的直径分别与气体保温层的直径比是149:261。

所述绝热干燥室与绝热干馏室的直径分别与外保温层的直径比是149:500。

所述绝热干燥室与绝热干馏室的结构是圆柱上端面连通有圆台,所述圆台的角度是55~60°。

所述圆柱与圆台的高度比是6:1~7:1。

所述绝热干燥室与绝热干馏室底部分别设置有出料下转盘与出料上转盘;其中的出料上转盘上设置有气体分布器,在气体分布器外周的出料上转盘上设置有上扇环形排料孔;所述气体分布器是由上部锥体部分和下部圆筒部分构成;所述上部锥体表面均设有小于煤料粒度的小孔,下部圆筒一侧设有气体进气口连通有高温气体进口;其中的出料下转盘开设有与出料上转盘上相应的下扇环形排料孔,并在出料下转盘上连接转轴通过伞齿轮由电机带动转动排料。

所述上部锥体的锥面与气体分布器的轴向夹角是36~45°。

所述上扇环形排料孔之间设置有∩或∧型结构。

所述绝热干燥室的高温气体进口与保温气体进口的通入载热气体温度是100~350℃。

所述绝热干馏室的高温气体进口与保温气体进口的通入载热气体温度是100~750℃。

上述的一种低阶煤绝热热解装置,与现有技术相比的优点与积极效果如下。

本装置结构将干燥过程和干馏过程分别设置,保证了脱水过程中的水分和热解过程中的热解气分开处理,从而避免了水蒸气对焦油产率的影响,进一步提高了产品的纯度。

本装置结构采用绝热干燥室与绝热干馏室直径大小相等的结构设计,保证了绝热干燥室和绝热干馏室的空塔速度和煤料处理量相同,合理地进行了煤的热解过程,最大程度地利用了干燥和干馏设备。

本装置结构在绝热干燥室和绝热干馏室外围分别设置有与其能到达相同温度的气体保温层,从而保证进气温度与反应器中心温度基本一致,有效的降低了煤干馏过程中气体载热体与外界的热量传递问题。

本装置结构在绝热干燥室和绝热干馏室外围分别设置有外保温层,进一步降低了煤在干馏过程中气体载热体与外界的热量传递。

本装置结构采用绝热干燥室与绝热干馏室的直径分别与气体保温层的直径比是149:261结构,是通过化工热力学理论计算得出,此时绝热效果达到最佳;采用绝热干燥室与绝热干馏室的直径分别与外保温层的直径比是149:500结构,保温效果最佳。

本装置结构采用绝热干燥室和绝热干馏室的结构是圆柱上端面连通有圆台,所述圆台的角度是55~60°,这种结构有利于载热气体在反应装置顶部聚集,有利于排出,减少对装置的耗损。

本装置结构在绝热干燥室和绝热干馏室中采用圆柱与圆台的高度比是6:1~7:1,保证了反应装置的反应室相对较大,进而保证了煤料的处理量,提高了反应装置的空间利用率。

本装置结构在绝热干燥室与绝热干馏室底部分别设置有气体分布器,该气体分布器的结构保证了煤料的均匀受热;在气体分布器的底部设置有出料转盘,实现了煤料的控制排放;在出料转盘上设置有∩或∧型结构,保证了煤料在出料上转盘上不会堆积,有利于物料排料孔排出。

本装置与现有的煤绝热热解反应器相比,本装置结构简单,绝热效果好,煤料依靠重力下行,干燥过程产生尾气与热解过程尾气分开处理,出料多少与停留时间易于控制,进气温度与反应器中心温度基本一致,极大地提高了煤热解反应器的热解效率。

附图说明

图1是本发明的绝热热解反应装置的总体结构示意图。

图2是本发明反应器底部气体分布器与出料转盘结构示意图。

图3是本发明反应器转盘的原理结构示意图。

图4是本发明出料上转盘扇环形排料孔间加装三个∩或∧形板结构示意图。

图5是本发明绝热热解反应装置的圆柱与圆台的结构示意图。

图6是本发明绝热干馏室进气口温度和中心区温度随时间的对比效果图。

图7是本发明绝热干馏室进气口温度和绝热干馏室内的温度随时间的对比效果图。

图中:1:装料斗;2:绝热干燥室;3:高温气体出口;4:测温孔;5:高温气体进口;6:出料转盘;7:出料挡板;8:机械密封件;9:转轴;10:保温气体出口;11:外保温层;12:气体保温层;13:保温气体进口;14:气体分布器;15:出料套筒;16:法兰Ⅰ;17:法兰Ⅱ;18:高温球阀Ⅰ;19:法兰Ⅲ;20:高温球阀Ⅱ;21:法兰Ⅳ;22:高温球阀Ⅲ;23:熄焦罐;24:法兰Ⅴ;25:出料下转盘;26:出料上转盘;27:气体分布器的气体进气口;28:扇环形排料孔。

2’:绝热干馏室;3’:高温气体出口;4’:测温孔;5’:高温气体进口;6’:出料转盘;7’:出料挡板;8’:机械密封件;9’:转轴;10’:保温气体出口;11’:外保温层;12’:气体保温层;13’:保温气体进口;14’:气体分布器;15’:出料套筒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。

具体实施方式1实施一种低阶煤绝热热解装置是在干馏室外围依次设置有气体保温层和外保温层,并在进行低阶煤绝热热解反应时,向气体保温室层中通入与热解反应等温的载热温度气体,使反应装置的壁面温度与反应装置的中心反应温度基本一致,气体保温层与干燥室/干馏室不发生热交换,避免热损耗降低。具体采取的改进措施是在干馏室外层壁面周围同轴设置气体保温层夹套,并设置有热气体循环管路,使加热后的气体分别从绝热反应装置的保温气体进口和高温气体进口进入,高温载热气体通过气体分布盘后与煤料均匀换热,气体载气挟带热解反应气体产物从高温气体出口排出;保温气体经保温气体进口通入气体保温层,用来减少装置与气体保温层换热,降低热损耗,然后由保温气体出口排出,部分回流至加热装置入口。具体实施方式如下。

如附图1-7所述,一种绝热热解反应装置是由装料斗1、绝热干燥室2、绝热干馏室2’和熄焦罐23依次连通构成。其中,在装料斗1下端顺序连接有绝热干燥室2、绝热干馏室2’和熄焦罐23。所述绝热干燥室2与绝热干馏室2’之间由斜通道连接,绝热干馏室2’与熄焦罐23之间由斜通道连接,并由高温球阀22控制。斜通道是由出料挡板7/7’和出料套筒15/15’构成,所述斜通道的角度为30~90°。煤料由高温球阀20控制从顶部加入,经干燥脱水处理后,通过出料转盘6/6’上的排料孔28落入斜道,然后由高温球阀18控制进绝热入干馏室,热解后的煤料通过出料转盘6/6’上的排料孔落入斜通道,半焦进入熄焦罐23中。

本装置绝热干燥段由绝热干燥室2、高温气体进口5和高温气体出口3、保温气体进口13和保温气体出口10、气体保温层12、外保温层11、气体分布器14、出料转盘6构成。所述绝热干燥室2高440mm,直径为149mm,从高度380mm处腔体直径由149mm缩变为84mm,变径锥面中心位置水平位置设置高温气体出口3。所述气体保温层12为一反应器筒体外同轴设置的气体腔体,底部设置有保温气体进口13,顶部设计有保温气体出口10。本装置绝热干馏段由绝热干馏室2’、高温气体进口5’和高温气体出口3’、保温气体进口13’和保温气体出口10’、气体保温室12’、外保温层11’、气体分布器14’、出料转盘6’构成。所述绝热干馏室2’高440mm,直径为149mm,从高度380mm处腔体直径由149mm缩变为84mm,变径锥面中心水平位置设置高温气体出口3’。所述气体保温室12’为一反应器筒体外同轴设置的气体腔体,设置有保温气体进口13’和保温气体出口10’。

本装置绝热干燥室2和绝热干馏室2’的直径为149mm;气体保温层12/12’的直径为261mm、外保温层11/11’的直径为500mm,所述外保温层11/11’,所采用的保温材料为高温硅铝酸盐棉。气体保温层12/12’外层堆放保温材料,降低了气体保温层12/12’与外界换热,完成绝热效果。本装置绝热干燥室2和绝热干馏室2’设置有出料上转盘26和出料下转盘25。气体分布器14/14’固定于出料上转盘26,主要为铸铁或铁材质,其由下部的圆筒部分和上部的锥体部分构成,圆筒及锥面的壁厚为3-5mm。下部圆筒部分一侧留有直径为23~36mm气体进气口,与高温气体进口5/5’相通;锥面与气体分布器14/14’的轴向方向夹角为36°,锥面部分有多层小孔,呈环形均匀分布,孔径为1~3mm,每层孔纵向高度差为5~10mm,孔的轴向与锥体截面垂直,以保证反应器中心温度均匀。

本装置出料下转盘25与转轴9/9’相连,转轴9/9’与装置之间采用机械密封件8/8’进行密封,机械密封件8/8’由静环和动环构成,静环固定在绝热反应器底板面上,动环底部固定在转轴卡槽上,静环与动环之间以光滑金属面接触,并始终保持静环弹簧处于压缩状态,保证反应器的密封状态。转轴9/9’通过一对伞形齿轮传动由可调速调向的电机带动,带动出料下转盘25转动完成排料与截留过程。

本装置出料上转盘26始终处于静止过程,出料上转盘26和出料下转盘25均有3个扇环型排料孔28,调节上下转盘的相对位置完成通路的闭与合功能。当两者的排料孔28对齐时,物料由排料孔28排出,当排料孔28错开时形成闭合状态,煤料截留在出料上转盘26。转盘工作图见附图3,图中1~7为一个周期转盘工作的示意图,1和7中排料孔完全封闭,2~6排料孔开启,进行排料。出料上转盘26上3个扇环形排料孔28间加装三个∩或∧形板,形状角度在53°以上,三个∩或∧形板使得器壁与气体分布器之间的煤料不再积存。本装置干燥、干馏以及保温都是通过载热气体实现的,高温载热气体和保温气体以纯N2为主,或其他气体。载气分成2路进行加热,分别进入15KW加热器和30KW加热器进行加热,15KW加热器出口连接绝热干燥室2,30KW加热器出口连接绝热干馏室2’,加热后的高温N 2分别进入装置的保温气体进口13/13’和高温气体进口5/5’。绝热干燥室2和绝热干馏室2’尾气从高温气体出口3/3’排出,经旋风除尘器和过滤器除去夹带粉尘,后经煤气冷凝管和焦油吸收塔完成焦油回收过程,余热由换热器回收。保温气体出口10/10’排出后部分回流至加热器入口,部分放空。

本装置对于低阶煤来说,绝热干燥室2的高温气体进口5与保温气体进口13的通入载热气体温度是100~350℃;绝热干馏室的高温气体进口5’和保温气体进口13’的通入载热气体温度为100~750℃。

具体实施方式2本具体实施方式2是在具体实施方式1的基础上进行的实施例,本专业的技术人员能够按照下面的具体实施例来实现本发明的技术方案。

如附图1,N2经过30kw加热器升温至600℃,从绝热干馏室高温气体进口和保温气体进口通入,测得绝热干馏室进气口温度和中心区温度随时间的对比如附图6,从附图中可以观察到在没有加入煤料的情况下,基本热损在可接受范围≦30℃内,保证了装置的绝热效果。

如附图1,将3kg粒度为1~5mm的褐煤,依靠重力,由装料斗进入反应装置,N2经过15KW加热器升温到300℃左右,分别通入气体保温层和绝热干燥室内,预热和干燥绝热干燥室内的煤料,干燥时间约为20min;然后煤料通过出料转盘上的排料孔落入斜道,通过高温球阀控制煤料进入绝热干馏室;N2经过30kw加热器升温至600℃,从绝热干馏室底部的气体分布器进入,并与煤料进行热量交换,经过一段时间后,煤料的温度上升并开始热解,释放出热解挥发物,得到半焦。尾气从高温气体出口排出,经旋风除尘器和过滤器除去夹带粉尘,后经煤气冷凝管和焦油吸收塔完成焦油的回收过程,余热由换热器回收。待热解完成以后,半焦通过出料转盘上的排料孔落入斜道,通过高温球阀控制进入焦罐。得到1.85kg的半焦,0.095kg的焦油,0.35kg的水。

随着反应时间开始测得绝热干馏室进气口温度和绝热干馏室内的温度随时间的数据,见附图7。

具体实施方式3在具体实施方式1的基础上,通过改变煤的粒度,观察其反应情况。

将3.0kg粒度为5~10mm的褐煤,依靠重力,由装料斗进入反应装置,N2经过15KW加热器升温到300℃左右,分别通入气体保温层和绝热干燥室内,预热和干燥绝热干燥室内的煤料,干燥时间约为20min;然后煤料通过出料转盘上的排料孔落入斜道,通过高温球阀控制煤料进入绝热干馏室;N2经过30kw加热器升温至600℃,从绝热干馏室底部的气体分布器进入,并与煤料进行热量交换,经过一段时间后,煤料的温度上升并开始热解,释放出热解挥发物,得到半焦。尾气从高温气体出口排出,经旋风除尘器和过滤器除去夹带粉尘,后经煤气冷凝管和焦油吸收塔完成焦油的回收过程,余热由换热器回收。待热解完成以后,半焦通过出料转盘上的排料孔落入斜道,通过高温球阀控制进入焦罐。得到2.1kg的半焦,0.12kg的焦油,0.36kg的水。

具体实施方案4在具体实施方式1的基础上,通过改变煤种、改变进料量、改变干燥时间,观察其反应情况。

首先,将2.5kg粒度为5~10mm的长焰煤,依靠重力,由装料斗进入反应装置,N2经过15KW加热器升温到300℃左右,分别通入气体保温层和绝热干燥室内,预热和干燥绝热干燥室内的煤料,干燥时间约为10min;然后煤料通过出料转盘上的排料孔落入斜道,通过高温球阀控制煤料进入绝热干馏室;N2经过30kw加热器升温至600℃,从绝热干馏室底部的气体分布器进入,并与煤料进行热量交换,经过一段时间后,煤料的温度上升并开始热解,释放出热解挥发物,得到半焦。尾气从高温气体出口排出,经旋风除尘器和过滤器除去夹带粉尘,后经煤气冷凝管和焦油吸收塔完成焦油的回收过程,余热由换热器回收。待热解完成以后,半焦通过出料转盘上的排料孔落入斜道,通过高温球阀控制进入焦罐。得到1.93kg的半焦,0.113kg的焦油,0.15kg的水。

由附图6得出绝热干馏室进气口温度和绝热干馏室中心的温度分布随时间的对比,体现了优良的绝热保温效果。

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