热解耦合系统及热解方法与流程

本发明涉及热解
技术领域：
，尤其是涉及一种热解耦合系统及热解方法。
背景技术：
：相关技术中，油砂热解的工艺流程复杂操作环节多，运行成本高，难以长时间运行，而且热解设备庞大、结构复杂价格昂贵、维修困难。尤其地，以气体为热载体的热解设备，容易稀释热解出的热解气，热解气热值和品质低，而且以气体为热载体的热解工艺对煤的粒度要求很高，需使用粒度特别细的粉煤，增加了煤的前处理工序，热解后的细焦粒与焦油分离困难，降低了焦油的品质。技术实现要素：本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种热解耦合系统，可利用褐煤热解后的热态有机碳的显热使油砂发生热解反应，从而将褐煤的热解与油砂的热解集成在一个热解耦合系统中，这样不但工艺简单，降低了运行成本，而且热解出的热解气的热值和品质较高。本发明还提出一种热解耦合系统的热解方法。根据本发明实施例的热解耦合系统，包括：用于干燥褐煤的干燥器；热解反应器，所述热解反应器包括：炉膛，所述炉膛包括上炉膛和下炉膛，所述上炉膛上设有上进料口和上油气出口，所述上进料口和所述干燥器的出口之间设有第一进料装置，所述下炉膛具有下进料口和下油气出口，所述下炉膛具有多个子炉体，每个所述子炉体的上端与所述上炉膛的下端对应且连通，多个所述子炉体的下端分别朝向远离彼此的方向延伸，每个所述子炉体上设有排渣口；用于对所述上炉膛内的褐煤进行加热的加热器；多个混料机，多个所述混料机与多个所述子炉体一一对应，每个所述混料机固定至相应的所述子炉体且所述混料机的混料部分位于所述子炉体内；第二进料装置，所述第二进料装置用于将油砂输送至所述下进料口处以使得油砂经过所述下进料口进入到多个所述子炉体内；气固分离装置，所述气固分离装置与所述上油气出口和所述下油气出口相连；收集装置，所述收集装置的进口分别与每个所述子炉体的所述排渣口和所述气固分离装置的除尘口相连；冷却装置，所述冷却装置与所述气固分离装置的出气口相连。根据本发明实施例的热解耦合系统，通过设置干燥器和热解反应器，并在上进料口和干燥器的出口之间设置第一进料装置，并利用第二进料装置将油砂输送至各个下进料口以使得油砂进入到各个子炉体内，每个子炉体的上端与上炉膛的下端对应且连通，这样，褐煤在上炉膛内热解后产生的热态有机碳可掉落入子炉体内，从而子炉体内的油砂可在混料机的搅拌下与热态有机碳充分混合并利用热态有机碳自身的显热进行热解，无需外加热源，大大降低了系统能耗，而且热解耦合系统的结构简单、便于维修，同时热解工艺简单，降低了运行成本，提高了热解油气的品质和热值。根据本发明的一些实施例，所述下油气出口处设有抽吸装置，所述抽吸装置用于将所述热解反应器内的混合气体抽至所述气固分离装置。根据本发明的一些实施例，每个所述排渣口和所述收集装置的进口之间通过第三进料装置相连。根据本发明的一些实施例，所述加热器为多个，每个所述加热器为设在所述上炉膛内的蓄热式辐射管加热器。根据本发明的一些实施例，热解耦合系统还包括分馏塔，所述分馏塔的进口与所述冷却装置的油出口相连。根据本发明的一些实施例，所述下炉膛包括：连接段和多个所述子炉体，所述连接段的上端连接至所述上炉膛的下端，所述连接段的下端与多个所述子炉体的上端相连，所述下进料口和所述下油气出口均设在所述连接段上。根据本发明的一些实施例，每个所述子炉体的中心轴线与水平面之间的夹角为10°-20°。根据本发明的一些实施例，所述上炉膛和每个所述子炉体之间的长度比为1:1-3:1。根据本发明的一些实施例，所述冷却装置采用循环油对油气进行冷却。根据本发明实施例的热解耦合系统的热解方法，上述的热解耦合系统采用所述热解方法进行热解，所述方法包括如下步骤：s1：利用所述干燥器对褐煤进行干燥；s2：利用所述第一进料装置将干燥后的褐煤输入所述上炉膛内进行热解并利用所述气固分离装置接收从所述热解反应器排出的混合气体，利用所述第二进料装置将油砂输入所述下炉膛的多个子炉体；s3：利用所述混料机将进入所述子炉体的油砂与步骤s1中产生的热态有机碳进行混合以热解油砂，利用所述气固分离装置对从所述热解反应器排出的混合气体进行气固分离，采用收集装置收集从所述排渣口排出的热解半焦和从所述气固分离装置分离出的粉尘半焦；s4：利用所述冷却装置冷却从所述气固分离装置分离出的油气以分离出热解气和焦油。根据本发明实施例的热解耦合系统的热解方法，通过利用上述的热解耦合系统，褐煤在上炉膛内热解后产生的热态有机碳可掉落入子炉体内，从而子炉体内的油砂可在混料机的搅拌下与热态有机碳充分混合并利用热态有机碳自身的显热进行热解，无需外加热源，大大降低了系统能耗，而且热解耦合系统的结构简单、便于维修，同时热解工艺简单，降低了运行成本，提高了热解油气的品质和热值。附图说明图1是根据本发明一些实施例的热解耦合系统的示意图；图2是根据本发明一些实施例的热解反应器的示意图；图3是根据本发明一些实施例的螺旋叶片的示意图。附图标记：热解耦合系统100；干燥器1；第二料斗2；热解反应器3；炉膛31；上炉膛311；上进料口a；上油气出口b；下炉膛312；连接段3121；子炉体3122；下进料口c；下油气出口d；排渣口e；加热器32；混料机33；电机331；螺旋轴332；螺旋叶片333；第一进料装置4；第二进料装置5；第三进料装置6；气固分离装置7；除尘口m；出气口n；收集装置8；冷却装置9；油出口f；气体出口g；抽吸装置10；分馏塔11；储存罐12；第一料斗13。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。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“上”、“下”、“左”、“右”、“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。下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的热解耦合系统100。如图1所示，根据本发明实施例的热解耦合系统100，可以包括：干燥器1、热解反应器3、第二进料装置5、气固分离装置7、收集装置8和冷却装置9。具体地，干燥器1可用于对褐煤进行干燥。例如，采集的褐煤原煤可放置在破碎装置中破碎，再经过筛选装置筛选，接着利用烟气在干燥器1内对筛选后的褐煤进行干燥。又如，采集的褐煤原煤可经过筛分破碎装置破碎和筛选后，再利用干燥器1对褐煤进行干燥。可选地，破碎筛选后的褐煤的粒度≤3mm。具体地，如图1和图2所示，热解反应器3(例如下行床热解反应器)可以包括炉膛31、加热器32和混料机33。其中，炉膛31包括上炉膛311和下炉膛312。上炉膛311上设有上进料口a和上油气出口b。例如，如图1和图2所示，上炉膛311的侧壁上设有上进料口a和上油气出口b。上进料口a和干燥器1的出口之间设有第一进料装置44(例如螺旋进料器)，由此，干燥器1干燥后的褐煤可在第一进料装置44的输送下从上进料口a进入到上炉膛311内，加热器32可用于对进入到上炉膛311内的褐煤进行加热以热解褐煤。可选地，加热器32为多个，例如多个加热器32均匀设置在上炉膛311内。优选地，每个加热器32为蓄热式辐射管加热器。可以理解的是，蓄热式辐射管加热器的辐射管位于上炉膛311内，辐射管的管壁温度可利用燃气调节阀控制。优选地，辐射管的管壁温度可在燃气调节阀的控制下控制在950～1000℃范围内。由此，加热效果好，有利于提高上炉膛311内温度的均匀性。需要说明的是，关于蓄热式辐射管加热器32的结构以及工作原理已被本领域技术人员所熟知，此处不再详细说明。下炉膛312具有下进料口c和下油气出口d。下炉膛312具有多个子炉体3122，每个子炉体3122的上端与上炉膛311的下端对应且连通，由此，上炉膛311内的褐煤在热解反应后产生的热态有机碳可从上炉膛311掉落至每个子炉体3122内。具体而言，例如，如图1和图2所示，下炉膛312包括连接段3121和多个子炉体3122，连接段3121的上端连接至上炉膛311的下端，连接段3121的下端与多个子炉体3122的上端相连，下进料口c和下油气出口d均设在连接段3121上，由此，上炉膛311内的褐煤在热解反应后产生的热态有机碳可从上炉膛311掉落至连接段3121内后在进入到每个子炉体3122内。又如，下炉膛312的每个子炉体3122的上端均连接至上炉膛311的下端且与上炉膛311对应连通，每个子炉体3122均设有下进料口c和下油气出口d，由此，上炉膛311内的褐煤在热解反应后产生的热态有机碳可直接进入到每个子炉体3122内。多个子炉体3122的下端分别朝向远离彼此的方向延伸，每个子炉体3122上设有排渣口e。例如，下炉膛312具有两个子炉体3122，两个子炉体3122的下端分别朝向远离彼此的方向倾斜延伸，且两个子炉体3122相对上炉膛311的中心轴线对称设置，每个子炉体3122的底壁上设有排渣口e。可选地，每个子炉体3122的中心轴线与水平面之间的夹角为10°-20°。第二进料装置5(例如螺旋进料器)用于将油砂输送至下进料口c处以使得油砂经过下进料口c进入到多个子炉体3122内。例如，当下炉膛312包括上述的连接段3121时，由于下进料口c设置在连接段3121上，这样，第二进料装置5将油砂输送至下进料口c处并进一步进入到连接段3121内，进入到连接段3121内的油砂在重力作用下分散地进入到各个子炉体3122内。又如，当下炉膛312的每个子炉体3122的上端均连接至上炉膛311的下端时，每个子炉体3122均具有下进料口c和下油气出口d，多个第二进料装置5与多个下进料口c一一对应设置，这样，油砂在各个第二进料装置5的输送下分别进入到相应的下进料口c并经过下进料口c进入到对应的子炉体3122内。多个混料机33与多个子炉体3122一一对应，每个混料机33固定至相应的子炉体3122且混料机33的混料部分位于子炉体3122内。例如，多个混料机33与多个子炉体3122一一对应，每个混料机33固定至子炉体3122的底壁上，每个混料机33的混料部分位于相应的子炉体3122内，这样，从上炉膛311掉落至各个子炉体3122的热态有机碳和从下进料口c进入到各个子炉体3122的油砂可在相应的混料机33的混料部分的搅拌下，充分混合，从而油砂可利用热态有机碳的显热进行热解，无需外加热源。气固分离装置7与上油气出口b和下油气出口d相连以接收从热解反应器3排出的混合气体并对混合气体进行分离以得到粉尘半焦和油气。也就是说，热解反应器3内热解后的油气和粉尘半焦等混合后形成的混合气体可从上油气出口b和下油气出口d进入到气固分离装置7内进行气固分离，从而便于气固分离装置7分离出粉尘半焦和油气。此处需要说明的是，由于上炉膛311具有上油气出口b，下炉膛312具有下油气出口d，而且上炉膛311与下炉膛312连通，因此，上炉膛311内褐煤热解后的油气和粉尘半焦形成的混合气体在从上油气出口b进入到气固分离装置7内的同时，也可能有部分气体从下油气出口d进入到气固分离装置7内。同理，下炉膛312内油砂热解后的油气和粉尘半焦形成的混合气体在从下油气出口d进入到气固分离装置7内的同时，也可能有部分气体从上油气出口b进入到气固分离装置7内。可选地，上油气出口b可以设置为多个，每个上油气出口b均与气固分离装置7相连，从而便于热解反应器3内的混合气体较多地进入到气固分离装置7内，缩短混合气体在热解反应器3内的停留时间，避免混合气体内的焦油的二次裂解。收集装置8的进口分别与多个排渣口e和气固分离装置7的除尘口m相连，也就是说，收集装置8的进口分别与每个子炉体3122的排渣口e以及气固分离装置7的除尘口m相连，从而便于热解反应器3内热解后的热解半焦通过排渣口e排入到收集装置8内以及气固分离装置7分离出的粉尘半焦通过除尘口m排入到收集装置8内，以储存在收集装置8内。冷却装置9与气固分离装置7的出气口n相连以对从气固分离装置7分离出的油气进行冷却以分离出热解气和焦油。例如，冷却装置9为水冷却装置，即利用水冷却装置的循环冷却水对油气进行冷却。优选地，冷却装置9为油冷却装置，即冷却装置9采用循环油例如50℃柴油对油气进行冷却。由此，热解焦油中更多的轻质组分可被柴油洗涤，从而避免了在冷凝的过程中，焦油轻质组分之间的聚合，最大限度地提高油砂焦油中轻质组分的含量，继而提高焦油的品质。此处需要说明的是，关于冷却装置9的具体结构，本领域技术人员已熟知，此处不再详细说明。根据本发明实施例的热解耦合系统100，通过设置干燥器1和热解反应器3，并在上进料口a和干燥器1的出口之间设置第一进料装置4，并利用第二进料装置5将油砂输送至各个下进料口c以使得油砂进入到各个子炉体3122内，每个子炉体3122的上端与上炉膛311的下端对应且连通，这样，褐煤在上炉膛311内热解后产生的热态有机碳可掉落入子炉体3122内，从而子炉体3122内的油砂可在混料机33的搅拌下与热态有机碳充分混合并利用热态有机碳自身的显热进行热解，无需外加热源，大大降低了系统能耗，而且热解耦合系统100的结构简单、便于维修，同时热解工艺简单，降低了运行成本，提高了热解油气的品质和热值。在本发明的一些可选的实施例中，如图1和图2所示，在干燥器1和第一进料装置4之间设有第一料斗13，干燥器1干燥后的褐煤可经过干燥器1的出口进入到第一料斗13内并暂时储存在第一料斗13内，随后第一料斗13内的褐煤在第一进料装置4的作用下可输送至上炉膛311内以待热解。可选地，如图1和图2所示，热解耦合系统100还包括第二料斗2，第二料斗2通过所述第二进料装置5与下进料口c相连，储存在第二料斗2内的油砂可在第二进料装置5的输送下输送至下炉膛312。根据本发明的一些实施例，如图1所示，下油气出口d处设有抽吸装置10，抽吸装置10用于将热解反应器3内的混合气体抽至气固分离装置7，由此，有利于热解反应器3内的混合气体在较短的时间(例如，1秒)内排入气固分离装置7，从而可实现混合气体的快速导出，进而抑制了混合气体中焦油的二次裂解，有利于提高冷却装置9分离出的焦油的品质。在一些具体示例中，抽吸装置10为抽气伞，由此，抽吸效果好。本领域技术人员可以理解抽气伞的具体结构和工作原理，此处不再说明。可选地，热解反应器3还包括油气总出口，油气总出口的一端同时与上油气出口b和下油气出口d相连，油气总出口的另一端与气固分离装置7相连，从而从上油气出口b和下油气出口d分别排出的混合气体，可同时经过油气总出口进入到气固分离装置7内。根据本发明的一些实施例，如图1所示，气固分离装置7旋风分离器，由此，气固分离效果好。在本发明的一些可选的实施例中，如图1和2图所示，每个排渣口e与收集装置8的进口之间通过第三进料装置6相连，由此，有利于提高热解反应器3的排渣速度。可选地，第三进料装置6为螺旋进料器，排渣速度均匀，且效果好。根据本发明的一些实施例，干燥器1为提升管干燥器1，由此，有利于优化热解耦合系统100的空间布局，同时减小热解耦合系统100的体积，而且干燥效果好。根据本发明的一些实施例，热解耦合系统100还包括分馏塔11，分馏塔11的进口与冷却装置9的油出口f相连以接收从冷却装置9排出的焦油并对焦油进行分馏。也就是说，油气在冷却装置9的冷却下可分离出焦油和热解气。其中，分离出的焦油可经过油出口f进入到分馏塔11内并在分馏塔11内分馏，从而分馏出汽油、柴油等不同的馏分。可选地，热解耦合系统100还包括储存罐12，储存罐12的进口与冷却装置9的气体出口g相连，冷却装置9分离出的热解气可经过储存罐12的进口进入储存罐12内并储存在储存罐12内。在本发明的一些可选的实施例中，热解反应器3的上炉膛311与每个子炉体3122的长度之比为1:1～3:1(优选1.2:1)。在一些实例中，如图2和图3所示，根据本发明实施例的混料机33，可以包括电机331、螺旋轴332和螺旋叶片333。其中，电机331位于子炉体3122的外底壁处，螺旋轴332的一端与电机331相连且另一端伸入子炉体3122内，螺旋叶片333固定在螺旋轴332上。通过电机331驱动螺旋轴332转动，螺旋轴332的转动可带动螺旋叶片333转动，从而通过螺旋轴332和螺旋叶片333的转动以实现对位于子炉体3122内的油砂与热态有机碳的搅拌，从而将它们充分混合。此处可以理解的是，此处位于子炉体3122内的螺旋轴和螺旋叶片为上述的混料部分。可选地，每个螺旋轴332上的螺旋叶片333为多个(例如，图2中示出的3个)，多个螺旋叶片333在位于子炉体3122内的螺旋轴332的轴向上均匀间隔设置。由此，有利于提高搅拌效果。具体地，螺旋叶片333的直径为子炉体3122宽度的0.3-0.5倍，优选为0.4倍。可选地，螺旋轴332的转速为20-30r/min，优选地，转速为25r/min。具体地，螺旋轴332的长度为相应的子炉体3122长度的0.5-0.7倍，优选为0.6倍。螺旋轴332的形状为折叶状，从而使得热态有机碳与油砂均匀混合、充分传热，进而使热解更加充分。在本发明的一些具体示例中，如图1和图2所示，上炉膛311的中心轴线的延伸方向为上下方向，每个子炉体3122的中心轴线的延伸方向与上炉膛311的中心轴线的延伸方向相交，螺旋轴332的中心轴线与子炉体3122的中心轴线共轴，每个螺旋轴332的中心轴线与水平方向的夹角为10°～20°(优选15°)。这样有利于控制热态有机碳和新加入的油砂在每个子炉体3122内的容量。优选地，热态有机碳和新加入的油砂在子炉体3122内的填充率为50％～65％之间。由此，可为热解挥发性产物的排出提供有效空间。此处需要解释的是，填充率为：热态有机碳和新加入的油砂在相应的子炉体3122内的容量与子炉体3122的体积之比。发明人在实际研究中，采用上述实施例的热解耦合系统100对褐煤和油砂进行热解。其中，褐煤在上炉膛311内被加热到950～1000℃，自上而下停留6s-9s即可完成热解，油砂被加热到400-550℃，停留6-9s即可完成热解。热解耦合系统100对褐煤和油砂进行热解原料的基础数据和物料平衡见表1-表2。表1：褐煤煤质分析表2：油砂表3:工艺操作参数上炉膛3褐煤温度950℃子炉体温度500℃旋风分离器出口温度650℃冷却装置柴油循环温度50℃热解反应器压力2.2kpa利用该热解耦合系统100得到的热解焦油品性质：热解焦油密度为0.89g/cm3，密度较低，油品轻；对热解焦油进行分馏，汽油馏分占18％，柴油馏分占52％，汽、柴油馏分含量高，热解耦合系统100能耗降低了10-15％。下面对本发明实施例的热解耦合系统100的热解方法进行详细说明，其中热解耦合系统100采用所述热解方法进行热解。根据本发明实施例的热解耦合系统100的热解方法包括如下步骤：s1：利用干燥器1对褐煤进行干燥；s2：利用所述第一进料装置4将干燥后的褐煤输入上炉膛311内进行热解并利用气固分离装置7接收从热解反应器3排出的混合气体，利用第二进料装置5将油砂输入下炉膛312的多个子炉体3122内；s3：利用混料机33将进入子炉体3122的油砂与步骤s1中产生的热态有机碳进行混合以热解油砂，采用气固分离装置7对从热解反应器3排出的混合气体进行气固分离，采用收集装置8收集从排渣口e排出的热解半焦和从气固分离装置7分离出的粉尘半焦；s4：利用冷却装置9冷却从气固分离装置7分离出的油气以分离出热解气和焦油。根据本发明实施例的热解耦合系统100的热解方法，通过利用上述的热解耦合系统100，褐煤在上炉膛311内热解后产生的热态有机碳可掉落入子炉体3122内，从而子炉体3122内的油砂可在混料机33的搅拌下与热态有机碳充分混合并利用热态有机碳自身的显热进行热解，无需外加热源，大大降低了系统能耗，而且热解耦合系统100的结构简单、便于维修，同时热解工艺简单，降低了运行成本，提高了热解油气的品质和热值。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，也可以是电连接或彼此可通讯；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，除非另有明确的限定。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。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。当前第1页12