一种粒径分级进料快速热解装置及方法与流程

本发明属于煤化工、化石燃料中低温热解处理
技术领域：
，具体涉及一种粒径分级进料快速热解装置。
背景技术：
：我国的能源结构现状是富煤、贫油、少气，当今世界油气资源逐渐减少，日渐匮乏，我国油气资源短缺尤为严重，大量的油气资源依赖进口。油气资源匮乏严重制约着我国经济和社会发展，同时大量化石燃料的燃烧，又带来严重的环境问题，如粉尘，pm2.5、酸雨、温室气体等。大力发展煤制油、煤制气技术、热解、气化、液化技术，一方面能有效地缓解我国油气资源短缺，严重依赖进口的窘迫局面；另一方面减少煤等化石燃料的利用，可有效的解决环境污染问题，目前，我国经济高速发展面临的环境问题。据不完全统计，我国有90％以上的褐煤用于电站锅炉和各种工业锅炉。褐煤等低阶煤作为动力燃料直接燃烧，不但浪费了煤炭中蕴含的丰富油气资源，而且效率低、污染重。通过中低温热解技术与半焦燃烧、气化解耦，实现低阶煤分级高效清洁转化利用，是现在大型煤化工的主要方向。现代煤化工为实现低阶煤等含碳燃料的高效清洁转化利用，已开发出多种综合煤化工技术，热解-燃烧解耦、热解-化学品解耦、热解-气化解耦等，但真正实现工业化的却不多，从中试向工业化放大的过程中遇到了各式技术难题。其中尤以热解反应器设计、后续净化处理工艺尤为突出。目前，一些干馏炉只能用来热解块状油页岩和煤，小粒径物料无法利用，资源利用率低，粉状物料因无法利用而大量堆积；以气体为热载体的炉型，因冷凝回收系统庞大，热解气热值低，焦油收率低等问题，难以进一步推广示范；以固体为热载体的炉型，则存在原料和热载体均匀混合，分离等问题，而限制了其进一步发展。蓄热式快速热解炉是利用粉状原料进行热解的一种炉型，具有装置简单，热解速度快等优点。现有的蓄热式快速热解炉采用蓄热式辐射管技术，做到温度可以均匀控温，但是也还有着改进的空间，例如处理量低，无法对粒径进行有效的分级热解，因此还有改进的空间。技术实现要素：本发明针对现有技术的不足，提供一种粒径分级进料快速热解装置，采用分层进料的方式彻底改变了不同尺度范围的粒径一并进入热解装置的限制，由于煤粉从不同高度的位置处进行喷入，位置高的地方可以喷入粒径大的煤粉，而位置低的地方可以喷入粒径小的煤粉，这种不仅能保证大粒径颗粒的有效热解，也能保证小颗粒的有效热解，而且小粒径的由于从低位置处喷入，只占用了炉子有限的空间，非常节能。为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：一种粒径分级进料快速热解装置，包括：辐射管和壳体，其中，所述壳体包括：内壳壁和外壳壁，所述内壳壁设置于所述外壳壁的内部，使所述壳体的横截面呈回字形；所述辐射管分层设置于所述壳体内，每层所述辐射管包括：多根ⅰ型辐射管和多根ⅱ型辐射管，所述ⅰ型辐射管垂直设置于所述壳体的外壳壁壁上；所述ⅱ型辐射管倾斜设置于所述壳体的外壳壁上；所述ⅱ型辐射管的长度大于所述ⅰ型辐射管的长度；所述外壳壁的四条棱分别设置为平截面，所述平截面上均匀设置有多个圆形喷料口。进一步的，还包括：焊丝，所述焊丝有多根，且固定于所述内壳壁上；每根所述ⅰ型辐射管、ⅱ型辐射管分别通过所述焊丝与所述内壳壁连接；所述ⅱ型辐射管倾斜设置于所述壳体的斜对角线两侧的外壳壁上。进一步的，所述ⅱ型辐射管与所述外壳壁的夹角为15～35°。进一步的，所述平截面的高度占所述壳体高度的4/5，所述平截面与水平或竖直方向呈一定夹角，所述夹角为25～45°。进一步的，所述圆形喷料口位于相邻两层所述辐射管的中部，相邻两层所述辐射管的距离为0.5～1m。进一步的，所述ⅰ型辐射管、ⅱ型辐射管呈u形结构，所述u形结构竖向设置于所述外壳壁上；所述u形结构的开口端设置有圆台部，所述圆台部的半锥角为10°以内；所述u形结构的开口端具有外倾角，所述外倾角的角度为10°以内。进一步的，所述外壳壁上设置有排气口。所述外壳壁的底部为锥形结构，所述锥形结构的底部设置有出料口。进一步的，进入位于所述平截面上部的所述圆形喷料口的原料的粒径大于进入位于所述平截面下部的所述圆形喷料口的原料的粒径；所述圆形喷料口将所述原料倾斜的喷入所述壳体内；所述圆形喷料口上设置有开关，用于控制所述原料的进出。进一步的，所述内壳壁形成中间仓，所述内壳壁上设置安全开口、热电偶或观察孔，作为所述热解装置的检修通道。一种利用粒径分级进料快速热解装置进行热解的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)不同粒径的煤粉被引风机送至不同的圆形喷料口中；2)不同粒径的煤粉在气流的携带下从不同的喷口进入热解装置中，多层辐射管将装置内的温度控制在450～1000℃范围，优选700-900℃；煤粉在热解装置中停留5-10s，不同位置处喷入的煤粉被加热到400-950℃；3)产生的热解气由排气口排出，产生的热解半焦由热解炉底部排出。本发明的有益效果在于：(1)采用分层进料的方式，彻底改变了不同尺度范围的粒径一并进入热解装置的限制，由于煤粉从不同高度的位置处进行喷入，位置高的地方可以喷入粒径大的煤粉，而位置低的地方可以喷入粒径小的煤粉，这种不仅能保证大粒径颗粒的有效热解，也能保证小颗粒的有效热解，而且小粒径的由于从低位置处喷入，只占用了炉子有限的空间，非常节能。(2)采用“u”型辐射管布置所占用面积是采用“直”型辐射管的面积的一半，极大的节省了热解炉的占地面积，于是在相同占地面积下，可以增加更多的“u”型辐射管，处理量加大。(3)从喷口处喷入的煤粉是斜着入射方向喷入热解炉内，不仅充分利用了物料在炉内的纵向停留时间，还增加了物料的横向停留时间，使物料能够更加充分进行热解。(4)“u”型辐射管采用竖向布置方式，有效的防止了颗粒对辐射管的磨损，使得热解炉的使用寿命更长；还有利于减少下层辐射管的结焦现象，尤其是对于粘结性的煤种。(5)“回”形热解炉内部设置为中间仓，中间仓可以作为内侧辐射管的检修通道，也可以设置安全开口或者布置热电偶和观察孔等，全面保证热解炉使用的安全与检修。附图说明图1为本发明粒径分级进料快速热解装置内一层辐射管设置示意图。图2为本发明粒径分级进料快速热解装置正视图。图3为本发明粒径分级进料快速热解装置侧视图。图4为本发明粒径分级进料快速热解装置外部结构示意图。图5为本发明粒径分级进料快速热解装置俯视图。图6为本发明粒径分级进料快速热解装置的平截面示意图。图7为本发明粒径分级进料快速热解装置立体图。图8为本发明粒径分级进料快速热解装置内辐射管设置示意图。其中，1、ⅱ型辐射管2、ⅰ型辐射管3、焊丝4、外壳壁5、内壳壁。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请注意，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。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。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。根据本发明的一个方面，本发明提供了一种粒径分级进料快速热解装置，包括：辐射管和壳体，图5为本发明粒径分级进料快速热解装置俯视图，如图5所示，所述壳体包括：内壳壁和外壳壁，所述内壳壁设置于所述外壳壁的内部，使所述壳体的横截面呈回字形；图2为本发明粒径分级进料快速热解装置正视图，图3为本发明粒径分级进料快速热解装置侧视图，如图2和图3所示，所述辐射管分层设置于所述壳体内，图1为本发明粒径分级进料快速热解装置内一层辐射管设置示意图，如图1所示，每层所述辐射管包括：多根ⅰ型辐射管和多根ⅱ型辐射管，所述ⅰ型辐射管垂直设置于所述壳体的外壳壁壁上，方便点火控制辐射管；所述ⅱ型辐射管倾斜设置于所述壳体的斜对角线两侧的外壳壁上；所述ⅱ型辐射管的长度大于所述ⅰ型辐射管的长度；图4为本发明粒径分级进料快速热解装置外部结构示意图，图7为本发明粒径分级进料快速热解装置立体图，如图4和图7所示，所述外壳壁的四条棱分别设置为平截面，所述平截面上均匀设置有多个圆形喷料口。根据本发明的具体实施例，本发明充分考虑了物料在进行热解时不同粒径内进的物料同时从顶部进入炉内进行热解时的热解时间。正常情况下，在常规的热解装置反应装置中，不同粒径下的原料煤会同时从热解装置顶部从上至下落下，经过辐射管的加热热解，这不可避免就造成了颗粒粒径小的粒径在经过从顶部至底部的过程中已经完成充分热解，而相对大颗粒的粒径热解还可能不充分，挥发份提取率还达不到要求。若是要改善这种情况，需要同时考虑兼顾到小粒径与大粒径的中间的合适尺寸，这不仅增加了热量的浪费，还对煤种的要求范围更高；而采用分层进料的方式彻底改变了这种限制，由于煤粉从不同高度的位置处进行喷入，位置高的地方可以喷入粒径大的煤粉，而位置低的地方可以喷入粒径小的煤粉，这种不仅能保证大粒径颗粒的有效热解，也能保证小颗粒的有效热解，而且小粒径的由于从低位置处喷入，只占用了炉子有限的空间，非常节能。根据本发明的具体实施例，如图1所示，ⅰ型辐射管与ⅱ型辐射管的u形结构的开口端设置有圆台部，所述圆台部自内向外具有一定的外倾角，圆台半锥角的角度为10°以内，设置成倾角的作用是为了使物料下落经过辐射管外边缘处时，能起到一定的反弹作用，使物料再次返回到辐射管上进行热解；同时，所述u形结构的开口端具有外倾角，所述外倾角的角度为10°以内。在本发明的一些优选的实施例中，ⅰ型辐射管的与外壳壁成垂直分布布置；ⅱ型辐射管稍长于ⅰ型辐射管，ⅱ型辐射管的均匀布置在壳体斜对角线的两侧，辐射管的水平线与壳体斜对角线的夹角为15°～35°，优选20°～30°。合理的角度控制有利于保证ⅱ型辐射管提供的热量分布均匀，角度过大与过小都会使ⅱ型辐射管的局部区域过热，造成热量分布不均；在同一平面内，其余的辐射管均采用此种布置方式。根据本发明的具体实施例，如图3所示，在辐射管的纵向布置上，同一层辐射管的布置与上一层辐射管的投影方向相同，不需要旋转角度。上下两层辐射管的管间距上在0.5m～1m之间，图8为本发明粒径分级进料快速热解装置内辐射管设置示意图，如图8所示，多层辐射管在壳体密集设置。根据本发明的具体实施例，排气口设置于所述壳体的中间右侧区域，用于排出热解后的热解油气；所述外壳壁的底部为锥形结构，所述锥形结构的底部设置有出料口。根据本发明的具体实施例，在快速热解装置壳体的四条棱上，分别从顶部至底部切出一条平截面，平截面距离占壳体总高度的4/5左右，如图7所示，每个平截面上从顶部至底部均匀的做成几个圆形喷料口，圆形喷口的位置位于相邻的上下两层辐射管分别组形成的平面的中间位置处。平截面切口并非是采用两边对称的结构，而是如图1所示，切面与竖直平面形成一定的角度α，10°<α<80°，优选25°<α<45°，选取30°时为最佳。合适的角度，可以使煤粉喷入热解装置后形成一定的假想切圆，切圆太大会使物料冲击外墙，物料集中在外侧，形成局部过热，切圆过小会使物料冲击内墙，物料集中在内侧，形成局部过热；所以合适的假想切圆会使物料均匀的从分布的辐射管上方经过，形成稳定的热解条件。另外从处理量上来看，发明人发现，本装置是处理能力是在相同辐射管布置空间下常规快速热解装置(前后贯穿辐射管结构布置)的5倍以上，常规的蓄热式快速热解装置采用立式布置，辐射管前后贯穿于炉体前后侧，单台处理能力有限，在相同的换热面积下，采用“u”型辐射管布置所占用面积是采用“直”型辐射管的面积的一半，极大的节省了热解装置的占地面积，于是在相同占地面积下，可以增加更多的“u”型辐射管，处理量加大。另外，由于采用“回”字形四周布置方式，相比于常规热解装置的“口”型结构，在热解装置四角对角线相邻位置处的辐射管布置尤其重要，由于采取了ⅱ型辐射管和合适的角度，使得在此区域内的温度分布和物料分布更加均匀，保证热解效果。根据本发明的具体实施例，从圆形喷料口处喷入的煤粉是斜着入射方向喷入热解装置内，这不仅充分利用了物料在炉内的纵向停留时间，还增加了物料的横向停留时间，使物料能够更加充分进行热解。根据本发明的具体实施例，如图2所示，“u”型辐射管采用竖向布置方式，有效的防止了颗粒对辐射管的磨损，使得热解装置的使用寿命更长；“u”型辐射管的竖向布置方式，还有利于减少下层辐射管的结焦现象，尤其是对于粘结性的煤种。在本发明的一些优选的实施例中。“回”形热解装置内部，即内壳壁所形成的区域，设置为中间仓，中间仓可以作为内侧辐射管的检修通道，也可以设置安全开口或者布置热电偶和观察孔等，全面保证热解装置使用的安全与检修。根据本发明的另一方面，本发明提供了一种利用粒径分级进料快速热解装置进行热解的方法，包括以下步骤：1)不同粒径的煤粉被引风机送至不同的圆形喷料口中；2)不同粒径的煤粉在气流的携带下从不同的喷口进入热解装置中，多层辐射管将装置内的温度控制在450～1000℃范围，优选700-900℃；煤粉在热解装置中停留5-10s，不同位置处喷入的煤粉被加热到400-950℃；3)产生的热解气由排气口排出，产生的热解半焦由热解炉底部排出。在本发明的具体的实施方式中，本发明的方法具体包括：(1)经干燥器干燥后的不同粒径的煤粉分别经过相对应的引风机送入快速热解装置的四周的圆形喷料口中；(2)煤粉在气流携带下从不同的喷口喷入热解装置，煤粉在热解装置内形成假想切圆方式，在热解装置中均匀布置了“u”型蓄热式辐射管，管壁温度利用燃气调节阀控制在450～1000℃范围，优选700-900℃。在反应器中自上而下最多停留5-10s，不同位置处喷入的煤粉被加热到400-950℃，优选800～900℃，完成热解过程；(3)热解装置内产生的热解气由快速热解装置的排气口排出，进入到后续的热解气净化装置，产生的热解半焦由热解装置底部的出料口排出。需要注意的是，在实际的运行过程中，可以根据实际选择具体的喷口位置，也可以通过试验针对具体煤种模索出最适合位置的喷口，选定后进行长期试验，对应的喷口可以随时控制开关，不影响其他喷口的正常运行。热解装置内温度场的温度可通过多种方式调节，例如，调整蓄热式辐射管在水平方向和/或竖直方向上的个数；蓄热式辐射管的层数；蓄热式辐射管彼此之间的间距(竖直方向和/或水平方向)；各蓄热式辐射管本身的温度等。实施例一以0-6mm煤粉为原料，利用热解装置对其进行热解过程，将1-3mm的煤粉进行粒径分布的筛分分类，经过筛分后的粒径分布如表1所示。表1印尼煤的煤粒径分布印尼褐煤的煤质的基础数据如下表2所示。表2印尼煤的基础数据辐射管的温度统一设计成900度，目的主要为增加热解气产量，降低焦油产量，更加经济效益。假设喷口位置从顶部到底部的编号分别为1、2、3、4、5和6，则不同的位置处的喷口喷入的煤粉粒径对应关系如表3所示。表3：工艺操作参数编号粒径范围百分比(％)13～6mm4.2622～3mm16.673//41～2mm13.8950.18～1mm43.8560～0.18mm21.33装置内的压力为1.5kpa，处理量为20t/h快速热解系统，运行1000小时，得到的半焦1.08万吨，热解气0.72万吨，热解油水共0.2万吨。综上所述，本发明的粒径分级进料快速热解装置，采用分层进料的方式彻底改变了不同尺度范围的粒径一并进入热解装置的限制，由于煤粉从不同高度的位置处进行喷入，位置高的地方可以喷入粒径大的煤粉，而位置低的地方可以喷入粒径小的煤粉，这种不仅能保证大粒径颗粒的有效热解，也能保证小颗粒的有效热解，而且小粒径的由于从低位置处喷入，只占用了炉子有限的空间，非常节能。采用“u”型辐射管布置所占用面积是采用“直”型辐射管的面积的一半，极大的节省了热解炉的占地面积，于是在相同占地面积下，可以增加更多的“u”型辐射管，处理量加大。从喷口处喷入的煤粉是斜着入射方向喷入热解炉内，不仅充分利用了物料在炉内的纵向停留时间，还增加了物料的横向停留时间，使物料能够更加充分进行热解。“u”型辐射管采用竖向布置方式，有效的防止了颗粒对辐射管的磨损，使得热解炉的使用寿命更长；“u”型辐射管的竖向布置方式，还有利于减少下层辐射管的结焦现象，尤其是对于粘结性的煤种。“回”形热解炉内部设置为中间仓，中间仓可以作为内侧辐射管的检修通道，也可以设置安全开口或者布置热电偶和观察孔等，全面保证热解炉使用的安全与检修。在本发明的描述中，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；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发明中的具体含义。在本发明中，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，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。当前第1页12