本实用新型属于化工中的有机原料的热解处理，具体涉及一种三段式煤粉和生物质热解处理系统。
背景技术：
我国煤炭资源和生物质资源都非常丰富，煤炭中的低阶煤如长焰煤和褐煤是生物质经过很多年后转化过来的初级煤炭，因此生物质和低阶煤从结构上看有许多相似点。煤炭和生物质热解技术可以把原料中的有机物充分提取出来，变成宝贵的油气。目前针对两种原料都开发出来很多反应系统，也有研究机构重点研究两种原料掺混进行热解，来发挥两种原料的协同作用。但生物质原料硫含量低，而煤中硫含量普遍高，两种原料掺混再进行热解处理得到的产品后续利用时带来很多问题，没有发挥生物质这种洁净可再生能源的优势。
技术实现要素：
本实用新型针对现有技术的不足，结合煤粉热解和生物质热解的特点，开发出一种三段式煤粉和生物质热解处理系统，采取单个反应工艺，非常简单方便的实现了对煤粉和生物质的综合处理，充分提取了煤炭资源中的燃气资源和生物质资源中的清洁环保的生物油资源，实现系统有机结合，并发挥不同原料的热解优势，同时对热解过程中产物的热量进行充分回收，提高系统热效率。
为解决上述技术问题，本实用新型采取的技术方案为：
本实用新型提出了一种三段式煤粉和生物质热解反应系统，包括：烘干提升管装置、原料斗、热解反应器、余热回收装置、油洗激冷塔装置和储气罐，其中：
所述热解反应器自上而下依次分为高温热解段、中低温热解段和余热回收段，其中，所述高温热解段设有收料装置和多层加热装置，其中，所述收料装置设置于所述多层加热装置的下方，用于收集热解产生的高温半焦；在所述中低温热解段设有多层错位布置的布料锥，每层所述布料锥为多个；所述余热回收段设有换热装置；
所述烘干提升管装置分别将褐煤、生物质分别送至所述原料斗，通过所述原料斗将褐煤、生物质分别进入所述高温热解段和中低温热解段；
所述余热回收装置与所述储气罐连接，所述油洗激冷塔装置分别与所述中低温热解段及加热装置连接；所述余热回收装置将所述高温热解段产生的热解气送至所述储气罐；所述油洗激冷塔利用循环油泵实现油的循环，并在循环油泵出口设置换热器对激冷塔产生的热量进行换热。
进一步的，所述热解反应器包括炉体，所述炉体包括：上段热解气出口和下段热解气出口，所述炉体的内腔从上到下依次分为上段高温热解段、中段中低温热解段和下段余热回收段，所述上段高温热解段、中段中低温热解段和下段余热回收段的竖直长度的比例范围为3:2:1-5:3:1。
进一步的，所述炉体还包括：第一进料口和冷焦出料口，所述第一进料口设置于所述炉体的顶部，所述上段热解气出口设置于所述炉体的侧部且位于所述高温热解段的下侧，所述下段热解气出口设置于所述炉体的侧部且位于所述中低温热解段的下侧，所述冷焦出料口设置于所述炉体的底部。
进一步的，所述三段式煤粉和生物质热解反应系统还包括焦仓，所述焦仓与所述冷焦出料口连接。
进一步的，所述加热装置包括燃气进口、空气进口和烟气出口，所述换热装置包括热空气出口和冷空气进口，其中，所述换热装置的热空气出口与所述加热装置的空气进口相连，将换热后的冷却介质作为助燃气返送入所述加热装置。
进一步的，所述收料装置为锥形料斗，其底部设有混料出口，侧部设有贯穿所述炉体的第二进料口，生物质物料通过所述第二进料口进入所述锥形料斗与所述高温半焦混合，下落至所述布料锥上进行充分混合接触热解，得到混合半焦，所述混合半焦进入所述余热回收段。
进一步的，所述烘干提升管装置包括生物质烘干提升管、褐煤烘干提升管，所述原料斗包括生物质原料斗、褐煤原料斗，所述烟气出口与所述褐煤烘干提升管、褐煤原料斗依次顺序连接；所述褐煤原料斗与所述第一进料口连接；所述生物质原料斗一端与所述第二进料口连接，另一端与所述生物质烘干提升管连接，所述生物质烘干提升管与所述褐煤烘干提升管连接，烟气烘干褐煤后再从所述褐煤烘干提升管进入生物质烘干提升管对生物质进行烘干。
进一步的，所述加热装置的层数为10-30层，每层所述加热装置包括多个加热装置；所述加热装置为蓄热式辐射管, 在所述加热装置中产生1000℃以上的烟气。
进一步的，所述布料锥的层数为8-20层，每相邻两层的间距为100-400mm，每层中相邻两个布料锥的间距为50-300mm；所述布料锥的为棱长为50-200mm的正三棱锥。
进一步的，所述余热回收段设有换热管，所述冷却介质为冷空气，所述冷空气换热后升温至300-400℃通过所述外置连接管进入所述高温热解段的加热装置中与燃气燃烧，所述混合半焦经过换热后温度降至60℃后通过皮带机外排。
本实用新型的有益效果至少包括：
1）本实用新型所述的三段式煤粉和生物质热解反应系统结构简单，采取三段式热解反应，得到不同的产物，实现对物料的最大程度利用；
2）采取单个反应工艺，非常简单方便的实现了对煤粉和生物质的综合处理，充分提取了煤炭资源中的燃气资源和生物质资源中的清洁环保的生物油资源，实现系统有机结合，并发挥不同原料的热解优势，同时对热解过程中产物的热量进行充分回收，提高系统热效率。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
其中，炉体1、第一进料口101、上段热解气出口102、下段热解气出口103、冷焦出料口104、加热装置2、空气进口201、燃气进口202、烟气出口203、收料装置3、混料出口301、第二进料口302、布料锥4、换热装置5、外置连接管6、高温热解段7、中低温热解段8、余热回收段9、褐煤原料斗10、生物质原料斗11、褐煤烘干提升管12、生物质烘干提升管13、余热回收装置14、油洗激冷塔装置15、焦仓16、储气罐17、换热器18、循环油泵19。
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，下面将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。
根据本实用新型的实施例，图1为本实用新型结构示意图，参照图1所示，本实用新型所述三段式煤粉和生物质热解反应系统，包括：烘干提升管装置、生物质原料斗11、褐煤原料斗10、热解反应器、余热回收装置14、油洗激冷塔装置15和储气罐17，其中：
所述热解反应器包括炉体1，所述炉体包括：上段热解气出口102和下段热解气出口103，所述炉体的内腔从上到下依次分为高温热解段7、中低温热解段8和余热回收段9，其中，所述高温热解段7设有收料装置和3多层加热装置2，其中，所述收料装置3设置于所述多层加热装置2的下方，用于收集热解产生的高温半焦；在所述中低温热解段8设有多层错位布置的布料锥4，每层所述布料锥包括多个布料锥4；所述余热回收段9设有换热装置5；
所述烘干提升管装置包括生物质烘干提升管13和褐煤烘干提升管12，所述生物质烘干提升管13和褐煤烘干提升管分别将生物质、褐煤分别送至所述生物质原料斗11、褐煤原料斗10，通过所述生物质原料斗11、褐煤原料斗10分别进入所述中低温热解段8、高温热解段7；
所述余热回收装置14一端与所述上段热解气102出口，另一端与所述储气罐17连接，所述油洗激冷塔装置15进口端与所述下段热解气出口103相连，出气口与所述高温热解段7的加热装置的燃气进口连接；所述余热回收装置14将所述高温热解段7产生的热解气送至所述储气罐17；所述油洗激冷塔利用循环油泵19实现油的循环，并在循环油泵19出口设置换热器18对激冷塔产生的热量进行换热。
根据本实用新型的实施例，参照图1所示，本实用新型所述炉体的内腔沿高度方向依次分为高温热解段7、中低温热解段8和余热回收段9，其中，所述高温热解段7、中低温热解段8和余热回收段9的竖直长度比例为3:2:1-5:3:1。
根据本实用新型的实施例，参照图1所示，本实用新型所述炉体1包括：第一进料口101、上段热解气出口102、下段热解气出口103和冷焦出料口104，其中，所述第一进料口101设置于所述炉体1的顶部，所述上段热解气出口102设置于所述炉体1的侧部且位于所述高温热解段7的下侧，所述下段热解气出口103设置于所述炉体1的侧部且位于所述中低温热解段8的下侧，所述冷焦出料口104设置于所述炉体1的底部。
根据本实用新型的实施例，参照图1所示，本实用新型多层所述加热装置设置于所述高温热解段，每层所述加热装置包括多个加热装置，优选的，本实用新型所述加热装置的层数为10-30层。
根据本实用新型的一些实施例，本实用新型所述加热装置为蓄热式辐射管，参照图1所示，包括：空气进口、贯穿所述炉体的燃气进口和烟气出口，经所述空气进口和燃气进口向所述蓄热式辐射管分别通入空气和燃气燃烧，产生1000℃以上的烟气，通过所述蓄热式辐射管对所述高温热解段内的物料进行间接加热。
根据本实用新型的实施例，参照图1所示，本实用新型所述收料装置设置于所述高温热解段且位于所述蓄热式辐射管的下方，所述收料装置优选为锥形料斗，其底部设有混料出口，侧部设有贯穿所述炉体的第二进料口，物料经所述炉体的第一进料口送入所述高温热解段进行热解，产生的高温半焦落入所述锥形料斗中，再通过所述第二进料口向所述锥形料斗中送入常温物料与所述高温半焦混合，通过自身重力下落至所述布料锥上进行充分混合接触并传热进行热解，得到混合半焦。
根据本实用新型的实施例，参照图1所示，本实用新型多层所述布料锥错位设置于所述中低温热解段，每层所述布料锥包括多个布料锥。
根据本实用新型的一些实施例，所述布料锥的层数为8-20层，每相邻两层的间距为100-400mm，每层中相邻两个布料锥的间距为50-300mm；所述布料锥的为棱长为50-200mm的正三棱锥，材质为陶瓷或耐热钢。
根据本实用新型的实施例，参照图1所示，本实用新型所述换热装置设置于所述余热回收段，所述换热装置包括冷空气进口和热空气出口，所述换热装置的热空气出口通过所述外置连接管与所述加热装置的空气入口相连；根据本实用新型的一些实施例，本实用新型所述换热装置优选为换热管，所述冷却介质为冷空气。
根据本实用新型的实施例，参照图1所示，本实用新型所述外置连接管设置于所述炉体外，且所述外置连接管的两端分别与所述加热装置的空气入口和所述换热装置的热空气出口相连，所述冷空气换热后升温至300-400℃通过所述外置连接管进入所述高温热解段的加热装置中与燃气燃烧，所述混合半焦经过换热后温度降至60℃后通过皮带机外排。
在本实用新型的具体实施例中，所述褐煤原料斗、生物质原料斗中的褐煤和生物质原料分别通过所述第一进料口、第二进料口进入所述高温热解段、中低温热解段，褐煤在所述高温热解段中，与表面温度为1000℃以上的辐射管接触并依靠重力下落，在下落过程中产生大量热解气和高温半焦，并在高温下焦油充分裂解，其中热解气的温度为650-850℃，热解半焦的温度为500-750℃；
高温热解气从所述上段热解气出口排出进入所述余热回收装置，在所述余热回收装置中，热解气温度降低至120℃以下，进入所述储气罐，作为原料气外供；
所述热解半焦进入中低温热解段与通过所述第二进料口进入所述中低温热解段的生物质原料进行初步混合，并经过所述三角形布料锥的分布实现充分的加热，使生物质在热解温度500-600℃的中低温热解温度范围产生大量的油气，并经所述下段热解气出口送入所述油洗激冷塔装置，回收大量的生物油，产生的热解气则直接进入所述高温热解段的辐射管进行燃烧；
褐煤半焦和生物质半焦充分混合后，得到混合半焦，温度为400-450℃，通过所述余热回收段，把常温空气预热至300-400℃后送至高温热解段的加热管，而半焦降至60℃以下后直接通过所述冷焦出料口送至所述焦仓。
根据本实用新型的一些实施例，本实用新型所述三段式煤粉和生物质热解反应系统的工作原理为：褐煤经所述褐煤烘干提升管烘干提升后进入所述褐煤料斗，其此时，来自高温热解段的烟气温度经换热后为200-250℃；所述褐煤料斗的原料通过所述第一进料口将褐煤送入所述高温热解段，通过蓄热式辐射管间接加热，热解温度控制为800-1100℃，物料在所述高温热解段通过自身重力下落，并发生热解反应，物料中的有机物大部分释放出来产生温度为650-850℃的热解气和高温半焦，所述热解气从所述上段热解气出口排出进入所述余热回收装置，在所述余热回收装置中所述热解气的温度降至120℃以下，并最终进入所述储气罐，作为原料气外供；而产生的温度为500-750℃的高温半焦通过所述锥形料斗进行汇集，此时，通过所述第二进料口再向所述锥形料斗通入生物质物料与所述高温半焦混合，通过自身重力下落至所述中低温热解段，通过所述布料锥，所述高温半焦与所述常温生物质物料充分混合接触，并经过所述三角布料锥实现充分加热，使生物质在热解温度500-600℃的中低温热解温度范围产生大量的油气、热解气和混合半焦，所述油气经所述下段热解气出口送入所述油洗激冷塔装置，回收大量的生物油，产生的热解气直接送入高温热解段的加热管进行燃烧，所述混合半焦下落至所述余热回收段，通过所述换热管进行换热，对所述混合半焦进一步进行余热回收，更具体的，经所述换热管的入口通入冷空气进行换热，所述冷空气换热后升温至300-400℃通过所述外置连接管进入所述高温热解段的加热装置中与燃气燃烧，充分利用热量，节约高温热解段燃气的消耗，所述混合半焦经过换热后温度降至60℃后经冷焦出料口通过皮带机外排。
根据本实用新型的一些实施例，本实用新型采取高温热解段热解可以对原料中的挥发分得到最大程度的提取，并通过高温裂解，原料中产生的油蒸汽裂解为燃气，可以产生大量优质燃料气或原料气，而通过中低温热解段热解可以得到油产率非常高温的热解产物，实现对原料和热量的充分利用，并利用余热回收段对混合半焦的热量充分回收，将余热回收段的混热后的热空气，通过所述外置连接管进入所述高温热解段的加热装置中与燃气燃烧，充分利用热量，节约高温热解段燃气的消耗，从而提高能量利用效率，降低生产成本。
发明人发现，根据本实用新型所述的三段式煤粉和生物质热解反应系统结构简单，采取三段式热解反应，得到不同的产物，实现对物料的最大程度利用；同时，本实用新型利用高温热解段产生的热解高温半焦作为中低温热解段的热载体，实现了对含碳有机物的分段热解利用，并对高温半焦的余热进行充分回收，实现能量的充分利用，从而降低热解工艺中的能耗，并且实现工艺的简化，另外，实现了对煤粉和生物质的综合处理，充分提取了煤炭资源中的燃气资源和生物质资源中的清洁环保的生物油资源，实现系统有机结合，并发挥不同原料的热解优势。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
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。