宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置的制作方法

本发明涉及能源化工领域，具体地，本发明涉及一种宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置。

背景技术：

目前采用热解工艺可以提取煤炭所含富氢组分转化为煤气和焦油，半焦送锅炉燃烧发电，将大幅度提高煤的资源化利用水平和综合利用价值。

国内外相继开发了多种煤热解技术，在推进煤热解技术产业化道路上取得了明显进步；如国外的回转炉热解toscoal技术、采用多级流化床处理粉煤的coed技术、移动床的lurgi-ruhrgas固体热载体技术和气流床的ecopro粉煤快速热解工艺等。国内包括大连理工大学的d-g固体热载体技术、煤科院的多段回转炉（mrf）技术、浙江大学的循环流化床技术、中科院过程所的移动床热解技术、国富炉热解技术、蓄热式旋转床热解技术，陕煤化的气固热载体双循环热解技术、神木天元的回转炉技术和延长石油的热解气化一体化技术等。但上述热解技术几乎都没有真正实现商业化运行，主要原因是原料粒度范围窄、粉尘和热解气分离困难、焦油品质差、焦油收率低等。

目前，工业上普遍采用的热解技术主要是外热式的直立炉干馏技术，比如sj直立炉，和考伯斯炭化炉技术等。专利cn202543140u、cn204174158u等都公开了一种外热式直立炭化炉，但这种直立炉热解所需时间较长，且热解产物品质较差。专利cn102465043b公开了一种固体燃料的多段分级热解气化装置和方法，主要是在一个多层流化床反应器中，通过控制不同床层的温度来调控热解挥发分的二次反应程度,但是该专利在流化床中使用限制了原料的粒度范围，不能处理宽粒径分布的煤。专利cn102703097a提出了一种用于宽粒径分布煤的干馏装置和方法，通过在干馏装置内设置带有孔隙的隔板和传热板内构件，使得煤干馏过程中所产生的气相产物能及时逸出，减少二次反应，有利于提高焦油品质，但是该反应器传热传质速率慢，生产时间长。专利cn103484134b公开了一种碳氢原料固体热载体干馏反应器与干馏方法，利用固体热载体加热提高了加热速率，但该专利采用固体热载体加热限制了其应用范围。

综上所述，现有热解技术还无法做到同时解决扩大原料粒径使用范围、提高热解产物收率和品质、缩短热解时间、降低油气中粉尘含量等技术难题，所以需要构建一种新型的热解技术来实现大规模、高效、清洁处理小粒径的低阶煤。

技术实现要素：

本发明的目的在于，为了能够处理宽粒径分布的低价煤，并解决宽粒径分布煤在反应器的传质与传热速率慢、挥发分在高温区停留时间较长导致二次反应严重、热解焦油产率和品质较差等问题，提供一种适用于宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解装置。通过在反应器中设置带有加热功能的内构件，来强化热解过程中的传热速率，减少热解所需时间。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置，包含加料口、燃烧加热室、半焦出口及内构件移动床热解炉，上述内构件移动床热解炉中设置有多级内构件形成固体颗粒从上向下移动的通道，煤颗粒从所述加料口进入各级上述内构件形成的通道向下移动并通过上述半焦出口排出，其特征在于：各级上述内构件为具有内腔的结构，其各级之间连接有循环介质连接管；其中，最上层上述内构件连接有循环介质入口，最底层上述内构件连接有循环介质出口；循环介质通过所述循环介质入口进入最上层上述内构件，并通过各上述循环介质连接管逐级进入下一级上述内构件内腔中，并通过所述循环介质出口排出。

其中，上述内构件为具有内腔的平板结构，或是具有内腔的波纹板结构，或是由若干管道拼制成的板状结构。

其中，上述内构件移动床热解炉为长方体，上述加料口是位于其顶部的敞口；其中，上述内构件所在平面与水平面的夹角为30度至60度之间。

其中，上述内构件移动床热解炉的左右两侧壁上位于各级所述内构件起始端下方的位置设有多个热解气体出口；上述热解气体出口分别连接冷凝分离器。

其中，上述燃烧加热室贴合于所述内构件移动床热解炉前后外壁。

本发明还提供一种宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置并联组，其特征在于：由若干件所述宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置通过介质联通装置及热气体出口联通装置并联组成。

其中，上述宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置，包含加料口、燃烧加热室、半焦出口及内构件移动床热解炉，上述内构件移动床热解炉中设置有多级内构件形成固体颗粒从上向下移动的通道，煤颗粒从上述加料口进入各级上述内构件形成的通道向下移动并通过上述半焦出口排出，其特征在于：各级上述内构件为具有内腔的结构，其各级之间连接有循环介质连接管；其中，最上层上述内构件连接有循环介质入口，最底层上述内构件连接有循环介质出口；循环介质通过上述循环介质入口进入最上层上述内构件，并通过各上述循环介质连接管逐级进入下一级上述内构件内腔中，并通过所述循环介质出口排出。

其中，所述各循环介质入口并联至所述介质入口联通装置，所述各循环介质出口并联至所述介质出口联通装置，同一水平位置上的各所述热解气体出口并联至所述热解气体出口联通装置。

其中，上述内构件为具有内腔的平板结构，或是具有内腔的波纹板结构，或是由若干管道拼制成的板状结构；上述内构件移动床热解炉为长方体，上述加料口是位于其顶部的敞口；上述内构件所在平面与水平面的夹角为30度至60度之间；上述内构件移动床热解炉的左右两侧壁上位于各级所述内构件起始端下方的位置设有多个热解气体出口；上述热解气体出口分别连接冷凝分离器；上述燃烧加热室贴合于上述内构件移动床热解炉前后外壁。

再有，本发明还提供一种宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置串联组，其由若干件所述宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置通过第一循环串联装置串联组成。

其中，所述宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置，包含加料口、燃烧加热室、半焦出口及内构件移动床热解炉，上述内构件移动床热解炉中设置有多级内构件形成固体颗粒从上向下移动的通道，煤颗粒从所述加料口进入各级所述内构件形成的通道向下移动并通过所述半焦出口排出，其特征在于：各级所述内构件为具有内腔的结构，其各级之间连接有循环介质连接管。

其中，最上层所述内构件连接有循环介质入口，最底层所述内构件连接有循环介质出口；循环介质通过所述循环介质入口进入最上层所述内构件，并通过各上述循环介质连接管逐级进入下一级所述内构件内腔中，并通过上述循环介质出口排出。

其中，上述第一循环串联装置一端与一件所述宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置的上述循环介质出口连接，另一端与另一件所述宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置的上述循环介质入口连接。

其中，上述内构件为具有内腔的平板结构，或是具有内腔的波纹板结构，或是由若干管道拼制成的板状结构；所述内构件移动床热解炉为长方体，所述加料口是位于其顶部的敞口；所述内构件所在平面与水平面的夹角为30度至60度之间；所述内构件移动床热解炉的左右两侧壁上位于各级所述内构件起始端下方的位置分别设有热解气体出口；所述热解气体出口分别连接冷凝分离器；所述燃烧加热室贴合于所述内构件移动床热解炉前后外壁。

此外，本发明还提供一种宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置并联组串联组合，其由若干件上述宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置并联组通过第二循环串联装置串联组成。

其中，宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置并联组，由若干件上述宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置通过介质入口联通装置和介质出口联通装置及热解气体出口联通装置并联组成。

其中，上述宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置，包含加料口、燃烧加热室、半焦出口及内构件移动床热解炉，上述内构件移动床热解炉中设置有多级内构件形成固体颗粒从上向下移动的通道，煤颗粒从上述加料口进入各级上述内构件形成的通道向下移动并通过上述半焦出口排出，其特征在于：各级上述内构件为具有内腔的结构，其各级之间连接有循环介质连接管。

其中，最上层上述内构件连接有循环介质入口，最底层上述内构件连接有循环介质出口；循环介质通过上述循环介质入口进入最上层上述内构件，并通过各上述循环介质连接管逐级进入下一级上述内构件内腔中，并通过上述循环介质出口排出。

其中，所述各循环介质入口并联至所述介质入口联通装置，所述各循环介质出口并联至所述介质出口联通装置，同一水平位置上的各所述热解气体出口并联至所述热解气体出口联通装置。

其中，所述第二循环串联装置一端与一组所述宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置的所述介质出口联通装置连接，另一端与另一组所述宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置的介质入口联通装置连接。

其中，上述内构件为具有内腔的平板结构，或是具有内腔的波纹板结构，或是由若干管道拼制成的板状结构；上述内构件移动床热解炉为长方体，上述加料口是位于其顶部的敞口；上述内构件上在平面与水平面的夹角为30度至60度之间；上述内构件移动床热解炉的左右两侧壁上位于各级上述内构件起始端下方的位置分别设有热解气体出口；上述热解气体出口分别连接冷凝分离器；上述燃烧加热室贴合于上述内构件移动床热解炉前后外壁。

本发明的有益效果和优点是：（1）在传统的移动床热解装置中增加了具有加热功能的内构件，内构件内的高温介质向煤颗粒传递热量，与外部热源一起快速的加热煤颗粒，提高了热解焦油的产率，有效解决了外热式加热方式存在的加热速度慢的难题；（2）在内构件中使用高效的换热介质供热，不使用其他带电加热元件，提高了整个系统的安全及可靠性；（3）煤颗粒在内构件形成的通道中移动，在相邻的两个内构件之间完成料层上下位置的互换，提高了传质速率和产物的品质，有效调控了热解反应过程；（4）通过各级热解气体出口溢出的热解气可以根据要求单独冷凝、收集和分析，也可以汇聚到一起进行冷凝、收集和分析。

附图说明

图1为本发明宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解装置的结构示意图。

图2为本发明宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解装置的直线波纹板夹套结构内构件示意图。

图3为本发明宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解装置的曲线波纹板夹套结构内构件示意图。

图4为本发明宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解装置的管道结构内构件示意图。

图5为本发明宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解装置并联组的结构示意图。

图6为本发明宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解装置串联组的结构示意图。

图7为本发明宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解装置并联组串联组合结构的示意图。

附图标识

1、燃烧加热室

2、内构件移动床热解炉

3、加料口

4、循环介质入口

5、热解气体出口

6、内构件

7、循环介质连接管

8、半焦出口

9、循环介质出口

10、直线波纹板结构内构件

11、曲线波纹板结构内构件

12、管道结构内构件

13、介质入口联通装置

14、热解气体出口联通装置

15、介质出口联通装置

16、第一循环串联装置

17、第二循环串联装置

100、宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解装置

200、宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解装置并联组

300、宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解装置串联组。

具体实施方式

现在将参考图1至图7来描述本发明的具体实施例。

如图1所示，其为本发明宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解装置的结构示意图。本发明一种宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置100，包含加料口3、燃烧加热室1、半焦出口8及内构件移动床热解炉2，所述内构件移动床热解炉2中设置有多级内构件6，可以按照由上至下首尾连续折返向下倾斜排列，用以形成固体颗粒从上向下移动的通道，煤颗粒从所述加料口3进入各级所述内构件6形成的通道向下移动并通过所述半焦出口8排出，其特征在于：各级所述内构件6为具有内腔的结构，其各级之间连接有循环介质连接管7；其中，所述最上层内构件6连接有循环介质入口4；循环介质通过所述循环介质入口4进入最上层所述内构件6，并通过各循环介质连接管7逐级进入下一级所述内构件6内腔中，最终通过循环介质出口9离开最下层所述内构件6，循环介质可以强化反应器内部对颗粒的传热，与外部燃烧室形成复合加热方式，其中通入的循环介质可以是高效蓄热相变介质（介质包括koh、nano3、mgcl2等无机盐类，石蜡，脂酸等有机类，及有机-无机复合类介质），也可以是高温蒸汽或是高温烟气，并且各级内构件6的内腔中可以通入适用于不同温度区间的循环介质使得内构件移动热解炉2内形成不同的温度区间。

进一步的，所述内构件6可以为具有内腔的平板结构，或是具有内腔的波纹板结构，或是由若干管道拼制成的板状结构等具有内腔的结构；例如：如图2所示的直线波纹板结构内构件10、如图3所示的曲线波纹板结构11内构件以及如图4所示的管道结构内构件12；其中可以在腔体（图2、图3）内通入循环介质、或是各管道（图4）内通入循环介质。

进一步的，如图1所示的宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解装置，所述内构件移动床热解炉2为长方体，所述加料口3是位于其顶部的敞口，使得一次性加料量增加，原料粒径范围限制扩大，进而提升了处理速度；所述内构件6所在平面与水平面之间的夹角为30度至60度之间，可以根据热解生产任务的要求调整安装角度，以改变热解反应装置的填料量；所述内构件移动床热解炉2的左右两侧壁上位于各级所述内构件6起始端下方的位置分别设有多个热解气体出口5，使得提升热解速率后颗粒热解释放的气相产物可以在抽气泵的作用下快速及时地逸出反应器；所述热解气体出口5可以分别连接冷凝分离器，根据要求单独冷凝、收集和分析，也可以汇聚到一起进行冷凝、收集和分析。所述燃烧加热室1贴合于所述内构件移动床热解炉2前后外壁，形成加温更加迅速的外部燃烧室，提升加热效率。

另外，如图5所示为本发明宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解装置并联组的结构示意图，由若干件所述宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置100通过介质入口联通装置13、介质出口联通装置15及热解气体出口联通装置14并联组成。

其中，如图1所示的宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置100，包含加料口3、燃烧加热室1、半焦出口8及内构件移动床热解炉2，所述内构件移动床热解炉2中设置有多级内构件6，形成固体颗粒从上向下移动的通道，煤颗粒从所述加料口3进入各级所述内构件6形成的通道向下移动并通过所述半焦出口8排出，其特征在于：各级所述内构件6为具有内腔的结构，其各级之间连接有循环介质连接管7；其中，最上层所述内构件6连接有循环介质入口4，最下层所述内构件6连接有循环介质出口9；循环介质通过所述循环介质入口4进入最上层所述内构件6，并通过各循环介质连接管7逐级进入下一级所述内构件6内腔中，并最终通过所述循环介质出口9排出，循环介质可以强化反应器内部对颗粒的传热，与外部燃烧室形成复合加热方式，其中通入的循环介质可以是高效蓄热相变介质（介质包括koh、nano3、mgcl2等无机盐类，石蜡，脂酸等有机类，及有机-无机复合类介质），也可以是高温蒸汽或是高温烟气。

其中，所述各循环介质入口4并联至所述介质入口联通装置13，所述各循环介质出口9并联至所述介质出口联通装置15，同一水平位置上的各所述热解气体出口5并联至所述热解气体出口联通装置14。

进一步的，如图1所示的所述内构件6可以为具有内腔的平板结构，或是具有内腔的波纹板结构，或是由若干管道拼制成的板状结构等具有内腔的结构；例如：如图2所示的直线波纹板结构内构件10、如图3所示的曲线波纹板结构11内构件以及如图4所示的管道结构内构件12；其中可以在腔体（图2、图3）内通入循环介质、或是各管道（图4）内通入循环介质。

进一步的，如图1所示的宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解装置，所述内构件移动床热解炉2为长方体，所述加料口3是位于其顶部的敞口，使得一次性加料量增加，原料粒径范围限制扩大，进而提升了处理速度；所述内构件6所在平面与水平面间的夹角为30度至60度之间，可以根据热解生产任务的要求调整安装角度，以改变热解反应装置的填料量；所述内构件移动床热解炉2的左右两侧壁上位于各级所述内构件6起始端下方的位置分别设有多个热解气体出口5，使得提升热解速率后颗粒热解释放的气相产物可以在抽气泵的作用下快速及时地逸出反应器；所述热解气体出口5可以分别连接冷凝分离器，根据要求单独冷凝、收集和分析，也可以汇聚到一起进行冷凝、收集和分析；所述燃烧加热室1贴合于所述内构件移动床热解炉2前后外壁，形成加温更加迅速的外部燃烧室，提升加热效率。

再有，如图6所示为本发明宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解装置串联组的结构示意图，由若干件所述宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置100通过第一循环串联装置16串联组成。

其中，如图1所示的宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置100，包含加料口3、燃烧加热室1、半焦出口8及内构件移动床热解炉2，所述内构件移动床热解炉2中设置有多级内构件6，形成固体颗粒从上向下移动的通道，煤颗粒从所述加料口3进入各级所述内构件6形成的通道向下移动并通过所述半焦出口8排出，其特征在于：各级所述内构件6为具有内腔的结构，其各级之间连接有循环介质连接管7；其中，最上层所述内构件6连接有循环介质入口4，最下层所述内构件6连接有循环介质出口9；循环介质通过所述循环介质入口4进入最上层所述内构件6，并通过各循环介质连接管7逐级进入下一级所述内构件6内腔中，并最终通过所述循环介质出口9排出，循环介质可以强化反应器内部对颗粒的传热，与外部燃烧室形成复合加热方式，其中通入的循环介质可以是高效蓄热相变介质（介质包括koh、nano3、mgcl2等无机盐类，石蜡，脂酸等有机类，及有机-无机复合类介质），也可以是高温蒸汽或是高温烟气。

其中，所述第一循环串联装置16一端与一件所述宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置100的所述循环介质出口9连接，另一端与另一件所述宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置100的所述循环介质入口4连接。

进一步的，如图1所示的所述内构件6可以为具有内腔的平板结构，或是具有内腔的波纹板结构，或是由若干管道拼制成的板状结构等具有内腔的结构；例如：如图2所示的直线波纹板结构内构件10、如图3所示的曲线波纹板结构11内构件以及如图4所示的管道结构内构件12；其中可以在腔体（图2、图3）内通入循环介质、或是各管道（图4）内通入循环介质。

进一步的，如图1所示的宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解装置，所述内构件移动床热解炉2为长方体，所述加料口3是位于其顶部的敞口，使得一次性加料量增加，原料粒径范围限制扩大，进而提升了处理速度；所述内构件6所在平面与水平面间的夹角为30度至60度之间，可以根据热解生产任务的要求调整安装角度，以改变热解反应装置的填料量；所述内构件移动床热解炉2的左右两侧壁上位于各级所述内构件6起始端下方的位置分别设有多个热解气体出口5，使得提升热解速率后颗粒热解释放的气相产物可以在抽气泵的作用下快速及时地逸出反应器；所述热解气体出口5可以分别连接冷凝分离器，根据要求单独冷凝、收集和分析，也可以汇聚到一起进行冷凝、收集和分析；所述燃烧加热室1贴合于所述内构件移动床热解炉2前后外壁，形成加温更加迅速的外部燃烧室，提升加热效率。

此外，如图7所示为本发明宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解装置并联组串联组合结构的示意图，由若干件所述宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置并联组200通过第二循环串联装置17串联组成。

其中，如图5所示的宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置并联组200，由若干件所述宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置100通过介质入口联通装置13和介质出口联通装置15及热解气出口联通装置14并联组成。

其中，如图1所示的宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置100，包含加料口3、燃烧加热室1、半焦出口8及内构件移动床热解炉2，所述内构件移动床热解炉2中设置有多级内构件6，形成固体颗粒从上向下移动的通道，煤颗粒从所述加料口3进入各级所述内构件6形成的通道向下移动并通过所述半焦出口8排出，其特征在于：各级所述内构件6为具有内腔的结构，其各级之间连接有循环介质连接管7；其中，最上层所述内构件6连接有循环介质入口4，最下层所述内构件6连接有循环介质出口9；循环介质通过所述循环介质入口4进入最上层所述内构件6，并通过各循环介质连接管7逐级进入下一级所述内构件6内腔中，并最终通过所述循环介质出口9排出，循环介质可以强化反应器内部对颗粒的传热，与外部燃烧室形成复合加热方式，其中通入的循环介质可以是高效蓄热相变介质（介质包括koh、nano3、mgcl2等无机盐类，石蜡，脂酸等有机类，及有机-无机复合类介质），也可以是高温蒸汽或是高温烟气。

其中，所述各循环介质入口4并联至所述介质入口联通装置13，所述各循环介质出口9并联至所述介质出口联通装置15，同一水平位置上的各所述热解气体出口5并联至所述热解气体出口联通装置14。

其中，所述第二循环串联装置17一端与一组所述宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置200的所述介质出口联通装置15连接，另一端与另一组所述宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置200的介质入口联通装置13连接。

进一步的，如图1所示的所述内构件6可以为具有内腔的平板结构，或是具有内腔的波纹板结构，或是由若干管道拼制成的板状结构等具有内腔的结构；例如：如图2所示的直线波纹板结构内构件10、如图3所示的曲线波纹板结构11内构件以及如图4所示的管道结构内构件12；其中可以在腔体（图2、图3）内通入循环介质、或是各管道（图4）内通入循环介质。

进一步的，如图1所示的宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解装置，所述内构件移动床热解炉2为长方体，所述加料口3是位于其顶部的敞口，使得一次性加料量增加，原料粒径范围限制扩大，进而提升了处理速度；所述内构件6所在平面与水平面间的夹角为30度至60度之间，可以根据热解生产任务的要求调整安装角度，以改变热解反应装置的填料量；所述内构件移动床热解炉2的左右两侧壁上位于各级所述内构件6起始端下方的位置分别设有多个热解气体出口5，使得提升热解速率后颗粒热解释放的气相产物可以在抽气泵的作用下快速及时地逸出反应器；所述热解气体出口5可以分别连接冷凝分离器，根据要求单独冷凝、收集和分析，也可以汇聚到一起进行冷凝、收集和分析；所述燃烧加热室1贴合于所述内构件移动床热解炉2前后外壁，形成加温更加迅速的外部燃烧室，提升加热效率。

以上实施例中，加热方式为外部电炉间接加热耦合内部内构件加热（采用高温复合相变蓄热介质）、使用粒径小于6mm新疆淖毛湖煤为原料进行热解，关于半焦冷却、气固分离、焦油冷凝及回收、煤气处理技术等可按现有成熟技术处理。

值得关注的是本发明宽粒径分布煤的复合加热式移动床热解反应装置与未添加带有加热功能内构件的热解装置相比，煤颗粒在本发明移动床中升温速度快，大约30min可以达到预定目标温度，比原来的时间缩短一半以上，表明传热速率有很大的提高。并且各床层中心处颗粒的温度非常均匀，说明颗粒在内构件作用下传热与传质速率很均匀。同时，热解焦油收率和品质有较大提高，收率可达到格金焦油收率的85%以上，低于360℃的轻质焦油含量在86%以上。