一种用于固体热解工艺中能量阶梯回收方法及装置与流程

本发明涉及一种用于固体热解工艺中能量阶梯回收的方法及装置，属节能、环保技术领域。

背景技术：

我国能源总量中石油所占比例不足5％，天然气仅占0.3％左右，中国缺油、少气的局面成为困扰经济社会发展的显著问题，因此，非常规油气资源的开发近年日益受到重视，逐渐成为新的经济增长极。随之而来开发的固体能源热解技术层出不穷。

目前国内针对煤、油砂、油页岩、生物质等固体物料的热解技术主要有内热立式炉工艺、外热式立式炉工艺、固体热载体工艺、流化床等工艺，这些工艺技术在热解时均需将固体物料加热至400～600℃，固体产物携带的大量热量不能被有效的利用。目前广泛应用的内热式直立炉热解产生的高温半焦通过熄焦装置与水直接接触，从而降低半焦的温度。固体热载体、循环流化床、内外热式回转炉工艺热解产生的高温固体产物一般采用循环水间接冷却或是通过冷的惰性气体直接接触来降低产品的温度。前者通过与水直接接触，不仅大量的热量没有得到回收，还造成大量废水的产生以及环境的污染。后者采用的冷却技术只是单纯的将固体产品的温度降低，达到后续处理的目的，没有充分回收其所携带的热量，造成社会资源的损失。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺点，本发明的目的是提供一种用于固体热解工艺中能量阶梯回收的方法及装置，其工艺合理、技术先进、经济可行，存在明显优势。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：

一方面，本发明提供了一种用于固体热解工艺中能量阶梯回收方法，包括下述步骤：

1)将经热解反应器产出的固体热解物由上卸料器均匀排入一级冷却器，在一级冷却器中与一级冷却器管程中除盐水间接换热，除盐水从一级冷却器除盐水进口进入，吸收热量产生部分蒸汽后从一级冷却器蒸汽出口排出，热物料温度降低，除盐水吸收热量产生蒸汽；

3)经过一级冷却器冷却后的固体热解物经过下卸料器均匀的排入二级冷却器前段与除盐水间接换热，固体热解物在二级冷却器前段中与除盐水间接换热，固体物料温度进一步降低，除盐水从二级冷却器前段除盐水进口进入吸收热量产生蒸汽后从二级冷却器前段蒸汽出口排出；

4)二级冷却器前段中固体热解物经过二级冷却器中的倒料装置进入二级冷却器主体与列管中除盐水间接换热，固体热解物温度进一步降低，除盐水从二级冷却器主体除盐水进口进入，吸收热量后从二级冷却器主体除盐水出口排出。

进一步，步骤1)中，所述固体热解物为经热解反应器加热至450～700℃的热解产物。

进一步，步骤1)中，一级冷却器管程中除盐水温度为30～40℃，间接换热10～30min，固体热解物温度降低至300～350℃。

进一步，步骤2)中，在二级冷却器前段中除盐水温度为30～40℃，间接换热1～5min，固体热解物温度进一步降低至220～300℃。

进一步，步骤3)中，在二级冷却器主体内列管中除盐水温度为30～40℃，间接换热20～60min，固体热解物温度进一步降低至60～100℃；

除盐水从二级冷却器主体除盐水进口进入，吸收热量温度升至50～80℃后从二级冷却器主体除盐水出口排出，作为锅炉给水送入锅炉。

进一步，所述一级、二级冷却器前段冷却物料的同时，副产0.1～0.6MPa的蒸汽，经过蒸汽收集装置收集后余热利用。

另一方面，本发明提供了一种实施上述用于固体热解工艺中能量阶梯回收方法的装置，包括热解反应器，以及与热解反应器相连的上卸料器，上卸料器与一级冷却器连接；一级冷却器与下卸料器连接，下卸料器与二级冷却器相连；二级冷却器由大齿轮传动，且由拖轮组支撑。卸料器是一种可以控制下料速度并且具有锁气功能的旋转式卸料器。

进一步，所述一级冷却器为一种立式列管式换热设备，包括壳程与一级冷却器管程，壳程分别与上卸料器和下卸料器相连通，走固体热解物；一级冷却器管程沿一级冷却器罐体垂直平行分布，一级冷却器管程分别与一级冷却器除盐水进口和一级冷却器蒸汽出口连接，罐体与除盐水装置和蒸汽收集装置连通，走除盐水；除盐水通过一级冷却器除盐水进口进入管程，换热后由一级冷却器蒸汽出口排出。

进一步，所述二级冷却器为一种回转式换热设备，包括二级冷却器前段和二级冷却器主体，二级冷却器前段为夹套换热，除盐水从二级冷却器前段除盐水进口进入换热后从二级冷却器前段蒸汽出口排出；二级冷却器主体为列管换热，除盐水从二级冷却器主体除盐水进口进入列管后从二级冷却器主体除盐水出口排出。

进一步，所述热解反应器为固体热载体热解炉、循环流化床热解炉、内热式回转炉或外热式回转炉。

本发明的技术创新点：

(1)采用热量梯级回收的方法，热量回收率高达70～80％，充分利用能源、降低了能耗；

(2)采用热量梯级回收为固体热载体、循环流化床、内外热式回转炉等多种固体物料热解工艺的热量回收。高温时产生蒸汽，利用潜热，有效的降低了冷却水量，节约了水资源，降低了冷却水输送的动力消耗；

(3)副产的蒸汽压力达到0.1～0.6MPa，可被其它生产装置利用，为企业节省了运行成本。

(4)固体物料冷却过程无废水排放，环保优势明显。

附图说明

图1是本发明工艺流程及装置组成。

图中：1-热解反应器；2-上卸料器；3-一级冷却器；3-1-壳程；3-2-一级冷却器除盐水进口；3-3-一级冷却器蒸汽出口；3-4-一级冷却器管程；4-下卸料器；5-二级冷却器；5-1-二级冷却器前段；5-2-二级冷却器主体；5-3-拖轮组；5-4-二级冷却器前段除盐水进口；5-5-二级冷却器前段蒸汽出口；5-6-旋转接头；5-7-二级冷却器主体除盐水出口；5-8-二级冷却器主体除盐水进口；5-9-列管；5-10-大齿轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。

如图1所示，为本发明装置的结构示意图。

本发明的一种用于固体热解工艺中能量阶梯回收装置，包括热解反应器1，热解反应器1的出料口通过管道与上卸料器2连接，上卸料器2与一级冷却器3固体热解物进口连接。一级冷却器3由壳程3-1与一级冷却器管程3-4组成，壳程3-1走固体热解物，一级冷却器管程3-4走除盐水。除盐水是通过一级冷却器除盐水进口3-2进入管程，换热后由一级冷却器蒸汽出口3-3排出。一级冷却器3固体热解物出口与下卸料器4连接，下卸料器4与二级冷却器5固体热解物进口相连。二级冷却器5由二级冷却器前段5-1和二级冷却器主体5-2组成，二级冷却器前段5-1为夹套换热，除盐水从二级冷却器前段除盐水进口5-4进入换热后从二级冷却器前段蒸汽出口5-5排出；二级冷却器主体5-2为列管换热，除盐水从安装在列管5-9端部的旋转接头5-6上的二级冷却器主体除盐水进口5-8进入列管5-9后，从二级冷却器主体除盐水出口5-7排出。二级冷却器5由拖轮组5-3支撑，由大齿轮5-10传动。

下面通过一种固体物料热解来说明这种能量梯级回收的方法，包括下述步骤：

(1)将煤、油砂、油页岩、生物质固体物料在热解反应器1中加热至450～700℃，反应时间为30～120min的条件下，制得固体热解物；

(2)热固体热解物由上卸料器2均匀排入一级冷却器3，在一级冷却器3中与一级冷却器管程3-4中30～40℃除盐水间接换热10～30min，固体热解物温度降低至300～350℃后由下卸料器4均匀的排入二级冷却器前段5-1；除盐水从一级冷却器除盐水进口3-2进入，吸收热量产生部分蒸汽后从一级冷却器蒸汽出口3-3排出；

(3)经过一级冷却器3冷却后的固体热解物经过下卸料器4均匀的排入二级冷却器前段5-1，与30～40℃除盐水间接换热1～5min，固体热解物温度进一步降低至200～300℃，除盐水从二级冷却器前段除盐水进口5-4进入吸收热量产生部分蒸汽后从二级冷却器前段蒸汽出口5-5排出；

(4)二级冷却器前段5-1中固体物料经过二级冷却器5中的倒料装置进入二级冷却器主体5-2，与列管5-9中30～40℃的除盐水间接换热，固体热解物停留20～60min，冷却至60～100℃；除盐水从旋转接头5-6的二级冷却器主体除盐水进口5-8进入，吸收热量温度升至50～80℃后从二级冷却器主体除盐水出口5-7排出，作为锅炉给水送入锅炉。

在整个换热过程中产生的蒸汽，经过蒸汽收集装置收集后余热利用。

下面给出不同的实施例来进一步说明本发明。

实施例1

该实施例是一种煤物料热解后得到的热半焦冷却的能量梯级回收方法。

将煤在热解反应器1中加热至700℃，反应时间为30min的条件下，制得固体热解物；经热解反应器热解后产生的25t/h温度为700℃，粒度≤30mm的热半焦，在上卸料器上方维持一段3m的料封，由上卸料器均匀排入一级冷却器。热半焦在一级冷却器中与进入管程中3t/h的30℃除盐水间接换热25min，热半焦温度降低至300℃，除盐水吸收热量后生成0.6MPa的蒸汽进入蒸汽收集装置。

经过一级冷却器冷却后的半焦经过下卸料器均匀的排入二级冷却器前段，与0.6t/h的30℃除盐水间接换热2min，半焦温度进一步降低至250℃，除盐水吸收热量后生成0.3MPa的蒸汽进入蒸汽收集装置。

二级冷却器前段半焦经过二级冷却器中的倒料装置进入二级冷却器主体，与进入主体列管的50t/h的30℃的除盐水间接换热40min，固体物料温度进一步降低至85℃，除盐水温度升至55℃作为锅炉给水送入锅炉。

本实施例热量回收率为74.6％。

实施例2

该实施例是一种油砂物料热解后得到的热尾砂冷却的能量梯级回收方法。

将油砂在热解反应器1中加热至550℃，反应时间为120min的条件下，制得固体热解物；经热解反应器热解后产生的10t/h温度为550℃，粒度≤20mm的热尾砂，在上卸料器上方维持一段2m的料封，由上卸料器均匀排入一级冷却器。热尾砂在一级冷却器中与进入管程中1.2t/h的40℃除盐水间接换热10min，热尾砂温度降低至350℃，除盐水吸收热量后生成0.5MPa的蒸汽进入蒸汽收集装置。

经过一级冷却器冷却后的尾砂经过卸料器均匀的排入二级冷却器前段，与0.24t/h的30℃除盐水间接换热1min，尾砂温度进一步降低至300℃，除盐水吸收热量后生成0.4MPa的蒸汽进入蒸汽收集装置。

二级冷却器前段尾砂经过二级冷却器中的倒料装置进入二级冷却器主体，与进入主体列管的21t/h的40℃的除盐水间接换热20min，固体物料温度进一步降低至60℃，除盐水温度升至80℃作为锅炉给水送入锅炉。

本实施例热量回收率为78％。

实施例3

该实施例是油页岩物料热解后得到的热尾砂冷却的能量梯级回收方法。

将油页岩在热解反应器1中加热至450℃，反应时间为80min的条件下，制得固体热解物；经热解反应器热解后产生的20t/h温度为500℃，粒度≤10mm的热页岩灰，在上卸料器上方维持一段5m的料封，由上卸料器均匀排入一级冷却器。热页岩灰在一级冷却器中与进入管程中2.2t/h的35℃除盐水间接换热30min，热页岩灰温度降低至310℃，除盐水吸收热量后生成0.5MPa的蒸汽进入蒸汽收集装置。

经过一级冷却器冷却后的页岩灰经过卸料器均匀的排入二级冷却器前段，与0.5t/h的40℃除盐水间接换热5min，页岩灰温度进一步降低至200℃，除盐水吸收热量后生成0.3MPa的蒸汽进入蒸汽收集装置。

二级冷却器前段页岩灰经过二级冷却器中的倒料装置进入二级冷却器主体，与进入主体列管的40t/h的40℃的除盐水间接换热60min，固体物料温度进一步降低至100℃，除盐水温度升至50℃作为锅炉给水送入锅炉。

本实施例热量回收率为73％。

需要说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神、原则和宗旨之内，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，其对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换，均应包含在本发明的保护范围之内。