固体含碳物料热解用热交换装置和热解方法
【专利摘要】本发明涉及一种固体含碳物料热解用热交换装置，包括：固体热载体通道，固体热载体利用从所述固体热载体通道下部通入的流化气体以流态化状态在所述固体热载体通道内流动；热解通道，颗粒状的含挥发分的固体含碳物料从上部加入，利用重力自上而下以流态化状态通过所述热解通道，并发生热解反应；其中，所述热解通道与固体热载体通道通过导热间壁分隔开、且所述固体热载体与所述热解通道内的固体含碳物料通过所述导热间壁换热，固体含碳物料被加热、发生热解反应。本发明还涉及一种固体含碳物料热解方法。
【专利说明】固体含碳物料热解用热交换装置和热解方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及固体含碳物料的热解，尤其涉及颗粒状固体含碳物料的热解用热交换装置和热解方法。
【背景技术】
[0002]煤通过热解生成煤气、焦油和半焦是目前梯级利用低阶煤资源，获得高附加值产物的高值化利用途径，经济效益和社会效益显著。近年来，油页岩成为世界公认最具潜力的非传统烃类资源，由于其含油率一般在4%~20%，最高可达30%，因此除燃烧发电外，主要利用方式是干馏炼油。油页岩经加热干馏后，所含油母分解生成页岩油及干馏气和页岩半焦；页岩油可作为燃料油，亦可进一步加工制取汽、柴油和化学品。对油页岩进行有效的开发和利用，可以缓解我国缺少天然石油的困境，减少对进口石油的依赖，维护国家能源安全，改善能源结构。此外，干化污泥中含有大量的有机质和可燃成分，干污泥热解处理可促使污泥中有机物发生还原，产生可供回收利用的燃料，其热解焦油的热值较高，可作为能源利用，与轻柴油混合后可达到燃料用油的品质。
[0003]在热解过程中，传热传质方式对热解产物的品质有显著影响。对于块煤而言，热解技术已经趋于成熟，主要采用固定床热解工艺，如陕北、内蒙等地的立式炭化炉，要求煤的粒度较大。随着煤炭开采机械化程度的提高，粒度较小的粉煤产量正逐年增加，现阶段粉煤热解工艺路线较多，煤热解反应需要吸收热量，根据粉煤热解工艺的工艺供热方式可主要分为直接接触换热和间接接触换热两大类。
[0004]直接接触换热方式主要是通过高温气体或固体热载体与待热解的煤直接混合，使物料升温发生热解反应。直接接触换热技术具有传热效率高，加热速率快等优点。但是高温气体热载体工艺中，由于夹带、混合等使煤气中含有大量惰性组分降低煤气热值，焦油含尘量增加，降低品质。高温固体热载体工艺中，热载体中的细颗粒进入热解气和焦油中，分离困难，并容易出现管路堵塞等问题。而且，煤热解产生的焦油蒸气与高温热载体的直接接触，易发生二次裂解，影响焦油品质及产率。同时，热解生成的半焦中因混入了固体热载体颗粒使其热值降低，影响了半焦的品质。
[0005]间接换热技术是通过外部电加热、高温烟气、高温物料、高温蓄热体等加热反应器外壁向物料传热，使物料外层依次向内层传热升温而发生热解反应的过程。间接接触换热技术因不混入其它热载体，获得的煤气热值较高，焦油中含尘量低，半焦产品无杂质，品质高。但是由于煤的导热性能较差，间接换热煤热解工艺中物料升温速率慢、温度不均匀，易导致热解时间长、焦油 产率低、重质油含量高等问题。
【发明内容】
[0006]为解决现有技术中的至少一个方面的问题而提出本发明。
[0007]本发明的核心发明构思(以煤为例)在于如下方面:采用固体热载体作为热解的热源，固体热载体与待热解的煤通过导热的间壁进行换热，间壁两侧的物料均处于流态化状态，以达到强化传热的目的。热解的一侧煤从顶部加入，从底部排出，通过产生的气态热解产物自流化，从而从下而上优选分别呈移动床、微流化、流化这三种状态；作为热源的一侧采用处于流态化的固体热载体。其中，气态热解产物包括煤热解产生的水蒸气、热解气和在高温下呈气态的焦油(即焦油蒸气，简称油气)。
[0008]本发明的其他发明构思(以煤为例)还在于如下方面:
[0009]1、固体热载体可以在热交换装置内被加热，也可以是被加热后再进入热交换装置的。例如，可以采用气体燃料、液体燃料或固体燃料在热交换装置中燃烧、加热惰性粒子的方式；或者直接以固体燃料颗粒作为固体热载体，通过其自身的燃烧产生热量。 [0010]2、热解炉底部低于热载体床层底部，即热解炉下部存在一段不被加热的“释尽段”，用于延长热解煤的停留时间，供残留的挥发分释出，并提高系统的适应性:当煤质发生变化或煤的粒度发生变化时，用以保证挥发分完全释放。
[0011]3.热解炉底部设有排焦装置，通过调节热解炉的加煤速率与热解炉的排焦速率控制煤在热解炉内的停留时间，通过调节固体热载体侧的流化状态还可以微调热解侧的反应温度。
[0012]4、固体热载体通道侧壁可设有溢流口，固体热载体从通道中流过时，以溢流的方式排出，从而保持稳定的密相区高度，溢流口的高度位于热载体流化床的密相区与稀相区之间的过渡段。
[0013]根据本发明的一个方面，提出了一种固体含碳物料热解用热交换装置，包括:固体热载体通道，固体热载体利用从所述固体热载体通道下部通入的流化气体以流态化状态在所述固体热载体通道内流动；热解通道，颗粒状的含挥发分的固体含碳物料从上部加入，利用重力自上而下以流态化状态通过所述热解通道，并发生热解反应，其中，所述热解通道与固体热载体通道通过导热间壁分隔开、且所述固体热载体与所述热解通道内的固体含碳物料通过所述导热间壁换热，固体含碳物料被加热、发生热解反应。
[0014]在上述技术方案中，固体热载体通道与热解通道均存在处于流态化的区间，且通过导热间壁相互耦合，在流态化状态下，随机气泡形成的低频大涡体使颗粒发生径向输运，犹如搅拌，有效地扰动了热边界层，提高了导热间壁两侧的传热系数，因此强化了传热。更重要的是，热交换装置导热壁面两侧相互匹配:热解侧，固体含碳物料从顶部加入后，被快速加热、然后发生热解反应；固体热载体侧，固体热载体处于流化状态，固体热载体侧的密相区高度与热解侧加热段和热解段高度大致对应，因密相区颗粒浓度高，传热系数大，可向加热段和热解段提供大量热量，很好的满足了固体含碳物料快速加热和热解的需要；而两侧上部均处于稀相区，颗粒浓度低、换热减弱，正好避免气态热解产物从顶部排出时温度过高、其中的焦油发生二次裂解。
[0015]有利的，所述固体热载体通道包括固体热载体密相区以及位于所述密相区上方的固体热载体稀相区；所述热解通道内的固体含碳物料形成流化床床面，其中，所述固体热载体密相区的床面大体上与所述流化床床面等高，或略低于所述流化床床面。
[0016]进一步的，所述热解通道自下而上包括热解段、加热段，位于所述热解段和加热段的固体含碳物料分别呈微流化状态和流化状态。有利的，所述加热段和热解段的位置与所述密相区的位置大致对应；或者所述热解段的位置与所述密相区的位置大致对应，所述加热段的位置与所述稀相区的位置大致对应。[0017]或者，进一步的，所述热解通道从下而上包括释尽段、热解段、加热段，位于所述释尽段、热解段、加热段中的固体含碳物料分别处于移动床状态、微流化状态、流化状态。有利的，所述加热段和热解段的位置与所述密相区的位置对应，或者，所述热解段的位置与所述密相区的位置大致对应，所述加热段的位置与所述稀相区的位置大致对应。更进一步的，所述释尽段位于所述密相区的下方而不与热载体通道中的固体热载体形成热交换。
[0018]所述固体含碳物料发生热解反应，产生的气态热解产物可从所述热解通道顶部排出。
[0019]有利的，所述固体含碳物料利用热解通道内产生的气态热解产物以自流化的状态通过所述热解通道。可选的，所述固体含碳物料利用热解通道内产生的气态热解产物以及从热解通道下部通入的另外的流化气体以流化的状态通过所述热解通道。所述另外的流化气体可为热解气、氢气、甲烷或其它非氧化性气体。
[0020]有利的，进入所述热解通道的固体含碳物料的粒径在0-12_之间。优选的，进入所述热解通道的固体含碳物料的粒径范围是0.l-12mm。
[0021]在上述固体含碳物料热解用热交换装置中，所述固体热载体通道可围绕所述热解通道设置。所述热解通道可为布置在所述固体热载体通道内的多根热解管。
[0022]在上述固体含碳物料热解用热交换装置中，所述热解通道可围绕所述固体热载体通道设置，固体热载体通道可为布置在所述热解通道内的多个分支通道。
[0023]在上述固体含碳物料热解用热交换装置中，所述固体热载体通道和所述热解通道的数量均至少为一个；且所述固体热载体通道和所述热解通道彼此大致平行并且彼此交替布置，相邻固体热载体通道之间的空间形成一个热解通道和/或相邻热解通道之间的空间形成一个固体热载体通道。
[0024]在上述固体含碳物料热解用热交换装置中，所述固体热载体为惰性粒子，所述固体热载体通道内通入气体燃料，所述气体燃料在所述固体热载体通道内燃烧，加热惰性粒子。进一步的，所述惰性粒子的粒径范围是0-2mm。
[0025]可选的，固体含碳物料热解用热交换器还包括:冷却装置，所述冷却装置布置在所述热解通道的下方用于冷却固体含碳物料热解后从热解通道排出的固体产物。
[0026]有利的，所述固体热载体循环流过所述固体热载体通道，且所述固体热载体通道密相区与稀相区之间的过渡段设置有溢流口，从而以溢流的方式从固体热载体通道中排出固体热载体以保持稳定的密相区高度。
[0027]有利的，所述固体含碳物料为煤、油页岩、干污泥或生物质颗粒。
[0028]根据本发明的另一方面，提出了一种固体含碳物料热解方法，包括步骤:在固体热载体通道底部通入流化气体，使得固体热载体以流态化状态在固体热载体通道中流动；向利用导热间壁与固体热载体通道分隔开的热解通道内供给颗粒状含挥发分的固体含碳物料，其中，所述固体含碳物料利用重力自上而下以流态化状态通过所述热解通道，所述固体热载体与所述热解通道内的固体含碳物料通过导热间壁换热，使固体含碳物料被加热并发生热解反应。
[0029]有利的，所述方法还包括步骤:向所述固体热载体通道内加入燃料，使其燃烧，加热固体热载体。进一步的，在所述方法中，所述燃料为气体燃料、液体燃料或固体燃料，所述固体热载体为惰性粒子。可选的，在所述方法中，所述燃料为固体颗粒燃料，所述固体热载体包括燃料颗粒及其固态燃烧产物。进一步的，所述固体热载体还包括惰性粒子。
[0030]可选的，固体热载体的热量来自固体热载体通道外部的热源。
[0031]利用本发明的技术方案，提供了在两个流化状态下的放热和吸热相结合的过程，有效地强化了传热效果，也避免了直接混合换热的技术方案中固体热载体中的细粉混入到油气中的情形。另外，由于焦油不与固体热载体直接接触，避免高温裂解，有效提高了焦油的品质。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1a为根据本发明的第一实施例的煤热解用热交换装置的示意图，图1b为表示热解通道的高度与热解通道内的煤的温度之间的关系的示例性曲线图，而图1c为表示热解通道的高度与气态热解产物量之间的关系的示例性曲线图，其中曲线I示例性表示煤热解通道的各高度位置与该高度处的煤释放出的气态热解产物量之间的关系，曲线II示例性表示热解通道的高度与气态热解产物累积量之间的关系；
[0033]图2为根据本发明的第二实施例的煤热解用热交换装置的示意图；
[0034]图3为根据本发明的第三实施例的煤热解用热交换装置的示意图；
[0035]图4为根据本发明的第四实施例的煤热解用热交换装置的示意图；
[0036]图5为根据本发明的第五实施例的煤热解用热交换装置的示意图，其中示出了固体热载体通道的溢流口；
[0037]图6为根据本发明的第五实施例的煤热解用热交换装置的另一种固体热载体引入方式的示意图。
【具体实施方式】`
[0038]下面详细描述本发明的实例性的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中相同或相似的标号表示相同或相似的元件。下面参考附图描述的实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0039]首先，需要专门指出的是，虽然本发明以煤为具体示例描述了热解系统和热解方法，但是，该热解系统和热解方法还可以应用于油页岩、干污泥以及生物质等含挥发分的固体含碳物料(尤其是粒径在0_12mm范围内)的热解。
[0040]如图1a中所示，根据本发明的煤热解用热交换装置包括:
[0041]固体热载体通道10，固体热载体A利用从所述固体热载体通道10下部通入的流化气体(图中以箭头R表示流化气体通入)以流态化状态在所述固体热载体通道10内流动；
[0042]热解通道20，煤B从上部加入，利用重力自上而下以流态化状态通过所述热解通道20，并发生热解反应；
[0043]其中，所述热解通道20与固体热载体通道10通过导热间壁30分隔开、且所述固体热载体A与所述热解通道内的煤B通过所述导热间壁30换热，煤B被加热、发生热解反应。
[0044]需要专门指出的是，固体热载体A以流化状态在固体热载体通道10内流动，这不仅表示固体热载体A可以流动通过该固体热载体通道10，也可表示固体热载体A (例如后文提到的惰性粒子)在固体热载体通道10内不停的流化返混，前者的固体热载体通道10可以为固体热载体的一个循环流动回路的一部分，而后者的固体热载体通道10大致对应于对于固体热载体而言大致封闭的容器。
[0045]如图1a中所示，所述热解通道20从下而上包括释尽段21、热解段22、加热段23，位于所述释尽段21、热解段22和加热段23中的煤分别呈移动床状态、微流化状态、流化状态。被添加到热解通道20中的煤首先落入加热段23，通过与热解通道内之前加入、已被加热的煤快速混合而被快速加热，煤中的部分挥发分开始析出；被加热的煤随后进入热解段22，充分发生热解反应，产生大量的气态热解产物；最后，在释尽段21中，大部分挥发分已释出的煤在该段中仍处于较高温度、并具有一定的停留时间，以使挥发分尽可能完全析出。
[0046]所述固体热载体通道10相应地包括固体热载体密相区11以及位于所述密相区11上方的固体热载体稀相区12。如图1a中所示，所述热解通道内的煤形成流化床床面24，所述固体热载体密相区的床面大体上与所述煤热解通道内的流化床床面24等高，或略低于后者。
[0047]所述加热段23和热解段22的位置与所述密相区11的位置大致对应。进一步有利的，所述释尽段21位于所述密相区11的下方而不与固体热载体通道10中的固体热载体A形成热交换。虽然没有示出，可选的，所述热解段的位置与所述密相区的位置大致对应，所述加热段的位置与所述稀相区的位置大致对应。
[0048]这里的位置上的对应表示“区”与“段”的高度大致相同，并且位于大致相同的水平高度。加热段23与热解段22的区分以物料的流态变化为标志，实际上两段中均为煤大量吸收热量、挥发分析出的过程，因此概括而言，热解通道20与固体热载体通道10之间的区段对应关系，需要满足的条件是:煤热解通道内的煤形成的流化床床面24 (即加热段23的流化床床面)不能显著的低于固体热载体密相区11的床面，否则从加热段23床面继续向上流动的气态热解产物将在固体热载体密相区11的剧烈加热作用下发生二次裂解，影响焦油的品质。因此，所述热解段22的位置与所述密相区的位置大致对应，所述加热段23的位置与所述稀相区12的位置大致对应，也是可选的方案之一。
[0049]煤从热解通道20的顶部加入，在重力作用下落入加热段23，然后依次进入热解段22和释尽段21。可以合理设计加热段与热解段的尺寸，使得煤热解过程中维持流态化状态，达到最佳效果。煤在因重力而下降的过程中，不断被加热，水分以及挥发分大量析出，到达热解段下部时，析出基本完毕，进入释尽段后经热解的煤(半焦)变成移动床，有利的，可以经冷却后排出。
[0050]煤在热解通道20内的停留时间依据挥发分析出所需的时间不同而有所不同，这可以通过在热解过程中通过温度测量来基本判断。可以调整热解通道的负荷及底部半焦排出量，使得加热段和热解段与固体热载体的密相区相对应。密相区上部的稀相区颗粒浓度低，换热效果减弱，正好避免气态热解产物中的焦油从顶部排出时温度过高而发生二次裂解。
[0051]在图1b中，加热段23对应于温度从200°C快速升温至600°C左右的段，热解段22对应于温度大致稳定在600°C左右的段，而释尽段21对应于温度在600°C左右略有下降的段。在煤加入、落入加热段的过程中，煤会被预加热、温度有所上升，并释放出少量的气态热解产物。气态热解产物主要从加热段23和热解段22中释出。这里的温度范围仅仅是示意性的，对于不同的煤种，该温度可能不同。[0052]如图1c中所示，在释尽段中，产生的气态热解产物很少，累积产生的气态热解产物也很少，从而半焦基本处于非流化的移动床状态。而在热解段中，大量的挥发分析出，形成气态的热解产物，从而使热解段中的煤处于微流化状态(可以理解的，在热解段下部的煤的流化程度较在热解段上部的煤的流化程度低)。由于从释尽段、热解段释放出的气态热解产物都经过加热段，因此在加热段中的煤基本上都处于流化状态。
[0053]在热解通道20内产生的气态热解产物足以维持热解段中的煤的微流化状态以及加热段中的煤的流化状态的情况下，不需要通入另外的流化气体，即，煤B利用热解通道20内产生的气态热解产物以自流化的状态通过所述热解通道20。
[0054]在热解通道20内产生的气态热解产物不足以维持热解段中的煤的微流化状态以及加热段中的煤的流化状态的情况下，或要求热解段和加热段流化更剧烈的情况下，可以在热解通道的下部通入另外的流化气体，即:煤B利用热解通道20内产生的气态热解产物以及从热解通道20下部通入的另外的流化气体以流化的状态通过所述热解通道20。有利的，所述另外的流化气体为热解气、氢气、甲烷或其它非氧化性气体。
[0055]虽然在图1a中示出热解通道包括加热段、热解段和释尽段，但是，在热解充分的情况下，也可以省去该释尽段。
[0056]有利的，所述煤发生热解反应，产生的气态热解产物从所述热解通道顶部排出。不过，产生的气态热解产物也可以从热解通道上部的侧面排出。
[0057]有利的，进入所述热解通道的煤的粒径在0-12mm之间(B卩小于12mm)。选择这样的粒径范围存在如下优点:有助于煤颗粒的流态化；有助于煤的热解。优选的，进入所述热解通道的煤先分选出较细的细粉，这有助于进一步降低气态热解产物中的含尘量；优选的进入热解通道的煤的粒径范围是0.l-12mm。由于本发明中使用煤的粒径在12mm以下，可以对粉煤进行有效热解。`
[0058]需要指出的是，以上关于煤热解用热交换装置的详细说明也适用于图2-5中示出的煤热解用热交换装置的变型例。
[0059]下面进一步描述煤热解用热交换装置的布置方式。
[0060]如图1a中所示，所述固体热载体通道10围绕所述热解通道20设置。
[0061]如图4中所示，所述热解通道20为布置在所述固体热载体通道10内的多根热解管20’。该多根热解管20’的上端还可以与共同的进料通道相通，该多根热解管20’的下端也可以与共同的出料通道相通。
[0062]虽然没有示出，热解通道20也可以围绕所述固体热载体通道10设置。
[0063]参见图2-3，所述固体热载体通道10和所述热解通道20的数量均至少为一个；且所述固体热载体通道10和所述热解通道20彼此大致平行并且彼此交替布置，相邻固体热载体通道10之间的空间形成一个热解通道20和/或相邻热解通道20之间的空间形成一个固体热载体通道10。在图2中，固体热载体通道10和热解通道20形成为类似“夹心饼干”的形式。在图3中，固体热载体通道10和热解通道20形成为多个“同心圆筒”的形式。
[0064]虽然没有示出，可以通过设计导热间壁30，例如使其具有梅花型横截面、在导热间壁上设置导热肋片等，使得导热间壁30的受热面积增大以加强换热效果。
[0065]固体热载体A可以是来自燃烧炉炉膛的热灰。所述固体热载体A也可为惰性粒子，所述固体热载体通道10内通入气体燃料、液体燃料或固体燃料，所述燃料在所述固体热载体通道10内燃烧，加热惰性粒子。在相同的体积浓度下，处于流态化条件的颗粒数反比于颗粒直径的三次方，当密相区颗粒粒径过大时，颗粒对热边界层扰动的频数偏低；当密相区颗粒粒径过小时，颗粒会在热边界层富集，减弱颗粒对热边界层的扰动，因此有利的，惰性粒子的粒径范围是0_2mm。
[0066]在所述固体热载体循环流过所述固体热载体通道的情况下，如图5中所示，所述固体热载体通道侧壁、密相区与稀相区之间的过渡段所对应的位置上，设置有溢流口 15，从而以溢流的方式从固体热载体通道10中排出固体热载体以保持稳定的密相区高度。除此之外，固体热载体的排出口也可以设在固体热载体通道10的下部，此时需要对料位进行监测，以保持稳定的密相区高度。在图5中，固体热载体A从固体热载体通道10的底部的开口 16引入，不过，固体热载体A也可以从固体热载体通道10的上部引入；此外，引入的方式不限于开口，也可以使用管道直接通入，如图6所示。
[0067]稳定的密相区高度有助于在加热段和热解段中的煤稳定的被加热，并维持热解反应的稳定进行。
[0068]下面描述根据本发明的煤热解方法。该方法包括如下步骤:
[0069]在固体热载体通道10底部通入流化气体(如图中箭头R所示)，使得固体热载体A以流态化状态在固体热载体通道10中流动；
[0070]向利用导热间壁30与固体热载体通道10分隔开的热解通道20内供给煤B，其中，所述煤利用重力自上而下以流态化状态通过所述热解通道20，所述固体热载体A与所述热解通道内的煤B通过导热间壁30换热，使煤被加热、发生热解反应。[0071]有利的，所述煤热解方法还包括步骤:向所述固体热载体通道内加入燃料，使其燃烧，加热固体热载体。可选的，所述燃料为气体燃料、液体燃料或固体燃料，所述固体热载体为惰性粒子。此时，通入的燃料燃烧后不需要形成固态的灰渣(例如采用碳粉作为燃料)，即燃料燃烧只为加热惰性粒子提供热量，而并不产生固体热载体。另一种选择是，所述燃料为固体颗粒燃料，所述固体热载体包括燃料颗粒及其固态燃烧产物，此时，有利的，所述固体热载体还包括惰性粒子；这意味着燃料燃烧不仅为加热固体热载体提供热量，同时也不断形成固体热载体；固体热载体可以仅仅是固体颗粒燃料燃烧产生的灰渣，也可以包括另外添加的惰性粒子。当然，固体热载体的热量也可以来自固体热载体通道外部的其它热源。
[0072]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化。本发明的适用范围由所附权利要求及其等同物限定。
【权利要求】
1.一种固体含碳物料热解用热交换装置，包括: 固体热载体通道，固体热载体利用从所述固体热载体通道下部通入的流化气体以流态化状态在所述固体热载体通道内流动； 热解通道，颗粒状的含挥发分的固体含碳物料从上部加入，利用重力自上而下以流态化状态通过所述热解通道，并发生热解反应； 其中，所述热解通道与固体热载体通道通过导热间壁分隔开、且所述固体热载体与所述热解通道内的固体含碳物料通过所述导热间壁换热，固体含碳物料被加热、发生热解反应。
2.根据权利要求1所述的固体含碳物料热解用热交换装置，其中: 所述固体热载体通道包括固体热载体密相区以及位于所述密相区上方的固体热载体稀相区； 所述热解通道内的固体含碳物料形成流化床床面， 其中，所述固体热载体密相区的床面大体上与所述流化床床面等高，或略低于所述流化床床面。
3.根据权利要求2所述的固体含碳物料热解用热交换装置，其中: 所述热解通道自下而上包括热解段和加 热段，位于所述热解段和加热段中的固体含碳物料分别呈微流化状态和流化状态。
4.根据权利要求3所述的固体含碳物料热解用热交换装置，其中: 所述热解段和加热段的位置与所述密相区的位置大致对应。
5.根据权利要求3所述的固体含碳物料热解用热交换装置，其中: 所述热解段的位置与所述密相区的位置大致对应，所述加热段的位置与所述稀相区的位置大致对应。
6.根据权利要求2所述的固体含碳物料热解用热交换装置，其中: 所述热解通道从下而上包括释尽段、热解段、加热段，位于所述释尽段、热解段和加热段中的固体含碳物料分别呈移动床状态、微流化状态、流化状态。
7.根据权利要求6所述的固体含碳物料热解用热交换装置，其中: 所述热解段和加热段的位置与所述密相区的位置大致对应。
8.根据权利要求7所述的固体含碳物料热解用热交换装置，其中: 所述释尽段位于所述密相区的下方而不与固体热载体通道中的固体热载体通过导热间壁形成热交换。
9.根据权利要求6所述的固体含碳物料热解用热交换装置，其中: 所述热解段的位置与所述密相区的位置大致对应，所述加热段的位置与所述稀相区的位置大致对应。
10.根据权利要求1所述的固体含碳物料热解用热交换装置，其中: 所述固体含碳物料发生热解反应，产生的气态热解产物从所述热解通道上部排出。
11.根据权利要求1所述的固体含碳物料热解用热交换装置，其中: 所述固体含碳物料利用热解通道内产生的气态热解产物以自流化的状态通过所述热解通道。
12.根据权利要求1所述的固体含碳物料热解用热交换装置，其中:所述固体含碳物料利用热解通道内产生的气态热解产物以及从热解通道下部通入的另外的流化气体以流化的状态通过所述热解通道。
13.根据权利要求12所述的固体含碳物料热解用热交换装置，其中: 所述另外的流化气体为热解气、氢气、甲烷或其它非氧化性气体。
14.根据权利要求1所述的固体含碳物料热解用热交换装置，其中: 进入所述热解通道的固体含碳物料的粒径在0-12mm之间。
15.根据权利要求14所述的固体含碳物料热解用热交换装置，其中: 进入所述热解通道的固体含碳物料的粒径范围是0.l-12mm。
16.根据权利要求1-15中任一项所述的固体含碳物料热解用热交换装置，其中: 所述固体热载体通道围绕所述热解通道设置。
17.根据权利要求16所述的固体含碳物料热解用热交换装置，其中: 所述热解通道为布置在所述固体热载体通道内的多根热解管。
18.根据权利要求1-15中任一项所述的固体含碳物料热解用热交换装置，其中: 所述热解通道围绕所述固体热载体通道设置。
19.根据权利要求1-15中任一项所述的固体含碳物料热解用热交换装置，其中: 所述固体热载体通道和所述热解通道的数量均至少为一个；且 所述固体热载体通道和所述热解通道彼此大致平行并且彼此交替布置，相邻固体热载体通道之间的空间形成一个热解通道和/或相邻热解通道之间的空间形成一个固体热载体通道。
20.根据权利要求1-15中任一项所述的固体含碳物料热解用热交换装置，其中: 所述固体热载体为惰性粒子，所述固体热载体通道内通入燃料，所述燃料在所述固体热载体通道内燃烧，加热惰性粒子。
21.根据权利要求20所述的固体含碳物料热解用热交换装置，其中: 所述惰性粒子的粒径范围是0-2mm。
22.根据权利要求1-15中任一项所述的固体含碳物料热解用热交换器，还包括: 冷却装置，所述冷却装置布置在所述热解通道的下方用于冷却固体含碳物料热解后从热解通道排出的固体产物。
23.根据权利要求1-15中任一项所述的固体含碳物料热解用热交换装置，其中: 所述固体热载体循环流过所述固体热载体通道，且所述固体热载体通道的侧壁设置有溢流口，从而以溢流的方式从固体热载体通道中排出固体热载体以保持稳定的密相区高度。
24.根据权利要求1-15中任一项所述的固体含碳物料热解用热交换装置，其中: 所述固体含碳物料为煤、油页岩、干污泥或生物质颗粒。
25.一种固体含碳物料热解方法，包括步骤: 在固体热载体通道底部通入流化气体，使得固体热载体以流态化状态在固体热载体通道中流动； 向利用导热间壁与固体热载体通道分隔开的热解通道内供给颗粒状含挥发分的固体含碳物料，其中，所述固体含碳物料利用重力自上而下以流态化状态通过所述热解通道，所述固体热载体与所述热解通道内的固体含碳物料通过导热间壁换热，使固体含碳物料被加热、发生热解反应。
26.根据权利要求25所述的固体含碳物料热解方法，还包括步骤: 向所述固体热载体通道内加入燃料，使其燃烧，加热固体热载体。
27.根据权利要求26所述的固体含碳物料热解方法，其中: 所述燃料为气体燃料、液体燃料或固体燃料，所述固体热载体为惰性粒子。
28.根据权利要求26所述的固体含碳物料热解方法，其中: 所述燃料为固体颗粒燃料，所述固体热载体包括燃料颗粒及其固态燃烧产物。
29.根据权利要求28所述的固体含碳物料热解方法，其中: 所述固体热载体还包括惰性粒子。
30.根据权利要求25所述的固体含碳物料热解方法，其中: 固体热载体的热量来自固体热载体通道外部的热源。
31.根据权利要求25-30中任一项所述的固体含碳物料热解方法，其中: 所述固体含碳物料为煤、油页岩或干污泥。
【文档编号】C10B53/02GK103666502SQ201210324247
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月4日 优先权日:2012年9月4日
【发明者】吕清刚, 朱治平, 于旷世, 高鸣, 向飞, 那永洁, 刘秀如, 孟广军 申请人:中国科学院工程热物理研究所