热解反应系统的制作方法

本实用新型涉及热解反应技术领域，尤其涉及一种热解反应系统。

背景技术：

褐煤快速热解反应后得到热解油气和半焦，相关技术中，褐煤在热解反应系统中进行热解反应后得到的热解气中的氢气和碳氢化合物的产率较低，热解气的品质不高。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种热解反应系统，所述热解反应系统，通过设置提氢装置使得物料热解反应后所得到的热解气中的氢气和碳氢化合物的产率高，从而可以提高热解气的品质。

根据本实用新型实施例的热解反应系统，所述热解反应系统具有第一进料口和第二进料口，所述热解反应系统包括：热解炉体，所述第一进料口设在所述热解炉体上；加热管，所述加热管伸入到所述热解炉体内以对所述热解炉体内的物料提供热解热量；混合部件，所述混合部件包括混合炉体和混合器，所述混合炉体设在所述热解炉体的下方且与所述热解炉体连通以接收所述热解炉体排出的热解后的物料，所述混合炉体设有出料口，所述第二进料口设在所述热解炉体或者所述混合炉体上且位于所述加热管和所述混合器之间，所述混合器用于混合从所述热解炉体和所述第二进料口排入到所述混合炉体内的物料，所述热解炉体和/或所述混合炉体上设有热解气出口，所述热解炉体和/或所述混合炉体上设有氢气进口；除尘装置，所述除尘装置包括除尘进口、第一除尘出口和第二除尘出口，所述除尘进口与所述热解气出口连通；油气分离装置，所述油气分离装置包括油气分离进口、第一油气分离出口和第二油气分离出口，所述油气分离进口与所述第一除尘出口连通；净化装置，所述净化装置包括净化进口和净化出口，所述净化进口与所述第一油气分离出口连通；用于提取氢气的提氢装置，所述提氢装置包括提氢进口、第一提氢出口和第二提氢出口，所述提氢进口与所述净化出口连通，所述第一提氢出口与所述氢气进口连通。

根据本实用新型实施例的热解反应系统，利用除尘装置、油气分离装置和净化装置对热解气出口排出的热解气进行除尘、油气分离和净化后得到纯净的热解气，并利用用于提取氢气的提氢装置将热解气中的氢气提取，并将提取的氢气再次通入热解炉体和/或所述混合炉体内，从而可以大大提高物料热解反应中氢气、碳氢化合物的产率，从而提高热解气的品质。

另外，根据本实用新型实施例的热解反应系统，还可以具有如下附加技术特征：

根据本实用新型的一些实施例，所述混合器包括多个挡板，所述多个挡板设在所述混合炉体的内周壁上，每个所述挡板的自由端沿朝向所述混合炉体的中心轴线的方向向下倾斜延伸，至少两个所述挡板的自由端朝向彼此延伸且在竖直方向上错位设置。

可选地，所述混合炉体内设有两组挡板组，每组所述挡板组包括至少两个在竖直方向上间隔设置的挡板，所述两组挡板组的挡板的自由端朝向彼此延伸，所述两组挡板组的所述挡板的自由端在竖直方向上交错设置。

可选地，自由端错位设置的两个所述挡板的错位距离与所述挡板的长度之间的比值的取值范围为1/10-1/5。

可选地，每个所述挡板与所述混合炉体的侧壁之间夹角的取值范围为30°-75°。

根据本实用新型的一些实施例，所述热解炉体和所述混合炉体之间的长度比为2:3-5:4。

可选地，所述热解反应系统还包括振动装置，所述振动装置与每个所述挡板相连以驱动每个所述挡板振动。

在本实用新型的一个实施例中，所述除尘装置包括彼此串联的一级除尘装置和二级除尘装置。

可选地，所述一级除尘装置和所述二级除尘装置均为旋风分离器。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型实施例的热解反应系统的结构示意图；

图2是图1中所示的热解反应系统的部分结构示意图。

附图标记：

热解反应系统100；

热解炉体1；第一进料口11；第二进料口12；出料口13；热解气出口14；氢气进口15；

加热管2；燃气进口21；空气进口22；烟气出口23；

混合部件3；混合炉体31；混合器32；挡板组321；挡板3211；

提氢装置4；提氢进口41；第一提氢出口42；第二提氢出口43；

除尘装置5；一级除尘装置51；二级除尘装置52；

油气分离装置6；净化装置7；驱动装置8；加料斗9；

干燥器200；螺旋输送机300；螺旋进料机400；半焦收集罐500；储油罐600；储气罐700。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图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。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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实用新型中的具体含义。

下面参考图1-图2描述根据本实用新型实施例的热解反应系统100。该热解反应系统100可以用于褐煤等物料的快速热解。

如图1-图2所示，根据本实用新型实施例的热解反应系统100具有第一进料口11和第二进料口12，热解反应系统100包括：热解炉体1、加热管2、混合部件3、用于提取氢气的提氢装置4、除尘装置5、油气分离装置6和净化装置7。

具体而言，第一进料口11设在热解炉体1上，加热管2伸入到热解炉体1内以对热解炉体1内的物料提供热解热量。由此可知，物料通过第一进料口11进入到热解炉体1内后，热解炉体1内的加热管2为物料提供热量以使物料在热解炉体1内进行充分的热解，物料热解后形成油气和高温半焦。

混合部件3包括混合炉体31和混合器32，混合炉体31设在热解炉体1的下方且与热解炉体1连通以接收热解炉体1排出的热解后的物料(这里所说的物料即为上述的热解炉体1内热解产生的高温半焦)，混合炉体31设有出料口13，第二进料口12设在热解炉体1或者混合炉体31上且位于加热管2和混合器32之间，混合器32用于混合从热解炉体1和第二进料口12排入到混合炉体31内的物料，即混合器32将热解炉体1排出的热解后的半焦产物和从第二进料口12排入的新的物料进行混合，使得从热解炉体1排入到混合炉体31内的高温半焦释放自身显热，从第二进料口12进入到混合炉体31内的物料吸收其释放的热量并进行热解，热解后形成的半焦产物及释放自身显热后的半焦产物落入到混合炉体31上的出料口13并从出料口13排出热解反应系统100。由此，充分地利用热解炉体1内物料热解后产生的高温半焦产物自身的显热，从而有效地降低了系统的能耗，提高了热解焦油的产率。

热解炉体1和/或混合炉体31上设有热解气出口14，即热解气出口14可以仅设在热解炉体1，也可以仅设在混合炉体31上，或者在热解炉体1和混合炉体31上均设有热解气出口14，热解炉体1和/或混合炉体31上设有氢气进口15，即氢气进口15可以仅设在热解炉体1上，也可以仅设在混合炉体31上，或者在热解炉体1和混合炉体31上均设有氢气进口15，由于热解炉体1和混合炉体31彼此连通，热解气出口14和氢气进口15分别设于热解炉体1和混合炉体31中的任意一个上时，热解炉体1和混合炉体31内热解产生的热解气均可以通过热解气出口14排出，氢气通过氢气进口15进入后可以扩散至热解炉体1和混合炉体31内。

除尘装置5包括除尘进口、第一除尘出口和第二除尘出口，除尘进口与热解气出口14连通，物料在热解炉体1和混合炉体31内热解产生的热解气通过热解气出口14排出热解炉体1和混合炉体31，并通过除尘进口进入除尘装置5内，由热解气出口14排出的热解气在除尘装置5内进行除尘以分离出混合在热解气中的半焦产物，分离出半焦的热解气通过第一除尘出口排出除尘装置5，分离出来的半焦通过第二除尘出口排出除尘装置5，可选地，如图1所示，第二除尘出口可以连接半焦收集罐500，以将除尘装置5分离出的半焦产物收集起来以备后续工艺处理。

油气分离装置6包括油气分离进口、第一油气分离出口和第二油气分离出口，油气分离进口与第一除尘出口连通，由第一除尘出口排出的热解气通过油气分离进口进入油气分离装置6内进行油气分离，以分离出混合在热解气中的油液，分离出油液后的热解气通过第一油气分离出口排出油气分离装置6，分离出来的油液通过第二油气分离出口排出油气分离装置6，可选地，如图1所示，第二油气分离出口可以连接储油罐600，以将分离出来的油液储存在储油罐600内，以备后续工艺处理。

净化装置7包括净化进口和净化出口，净化进口与第一油气分离出口连通，由第一油气分离出口排出的热解气通过净化进口进入净化装置7内进行净化处理，以除去热解气中的杂质和有害气体，以得到纯净的热解气，纯净的热解气通过净化出口排出净化装置。

用于提取氢气的提氢装置4，提氢装置4包括提氢进口41、第一提氢出口42和第二提氢出口43，提氢进口41与净化出口连通，第一提氢出口42与氢气进口15相连。由净化出口排出的纯净的热解气通过提氢进口41进入提氢装置4中，提氢装置4提取的氢气通过第一提氢出口42排出提氢装置4，并通过与第一提氢出口42连通的氢气进口15进入热解炉体1和混合炉体31内。提取氢气后的剩余气体通过第二提氢出口43排出提氢装置4，可选地，第二提氢出口43可以连接储气罐700以将提取氢气后剩余的热解气收集在储气罐700内以被后续工艺处理。

根据本实用新型实施例的热解反应系统100，利用除尘装置5、油气分离装置6和净化装置7对热解气出口14排出的热解气进行除尘、油气分离和净化后得到纯净的热解气，并利用用于提取氢气的提氢装置4将热解气中的氢气提取，并将提取的氢气再次通入热解炉体1和/或所述混合炉体31内，可以大大提高物料热解反应中氢气、碳氢化合物的产率，从而提高热解气的品质。

可选地，热解气出口14可以为多个，多个热解气出口14在热解炉体1和混合炉体31的侧壁上间隔分布。从而能够提高热解气导出效率。优选地，多个热解气出口14外接热解气管道(图未示出)，多个热解气管道将热解气导向同一个热解气总出口(图未示出)。从而使热解反应系统100的结构简单，工作效率高。

优选地，如图1所示，除尘装置5可以包括多级除尘装置5，例如图1中所示，热解气出口14和提氢进口41之间设有彼此串联的一级除尘装置51和二级除尘装置52，具体地，一级除尘装置51和二级除尘装置52均包括除尘进口、第一除尘出口和第二除尘出口，一级除尘装置51的除尘进口与热解气出口14连通，一级除尘装置51的第一除尘出口与二级除尘装置52的除尘进口连通，二级除尘装置52的第一除尘出口与油气分离装置6的油气分离进口连通，一级除尘装置51和二级除尘装置52的第二除尘出口均可以与半焦收集罐500相连，由此，由热解气出口14排出的热解气首先进入一级除尘装置51内进行除尘以除去混合在热解气中的半焦，在一级除尘装置51内除尘完成后的热解气接着进入二级除尘装置52内进行进一步除尘，除尘得到的清洁的热解气再进入油气分离装置6和净化装置7内进行油气分离和净化处理，通过设置多级除尘装置5，使得除尘效果更好，由此使得进入提氢装置4内的热解气更加清洁。可选地，一级除尘装置51和二级除尘装置52可以均为旋风分离器，结构简单、成本低且除尘效果好。

在图1所示的示例中，提氢装置4的第一提氢出口42和氢气进口15之间设有驱动装置8(例如引风机)，以驱动氢气由第一提氢出口42朝向氢气进口15流动，保证氢气顺利、快速地进入热解炉体1和混合炉体31内，提高物料热解反应产生的热解气的品质。

在本实用新型的一个实施例中，如图2所示，加热管2为蓄热式辐射管。从而使加热管2的热效率高、运行稳定、可靠性高。可以理解的是，当加热管2为蓄热式辐射管时，热解炉体1上还设有燃气进口21、空气进口22和烟气出口23，从而可以保证蓄热式辐射管内的热效率和可靠性，进而保证加热管2为热解炉体1内的物料提供充分的热量以热解。其中蓄热式辐射管的管壁的温度通过燃气调节阀(图未示出)控制。

在本实用新型的一个实施例中，如图1和图2中所示，混合器32包括多个挡板3211，多个挡板3211设在混合炉体31的内周壁上，每个挡板3211的自由端沿朝向混合炉体31的中心轴线的方向向下倾斜延伸，至少两个挡板3211的自由端朝向彼此延伸且在竖直方向上错位设置。热解炉体1内的物料热解后产生的高温半焦产物沿着热解炉体1排入到混合炉体31内后与从第二进料口12进入到混合炉体31内的物料被混合炉体31上的多个挡板3211承接并沿着挡板3211向下运动，在运动的过程中高温的半焦产物和从第二进料口12排入到混合炉体31内的物料在倾斜的挡板3211的作用下混合，使得从热解炉体1排入到混合炉体31内的高温的半焦产物释放自身显热，从第二进料口12进入到混合炉体31内的物料吸收其释放的热量并进行热解，热解后形成的半焦产物及释放自身显热后的半焦产物落入到混合炉体31上的出料口13并从出料口13排出热解反应系统100。混合器32结构简单、生产制造成本低。

根据本实用新型的一些实施例，混合炉体31内设有两组挡板组321，每组挡板组321包括至少两个在竖直方向上间隔设置的挡板3211，两组挡板组321的挡板3211的自由端朝向彼此延伸，两组挡板组321的挡板3211的自由端在竖直方向上交错设置。由此可知，两组挡板组321的结构设置能够保证从热解炉体1排入到混合炉体31内的高温的半焦产物和从第二进料口12排入到混合炉体31内的物料在两组挡板组321上流动的时间，增强高温的半焦产物与物料的混合效果，进而有利于提高热解反应系统100热解效率。

可选地，每组挡板组321的相邻的两个挡板3211之间的间隔为100mm-500mm，例如每组挡板组321的相邻的两个挡板3211之间的间隔可以为100mm、200mm、250mm或500mm等，由此能够为混合炉体31内物料热解后产生的油气的排出提供了有效的空间，进而提高热解反应系统100的热解效率。

可选地，自由端错位设置的两个挡板3211的错位距离与挡板3211的长度之间的比值的取值范围为1/10-1/5时，由此能够保证从热解炉体1排入到混合炉体31内的高温的半焦产物和从第二进料口12排入到混合炉体31内的物料之间更加充分的混合，从而使得换热更加充分，热量回收效率更高。

在本实用新型的一个可选示例中，自由端错位设置的两个挡板3211的长度不同。从而有利于从热解炉体1排入到混合炉体31内的高温的半焦产物和从第二进料口12排入到混合炉体31内的物料在挡板3211上反复接触、均匀混合，进而使从第二进料口12进入到混合炉体31内的物料更加充分地吸收从热解炉体1排入到混合炉体31内的高温的半焦产物释放的自身显热以进行热解，提高混合炉体31内的热解效率。

进一步地，当自由端错位设置的两个挡板3211的长度比值为1.2-1.5时，能够保证从第二进料口12进入到混合炉体31内的物料充分地吸收从热解炉体1排入到混合炉体31内的高温的半焦产物释放的自身显热，进而保证热解反应系统100的热解焦油的产率。

可选地，每个挡板3211与混合炉体31的侧壁之间夹角的取值范围为30°-75°，即每个挡板3211与混合炉体31的侧壁之间夹角大于或等于30°且小于或等于75°，例如可以为30°、40°、45°、50°、55°、60°或75°等，优选地，每个挡板3211与混合炉体31的侧壁之间夹角为60°，由此能够在一定程度上控制每个挡板3211上从热解炉体1排入的高温的半焦产物和从第二进料口12排入到混合炉体31内的物料向出料口13运动的速度，使混合炉体31内的物料热解地更加充分，提高热解反应效率。优选地，热解炉体1和混合炉体31之间的长度比为2:3-5:4，由此可以保证热解炉体1和混合炉体31的热解反应更加充分。

混合炉体31的内壁上可以设有保温材料件，保温材料件可以为岩棉件，即保温材料件可以由岩棉材料制造而成，但并不限于此，在混合炉体31的内壁上设置保温材料件，从而有利于避免从热解炉体1排入到混合炉体31内的高温的半焦产物的热量从混合炉体31的内周壁向外散出，进而提高了混合炉体31的保温效果，能够在一定程度上提高混合炉体31内物料的热解效率。挡板3211可以为不锈钢板，从而能够保证挡板3211的耐高温和耐腐蚀性能，提高热解反应系统100的可靠性。

在本实用新型的一个实施例中，热解反应系统100还包括振动装置(图未示出)，振动装置与每个挡板3211相连以驱动每个挡板3211振动。从而可知，每个挡板3211在振动装置的驱动下可发生高频振动，使得每个挡板3211上的从热解炉体1排入到混合炉体31内的高温的半焦产物和从第二进料口12排入到混合炉体31内的物料在挡板3211的振动作用下能够混合地更加均匀，进而提高热解反应系统100的热解焦油的产率。同时高频振动的挡板3211还能够有效地避免混合炉体31内的半焦产物和物料由于内摩擦、带电和成分偏析等原因在挡板3211上堆积而堵塞混合炉体31，进而在一定程度上提高热解反应系统100的可靠性。

具体地，振动装置包括多个振动杆(图未示出)和电机(图未示出)，多个振动杆分别与电机相连，多个振动杆与多个挡板3211一一对应设置，每个挡板3211安装在相应的振动杆上，振动装置通过每个振动杆的轴向运动把振动力传递给相应的挡板3211以驱动每个挡板3211振动，振动装置结构简单且运动可靠性高。

可选地，热解反应系统100还可以包括螺旋输送机300，螺旋输送机300设在出料口13处。从而可以将出料口13处的半焦产物输送至热解反应系统100的外部，例如输送至半焦收集罐500内，通过设置螺旋输送机300可以将半焦产物自动输出，由此可以简化热解反应工艺，提高热解反应效率。

如图1所示，第一进料口11和第二进料口12分别设有螺旋进料机400，螺旋进料机400连接加料斗9和第一进料口11和第二进料口12，由此通过螺旋进料机400可以将加料斗9内的物料自动输送至热解炉体1和混合炉体31内，由此可以简化热解反应工艺，提高热解反应效率。热解反应系统100还包括用于对物料原料进行干燥的干燥器200，物料在干燥器200内干燥完后再储存至加料斗9内，由此可以提高热解反应效率。可选地，干燥器200可以为提升管干燥器200，结构简单、成本低，干燥效率好。

下面结合褐煤热解的具体示例进行说明。其中：表1为大雁褐煤原料的煤质分析；表2为大雁褐煤进行快速热解的工艺操作参数；表3为分别采用现有技术中的热解反应系统(没有氢气循环过程)和本申请一个实施例的热解反应系统100(具有氢气循环过程)对褐煤进行热解所得到的热解气中各成分含量，具体地，所述热解反应系统100包括上述的热解炉体1、加热管2、混合部件3、提氢装置4、除尘装置5、油气分离装置6、净化装置7和振动装置8，所述除尘装置5包括相互串联的一级除尘装置51和二级除尘装置52，且一级除尘装置51和二级除尘装置52均为旋风分离器，混合部件3包括混合炉体31和混合器32，混合器32包括多个挡板3211，振动装置与每个挡板相连以驱动每个挡板振动。

表1大雁褐煤煤质分析

表2工艺操作参数与物料平衡

表3热解气主要成分含量

通过表3可以得出：与在现有技术中的热解反应系统中的热解反应相比，大雁褐煤在本申请一个实施例的热解反应系统100中热解后产生的热解气中的H₂、CH₄、C₂H₄和C₃H₆的产率提高了10％。

根据本实用新型实施例的热解反应系统的热解反应方法，所述热解反应系统为根据本实用新型上述实施例的热解反应系统100，所述热解反应方法包括如下步骤：

S1：通过第一进料口11将物料输送至热解炉体1内，控制加热管2工作以对热解炉体1内的物料提供热解热量，并且通过除尘装置5、油气分离装置6和净化装置7依次接收从热解气出14口排出的热解气，具体地，通过第一进料口11进入热解炉体1内的物料在热解炉体1内热解后产生半焦和热解气，半焦向下排入混合炉体31内，热解气由热解气出口14首先排入除尘装置5内除去混合在热解气中的半焦后，再进入油气分离装置6内进行油气分离除去混合在热解气中的油液，接着再进入净化装置7内进行净化处理除去热解气中的杂质和有害气体，以得到纯净的热解气；

S2：在预定时间后通过第二进料口12将物料输送至混合炉体31内，控制混合器32工作以混合从热解炉体1和第二进料口12排入到混合炉体31内的物料，并且通过除尘装置5、油气分离装置6和净化装置7依次接收从热解气出口14排出的热解气，预定时间可以根据实际需要进行设定，例如可以在热解炉体1内热解产生的半焦进入混合炉体31后，再通过第二进料口12将物料输送至混合炉体31内，从热解炉体1排入到混合炉体31内的物料(这里所说的物料指的是热解炉体1内热解产生的半焦)为从第二进料口12排入到混合炉体31内的物料(这里所说的物料指的是所需进行热解的原料)提供热解热量，以使从第二进料口12排入到混合炉体31内的物料在混合炉体31内进行热解，热解产生的热解气由热解气出口14首先排入除尘装置5内除尘，除去混合在热解气中的半焦后，再进入油气分离装置6内进行油气分离除去混合在热解气中的油液，接着再进入净化装置7内进行净化处理除去热解气中的杂质和有害气体，以得到纯净的热解气；

S3：通过提氢装置4接收由净化装置7内排出的纯净的热解气，并将热解气中的氢气提取出来；

S4：将由提氢装置4提取出来的氢气通过氢气进口15重新导入热解炉体1和/或混合炉体31内。

根据本实用新型实施例的热解反应系统的热解反应方法，利用除尘装置5、油气分离装置6和净化装置7对热解气出口14排出的热解气进行除尘、油气分离和净化后得到纯净的热解气，并且利用提氢装置4将纯净的热解气中的氢气提取出来，并将提取的氢气再次通入热解炉体1和/或混合炉体31内，从而可以大大提高物料热解反应中氢气、碳氢化合物的产率，从而提高热解气的品质。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。