一种基于气燃原理的新型干馏装置的制作方法

本发明涉及一种干馏装置，尤其涉及一种基于气燃原理的新型干馏装置，属于煤炭及油页岩的加工技术领域。

背景技术：

煤炭属于化石类不可再生能源，从上个世纪开始，就是我国重要的能源矿产品种，在我国的经济社会发展过程中，发挥了重要的支撑作用。煤炭的利用主要在集中在燃烧发电、焦炭制造、居民取暖、煤化工等方面。随着当今环保新形势的快速发展以及新能源行业的崛起，包括煤炭在内的化石能源在国民经济中的比重不断趋减，并且随着新技术的出现，煤炭的新型利用方式也得到长足的发展。油页岩也是我国重要的能源矿产品种，主要分布在东三省、山东、新疆、甘肃等地，其用途除了直接燃烧发电外，主要是干馏(热解)制取页岩油及干馏气、半焦副产品。其他类的固体能源矿产也有类似的工艺路线。

在上述能源矿产的利用方式中，干馏(热解)工艺是一种重要的工艺路线，对煤炭及型煤而言，其主要目的是获取兰炭或者焦炭等固体产品，焦油和煤气为副产品；以油页岩为原料时，主要目的是获取页岩油等液体能源和化工产品，而半焦和干馏气为副产品。尽管已出现对此类矿产进行地下原位干馏的技术，但出于环保、投资考虑，地下原位干馏属于不成熟的工艺技术。因此，上述矿产的干馏过程，仍需要在地面，运用装置进行处理。

在地面，固体能源矿产在装置内的干馏工艺可大致分为干馏过程与出焦过程。干馏过程是指在隔绝空气的情况下，对煤炭、油页岩及其他矿产采用高温、中温或低温的方式加热，以最终分别获得固体、液体和气体产品。出焦过程即指对干馏后的高温焦炭类固体产品进行降温冷却，并排出装置以外。广义上的干馏工艺还包括油品回收、物料运输等辅助环节。

实现反应的炉型是干馏工艺的主要和核心装置，通常称为干馏炉，大致可分为直立式炉和非直立式炉装置，直立式炉目前占主导地位，非直立式炉如卧式炉等应用较少。按照干馏工艺的基本原理，直立式炉一般自上而下分别设立干馏阶段和出焦阶段结构，两阶段可进行一体化炉体设计。干馏炉内固体物料的移动和排出，需要设置排料的动力机构实现，同时，因为反应装置系统(干馏炉)内始终存在气体，因此干馏炉在考虑干馏和出焦的同时，必须兼顾对系统内的气体实施密封。

目前，国内对煤炭及油页岩等矿产品种的热解、干馏、炼焦处理工艺装置简介如下：

(1)机械化焦炉。机械化焦炉主要运用在煤炭炼焦行业，广泛分布于钢铁厂和炼焦厂，该装置结构复杂、庞大，投资及运行成本较高。该炉采用煤气燃烧、间接供热、燃炭室分离方式对煤炭提供热量进行干馏炼焦，但产生的烟气需要外排，对烟气治理和环保造成较大的压力。另外，以炼焦为目的的机械焦炉装置，采用的是高温条件下(1000℃左右)的干馏工艺路线，主要对煤炭进行干馏制焦炭，但在中低温干馏条件下(500—800℃)存在一定的局限性，无法对油页岩这种以产油为主要目的矿产进行有效的干馏处理，对型煤的干馏也存在缺陷，因此具有一定的原料局限性。

(2)干馏方炉装置属于直立炉型的一种，主要用于干馏处理块状煤炭。其特点是采用气燃气体载体、内热工作方式，炉内外结构均呈方形立体分布，因此炉内干馏部位也采用方形花墙布气。其缺点是气流在炉内分布不均、原料在边角处易形成死角，气、固体易产生边角负面效应。方炉主要用途是对块状煤炭干馏制造兰炭，对于粉末煤炭制成的型煤无法做到有效干馏处理，因为，型煤等原料是由末煤添加粘结剂等助剂制成，在炉内上部的高低温转换发生胶质层反应阶段，容易出现型煤原料膨胀、粘连、破碎等问题。

(3)油页岩干馏炉也属于直立炉型的一种，多以处理油页岩为主。炉内外部均为圆柱形结构，因此炉内干馏布气花墙也为环形分布。该炉采用加热炉的外部供热方式，为干馏炉干馏提供热量。加热炉燃烧需要向大气排放烟气，需要设置废气治理系统。目前的油页岩干馏气燃烧所排放的烟气治理技术尚不成熟，因此环保压力较大。与干馏方炉类似，油页岩干馏炉处理型煤比较困难。

(4)出焦工艺结构。出焦过程可以认为是干馏过程的后续过程，是干馏过程不可缺少的环节，通常在装置结构方面，通常被设计成与干馏过程形成一体化装置。出焦过程通常是几种工艺的组合，包括物料的降温、物料排出、气体密封等过程的实现。

干馏工艺的出焦大致可分为干式排焦和湿式排焦两种，湿式出焦采用水封、水冷却技术，即干馏炉下部采用清水进行系统密封，高温成品在炉内热解完成后，落入水中进行冷却，冷却后运用皮带或刮板排出，清水同时起到对系统的气体进行密封作用；干式出焦技术不使用水直接冷却，主要采用间接冷却及其他方式对物料进行降温，多采用物料密封、星型卸料等方式对系统气体进行密封。

两种出焦技术的优劣性对比。

①湿式出焦：优点是工艺简单，操作于维护保养方便，投资少，对系统的气体密封效果好。缺点：高温固体产品与冷水直接接触降温，对产品破坏作用较大；降温产生蒸汽进入大气，水、蒸汽、热量被浪费的同时，还污染了环境；被降温后的产品被动含大量水分(最高可达30％以上)，需要对产品进行烘干处理，额外增加工艺复杂性与成本。

②干式出焦：优点是不用水直接进行产品降温，因而可以大幅度降低水量的消耗，减少水与高温产品直接接触而产生的蒸汽，减少大气排放，环保节能效果好，产成品水含量少，质量稳定，后期无需进行烘干，可降低后续成本。缺点是换热效率较低，一般需要多级换热降温，另外，由于无法采用水密封方式，因此对炉装置的其他密封技术要求较高。

③目前行业应用现状。在煤炭及油页岩干馏(热解)行业中，传统的出焦方式多采用湿式出焦，近几年，随着环保节能的要求逐步提高，湿式出焦方式正逐步被干式出焦所替代。

气燃原理，指的是充分利用干馏产生的煤气，对煤气进行燃烧，利用燃烧释放的热量，对煤炭等矿产原料干馏或焦化，根据燃烧的位置不同，气燃可分为内部气燃和外部气燃，前者主要在干馏炉内燃烧，直接为原料供热，后者需要在单独的加热炉内燃烧，以间接方式为干馏提供热量。气燃方式主要应用于块、球状原料。相对于气燃工作方式，半焦固体燃烧提供热量也是一种干馏方式，但该方式主要应用于干馏粉末状、小颗粒状原料，受技术制约，该方式目前在行业内应用较少。但颗粒、粉末状原料可以加工压制成型，制成具有一定强度、硬度和形状尺寸的型料后，仍然可以采用气燃方式进行干馏。

技术实现要素：

本发明针对现有固体能源矿产的干馏、热解用装置不能适用于各种不同类型的矿产品种的现状及湿式出焦方式所存在的不足，提供一种基于气燃原理的新型干馏装置。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种基于气燃原理的新型干馏装置，包括上部的干馏炉和下部的出焦装置，所述干馏炉与出焦装置之间设有闸板阀，所述干馏炉呈圆筒状，所述干馏炉包括上部的低温干馏段和下部的高温干馏段；

所述低温干馏段的内壁上设有向内凸出的若干个扰动墙，所述扰动墙沿炉内壁对称或不对称设置；

所述高温干馏段的外壁上环形设有若干进气口，所述进气口与炉壁上设有的环形腔室相连通，所述环形腔室与内壁上设有的若干第一喷孔相连通，所述第一喷孔呈错位分布，所述环形腔室、第一喷孔与内壁共同组成了环形布气花墙；所述高温干馏段的中心设有圆柱形的中心布气花墙，所述中心布气花墙通过其下方的支撑机构与炉内壁相连接，所述支撑机构为沿炉内壁呈环形均匀分布的若干条支腿，所述支腿的内部设有气体通道，所述气体通道的一端与外壁上的进气口相连通，所述气体通道的另一端与中心布气花墙中空的内腔相连通，所述中心布气花墙的墙壁上设有多层呈环形错位分布的若干第二喷孔，所述第一喷孔和第二喷孔不在同一水平面上；

所述出焦装置包括由上而下依次排列的一级冷却装置、二级冷却装置、推焦机、第一料仓和第二料仓，所述一级冷却装置与二级冷却装置的内腔相连通，所述一级冷却装置为与干馏炉的底部相连通的水冷壁，所述水冷壁由金属板材和分布于金属板材外周的水管组成，所述二级冷却装置为向内凹陷的内壁与外壁之间形成的水夹套，所述推焦机在电机的驱动下驱动推焦杆往复运动以控制物料的暂存冷却或卸料，所述推焦杆的下方连接有托焦板，所述托焦板上设有若干喷头，所述托焦板的下方为暂存物料的第一料仓，第一料仓与第二料仓之间通过第一插板阀相连接，所述第二料仓的底部通过第二插板阀密封。

本发明的有益效果是：

1)干馏炉内部的扰动墙的设计，使得干馏炉的内径尺寸和位置、形状发生适度的变化，固体原料在经过此位置时，改变了块、球状原料相互间的相对运动轨迹及间隙分布，减少原料的粘连、破碎等系列问题；同时该结构的设计也改变了反应气体在该阶段的气流分布，曲线化的机构设计，可以使固体、气体移动顺畅，无边角障碍，可达到优化气、料布局的目的；

2)环形布气花墙的设计相较方形花墙等其他腔室设计，将使气流分布更为均匀、合理，干馏效果更佳；第一喷孔与第二喷孔的配合同时实现了水平与垂直方向上的多层、错位分布，有效改善了现有方炉花墙喷孔同一水平面上的对喷气流扰乱问题，使干馏炉内的供热气流分布进一步趋向合理。同时，中心布气花墙还可以解决直立干馏炉、尤其是带有方形花墙结构的干馏炉的边壁不良效应问题；

3)支撑机构的支撑腿的存在能够改变此处的固体物料运动轨迹，进一步改善和优化固、气体的反应分布；

4)出焦装置解决了传统的湿式出焦方式中高温产品遇冷水急冷的被破坏问题，在第一级的间接换热冷却降温方式的基础上，采用逐级降温方式对产品进行冷却，炉下最终出料产品的含水率大为减少，完全可以去掉传统工艺路线中的产品烘干工艺阶段，大幅度减少能耗，降低产品成本，并且减少了生产的耗水量，降低了湿式出焦的水蒸气挥发排放，达到节能与环保目的；

5)出焦装置中上、下双插板阀的轮流工作设计方式，弥补了其他干式出焦方式下系统密封性不足等问题，驱动推焦卸料、冷却降温、系统密封三者实现设计上的合理工作顺序，较好的解决了普通干式出焦与传统湿式出焦方式互相矛盾的问题。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述第二料仓内设有分焦器。

采用上述进一步技术方案的有益效果是，用于均匀物料，便于更好的降温。

进一步，所述第二料仓内设有蒸汽喷头。

采用上述进一步技术方案的有益效果是，用蒸汽对仓内物料实施第四次降温，蒸汽与物料换热后进入炉内系统中，与系统内气体进入后续处理阶段，不外排大气。

进一步，所述第一料仓上设有系统泄压装置。

采用上述进一步技术方案的有益效果是，当喷水雾产生的高温蒸汽压力过高时进行泄压，保证出焦装置系统内的压力处于正常范围内。

进一步，所述支腿上设有若干第三喷孔。

采用上述进一步技术方案的有益效果是，辅助向干馏炉内喷入混合气体，进一步优化干馏炉内的供热气流分布，使得干馏炉内的温度分布更加均匀。

进一步，所述扰动墙的内端面呈曲线型或流线型。

采用上述进一步技术方案的有益效果是，该结构的设计可防止发生初步胶质层物化反应时，原料之间热盛相互粘连、膨胀破碎和堵塞炉筒的问题。

进一步，所述第一料仓和第二料仓为上宽下窄的方锥形结构。

采用上述进一步技术方案的有益效果是，更有利于排焦和实现系统的密封功能。

进一步，所述支撑机构为沿炉内壁呈环形均匀分布的3条支腿。

采用上述进一步技术方案的有益效果是，该结构比较稳定，能够使中心布气花墙与干馏炉内壁连接的更加紧密。

附图说明

图1为本发明干馏装置的整体结构示意图；

图2为图1中a-a面剖视图；

图3为图1中b-b面剖视图；

图4为出焦装置的结构示意图；

图1～4中，1、干馏炉；2、出焦装置；3、低温干馏段；4、高温干馏段；5、扰动墙；6、进气口；7、环形腔室；8、第一喷孔；9、中心布气花墙；10、支撑机构；11、支腿；12、气体通道；13、第二喷孔；14、第一冷却装置；15、第二冷却装置；16、推焦机；17、电机；18、推焦杆；19、托焦板；20、喷头；21、第一料仓；22、第一插板阀；23、第二料仓；24、第二插板阀；25、分焦器；26、蒸汽喷头；27、系统泄压装置。

具体实施方式

以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1～4所示，一种基于气燃原理的新型干馏装置，包括上部的干馏炉1和下部的出焦装置2，所述干馏炉与出焦装置之间设有闸板阀，干馏炉呈圆筒状，干馏炉包括上部的低温干馏段3和下部的高温干馏段4；

低温干馏段的内壁上设有向内凸出的沿内壁均匀分布的4个扰动墙，扰动墙沿炉内壁对称设置，扰动墙的内端面呈流线型或曲线型；

高温干馏段的外壁上环形设有若干进气口6，进气口与炉壁上设有的环形腔室7相连通，环形腔室与内壁上设有的若干第一喷孔8相连通，第一喷孔呈错位分布，环形腔室、第一喷孔与内壁共同组成了环形布气花墙；高温干馏段的中心设有圆柱形的中心布气花墙9，中心布气花墙通过其下方的支撑机构10与炉内壁相连接，支撑机构为沿炉内壁呈环形均匀分布的3条支腿11，支腿的内部设有气体通道12，气体通道的一端与外壁上的进气口6相连通，气体通道的另一端与中心布气花墙中空的内腔相连通，中心布气花墙的墙壁上设有多层呈环形错位分布的若干第二喷孔13，所述第一喷孔和第二喷孔均不在同一水平面上；

出焦装置包括由上而下依次排列的一级冷却装置14、二级冷却装置15、推焦机16、第一料仓21和第二料仓22，一级冷却装置与二级冷却装置的内腔相连通，一级冷却装置为与干馏炉的底部相连通的水冷壁，水冷壁由金属板材和分布于金属板材外周的水管组成，二级冷却装置为向内凹陷的内壁与外壁之间形成的水夹套，推焦机在电机17的驱动下驱动推焦杆往复运动以控制物料的暂存冷却或卸料，推焦杆的下方连接有托焦板19，托焦板上设有多个喷头20，托焦板的下方为暂存物料的第一料仓，第一料仓与第二料仓之间通过第一插板阀22相连接，第二料仓的底部通过第二插板阀24密封。

优选的，第二料仓内设有分焦器25和蒸汽喷头26；

优选的，第一料仓上设有系统泄压装置27；

优选的，支腿上设有第三喷孔。

本发明干馏装置的工作过程如下：

煤炭及其制品、油页岩等固体能源矿产经进料口进入干馏装置，煤气与空气的混合气体经进气口进入干馏炉，经环形布气花墙和中心布气花墙喷出，点火开始热解，固体能源矿产经低温干馏段进行干燥和温度约300～400℃的初始干馏，后干馏炉与出焦装置之间的闸板阀打开，使得一部分经过高温干馏段热解的产物进入出焦装置进行冷却，进而经过低温干馏段初始干馏的固体能源矿产进入高温干馏段，在高温干馏段发生物化反应，实现中、高温干馏，中、高温干馏完成后干馏炉与出焦装置之间的闸板阀打开，高温干馏所得产物进入出焦装置，首先经过水冷壁进行初级降温，带有一定温度的焦炭等在重力或其他动力作用下，通过水冷壁时，被间接换热后降温，这是初级降温。经水冷壁冷却后的焦炭等产品在重力作用下经过二级冷却装置，循环冷却水在夹套中循环流动，冷却保护与焦炭产品直接接触的内层金属构件不被高温损坏，对焦炭产品也有一定的降温作用。经两级冷却降温后的焦炭等产品落入推焦机的推焦杆上方，推焦机由电机驱动，驱动推焦杆往复运动，对上方的焦炭进行向下卸料。推焦机装置的下方为托焦板，托焦板底部设置喷水管，设计为可以对焦炭产品喷水(雾)进行二次降温。推焦机下部设计为第一料仓，卸料后的焦炭等产品进入第一料仓，用于暂时存储由推焦机卸料而下的焦炭物料。料仓为密闭设计，因喷水雾而产生的高温蒸汽，会与系统内气体共同进入后续气体处理阶段，不外排大气。第一料仓内的物料通过第一插板阀的开关进入第二料仓，第二料仓内部设有蒸汽喷头，用蒸汽对仓内物料实施第三次降温，蒸汽与物料换热后进入炉内系统中，与系统内气体进入后续处理阶段，不外排大气。同时，第二料仓内设有分料(焦)器，用于均匀物料，便于更好的降温。第二料仓的下部仍设计为驱动式插板阀(第二插板阀)，其作用是：一是将第二料仓中的物料，卸到下面的皮带或刮板装置上，完成最终的系统出焦工作；二是与第一插板阀配合使用，轮流开关，实现对系统的密封。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。