内外双模式加热煤炭快速裂解反应装置及方法

本发明属于煤处理设备，具体涉及到一种内外双模式加热煤炭快速裂解反应装置及方法。

背景技术：

1、煤炭作为我国主体能源，以煤炭为原料制备化工产品和煤基材料是煤炭清洁高效利用的重要方向，也是实现煤化工产业高端化、多元化、低碳化发展的重要举措。煤炭热裂解技术作为一种简单的热化学转化方法可将煤炭转化为热解气、煤焦油和半焦，热解气中富含一氧化碳和氢气，可作为费托合成的原料，煤焦油中富含烯烃、芳烃和酚类，是化工原料的宝库，半焦碳含量高，进一步改性可作为功能碳材料，因此煤炭热裂解技术是煤炭清洁高效利用的重要途径，是实现煤炭综合利用的最简单、最经济的方法之一。然而，现有的煤炭热裂解技术受制于反应器的限制，存在气体挥发物产率低、煤焦油收率低、煤焦油中轻质组分含量少、煤焦油含尘量高、热解气热值低、装置处理量小、反应器结构复杂、不易放大等问题，至今仍没有商业化运行的煤炭热裂解装置。申请号201610677032.4、名称一种利用固体热载体的热解反应器及连续热解方法的中国专利，公开的是一种固体热载体加热煤炭的热裂解反应器，采用大量的循环灰作为热源，由于固体间的传热主要为导热，加热效率低，并且由于大量循环灰进入反应器，导致原煤的加入量受限，装置的处理能力较小，且结构复杂不易放大。申请号201510487206.6、名称一种煤的热解装置及热解设备的中国专利，公开了一种内部布置加热盘管的流化床热解反应器，但加热方式只有盘管的传热一种形式，加热效率较低，升温较慢，并且该热解装置的结构很复杂，不易放大。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺点，提供一种结构简单、热利用效率高、煤热解效率高的内外双模式加热煤炭快速裂解反应装置。

2、解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种内外双模式加热煤炭快速裂解反应装置，反应仓内设置有左隔板和右隔板将反应仓分隔成左下降管反应器、燃烧仓、右下降管反应器，左隔板顶部和右隔板顶部分别与反应仓内顶部之间形成左烟气通道和右烟气通道，左下降管反应器通过左烟气通道与燃烧仓相连通，右下降管反应器通过右烟气通道与燃烧仓相连通，燃烧仓内左隔板上设置有均匀分布的传热板一，右隔板上设置有均匀分布的传热板二，燃烧仓底部左隔板和右隔板之间设置有封装板，封装板中部设置有燃烧器，左下降管反应器侧壁上部设置有左煤螺旋输送器，右下降管反应器侧壁上部设置有右煤螺旋输送器，左下降管反应器下端设置有左气固分离器，右下降管反应器下端设置有与左气固分离器结构相同的右气固分离器。

3、作为一种优选的技术方案，所述左气固分离器包括弧形导管、变径筒、半焦出料管，弧形导管设置在左下降管反应器下端，弧形导管的外弧形侧壁板上端与左隔板下端相连、内弧形侧壁上端与反应仓左侧壁板下端相连，弧形导管内弧形侧壁上设置有锥形筒，沿着锥形筒大端切线方向加工有进气口，使锥形筒与左下降管反应器相连通，弧形导管的下端与半焦出料管相连，锥形筒下端设置有排气管、固体排出管。

4、作为一种优选的技术方案，所述传热板一和所述传热板二交错分布。

5、作为一种优选的技术方案，所述反应仓顶部燃烧仓正上方设置有带有控制阀的排烟管。

6、作为一种优选的技术方案，所述反应仓的横截面为矩形，所述左隔板与反应仓左侧壁之间的距离＝所述右隔板与反应仓右侧壁之间的距离＜所述左隔板与所述右隔板之间的距离，所述左隔板顶部与反应仓顶部之间的距离＝所述右隔板顶部与反应仓顶部之间的距离，所述左隔板与反应仓顶部之间的距离＜所述左隔板与反应仓左侧壁之间的距离。

7、一种内外双模式加热煤炭快速裂解反应装置的煤炭快速裂解反应方法，包括以下步骤：

8、步骤1.将具有一定压力的天然气或煤气与氧气通入燃烧器进行燃烧，在燃烧仓内产生火焰和900℃～1000℃的高温烟气，高温烟气的热量通过传热板一和左隔板以及传热板二和右隔板分别迅速传导向左下降管反应器和右下降管反应器，同时，燃烧仓内不断产生的高温烟气将燃烧仓充满并产生一定的压力，具有一定压力的高温烟气通过左烟气通道和右烟气通道分别进入左下降管反应器和右下降管反应器；

9、步骤2.等左下降管反应器和右下降管反应器内烟气压力和温度稳定均匀后，通过左煤螺旋输送器和右煤螺旋输送器分别向左下降管反应器和右下降管反应器内按照设定的流率输送煤炭，煤炭在重力和烟气的双重推动下快速下落，在下落的过程中快速升温到500℃～700℃，快速进行裂解反应，生成挥发物气体和固体半焦；

10、步骤3.左下降管反应器内生成的挥发物气体进入左气固分离器的锥形筒，通过锥形筒的排气管排出，固体半焦通过左气固分离器的弧形导管、半焦出料管排出；右下降管反应器内生成的挥发物气体进入右气固分离器的锥形筒，通过锥形筒的排气管排出，固体半焦通过左气固分离器的弧形导管、半焦出料管排出。

11、本发明的有益效果如下：

12、本发明通过在反应仓内设置有左隔板和右隔板将反应仓分隔成左下降管反应器、燃烧仓、右下降管反应器，燃烧仓内左隔板上设置有均匀分布的传热板一，右隔板上设置有均匀分布的传热板二，燃烧仓内的高温烟气直接进入左下降管反应器和右下降管反应器与煤炭加热，实现了内热加热煤炭的模式，同时，通过传热板一或传热板二进行传导加热的外热模式加热煤炭，实现了内外双加热模式促进煤炭发生裂解反应，使煤炭升温速度快，提高煤炭热解转化率和气体挥发物的产率，减少半焦的产率。

13、本发明左下降管反应器和右下降管反应器为竖直筒形，煤炭进入左下降管反应器和右下降管反应器在重力和高温烟气双重作用下，迅速下降并离开左下降管反应器和右下降管反应器，缩短了煤炭裂解反应生成的气体挥发物在反应区的停留时间，避免了气体挥发物的二次反应，热解产物中焦油的收率高、轻质组分含量高。

14、本发明在左下降管反应器和右下降管反应器底部分别设置有左气固分离器和右气固分离器，左气固分离器和右气固分离器靠离心力和惯性力分离气体挥发物和固体半焦，具有分离速度快、效率高的特点。

技术特征：

1.一种内外双模式加热煤炭快速裂解反应装置，其特征在于：反应仓(1)内设置有左隔板(2)和右隔板(12)将反应仓(1)分隔成左下降管反应器(6)、燃烧仓(3)、右下降管反应器(11)，左隔板(2)顶部和右隔板(12)顶部分别与反应仓(1)内顶部之间形成左烟气通道(17)和右烟气通道(15)，左下降管反应器(6)通过左烟气通道(17)与燃烧仓(3)相连通，右下降管反应器(11)通过右烟气通道(15)与燃烧仓(3)相连通，燃烧仓(3)内左隔板(2)上设置有均匀分布的传热板一(4)，右隔板(12)上设置有均匀分布的传热板二(5)，燃烧仓(3)底部左隔板(2)和右隔板(12)之间设置有封装板，封装板中部设置有燃烧器(10)，左下降管反应器(6)侧壁上部设置有左煤螺旋输送器(13)，右下降管反应器(11)侧壁上部设置有右煤螺旋输送器(14)，左下降管反应器(6)下端设置有左气固分离器，右下降管反应器(11)下端设置有与左气固分离器结构相同的右气固分离器。

2.根据权利要求1所述内外双模式加热煤炭快速裂解反应装置，其特征在于：所述左气固分离器包括弧形导管(9)、变径筒、半焦出料管(8)，弧形导管(9)设置在左下降管反应器(6)下端，弧形导管(9)的外弧形侧壁板上端与左隔板(2)下端相连、内弧形侧壁上端与反应仓(1)左侧壁板下端相连，弧形导管(9)内弧形侧壁上设置有锥形筒(7)，沿着锥形筒(7)大端切线方向加工有进气口，使锥形筒(7)与左下降管反应器(6)相连通，弧形导管(9)的下端与半焦出料管(8)相连，锥形筒(7)下端设置有排气管(7-2)、固体排出管(7-1)。

3.根据权利要求1所述内外双模式加热煤炭快速裂解反应装置，其特征在于：所述传热板一(4)和所述传热板二(5)交错分布。

4.根据权利要求1所述内外双模式加热煤炭快速裂解反应装置，其特征在于：所述反应仓(1)顶部燃烧仓(3)正上方设置有带有控制阀的排烟管(16)。

5.根据权利要求1所述内外双模式加热煤炭快速裂解反应装置，其特征在于：所述反应仓(1)的横截面为矩形，所述左隔板(2)与反应仓(1)左侧壁之间的距离＝所述右隔板(12)与反应仓(1)右侧壁之间的距离＜所述左隔板(2)与所述右隔板(12)之间的距离，所述左隔板(2)顶部与反应仓(1)顶部之间的距离＝所述右隔板(12)顶部与反应仓(1)顶部之间的距离，所述左隔板(2)与反应仓(1)顶部之间的距离＜所述左隔板(2)与反应仓(1)左侧壁之间的距离。

6.根据权利要求2所述装置的煤炭快速裂解反应方法，包括以下步骤：

技术总结
一种内外双模式加热煤炭快速裂解反应装置，反应仓内设有左隔板和右隔板将反应仓分隔成左下降管反应器、燃烧仓、右下降管反应器，左隔板顶部和右隔板顶部分别与反应仓内顶部之间形成左烟气通道和右烟气通道，燃烧仓内左隔板上设有传热板一，右隔板上设有传热板二，燃烧仓底部封装板中部设有燃烧器，左下降管反应器侧壁上部设有左煤螺旋输送器，右下降管反应器侧壁上部设有右煤螺旋输送器，左下降管反应器下端设有左气固分离器，右下降管反应器下端设有右气固分离器。实现了内外双加热模式促进煤炭发生裂解反应，使煤炭升温速度快，提高煤炭热解转化率和气体挥发物的产率，减少半焦的产率。

技术研发人员：田斌,韦荐昕,杨龙,巩硕,陈颖昌,徐龙,孙鸣,马晓迅
受保护的技术使用者：西北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8