[發(fā)明專利]一種含碳物質的熱解裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310560290.0
• 申請日: 2013-11-12
• 公開（公告）號: CN104629775A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發(fā)明（設計）人: 張鎖江;李益;呂興梅;李春山
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C10B1/00
• 分類號: C10B1/00;C10B57/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及固體能源化工技術領域。具體地，本發(fā)明涉及一種含碳物質的熱解裝置，其具有雙層結構，可實現(xiàn)熱解、除塵以及催化調質的一體化。

背景技術

含碳物質，比如煤、生物質、油頁巖等，通過熱解工藝獲得熱解油、氣產(chǎn)品，是固體能源高附加值利用和能源梯級高效利用的一條有效途徑。目前熱解工藝存在的主要問題是高溫氣-固分離效率低，高溫熱解氣中灰塵夾帶嚴重，會引起設備與管道的堵塞，影響設備的穩(wěn)定運行；同時收集到的熱解油塵含量高，需進一步進行脫塵處理，因處理費用高，降低了其利用價值。

煤熱解工藝按加熱方式可分為外熱式和內(nèi)熱式兩類。外熱式熱解工藝的熱源是由熱解爐外提供，代表性的工藝有冶金焦爐、伍德（W-D）炭化爐和考伯斯炭化爐；內(nèi)熱式熱解的熱源是借助高溫熱載體的熱量直接傳遞給煤粉，使含碳物質發(fā)生熱解反應。內(nèi)熱式熱解工藝根據(jù)熱載體的不同，分為氣體熱載體熱解工藝和固體熱載體熱解工藝。氣體熱載體熱解工藝通常是將燃料燃燒后獲得的高溫煙氣直接引入熱解器內(nèi)，與含碳物質混合，實現(xiàn)對原料的加熱，代表性的工藝有美國的COED技術和ENCOAL技術；固體熱載體熱解工藝則利用高溫固體顆粒（比如半焦、陶瓷球、石英砂等）與煤在熱解室內(nèi)混合實現(xiàn)煤的熱解，代表性的工藝有美國Garrett技術、德國魯奇-魯爾（L-R）技術、中國科學院過程工程研究所的煤拔頭技術、大連理工大學的DG技術等。由于熱解反應，涉及到復雜的氣、液、固三相反應，高溫熱解氣溢出至爐外時，會夾帶有粉塵。特別是內(nèi)熱式熱解工藝中，氣相與固相擾動劇烈，熱解氣中夾帶的粉塵含量會更高，因此無論何種熱解工藝，其產(chǎn)生的高溫熱解氣均需在高溫階段進行氣-固分離，以實現(xiàn)高溫熱解氣的除塵和凈化。

目前的高溫氣-固設備均與熱解器相獨立，置于熱解器后端。主要的設備包括旋風分離器（中國科學院工程熱物理研究所.固體熱載體快速熱解方法及裝置.中國專利，200710119476.7）、絲網(wǎng)過濾器（中國科學院過程工程研究所.汽爆秸稈發(fā)酵剩余物熱解制備液體燃料的方法及裝置，中國專利，20051001l104.3）、陶瓷過濾器（武威，田貴山，關健.用陶瓷過濾器進行高溫煤氣除塵技術研究.遼寧工程技術大學學報：自然科學版，2000，19(2):214）、顆粒床(夏軍倉,許世森,郜時旺.移動顆粒層過濾高溫高壓煤氣除塵技術的試驗研究.動力工程，2003,23(2):2337)等。在這些分離技術中，旋風分離器是較常采用的氣-固分離技術，但受制于熱解氣流是固體含碳物質在熱解反應后產(chǎn)生的，流速不穩(wěn)定，因此單級的旋風分離器的分離效率低，對于細粉塵的除塵效率不高，理論上，采用多級旋風分離器可以提高除塵效率，但相應地，會增加高溫熱解氣在冷卻前的停留時間，會導致高溫熱解氣的二次反應，降低油氣品質。另外的一些過濾技術，包括過濾膜、過濾層、顆粒床等技術，通過對濾孔的調節(jié)，可以提高分離效率，但是在運行過程中阻力與負荷均會增大，而且需要間隙性的反吹以保證分離效率的穩(wěn)定。

由于所有的這些分離裝備與技術，均與熱解裝備相獨立，位于熱解器的尾部，高溫熱解氣離開熱解器進入氣-固分離裝備后，不可避免的溫降，會導致熱解油從高溫熱解氣中析出，并與灰塵粘結在一起，造成分離設備部件的粘連或堵塞，清除起來極不方便。而且更重要的是，因為夾帶的灰塵不能在分離器中得到有效的去除，所以獲得的焦油塵含率高，處理成本增大，利用價值低。特別是，一些內(nèi)熱式的熱解工藝，固體顆粒在熱解器中擾動劇烈，高溫熱解氣中的塵含量更大，管道堵塞的問題更嚴重。

另外，為了實現(xiàn)對熱解油氣產(chǎn)物的催化調質，需對熱解產(chǎn)生的高溫煤氣在催化反應器中進行催化調質，一般的工藝是采用兩段爐的方法（PT?Williams,HM?Chishti.Two?stage?pyrolysis?of?oil?shale?using?a?zeolite?catalyst，Journal?of?Analytical?and?Applied?Pyrolysis.2000,55(2):217），使熱解器內(nèi)產(chǎn)生的高溫熱解氣在溢出熱解器之后，直接進入催化反應器，完成對高溫熱解油氣的品質調控和結構重整，以改善熱解油氣品的質量。但是由于熱解器與催化反應器相互獨立，高溫熱解氣夾帶的灰塵未得到脫除，易導致催化劑的失活，引起催化反應器的堵塞；如果將催化反應器放置與氣-固分離裝置之后，使灰塵預先得到脫除，則又需要保溫以及加熱設備，存在能耗高的缺點。

因此可見，現(xiàn)有的熱解工藝中，由于熱解反應裝置與高溫除塵裝置以及催化熱解反應裝置各自獨立，工藝路線長，不可避免的溫降會使焦油析出，引起灰塵脫除效率低、催化劑失活以及設備和管道堵塞等問題，并且收集到的焦油塵含量高，利用價值低。