專利名稱：燃燒與熱解耦合的三聯供裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種燃燒與熱解耦合的三聯供裝置，是將含碳物質通過快速熱解和燃燒處理從而轉化成油、氣、熱產品的裝置。這里所指的含碳物質包括煤炭、生物質、油頁巖等，也可以是它們的混合物。
技術背景含碳物質經過加工處理(如氣化、液化、燃燒、熱解等)可以獲得油、氣、熱等產品， 已有的研究表明，采用單一過程(如氣化或液化)的工藝往往生產條件苛刻或產率低或成本高，而采用熱解與燃燒耦合的技術則生產條件容易達到，且可以比較經濟地獲得油、氣、 熱等產品，且資源利用率高。所謂熱解與燃燒耦合技術主要包括兩個過程一是在熱解器中將含碳物質熱解轉化成油氣產品和半焦，熱解所需要的熱量由固體熱載體(如瓷球或高溫灰)提供；二是在燃燒器中將半焦燃燒，用以加熱熱載體(如瓷球)或產生高溫灰和生產熱能。中國科學院工程熱物理研究所、過程工程研究所、山西煤化所、煤炭科學院北京煤化所、 大連理工大學等就此都進行了許多的研究工作，所開發的技術不同之處主要體現在熱解器的工作原理上(比如移動床或鼓泡流化床或臥式回轉爐或下行床反應器)，相比而言，由中科院過程工程研究所提出的專利(ZL01218480. 2)中的下行床反應器具有快速加熱、氣固快速分離等特點，其油品回收率和煤氣熱值較高。其不足之處是整個熱解過程經歷了混合器、下降管、快速氣固分離器，所以流程較長，設備較多，且氣固分離器結構復雜；為加強熱灰與原料的混合，需要用惰性氣體將原料以切向射入混合器，所以除了加料過程復雜外，由于惰性氣體的加入煤氣熱值也會相應降低；由于熱解氣只能在快速氣固分離器中導出，故熱解過程中產生的熱解氣不能盡快導出，存在與高溫物料接觸時間長的問題，因而會導致較多的熱解氣體發生二次反應，從而降低了油的收率。
發明內容為了克服現有技術存在的不足，本實用新型的目的是要提供一種流程短、設備少、 油回收率高、熱量利用率高且產出煤氣熱值高的燃燒與熱解耦合的三聯供裝置。本實用新型的結構，包括快速流化床燃燒器(1)、氣固分離器(2)、熱灰流入通道、下行床炭化器(3)和半焦返送通道(4)，快速流化床燃燒器(1)上部與氣固分離器(2) 的進口相連通，氣固分離器(2)的固體物出口通過熱灰流入通道(5)與下行床炭化器(3) 的上部相連通，下行床炭化器(3)的下部通過半焦返送通道(4)與快速流化床燃燒器(1) 的下部相連通，在半焦返送通道(4)和熱灰流入通道(5)上都設有固體物料閥，其特征在于，所述的下行床炭化器(3)的內部設有固定式強化混合裝置，所述的下行床炭化器(3)的上部設有熱解氣排出口，所述的快速流化床燃燒器(1)的操作氣速為1-20米/秒，所述的三聯供裝置上有原料加入口。本實用新型的運行過程大致如下①從原料加入口加入原料， 在下行床炭化器(3)內借助固定式強化混合裝置的混合作用，原料與來自氣固分離器(2) 的熱灰進行有效的混合，發生快速熱裂解，同時借助氣體與固體的浮力和重力差異可在一定高度內自動地將其分離，即產生的熱解氣借助氣體浮力自然地向位置較高的熱解氣排出口流出(進一步處理可獲得油氣產品)，殘留下來的固體物質(主要是半焦和床料)則借重力自然沉降于下行床炭化器(3)的下部，所以在下行床炭化器(3)內同時可完成混合、傳熱、熱解和氣固分離；②通過半焦返送通道(4)借助固體物料閥將沉降于下行床炭化器(3) 下部的固體物質送入快速流化床燃燒器(1)中，在此通入適量的空氣，將固體物料燃燒，隨后氣固產物通過氣固分離器(2)將熱灰與煙氣分離，分離的熱灰再借助固體物料閥通過熱灰流入通道(5)進入到下行床炭化器(3)。以此方式重復循環。為保證在所述的裝置內有一定的固體物料循環量，快速流化床燃燒器(1)的操作氣速為1-20米/秒。所述的固體物料閥可以是L型閥、U型閥或J型閥，主要起控制固體物料的流動速度和切斷氣流(即在正常操作情況下它只允許固體物料通過，而氣體則被阻止)的作用。以下就裝置的各部分做進一步詳細說明。下行床炭化器(3)內的固定式強化混合裝置可以由2組或不多于50組的導流構件組成(組數的確定依據熱解過程的要求確定，一般對于導熱性差或熱解反應速度慢的物料，選用的組數較多)，每組導流構件包括上導流片(6)和下導流片(7)兩部分，上導流片 (6)是開口向下的中空的圓錐體，下導流片(7)是中空的漏斗狀的上端邊緣與下行床炭化器⑶的內壁相連接的腔體，上導流片(6)的下端的直徑小于下導流片(7)的上端的直徑， 上導流片(6)和下導流片(7)的中心線都與下行床炭化器(3)的中軸線重合，在上述導流構件的作用下，原料與熱灰可進行多次有效的混合，強化了傳熱過程，原料被快速加熱而發生快速熱裂解，產生的熱解氣借浮力由熱解氣排出口排出，殘留的固體物質借重力自然沉降于下行床炭化器(3)的下部，所以在所述的下行床炭化器(3)內同時可完成混合、傳熱、 熱解和氣固分離；進一步地，在上述裝置的基礎上，可在每個上導流片(6)的側上方的下行床炭化器(3)側壁上開有熱解氣出口，以利于熱解氣及時排出，減少二次反應，從而提高油收率；更進一步地，在上述裝置的基礎上，在每個導流片的下表面上緊貼地設有螺旋狀或蛇形狀管路，這些管路自上而下相連通，從而形成一個氣體通道，氣體通道的一端與氣固分離器(2)的煙氣出口相連通，氣體通道的另一端伸出下行床炭化器(3)，這樣就可以利用快速流化床燃燒器(1)產生的高溫煙氣為熱解反應提供另外一部分熱量，從而既提高了熱利用率(因為利用了煙氣廢熱)，又提高了加熱速率(因為由高溫煙氣和熱灰同時提供熱量)， 因而可提高油品產率。下行床炭化器(3)內的固定式強化混合裝置也可以是一條或2-10 條螺旋狀或蛇形狀或直線管路，其中一條管路的一端與氣固分離器(2)的煙氣出口相連通，有一條管路的一端伸出下行床炭化器(3)，這樣，管路內流動著高溫煙氣，固體物料在下降的過程中不斷與管路碰撞，發生飛濺，從而強化了顆粒間的混合或接觸，所以管路本身既起到強化碰撞、混合、傳熱的作用也可視為利用煙氣廢熱的換熱表面，同樣地，產生的熱解氣借浮力由熱解氣排出口排出，殘留的固體物質借重力自然沉降于下行床炭化器(3)的下部；為保證在裝置內有一定的固體物料循環量，且盡量減少由于流動阻力引起的能量損耗， 快速流化床燃燒器(1)的操作氣速最好為2-6米/秒；原料加入口的位置可設在下行床炭化器(3)的上部，也可設在熱灰流入通道(5)上固體物料閥的下游側管路上，后者可達到延長加熱時間并有強化混合的效果；可將部分來自氣固分離器(2)的煙氣通過管路引入到快速流化床燃燒器(1)的下部作為流化介質，這樣可節約熱能和減少動力消耗；加料器可以是螺旋給料機或其它的加料設備。[0007]由于僅在下行床炭化器(3)中加設構造簡單的固定式強化混合裝置，就可以在下行床炭化器(3)中實現混合、傳熱、熱解和氣固分離功能，所以與已有的設備相比本裝置可省去混合器和快速氣固分離器，從而流程短、設備少且簡單；由于在不同高度、分階段、及時地將熱解氣導出，又由于同時采用煙氣和熱灰進行加熱而提高了加熱速率，所以油回收率高；由于利用了高溫煙氣的廢熱，所以熱量利用率高；由于加料過程中不需要使用惰性氣體，所以產出煤氣熱值高且加料系統簡單。
附圖為本實用新型的結構示意圖。本實用新型，包括快速流化床燃燒器(1)、氣固分離器(2)、熱灰流入通道(5)、下行床炭化器(3)和半焦返送通道(4)，快速流化床燃燒器(1)上部與氣固分離器(2)的進口相連通，氣固分離器(2)的固體物出口通過熱灰流入通道(5)與下行床炭化器(3)的上部相連通，下行床炭化器(3)的下部通過半焦返送通道(4)與快速流化床燃燒器(1)的下部相連通，在半焦返送通道(4)和熱灰流入通道(5)上都設有固體物料閥，其特征在于，所述的下行床炭化器(3)的內部設有固定式強化混合裝置，所述的下行床炭化器(3)的上部設有熱解氣排出口，所述的快速流化床燃燒器(1)的操作氣速為1-20米/秒，所述的三聯供裝置上有原料加入口。下行床炭化器(3)內的固定式強化混合裝置可以是由2組或不多于50組的導流構件組成，每組導流構件包括上導流片(6)和下導流片(7)兩部分，上導流片(6)是開口向下的中空的圓錐體，下導流片(7)是中空的漏斗狀的上端邊緣與下行床炭化器(3)的內壁相連接的腔體，上導流片(6)的下端的直徑小于下導流片(7)的上端的直徑，上導流片(6) 和下導流片(7)的中心線都與下行床炭化器(3)的中軸線重合。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的實施例做進一步詳細說明。在本例中，以石英砂為床料；快速流化床燃燒器(1)為一圓柱狀筒體，下部設有布風板、排灰口和半焦入口，上部設有流體出口與氣固分離器(2)的進口相連通，燃燒所需要的空氣由布風板下部送入，操作氣速為3米/秒，灰由排灰口引出；氣固分離器(2)為一旋風分離器；半焦返送通道⑷和熱灰流入通道(5)均由管路和U型閥組成，兩個U型閥氣體動力介質選用煙氣；下行床炭化器(3)為一圓形管，其直徑大于熱灰流入通道(5)的管徑， 其上端與熱灰流入通道(5)相連接，下端與半焦返送通道(4)相連接，在其中裝有6組所述的導流構件，在每個上導流片(6)側上方的下行床炭化器(3)的壁面上設有一個熱解氣出口，共設有6個熱解氣出口 ；加料裝置為一螺旋給料器，設置于下行床炭化器(3)的側上方， 用它將原料通過設在下行床炭化器(3)上部的原料進口加入到下行床炭化器(3)中。在本實施例中，通過控制通入快速流化床燃燒器(1)的空氣量和下行床炭化器(3)原料的加入量，可以將燃燒器的溫度控制在800°C以下，從而使進入下行床炭化器(3)的熱灰和煙氣的溫度低于750°C，最終使下行床炭化器(3)的溫度低于700°C，適合于生物質等的快速低溫熱解的要求。不難理解，采用相同的操作方式，將下行床炭化器(3)的溫度控制在較高的溫度水平上也是容易實現的，這使得本裝置也適用于煤、垃圾或廢輪胎等需要高溫快速熱解的場合。 本實用新型作為把含碳物質(如煤、生物質等)轉化成液體和氣體化學產品的快速熱解裝置，結構簡單，投資省，易于操作，液體產品收率高，熱解得到的液體產品可做為石油產品的替代品，氣體產品可作為燃料或合成氣使用，有利于環境保護，符合循環經濟的政策，具有廣闊的應用前景。
權利要求1.一種燃燒與熱解耦合的三聯供裝置，包括快速流化床燃燒器(1)、氣固分離器(2)、 熱灰流入通道(5)、下行床炭化器(3)和半焦返送通道(4)，快速流化床燃燒器(1)上部與氣固分離器(2)的進口相連通，氣固分離器(2)的固體物出口通過熱灰流入通道(5)與下行床炭化器(3)的上部相連通，下行床炭化器(3)的下部通過半焦返送通道(4)與快速流化床燃燒器(1)的下部相連通，在半焦返送通道(4)和熱灰流入通道(5)上都設有固體物料閥，其特征在于，所述的下行床炭化器(3)的內部設有固定式強化混合裝置，所述的下行床炭化器(3)的上部設有熱解氣排出口，所述的快速流化床燃燒器(1)的操作氣速為1-20 米/秒，所述的三聯供裝置上有原料加入口。
2.根據權利要求1所述的燃燒與熱解耦合的三聯供裝置，其特征是，下行床炭化器(3) 內的固定式強化混合裝置由2組或不多于50組的導流構件組成，每組導流構件包括上導流片(6)和下導流片(7)兩部分，上導流片(6)是開口向下的中空的圓錐體，下導流片(7)是中空的漏斗狀的上端邊緣與下行床炭化器(3)的內壁相連接的腔體，上導流片(6)的下端的直徑小于下導流片(7)的上端的直徑，上導流片(6)和下導流片(7)的中心線都與下行床炭化器(3)的中軸線重合。
3.根據權利要求2所述的燃燒與熱解耦合的三聯供裝置，其特征是，在每個上導流片 (6)的側上方的下行床炭化器(3)側壁上有熱解氣出口。
4.根據權利要求2所述的燃燒與熱解耦合的三聯供裝置，其特征是，在每個導流片的下表面上緊貼地設有螺旋狀或蛇形狀管路，這些管路自上而下相連通，從而形成一個氣體通道，氣體通道的一端與氣固分離器(2)的煙氣出口相連通，氣體通道的另一端伸出下行床炭化器⑶。
5.根據權利要求3所述的燃燒與熱解耦合的三聯供裝置，其特征是，在每個導流片的下表面上緊貼地設有螺旋狀或蛇形狀管路，這些管路自上而下相連通，從而形成一個氣體通道，氣體通道的一端與氣固分離器(2)的煙氣出口相連通，氣體通道的另一端伸出下行床炭化器⑶。
6.根據權利要求1所述的燃燒與熱解耦合的三聯供裝置，其特征是，下行床炭化器(3) 內的固定式強化混合裝置為一條或2-10條螺旋狀或蛇形狀或直線管路，其中一條管路的一端與氣固分離器(2)的煙氣出口相連通，有一條管路的一端伸出下行床炭化器(3)。
7.根據權力要求1、2、3、4、5或6所述的燃燒與熱解耦合的三聯供裝置，其特征是，快速流化床燃燒器(1)的操作氣速為2-6米/秒。
8.根據權利要求1、2、3、4、5或6所述的燃燒與熱解耦合的三聯供裝置，其特征是，原料加入口位于下行床炭化器(3)的上部或熱灰流入通道(5)上固體物料閥的下游側管路上。
9.根據權利要求1、2、3、4、5或6所述的燃燒與熱解耦合的三聯供裝置，其特征是，在氣固分離器(2)的煙氣出口管路與快速流化床燃燒器(1)的下部之間有一條管路。
專利摘要一種燃燒與熱解耦合的三聯供裝置，是將含碳物質通過快速熱解和燃燒轉化成油、氣、熱產品的裝置。主要包括快速流化床燃燒器(1)、氣固分離器(2)、下行床炭化器(3)等，在設有簡單的固定式強化混合裝置的炭化器內同時實現混合、換熱、氣固分離功能，從而流程短、設備少且簡單；由于分階段、及時地將熱解氣導出，同時采用熱灰和煙氣共同加熱而提高了加熱速率，所以油回收率高；由于利用了高溫煙氣的廢熱，所以熱量利用率高。
文檔編號C10B49/16GK202214329SQ201120272330
公開日2012年5月9日 申請日期2011年7月29日 優先權日2011年7月29日
發明者張榮光 申請人:張榮光