一種熱解、除塵、催化調質一體化反應裝置制造方法
【專利摘要】一種熱解、除塵、催化調質一體化反應裝置，屬于固體能源化工處理【技術領域】。其包括熱解反應器和催化反應床，催化反應床位于熱解反應器頂部。熱解反應器為雙層結構，其分別包括輸煤管和熱解管，熱解管的頂部設置有用于控制煤氣流向的帽型分布板。催化反應床內放置有顆粒催化劑或石英砂，催化反應床的底端斜向設置有出口。本發明在熱解管頂部設有帽型分布板，當熱解產生的高溫煤氣向上逸出流經帽型分布板時，煤氣氣流受阻，將夾帶的灰塵限制在熱解管內，隨半焦排出；通過帽型分布板后，高溫煤氣氣流的流向改變，進入高溫催化劑床層的底部，經過顆粒床過濾催化后從床層上部流出，可在催化調質的同時，完成對局溫熱解氣夾帶灰塵的脫除。
【專利說明】一種熱解、除塵、催化調質一體化反應裝置
【技術領域】
[0001] 本發明屬于固體能源化工處理【技術領域】，具體涉及一種熱解、除塵、催化調質一體 化反應裝置。
【背景技術】
[0002] 煤的熱解是將褐煤和高揮發分煙煤在惰性氣氛下進行加熱，制取半焦、煤氣、焦油 等產品。目前煤的熱解工藝按加熱方式可分為外熱式和內熱式兩類，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，使含碳物質發生熱解反應。內熱 式熱解工藝根據熱載體的不同，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，與含碳物質混合， 實現對原料的加熱，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）與煤在熱解室內混合實現煤的熱解， 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，其產生的高溫熱解氣均 需在高溫階段進行氣-固分離，以實現高溫熱解氣的除塵和凈化。
[0003] 目前煤熱解反應裝置中通常包括熱解反應器和分離器，分離器位于熱解反應器的 尾部，其工藝路線是將煙煤等通入熱解反應器中，在熱解反應器中熱解后再進入分離器中 進行分離，而熱解氣進入分離器中不可避免的會發生降溫，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。
[0004] 另外，為了實現對熱解油氣產物的催化調質，需對熱解產生的高溫煤氣在催化反 應器中進行催化調質，使熱解器內產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，還 有一些冷凝的重質焦油，也會使催化劑失活，引起催化反應器的堵塞；如果將催化反應器放 置于氣-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。
[0005] 為此，CN 203513564 U公開了一種含碳物質的熱解反應器，其包括內外雙層結構， 內層組成熱解腔，且內層壁設有濾孔，內外層之間為集氣腔，入料口與熱解腔相連，集氣腔 的頂部設有溢出口，其將熱解反應器設置為內外雙層結構，并將氣固分離單元及催化裝置 集成于熱解爐內，使得分離體系一直維持在高溫階段運行，避免了液相的析出，提高了分離 效率。但是，催化劑失活后需要停產對催化劑進行更換。
【發明內容】
[0006] 為了克服上述現有技術中存在的缺陷，本發明提出了一種熱解、除塵、催化調質一 體化反應裝置，該裝置解決了由于熱解器與氣-固分離器、催化反應器各自獨立，高溫條件 下，除塵效率低導致管道堵塞、催化劑失活后更換不方便、焦油塵含量高以及穩定運行困難 等問題。
[0007] 本發明技術方案包括：
[0008] -種熱解、除塵、催化調質一體化反應裝置，包括熱解反應器和催化反應床，催化 反應床內置顆粒催化劑，同時具備隔灰性能。所述熱解反應器為雙層結構，其分別包括輸煤 管和熱解管，輸煤管經過催化反應床，與熱解管相連接，所述熱解管的頂部設置有用于控制 煤氣流向的帽型分布板；所述催化反應床的底端斜向設置有出口。
[0009] 作為本發明的一個優選方案，上述輸煤管與加料機連接，通過上述加料機向輸煤 管內輸送原料。
[0010] 作為本發明的另一個優選方案，上述催化反應床的頂部左右兩側分別設置有一個 催化劑進料口，一個排氣口，上述排氣口處連接有管道，煤氣經過上述管道依次流經一級冷 凝罐、二級冷凝罐后，最后流至氣液分離罐。
[0011] 上述熱解管的底部連接有接料罐或排焦裝置。
[0012] 上述熱解管的頂部設置有調節煤氣流向的帽型分布板，帽型分布板為筒形帽型分 布板、傘形帽型分布板或錐形帽型分布板。
[0013] 本發明提出了一種熱解、除塵、催化調質一體化反應裝置，熱解反應器包括輸煤管 和熱解管，包括下行熱解反應器和催化反應床，熱解反應器為雙層結構，其分別包括輸煤管 和熱解管，輸煤管經過催化反應床，與熱解管相連接。
[0014] 本發明在熱解管頂部設置有帽型分布板，當高溫煤氣向上逸出流經帽型分布板 時，煤氣氣流受阻，夾帶的灰塵被限制在熱解管內，隨半焦排出，由于有帽型分布板的存在， 煤氣流向改變，從高溫催化反應床層下面進入顆粒催化床，經顆粒床催化層過濾、調質后從 頂部逸出，增大煤氣與催化劑以及濾料的接觸面積，且不會造成煤氣溫度的降低，抑制了重 質焦油的冷凝，更好的達到了除塵、改質、催化效果。
[0015] 熱解管與輸煤管中的一部分在催化反應床內，可以通過外加熱的方式控制催化劑 床層的溫度。與之前獨立的催化裝置相比，本發明將除塵、改質集為一體，可使煤氣在高溫 條件下實現除塵的同時，使部分重質焦油裂解，得到理想產物輕質焦油。
[0016] 在催化反應床的底端斜向設置有出口，催化反應床內失活的催化劑可以從出口排 出，然后從催化反應床的頂部左側的進料口放入催化劑，既方便了催化劑的更換，又可以在 反應中及時補給、更換催化劑，不需要反應停止再進行更換，提高效率。
[0017] 本發明裝置可以起到熱解、除塵、催化調質于一體的作用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 下面結合附圖對本發明做進一步清楚、完整的說明：
[0019] 圖1為本發明催化熱解反應裝置的結構示意圖；
[0020] 圖中，I、氮氣，2、過濾器，3、球閥，4、流量控制器，5、單向閥，6、加料機，7、一級冷凝 罐，8、二級冷凝罐，9、氣液分離罐，10、接料罐，11、催化反應床，12、帽型分布板，13、輸煤管， 14、熱解管，15、出口，16、催化劑（或/和石英砂）。
【具體實施方式】
[0021] 本發明提出了一種熱解、除塵、催化調質一體化反應裝置，為了使本發明的優點、 技術方案更加清楚、明確，下面結合具體實施例對本發明做進一步清楚、完整的說明。
[0022] 如圖1所示，本發明為一種熱解、除塵、催化調質一體化反應裝置，包括熱解反應 器和催化反應床11，熱解反應器的部分區段為雙層套管式結構，其是由輸煤管13和熱解管 14組成的，含碳物質經螺旋加料機6進入到輸煤管13內，在下行過程中發生熱解反應，熱 解產生的高溫熱解氣向上逸出，經過帽型分布板12,將夾帶的灰塵阻擋在熱解管14內，并 進入催化劑床層中，實現調質處理。催化反應床11的底端斜向設置有出口 15,帽型分布板 12可以為筒形帽型分布板、傘形帽型分布板或錐形帽型分布板，更優選為筒形帽，可將高溫 煤氣完全調向，使其從催化反應床11的底部進入。
[0023] 當熱解產生的高溫氣體經過帽型分布板12時，煤氣氣流受帽型分布板阻擋，方向 改變，使煤氣從催化反應床11下面進入到顆粒催化劑床層中，從頂部出來，增大煤氣與催 化劑以及濾料的接觸面積，進一步實現除塵與催化調質。
[0024] 與本發明裝置配合使用的進料裝置與現有技術類似，在此僅作簡要介紹，結合圖 1，氮氣1依次經過濾器2、球閥3、流量控制器4后，通過單向閥5控制形成正壓，使物料進 入加料機6,或在油氣收集后，利用真空泵形成負壓進行抽氣，促進高溫熱解氣的流動。
[0025] 下面通過實施例對本發明做進一步說明。
[0026] 實施例1
[0027] 粒徑200目的煤粉，在105°C干燥后，從熱解器的頂部入料口處加入到熱解器的輸 煤管13,在外熱加熱模式下，使輸煤管13保持在400?700°C范圍內，煤粉發生熱解反應， 氣態產物向上逸出，通過熱解管14頂部設置的帽型分布板12時，高溫煤氣的風向改變，從 催化反應床11的底部進入，依次經過石英濾料、催化劑后，從催化反應床頂部的出口排出， 依次流經一級冷凝罐7、二級冷凝罐8后，進入氣液分離罐9進行分離，其具體半焦油氣收集 方式可借鑒現有技術進行處理。
[0028] 通過該種方式熱解后產生的高溫熱解氣，經過部分區段雙套管內部的過濾，和帽 型分布板的流向調整，高溫熱解氣經過催化反應床層后，可使熱解焦油的塵含率控制在 0. 1%以下。
[0029] 實施例2
[0030] 粒徑小于Imm的煤粉，在75°C干燥后，采用內加熱熱解的模式，與平均粒徑為 2. 5_的950°C的石英砂在熱解器的頂部入料口處加入到熱解器的輸煤管13,以石英砂為 熱載體，對煤粉顆粒進行加熱，通過調整煤粉與石英砂的物料配比，使輸煤管溫度保持在 400?700°C范圍內，煤粉發生熱解反應，產生的高溫熱解氣向上逸出，通過熱解管14頂部 設置的帽型分布板12時，高溫煤氣的風向改變，從催化反應床11的底部進入，經過催化劑 床層中的催化劑16后，從催化反應床頂部的出口排出，依次流經一級冷凝罐7、二級冷凝罐 8后，進入氣液分離罐9進行分離，其具體分離方式可借鑒現有技術進行處理，經帽型分布 板阻擋的一些粉塵落入熱解管底部連接的半焦接料罐10內。
[0031] 實施例3
[0032] 105°C烘干的松木木屑、鋸屑與稻殼的混合廢棄生物質，經過高速粉碎機粉碎后， 從熱解器頂部入料口加入到熱解器的輸煤管13,在外加熱的模式下，使熱解器的輸煤管溫 度保持在400?750°C范圍內，生物質發生熱解反應，熱解高溫氣態產物向上逸出，通過熱 解管14頂部設置的帽型分布板12時，高溫煤氣的風向改變，從催化反應床11的底部進入， 經過催化劑床層中的催化劑16后，從催化反應床頂部的出口排出，依次流經一級冷凝罐7、 二級冷凝罐8后，進入氣液分離罐9進行分離，其具體分離方式可借鑒現有技術進行處理， 經帽型分布板阻擋的一些粉塵落入熱解管底部連接的半焦接料罐10內。
[0033] 實施例4
[0034] 油頁巖經過粉碎后，6_以細的油頁巖粉，從熱解器頂部入料口加入到熱解器的輸 煤管13,在外加熱的模式下，使熱解器的輸煤管溫度保持在400?750°C范圍內，油頁巖發 生熱解反應，熱解高溫氣態產物向上逸出，通過熱解管14頂部設置的帽型分布板12時，高 溫煤氣的風向改變，從催化反應床11的底部進入，經過催化劑床層中的催化劑16后，從催 化反應床頂部的出口排出，依次流經一級冷凝罐7、二級冷凝罐8后，進入氣液分離罐9進行 分離，其具體分離方式可借鑒現有技術進行處理，經帽型分布板阻擋的一些粉塵落入熱解 管底部連接的半焦接料罐10內。
[0035] 實施例5
[0036] 選用發明人已公布的發明專利（CN 103877980 A)中所述Al-Mg-Ni-O催化劑，將 催化劑預先從催化反應床11頂部左側的催化劑加料口加入到催化反應床11內。粒徑200 目的煤粉，在105°C干燥后，從熱解器的頂部入料口處加入到熱解器的輸煤管13,在外熱加 熱模式下，使輸煤管13保持在400?700°C范圍內，煤粉發生熱解反應，氣態產物向上逸出， 通過熱解管14頂部設置的帽型分布板12時，高溫煤氣的風向改變，從催化反應床11的底 部進入，依次經過石英濾料、催化劑后，從催化反應床頂部的出口排出，依次流經一級冷凝 罐7、二級冷凝罐8后，進入氣液分離罐9進行分離，其具體半焦油氣收集方式可借鑒現有技 術進行處理。
[0037] 通過該種方式熱解后產生的高溫熱解氣，經過部分區段雙套管內部的過濾、帽型 分布板的流向調整和催化反應床層的過濾后，熱解焦油的塵含率控制在〇. 1 %以下，并且使 熱解焦油中浙青的含量降低50%以上。
【權利要求】
1. 一種熱解、除塵、催化調質一體化反應裝置，包括下行熱解反應器和催化反應床11， 其特征在于：所述熱解反應器為雙層結構，其分別包括輸煤管13和熱解管14,輸煤管13經 過催化反應床11，與熱解管14相連接，所述熱解管14的頂部設置有用于控制煤氣流向的帽 型分布板12 ;所述催化反應床11的底端斜向設置有出口 15。
2. 根據權利要求1所述的催化熱解反應裝置，其特征在于：所述輸煤管13與加料機6 連接，通過所述加料機6向輸煤管13內輸送原料。
3. 根據權利要求1或2所述的催化熱解反應裝置，其特征在于：所述催化反應裝置采 用外加熱形式，或利用高溫氣體熱載體、高溫固體熱載體的內加熱方式進行加熱，反應床11 的頂部左右兩側分別設置有一個催化劑進料口，一個排氣口，所述排氣口處連接有管道，煤 氣經過所述管道依次流經一級冷凝罐7、二級冷凝罐8后，最后流至氣液分離罐9。
4. 根據權利要求3所述的催化熱解反應裝置，其特征在于：所述熱解管14的頂部設置 有帽型分布板12,當熱解產生的高溫煤氣流經帽型分布板12時，煤氣氣流受帽型分布板12 阻擋，將夾帶的灰塵限制在熱解管14內，隨半焦排出；通過帽型分布板12后，煤氣氣流方向 改變，使煤氣從高溫催化劑床層的底部流入，經過顆粒床過濾催化后從床層上部流出，實現 高溫除塵和催化。
5. 根據權利要求4所述的催化熱解反應裝置，其特征在于：所述熱解管14的底部連接 有接料罐或排焦裝置。
6. 根據權利要求5所述的催化熱解反應裝置，其特征在于：所述催化反應床11內放置 有顆粒催化劑或石英砂。
7. 根據權利要求6所述的催化熱解反應裝置，其特征在于：所述帽型分布板12為筒形 帽型分布板、傘形帽型分布板或錐形帽型分布板。
8. 根據權利要求7所述的催化熱解反應裝置，其特征在于：其采用外加熱、內加熱或內 外協同加熱的熱解方式。
【文檔編號】C10B53/04GK104212469SQ201410459075
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月10日 優先權日:2014年9月10日
【發明者】李益, 呂興梅, 李洋洋, 張鎖江 申請人:中國科學院過程工程研究所