專利名稱：?jiǎn)未沧詿崾綗峤鈿饣紵磻?yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于固體燃料熱解燃燒領(lǐng)域，涉及一種新型的單床自熱式熱解/氣 化/燃燒方法及裝置。
背景技術(shù)：
固體燃料(煤、生物質(zhì)等)是世界能源主要組成部分，其燃燒生成的二氧化 碳是全球溫室氣體的主要排放源，因此固體燃料的高效清潔利用是當(dāng)今能源與環(huán) 境領(lǐng)域一項(xiàng)重大的技術(shù)課題，是關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。固 體燃料熱解氣化可生成合成氣(一氧化碳和氫氣)，合成氣是重要的化工氣，可以 通過(guò)費(fèi)一托合成制油，通過(guò)甲烷化反應(yīng)制天然氣，特別是可以通過(guò)水汽轉(zhuǎn)換反應(yīng) 去除二氧化碳獲得高純度的氫氣，減排二氧化碳。實(shí)現(xiàn)將低品質(zhì)的固體燃料清潔 高效地轉(zhuǎn)化成高價(jià)值的產(chǎn)品如車用燃料油和天然氣。
熱解與氣化反應(yīng)均為強(qiáng)吸熱反應(yīng)，需要能量維持反應(yīng)的進(jìn)行。傳統(tǒng)的熱解爐 和氣化爐一般是采用加入氧化劑如空氣或氧氣燃燒部分固體燃燒，由燃燒生成的 熱量來(lái)提供。這樣帶來(lái)一些問(wèn)題如果是利用空氣作氧化劑，空氣中大量的&稀 釋了產(chǎn)物氣，導(dǎo)致反應(yīng)生成的氣體中一氧化碳和氫氣含量較低，熱值也低，只能 作為燃料氣使用，不能作為合成氣；如果用純氧，雖然產(chǎn)物氣中沒(méi)有N2，但制氧 過(guò)程能耗高且設(shè)備投資巨大，經(jīng)濟(jì)性較差。另一個(gè)熱量提供方法是通過(guò)壁面?zhèn)鳠幔?由于壁面導(dǎo)熱傳熱效率低，導(dǎo)致設(shè)備龐大，能源利用效率低，也難以實(shí)現(xiàn)大型化。
目前出現(xiàn)的一種新的技術(shù)路線是采用兩個(gè)反應(yīng)器，即熱解/氣化反應(yīng)器和燃燒 反應(yīng)器，采用惰性熱載體將燃燒反應(yīng)器的熱量傳遞給氣化/熱解反應(yīng)器，以提供氣 化/熱解所需的熱量，較好地解決了氣化/熱解反應(yīng)中能量問(wèn)題。但這種雙床形式 存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜，熱載體循環(huán)量難以控制等問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本實(shí)用新型提出了一種單床自熱式熱解氣化燃燒反應(yīng)器，目的是 在一個(gè)反應(yīng)器中將熱解/氣化反應(yīng)與燃燒分隔開(kāi)，利用熱載體的內(nèi)循環(huán)將燃燒區(qū)的 熱量傳遞給熱解/氣化區(qū)。
技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的而采用的技術(shù)方案是這樣的利用分隔 板、導(dǎo)向管將主反應(yīng)器分隔成下部燃燒床和上部熱解床。兩個(gè)床之間依靠惰性熱 載體進(jìn)行熱量傳遞，熱解氣化過(guò)程產(chǎn)生的產(chǎn)物氣和燃燒產(chǎn)生的煙氣從各自的出口 排出，從而得到高品質(zhì)的合成氣。
本實(shí)用新型的單床自熱式熱解/氣化/燃燒裝置，是由燃燒床、熱解床、中心 導(dǎo)向管和2組旋風(fēng)分離器及對(duì)應(yīng)的回料器構(gòu)成。固體燃料(生物質(zhì)或煤)從底部 被熱解不凝氣氣力輸送進(jìn)入中心導(dǎo)向管，在導(dǎo)向管內(nèi)物料被灼熱的惰性床料加熱 熱解氣化生成燃料氣和半焦，半焦隨惰性床料通過(guò)連接上下反應(yīng)器的料腿進(jìn)入下 部燃燒床，半焦在燃燒床內(nèi)燃燒，釋放的熱量用來(lái)加熱惰性載體，惰性床料經(jīng)導(dǎo) 向管下部巻吸孔重新進(jìn)入中心導(dǎo)向管，形成穩(wěn)定的內(nèi)循環(huán)。
結(jié)合附圖1 ，單床自熱式熱解氣化燃燒反應(yīng)器采用分隔板將反應(yīng)器本體分成下 部的燃燒床和上部的熱解床；導(dǎo)向管設(shè)置在反應(yīng)器中心連接下部燃燒床(2)和上 部熱解床，在導(dǎo)向管下部設(shè)置巻吸孔，該巻吸孔與反應(yīng)器底部的反應(yīng)器底部入口、 被熱解不凝氣入口相連接，作為物料的生物質(zhì)或煤由反應(yīng)器底部入口被熱解不凝 氣氣力輸送至導(dǎo)向管中；分隔板和導(dǎo)向管之間的空隙組成料腿；熱解床的上部連 接產(chǎn)物氣出口，燃燒床的上部連接燃燒煙氣出口，燃燒床的中部連接煙氣回料器， 燃燒床的下部連接產(chǎn)物氣回料器；在反應(yīng)器的中部設(shè)有床料/催化劑入口，在反應(yīng) 器底部還設(shè)有空氣入口，燃燒空氣由底部的空氣入口進(jìn)入燃燒床；產(chǎn)物氣旋風(fēng)分 離器的底部連接產(chǎn)物氣回料器，產(chǎn)物氣旋風(fēng)分離器的上部為產(chǎn)物氣出口，產(chǎn)物氣 旋風(fēng)分離器的側(cè)面接熱解床；煙氣旋風(fēng)分離器的底部連接煙氣回料器，煙氣旋風(fēng) 分離器的上部為煙氣出口，煙氣旋風(fēng)分離器的側(cè)面接燃燒床的上部。所述的反應(yīng) 器采用雙重顆粒密封裝置將燃燒床和熱解床中的氣體分隔 一重密封是在反應(yīng)器 內(nèi)設(shè)置連接熱解床和燃燒床的導(dǎo)向管，導(dǎo)向管插入燃燒床內(nèi)，與導(dǎo)向管形成環(huán)隙 料腿；另一重密封是熱解床出口設(shè)置產(chǎn)物氣旋風(fēng)分離器，其與產(chǎn)物氣回料器之間 的立管在運(yùn)行時(shí)將形成顆粒密封，防止燃燒氣和熱解氣互竄。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下特點(diǎn)當(dāng)前的釆用惰性熱 載體傳熱技術(shù)都是雙床結(jié)構(gòu)，即兩個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)器，然后利用顆粒外循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn) 惰性床料熱交換，如中國(guó)專利03152977.1和200510057215. 8。這種雙床技術(shù)在結(jié) 構(gòu)上顯然比單床結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)更高；此外，采用顆粒外循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)惰性床料熱 交換的方法，在顆粒循環(huán)量的控制上要較單床難，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)顆粒循環(huán)量不足， 造成熱解氣化反應(yīng)供熱量不夠，反應(yīng)溫度低，同時(shí)燃燒反應(yīng)器產(chǎn)生的熱量不能帶 走，又出現(xiàn)超溫的現(xiàn)象。本發(fā)明采用單床內(nèi)循環(huán)技術(shù)可克服歡床的缺陷，不僅在 結(jié)構(gòu)上更為緊湊，最主要的是通過(guò)控制輸送氣和流化氣的流量就能控制顆粒循環(huán) 量，而且更易大型化，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。


圖1為單床自熱式熱解氣化燃燒反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為采用本發(fā)明所述反應(yīng)器實(shí)施單床自熱式熱解氣化燃燒工藝流程圖。 以上的圖中有巻吸孔l，燃燒床2，料腿3，導(dǎo)向管4，熱解床5，分隔板6， 產(chǎn)物氣旋風(fēng)分離器7，煙氣旋風(fēng)分離器8，煙氣回料器9，產(chǎn)物氣回料器IO，冷凝 系統(tǒng)ll,第一調(diào)節(jié)閥12，第二調(diào)節(jié)閥13，空氣預(yù)熱器14,除塵器15，引風(fēng)機(jī)16， 煙囪17，空氣過(guò)濾器18，鼓風(fēng)機(jī)19，增壓風(fēng)機(jī)20，螺旋給料器21，風(fēng)室22;惰 性床料/催化劑進(jìn)口i，固體燃料進(jìn)口ii，熱解不凝結(jié)氣進(jìn)口iii，空氣進(jìn)口iv， 產(chǎn)物氣出口v，燃燒煙氣出口vi。
具體實(shí)施方式
單床自熱式熱解氣化燃燒反應(yīng)器采用分隔板6將反應(yīng)器本體分成下部的燃燒床2 和上部的熱解床5;導(dǎo)向管4設(shè)置在反應(yīng)器中心連接下部燃燒床2和上部熱解床5， 在導(dǎo)向管4下部設(shè)置巻吸孔1，該巻吸孔1與反應(yīng)器底部的反應(yīng)器底部入口 ii、 被熱解不凝氣入口 iii相連接，作為物料的生物質(zhì)或煤由反應(yīng)器底部入口 ii被熱 解不凝氣iii氣力輸送至導(dǎo)向管4中；分隔板6和導(dǎo)向管4之間的空隙組成料腿3; 熱解床5的上部連接產(chǎn)物氣出口 v，燃燒床2的上部連接燃燒煙氣出口 vi，燃燒 床2的中部連接煙氣回料器9，燃燒床2的下部連接產(chǎn)物氣回料器10;在反
應(yīng)器的中部設(shè)有床料/催化劑入口 i，在反應(yīng)器底部還設(shè)有空氣入口 iv，燃燒空氣由底部的空氣入口 iv進(jìn)入燃燒床；產(chǎn)物氣旋風(fēng)分離器7的底部連接產(chǎn)物氣回 料器IO，產(chǎn)物氣旋風(fēng)分離器7的上部為產(chǎn)物氣出口 v，產(chǎn)物氣旋風(fēng)分離器7的側(cè) 面接熱解床5;煙氣旋風(fēng)分離器8的底部連接煙氣回料器9，煙氣旋風(fēng)分離器8的 上部為煙氣出口 vi，煙氣旋風(fēng)分離器8的側(cè)面接燃燒床2的上部。
所述的單床自熱式熱解氣化燃燒反應(yīng)器采用顆粒雙密封方法進(jìn)行密封，以防 止燃燒床和熱解床的氣體互竄。顆粒雙密封是指反應(yīng)器內(nèi)置料腿和外置旋風(fēng)分離 器料腿進(jìn)行顆粒密封。
所述的惰性熱載體為石英砂，灰渣等惰性固體顆粒。
由本實(shí)用新型提出的熱解/氣化系統(tǒng)如附圖2所示。該系統(tǒng)由單床自熱式反應(yīng) 器，加料器，產(chǎn)物器冷凝系統(tǒng)，空氣煙氣換熱器，熱解氣再循環(huán)系統(tǒng)等組成。本 發(fā)明所提出的系統(tǒng)既可以作為氣化裝置，也可以作為熱解裝置，用來(lái)生產(chǎn)燃料油 和合成氣。
固體燃料如生物質(zhì)、煤或廢物衍生燃料(RDF)通過(guò)螺旋加料器21加入到底 部噴動(dòng)管，由熱解氣化介質(zhì)(再循環(huán)熱解氣或者蒸汽)氣力輸送到反應(yīng)器導(dǎo)向管4 內(nèi)，固體采用0-5mm范圍的顆粒，以利于氣力輸送和爐內(nèi)熱解氣化反應(yīng)。固體燃 料顆粒進(jìn)入導(dǎo)向管后迅速被從導(dǎo)向管下部巻吸孔1進(jìn)來(lái)的高溫惰性床料加熱至反 應(yīng)溫度，反應(yīng)溫度因工藝不同而有所不同，熱解制油工藝為450-550'C，氣化工藝 溫度較高，在850-95(TC左右；導(dǎo)向管內(nèi)由于高湍流、高加熱速率，物料的熱解氣 化反應(yīng)劇烈，生成產(chǎn)物氣和半焦噴出導(dǎo)向管在熱解床5內(nèi)形成噴泉，隨后氣固進(jìn)
行分離，產(chǎn)物氣繼續(xù)上升，而較重的床料和半焦下降落入錐形分隔板6，再通過(guò)連
接熱解床和燃燒床的環(huán)形料腿3進(jìn)入下部燃燒床2內(nèi)。燃燒床采用空氣鼓風(fēng) 流化，半焦在該床燃燒，釋放的熱量用來(lái)加熱惰性床料，因此該工藝的傳熱特點(diǎn) 主要是通過(guò)惰性床料及其內(nèi)循環(huán)為熱載體間接將燃燒反應(yīng)的熱量傳遞給熱解氣化 區(qū)，以滿足熱解氣化的熱量需求。燃燒床上部設(shè)置惰性床料/催化劑加入口，以補(bǔ) 充磨細(xì)后飛出的床料和部分工藝如催化熱解氣化需要加入催化劑的需要。在燃燒 床和熱解床分別設(shè)置氣體出口，同時(shí)采用雙顆粒密封方法，即反應(yīng)器內(nèi)環(huán)形料腿3 和器外旋風(fēng)分離器7料封，以確保將產(chǎn)物氣和燃燒煙氣分開(kāi)。熱解床的產(chǎn)物氣和 燃燒床煙氣經(jīng)單獨(dú)設(shè)置的產(chǎn)物氣旋風(fēng)分離器7及煙氣旋風(fēng)分離器8和產(chǎn)物氣回料器10及煙氣回料器9將夾帶的顆粒(細(xì)床料和半焦)分離后全部返回燃燒床再循 環(huán)利用。除塵后的熱解氣化產(chǎn)物氣經(jīng)冷凝器ll將輕質(zhì)油和重質(zhì)焦油冷卻，不凝結(jié) 產(chǎn)物氣分成兩路， 一路經(jīng)第一調(diào)節(jié)閥門12排出作原料氣利用，另一路由第二調(diào)節(jié) 閥門13進(jìn)入增壓風(fēng)機(jī)20加壓后作為輸送氣再進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)。燃燒煙氣方面，分 離顆粒后的燃燒煙氣，先經(jīng)過(guò)換熱器14回收煙氣中的能量，冷卻后的煙氣經(jīng)除塵 器15再除塵后由引風(fēng)機(jī)16經(jīng)煙囪17排出。燃燒空氣先經(jīng)空氣過(guò)濾器18過(guò)濾后， 由鼓風(fēng)機(jī)19經(jīng)空氣預(yù)熱器14加熱后由燃燒風(fēng)室22進(jìn)入燃燒床內(nèi)。
固體燃料被熱解氣攜帶進(jìn)入導(dǎo)向管中，熱解氣在進(jìn)入導(dǎo)向管時(shí)形成高速射流， 該高速射流主要有二個(gè)作用其一是巻吸燃燒床內(nèi)的高溫惰性床料，并由下部巻 吸孔進(jìn)入導(dǎo)向管，其二是強(qiáng)化高溫惰性床料、.固體燃料和氣體的混合和傳熱，使 得固體燃料快速加熱升溫至熱解氣化所需溫度(450-95(TC)，固體燃料熱解氣化 生成含一氧化碳和氫氣的產(chǎn)物氣，經(jīng)熱解床出口排出；殘余半焦和惰性床料在熱 解床中慣性分離，落至錐形分隔板后進(jìn)入導(dǎo)向管和分隔立管的環(huán)隙，再進(jìn)入燃燒 床中。燃燒床采用流化床運(yùn)行方式，用空氣作為流化氣燃燒半焦，用于加熱惰性 床料，燃燒煙氣由單獨(dú)出口排出，考慮到惰性床料的跑損或某些工藝要使用催化 劑，在燃燒床設(shè)有床料/催化劑加入口。排出主反應(yīng)器的產(chǎn)物氣和熱解氣通過(guò)外置 式旋風(fēng)分離器分離飛出的較細(xì)床料和半焦，由回料器重新送回燃燒床中再利用。
權(quán)利要求1. 一種單床自熱式熱解氣化燃燒反應(yīng)器，其特征在于采用分隔板(6)將反應(yīng)器本體分成下部的燃燒床(2)和上部的熱解床(5)；導(dǎo)向管(4)設(shè)置在反應(yīng)器中心連接下部燃燒床(2)和上部熱解床(5)，在導(dǎo)向管(4)下部設(shè)置卷吸孔(1)，該卷吸孔(1)與反應(yīng)器底部的反應(yīng)器底部入口(ii)、被熱解不凝氣入口(iii)相連接，作為物料的生物質(zhì)或煤由反應(yīng)器底部入口(ii)被熱解不凝氣(iii)氣力輸送至導(dǎo)向管(4)中；分隔板(6)和導(dǎo)向管(4)之間的空隙組成料腿(3)；熱解床(5)的上部連接產(chǎn)物氣出口(v)，燃燒床(2)的上部連接燃燒煙氣出口(vi)，燃燒床(2)的中部連接煙氣回料器(9)，燃燒床(2)的下部連接產(chǎn)物氣回料器(10)；在反應(yīng)器的中部設(shè)有床料/催化劑入口(i)，在反應(yīng)器底部還設(shè)有空氣入口(iv)，燃燒空氣由底部的空氣入口(iv)進(jìn)入燃燒床；產(chǎn)物氣旋風(fēng)分離器(7)的底部連接產(chǎn)物氣回料器(10)，產(chǎn)物氣旋風(fēng)分離器(7)的上部為產(chǎn)物氣出口(v)，產(chǎn)物氣旋風(fēng)分離器(7)的側(cè)面接熱解床(5)；煙氣旋風(fēng)分離器(8)的底部連接煙氣回料器(9)，煙氣旋風(fēng)分離器(8)的上部為煙氣出口(vi)，煙氣旋風(fēng)分離器(8)的側(cè)面接燃燒床(2)的上部。
專利摘要單床自熱式熱解氣化燃燒反應(yīng)器采用分隔板(6)將反應(yīng)器本體分成下部的燃燒床(2)和上部的熱解床(5)；導(dǎo)向管(4)設(shè)置在反應(yīng)器中心連接下部燃燒床(2)和上部熱解床(5)，在導(dǎo)向管(4)下部設(shè)置卷吸孔(1)，該卷吸孔(1)與反應(yīng)器底部的反應(yīng)器底部入口(ii)、被熱解不凝氣入口(iii)相連接，作為物料的生物質(zhì)或煤由反應(yīng)器底部入口(ii)被熱解不凝氣(iii)氣力輸送至導(dǎo)向管(4)中；分隔板(6)和導(dǎo)向管(4)之間的空隙組成料腿(3)；熱解床(5)的上部連接產(chǎn)物氣出口(v)，燃燒床(2)的上部連接燃燒煙氣出口(vi)，燃燒床(2)的中部連接煙氣回料器(9)，燃燒床(2)的下部連接產(chǎn)物氣回料器(10)。
文檔編號(hào)C10B21/12GK201241071SQ20082003352
公開(kāi)日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2008年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月25日
發(fā)明者宋啟磊, 張會(huì)巖, 睿 肖, 金保升 申請(qǐng)人:東南大學(xué)