專利名稱：燃燒與熱解耦合的三聯(lián)供裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種燃燒與熱解耦合的三聯(lián)供裝置，是將含碳物質(zhì)通過快速熱解和燃燒處理從而轉(zhuǎn)化成油、氣、熱產(chǎn)品的裝置。這里所指的含碳物質(zhì)包括煤炭、生物質(zhì)、油頁巖等，也可以是它們的混合物。
技術(shù)背景含碳物質(zhì)經(jīng)過加工處理(如氣化、液化、燃燒、熱解等)可以獲得油、氣、熱等產(chǎn)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(chǎn)條件苛刻或產(chǎn)率低或成本高，而采用熱解與燃燒耦合的技術(shù)則生產(chǎn)條件容易達到，且可以比較經(jīng)濟地獲得油、氣、 熱等產(chǎn)品，且資源利用率高。所謂熱解與燃燒耦合技術(shù)主要包括兩個過程一是在熱解器中將含碳物質(zhì)熱解轉(zhuǎn)化成油氣產(chǎn)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(chǎn)生高溫灰和生產(chǎn)熱能。中國科學(xué)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(xué)院北京煤化所、 大連理工大學(xué)等就此都進行了許多的研究工作，所開發(fā)的技術(shù)不同之處主要體現(xiàn)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(zhuǎn)爐或下行床反應(yīng)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(yīng)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(jīng)歷了混合器、下降管、快速氣固分離器，所以流程較長，設(shè)備較多，且氣固分離器結(jié)構(gòu)復(fù)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(fù)雜外，由于惰性氣體的加入煤氣熱值也會相應(yīng)降低；由于熱解氣只能在快速氣固分離器中導(dǎo)出，故熱解過程中產(chǎn)生的熱解氣不能盡快導(dǎo)出，存在與高溫物料接觸時間長的問題，因而會導(dǎo)致較多的熱解氣體發(fā)生二次反應(yīng)，從而降低了油的收率。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實用新型的目的是要提供一種流程短、設(shè)備少、 油回收率高、熱量利用率高且產(chǎn)出煤氣熱值高的燃燒與熱解耦合的三聯(lián)供裝置。本實用新型的結(jié)構(gòu)，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(shè)有固體物料閥，其特征在于，所述的下行床炭化器(3)的內(nèi)部設(shè)有固定式強化混合裝置，所述的下行床炭化器(3)的上部設(shè)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(lián)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(nèi)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(fā)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(nèi)自動地將其分離，即產(chǎn)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(chǎn)品)，殘留下來的固體物質(zhì)(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(nèi)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(zhì)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(chǎn)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(fù)循環(huán)。為保證在所述的裝置內(nèi)有一定的固體物料循環(huán)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(xì)說明。下行床炭化器(3)內(nèi)的固定式強化混合裝置可以由2組或不多于50組的導(dǎo)流構(gòu)件組成(組數(shù)的確定依據(jù)熱解過程的要求確定，一般對于導(dǎo)熱性差或熱解反應(yīng)速度慢的物料，選用的組數(shù)較多)，每組導(dǎo)流構(gòu)件包括上導(dǎo)流片(6)和下導(dǎo)流片(7)兩部分，上導(dǎo)流片 (6)是開口向下的中空的圓錐體，下導(dǎo)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(nèi)壁相連接的腔體，上導(dǎo)流片(6)的下端的直徑小于下導(dǎo)流片(7)的上端的直徑， 上導(dǎo)流片(6)和下導(dǎo)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(dǎo)流構(gòu)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(fā)生快速熱裂解，產(chǎn)生的熱解氣借浮力由熱解氣排出口排出，殘留的固體物質(zhì)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(nèi)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(chǔ)上，可在每個上導(dǎo)流片(6)的側(cè)上方的下行床炭化器(3)側(cè)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(yīng)，從而提高油收率；更進一步地，在上述裝置的基礎(chǔ)上，在每個導(dǎo)流片的下表面上緊貼地設(shè)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(chǎn)生的高溫?zé)煔鉃闊峤夥磻?yīng)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?zé)煔夂蜔峄彝瑫r提供熱量)， 因而可提高油品產(chǎn)率。下行床炭化器(3)內(nèi)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(nèi)流動著高溫?zé)煔?，固體物料在下降的過程中不斷與管路碰撞，發(fā)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(chǎn)生的熱解氣借浮力由熱解氣排出口排出，殘留的固體物質(zhì)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(nèi)有一定的固體物料循環(huán)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(shè)在下行床炭化器(3)的上部，也可設(shè)在熱灰流入通道(5)上固體物料閥的下游側(cè)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(zhì)，這樣可節(jié)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(shè)備。[0007]由于僅在下行床炭化器(3)中加設(shè)構(gòu)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(xiàn)混合、傳熱、熱解和氣固分離功能，所以與已有的設(shè)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(shè)備少且簡單；由于在不同高度、分階段、及時地將熱解氣導(dǎo)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?zé)煔獾膹U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(chǎn)出煤氣熱值高且加料系統(tǒng)簡單。

附圖為本實用新型的結(jié)構(gòu)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(shè)有固體物料閥，其特征在于，所述的下行床炭化器(3)的內(nèi)部設(shè)有固定式強化混合裝置，所述的下行床炭化器(3)的上部設(shè)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(lián)供裝置上有原料加入口。下行床炭化器(3)內(nèi)的固定式強化混合裝置可以是由2組或不多于50組的導(dǎo)流構(gòu)件組成，每組導(dǎo)流構(gòu)件包括上導(dǎo)流片(6)和下導(dǎo)流片(7)兩部分，上導(dǎo)流片(6)是開口向下的中空的圓錐體，下導(dǎo)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(nèi)壁相連接的腔體，上導(dǎo)流片(6)的下端的直徑小于下導(dǎo)流片(7)的上端的直徑，上導(dǎo)流片(6) 和下導(dǎo)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(jié)合附圖對本實用新型的實施例做進一步詳細(xì)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(shè)有布風(fēng)板、排灰口和半焦入口，上部設(shè)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(fēng)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(fēng)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(zhì)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(dǎo)流構(gòu)件，在每個上導(dǎo)流片(6)側(cè)上方的下行床炭化器(3)的壁面上設(shè)有一個熱解氣出口，共設(shè)有6個熱解氣出口 ；加料裝置為一螺旋給料器，設(shè)置于下行床炭化器(3)的側(cè)上方， 用它將原料通過設(shè)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(zhì)等的快速低溫?zé)峤獾囊?。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(xiàn)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(zhì)(如煤、生物質(zhì)等)轉(zhuǎn)化成液體和氣體化學(xué)產(chǎn)品的快速熱解裝置，結(jié)構(gòu)簡單，投資省，易于操作，液體產(chǎn)品收率高，熱解得到的液體產(chǎn)品可做為石油產(chǎn)品的替代品，氣體產(chǎn)品可作為燃料或合成氣使用，有利于環(huán)境保護，符合循環(huán)經(jīng)濟的政策，具有廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求1.一種燃燒與熱解耦合的三聯(lián)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(shè)有固體物料閥，其特征在于，所述的下行床炭化器(3)的內(nèi)部設(shè)有固定式強化混合裝置，所述的下行床炭化器(3)的上部設(shè)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(lián)供裝置上有原料加入口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒與熱解耦合的三聯(lián)供裝置，其特征是，下行床炭化器(3) 內(nèi)的固定式強化混合裝置由2組或不多于50組的導(dǎo)流構(gòu)件組成，每組導(dǎo)流構(gòu)件包括上導(dǎo)流片(6)和下導(dǎo)流片(7)兩部分，上導(dǎo)流片(6)是開口向下的中空的圓錐體，下導(dǎo)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(nèi)壁相連接的腔體，上導(dǎo)流片(6)的下端的直徑小于下導(dǎo)流片(7)的上端的直徑，上導(dǎo)流片(6)和下導(dǎo)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(jù)權(quán)利要求2所述的燃燒與熱解耦合的三聯(lián)供裝置，其特征是，在每個上導(dǎo)流片 (6)的側(cè)上方的下行床炭化器(3)側(cè)壁上有熱解氣出口。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃燒與熱解耦合的三聯(lián)供裝置，其特征是，在每個導(dǎo)流片的下表面上緊貼地設(shè)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(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒與熱解耦合的三聯(lián)供裝置，其特征是，在每個導(dǎo)流片的下表面上緊貼地設(shè)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(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒與熱解耦合的三聯(lián)供裝置，其特征是，下行床炭化器(3) 內(nèi)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(jù)權(quán)力要求1、2、3、4、5或6所述的燃燒與熱解耦合的三聯(lián)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(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5或6所述的燃燒與熱解耦合的三聯(lián)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(cè)管路上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5或6所述的燃燒與熱解耦合的三聯(lián)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(lián)供裝置，是將含碳物質(zhì)通過快速熱解和燃燒轉(zhuǎn)化成油、氣、熱產(chǎn)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(shè)有簡單的固定式強化混合裝置的炭化器內(nèi)同時實現(xiàn)混合、換熱、氣固分離功能，從而流程短、設(shè)備少且簡單；由于分階段、及時地將熱解氣導(dǎo)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?zé)煔獾膹U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(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者張榮光 申請人:張榮光