本實用新型屬于化石燃料的熱解和裂解技術領域，具體涉及一種主要針對油頁巖和煤等資源的蓄熱式移動床熱解和裂解反應器，用于制取可燃氣和半焦產(chǎn)品。

背景技術：

當今世界油氣資源逐漸減少，日益匱乏，我國尤甚，必須依靠大量的進口原油，這關系到國家能源安全問題。然而，我國擁有非常豐富的油頁巖以及煤炭資源，目前我國的熱解頁巖油產(chǎn)量居世界第一位，并且有逐年增長的趨勢?，F(xiàn)有的油頁巖以及煤炭熱解爐型主要有撫順爐、三江氣燃式方爐、大工的固體熱載體干餾爐、愛莎尼亞的葛洛特（Galoter）爐、澳大利亞的ATP爐和美國聯(lián)合油公司干餾爐等?，F(xiàn)有的熱解爐型均以制取油品為主要目的，但是大多熱解爐型，尤其是以處理粉煤為原料的爐型，熱解油中含有大量塵，造成熱解油難以有效利用，熱解油價值不高等問題。因此，如何設計一種高效除塵、系統(tǒng)結構和工藝流程都簡單的反應器成為本領域亟需解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型針對現(xiàn)有技術的不足，設計并開發(fā)出一種熱解和裂解反應器，該反應器內(nèi)一體化的設計了熱解室和裂解室，熱解室產(chǎn)生的油氣，可以進入裂解室進行深度裂解，將大分子的焦油分子裂解為小分子的氣態(tài)烴類，從而避免了生產(chǎn)熱解油含塵的問題，真正實現(xiàn)了化石燃料的清潔高效利用。

為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案為：

本實用新型提供了一種熱解和裂解反應器。根據(jù)本實用新型的實施例，該反應器包括：進料口、熱解室、裂解室和裂解氣出口，所述進料口設置在所述熱解室的頂壁上，所述裂解氣出口設置在所述裂解室的側壁上，其特征在于,還包括：蓄熱式輻射管，所述蓄熱式輻射管沿所述反應器的高度方向多層布置在所述熱解室和所述裂解室內(nèi)部，每層具有多根沿水平方向布置的所述蓄熱式輻射管；隔熱磚墻，所述隔熱磚墻設置在所述反應器橫向寬度的2/3處，豎直地貫穿于所述反應器內(nèi)，將所述反應器的內(nèi)部空間分隔成所述熱解室和所述裂解室；連通構件，所述連通構件設置在隔熱磚墻的下部，用于將所述熱解室產(chǎn)生的油氣，通過所述連通構件，通入到所述裂解室。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本實用新型實施例的反應器的系統(tǒng)結構簡單，操作方便，熱解室產(chǎn)生的油氣，可以進入裂解室進行深度裂解，將大分子的焦油分子裂解為小分子的氣態(tài)烴類，該反應器可產(chǎn)生大量的裂解氣，從而避免了生產(chǎn)熱解油含塵的問題，真正實現(xiàn)了化石燃料的清潔高效利用。此外，一個爐體內(nèi)可進行兩種作業(yè)，合二為一，節(jié)省建造成本和占地面積,而且,該反應器采用了蓄熱式輻射管加熱技術無需氣、固熱載體加熱，提高了反應器的熱效率的同時簡化了系統(tǒng)工藝。

根據(jù)本實用新型的實施例，所述連通構件為設置在所述隔熱磚墻上的包括多個孔的孔帶。

根據(jù)本實用新型的實施例，所述連通構件為所述隔熱磚墻縱向長度上，位于下部位置的開口。

根據(jù)本實用新型的實施例，所述隔熱磚墻的厚度為5-15cm。

根據(jù)本實用新型的實施例，所述孔帶的高度為3-15cm。

根據(jù)本實用新型的實施例，所述孔的直徑為1-3cm。

根據(jù)本實用新型的實施例，所述開口的高度為3-15cm。

根據(jù)本實用新型的實施例，料斗通過進料裝置與所述進料口相連。

根據(jù)本實用新型的實施例，進一步包括半焦出口，所述半焦出口設置在所述熱解室的下部，所述半焦出口與所述半焦輸送裝置連接。

本實用新型的有益效果在于：

1）反應器分為熱解室和裂解室，熱解室產(chǎn)生的油氣，可在裂解室進行深度裂解，大分子的焦油分子裂解為小分子的氣態(tài)烴類，可燃氣體產(chǎn)率高，避免了熱解油含塵的問題，真正實現(xiàn)了化石燃料的清潔高效利用。

2）一個爐體內(nèi)可進行兩種作業(yè)，合二為一，節(jié)省建造成本和占地面積。

3）熱解氣熱值高，品質好。

4）采取蓄熱式輻射管供熱，反應系統(tǒng)結構簡單，操作方便，溫度分布均勻，加熱效果好。

附圖說明

圖1為本實用新型熱解和裂解反應器的結構圖。

圖2為本實用新型隔熱磚墻的正視圖。

其中，1、料斗；2、進料裝置；3、熱解室；310、裂解氣出口；320、進料口；330、半焦出口；340、蓄熱式輻射管；4、裂解室；5、隔熱磚墻；510、連通構件；6、半焦輸送裝置；7、燃氣入口；8、煙氣出口；9、空氣入口；10、氣源。

具體實施方式

為了使本領域技術人員更好地理解本實用新型的技術方案，下面結合具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。下面描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。實施例中未注明具體技術或條件的，按照本領域內(nèi)的文獻所描述的技術或條件或者按照產(chǎn)品說明書進行。

根據(jù)本實用新型的一個方面，本實用新型提供了一種蓄熱式移動床熱解和裂解反應器，圖1為該熱解和裂解反應器的結構圖，如圖1所示，反應器包括進料口320、熱解室3、裂解室4、裂解氣出口310、蓄熱式輻射管340、隔熱磚墻5和連通構件510,其中, 所述進料口設置在所述熱解室的頂壁上，所述裂解氣出口設置在所述裂解室的側壁上，所述隔熱磚墻豎直地貫穿于反應器內(nèi)，將反應器的內(nèi)部空間分隔成熱解室和裂解室,所述連通構件設置在所述隔熱磚墻上，將熱解室和裂解室連通，優(yōu)選的，所述連通構件設置在隔熱磚墻的下部，將熱解室產(chǎn)生的油氣，通過連通構件，通入到裂解室。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本實用新型實施例的該設反應器的系統(tǒng)結構簡單，操作方便，熱解室產(chǎn)生的油氣，可以進入裂解室進行深度裂解，將大分子的焦油分子裂解為小分子的氣態(tài)烴類，該反應器可產(chǎn)生大量的裂解氣，從而避免了生產(chǎn)熱解油含塵的問題，真正實現(xiàn)了化石燃料的清潔高效利用。此外，該反應器采用了蓄熱式輻射管加熱技術無需氣、固熱載體加熱，提高了反應器的熱效率的同時簡化了系統(tǒng)工藝。

根據(jù)本實用新型的具體實施例，適用于該反應器的熱解料的具體種類和粒徑不受特別限制，根據(jù)本實用新型的實施例，熱解料可以是油頁巖、煤等化石燃料，也可以是垃圾、污泥、廢舊輪胎等，熱解料可以為塊狀熱解料也可以為小顆粒熱解料，在本實用新型的一些優(yōu)選實施例中，該反應器采用的熱解料為粒徑20mm以下的顆粒和粉狀化石燃料，由此，可以充分利用小顆粒熱解料，資源利用率高，且能夠解決大量堆積污染環(huán)境的問題。

根據(jù)本實用新型的具體實施例，適用于該反應器的爐型不受特別限制，可以是蓄熱式移動床也可以是其它類型，如非蓄熱式或非移動式等，只要能通過隔熱磚墻一體化的分割為熱解室和裂解室即可。

根據(jù)本實用新型的具體實施例，隔熱磚墻設置在反應器內(nèi)，優(yōu)選的，位于反應器橫向寬度的2/3處，隔熱磚墻的厚度為5-15cm，隔熱磚墻豎直地貫穿于反應器內(nèi)，將反應器的內(nèi)部空間分隔成熱解室和裂解室，該結構使得在一個爐體內(nèi)設置了熱解室和裂解室，熱解室產(chǎn)生的油氣，可以進入裂解室進行深度裂解，將大分子的焦油分子裂解為小分子的氣態(tài)烴類，產(chǎn)生大量的裂解氣，從而避免了生產(chǎn)熱解油含塵的問題。并且，一個爐體內(nèi)可進行兩種作業(yè)，合二為一，節(jié)省建造成本和占地面積。

根據(jù)本實用新型的具體實施例，連通構件的具體種類不受特別限制，只要可以將熱解室和裂解室連通，從而將熱解室產(chǎn)生的油氣通入到裂解室即可。在本實用新型的一些實施例中，圖2為從反應器的左向右看時，隔熱磚墻的正視圖，如圖2所示，連通構件可以為設置在隔熱磚墻上的包括多個孔的孔帶，優(yōu)選情況下，所述孔帶的高度為3-15cm，所述孔的直徑為1-3cm。連通構件也可以為隔熱磚墻縱向長度上，位于下部位置的開口，優(yōu)選情況下，所述開口的高度為3-15cm。

根據(jù)本實用新型的具體實施例，如圖1所示，所述進料口設置在熱解室上部的頂壁上，料斗1通過進料裝置2與所述進料口相連；進料裝置的具體種類不受特別限制，只要可以將料斗中的熱解料有效地輸送至反應器中即可。在本實用新型的一些實施例中，進料裝置可以為星形送料機或螺旋送料機。由此，能夠實現(xiàn)對熱解料的自動化輸送，輸送量可控，且設備結構簡單，操作方便。

根據(jù)本實用新型的具體實施例，如圖1所示，反應器進一步還包括半焦出口330，所述半焦出口設置在所述熱解室的下部，所述半焦出口與所述半焦輸送裝置6連接。由此，可以利用半焦輸送裝置將反應器中獲得的半焦進行輸送。半焦輸送裝置6的具體種類不受特別限制，包括但不限于星形或螺旋送料機。由此，能夠實現(xiàn)對半焦的自動化輸送，且輸送量可控，設備結構簡單，操作方便。

根據(jù)本實用新型的具體實施例，所述反應器內(nèi)部有多層沿所述反應器的高度方向布置在所述熱解室和所述裂解室內(nèi)部的蓄熱式輻射管，每層蓄熱式輻射管可以包括多個彼此平行且沿水平方向間隔分布的蓄熱式輻射管。根據(jù)本實用新型的實施例，所述熱解室和裂解室內(nèi)分別分布了至少一根所述蓄熱式輻射管，優(yōu)選的，所述至少一根蓄熱式輻射管均勻分布。蓄熱式輻射管能夠有效用于對熱解料和裂解室內(nèi)的油氣進行加熱，使其進行熱解和裂解反應，具體地，可以向蓄熱式輻射管內(nèi)通入可燃氣和空氣，使可燃氣燃燒實現(xiàn)對熱解料的加熱功能。該設備采用蓄熱式輻射管加熱技術，無需氣、固熱載體加熱，熱解氣不會被稀釋，熱值高，且反應器內(nèi)溫度分布均勻，表面溫差小，排煙溫度低，熱效率高，提高了反應器的熱效率的同時簡化了系統(tǒng)工藝，反應系統(tǒng)結構簡單，操作方便。

在所述反應器中，熱解料自上而下運動，所述反應器中設置的蓄熱式輻射管可以將熱解料打散使其均勻分布，熱解料在反應器中自上而下停留1-30分鐘，并加熱到500-600℃。根據(jù)本實用新型的實施例，蓄熱式輻射管的形狀不受特別限制，在本實用新型的一些實施例中，可以為圓柱形，由此有利于熱解料的打散，實現(xiàn)混合熱解料在反應器中的均勻分散。輻射管的水平間距為200-500mm，垂直間距為200-700mm，輻射管層數(shù)為10-25層，反應器寬度為2-6m，反應器高度為3-20m。另外，蓄熱式輻射管可以為均勻布置的單向蓄熱式輻射管，管壁的溫度可以通過燃氣調(diào)節(jié)閥控制在450-1000℃范圍，蓄熱式輻射管可以采取定期換向的燃燒方式，使得單根蓄熱式輻射管的表面溫差只有30℃左右，沒有局部高溫區(qū)，由此，有利于提高熱效率。

根據(jù)本實用新型的具體實施例，所述反應器設有燃氣入口7、空氣入口9以及煙氣出口8，其中，燃氣入口和煙氣出口分別與蓄熱式輻射管連接，分別用于通入可燃氣和排出煙氣，空氣入口分別與氣源10和蓄熱式輻射管連接，用于將氣源產(chǎn)生的空氣通入蓄熱式輻射管中。

在本實用新型的另一個方面，本實用新型提供了一種利用前面所述的反應器進行熱解和裂解的方法。根據(jù)本實用新型的實施例，該方法可以包括以下步驟：

a.將熱解料通過反應器上部的進料口加入到所述反應器中，在所述反應器的熱解室中完成熱解過程。其中，所述熱解料從反應器上部的進料口加入到反應器中，并被反應器內(nèi)的蓄熱式輻射管打散，熱解半焦從反應器底部的半焦出口排出，并經(jīng)半焦輸送裝置（優(yōu)選螺旋輸送機）排出。

根據(jù)本實用新型的實施例，熱解料的具體種類和粒徑不受特別限制，熱解料可以是油頁巖、煤等化石燃料，也可以是垃圾、污泥、廢舊輪胎等，熱解料可以為塊狀熱解料也可以為小顆粒熱解料，在本實用新型的一些優(yōu)選實施例中，該反應器采用的熱解料為粒徑20mm以下的顆粒和粉狀化石燃料，由此，可以充分利用小顆粒熱解料，資源利用率高，且能夠解決大量堆積污染環(huán)境的問題。

根據(jù)本實用新型的實施例，反應器的熱解室中設置的蓄熱式輻射管可以將熱解料打散使其均勻分布，熱解料在反應器中自上而下停留1-30分鐘，熱解料被反應器熱解室中的蓄熱式輻射管加熱到500-600℃，具體地，可以通過燃氣閥控制蓄熱式輻射管管壁的溫度為450-750℃，熱解料在反應器中迅速被加熱至500-600℃，完成熱解過程。

b. 熱解產(chǎn)生的油氣，通過所述反應器隔熱磚墻上設置的連通構件，進入到所述反應器的裂解室。

根據(jù)本實用新型的實施例，隔熱磚墻設置在反應器內(nèi)，優(yōu)選的，位于反應器橫向寬度的2/3處，隔熱磚墻的厚度為5-15cm，隔熱磚墻豎直地貫穿于反應器內(nèi)，將反應器的內(nèi)部空間分隔成熱解室和裂解室，該結構使得在一個爐體內(nèi)設置了熱解室和裂解室，熱解室產(chǎn)生的油氣，可以進入裂解室進行深度裂解，將大分子的焦油分子裂解為小分子的氣態(tài)烴類。由此，一個爐體內(nèi)可進行兩種作業(yè)，合二為一，節(jié)省建造成本和占地面積。根據(jù)本實用新型的實施例，連通構件可以為設置在隔熱磚墻上的包括多個孔的孔帶，也可以為隔熱磚墻縱向長度上，位于下部位置的開口。具體的，熱解產(chǎn)生的油氣，通過反應器隔熱磚墻下部的孔帶或者開口，進入到裂解室。

c. 熱解產(chǎn)生的油氣在所述裂解室內(nèi)完成熱裂解過程，產(chǎn)生裂解氣。

根據(jù)本實用新型的實施例，所述裂解室內(nèi)分布了至少一根所述蓄熱式輻射管，優(yōu)選的，所述至少一根蓄熱式輻射管均勻分布。蓄熱式輻射管能夠有效用于對裂解室內(nèi)的油氣進行加熱，使其進行裂解反應。具體的，熱解油氣被反應器裂解室中的蓄熱式輻射管加熱到650-900℃，具體地，可以通過燃氣閥控制蓄熱式輻射管管壁的溫度為450-1000℃，熱解料在反應器中迅速被加熱至650-900℃，完成熱裂解過程，由此，大分子的焦油分子裂解為小分子的氣態(tài)烴類，產(chǎn)生大量的裂解氣，避免了熱解油含塵的問題，真正實現(xiàn)了化石燃料的清潔高效利用。

d．所述裂解氣通過裂解氣出口排出。

根據(jù)本實用新型的實施例，裂解氣出口設置在反應器裂解室上部的側壁上，其可以與外部的氣體處理和收集裝置連接（未示出），如噴淋塔、燃氣罐等。用于凈化和收集裂解氣體，以制備LNG或LPG。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本實用新型實施例的該方法，熱解室產(chǎn)生的油氣，可以進入裂解室進行深度裂解，將大分子的焦油分子裂解為小分子的氣態(tài)烴類，該反應器可產(chǎn)生大量的裂解氣，從而避免了生產(chǎn)熱解油含塵的問題，真正實現(xiàn)了化石燃料的清潔高效利用，同時，一個爐體內(nèi)可進行兩種作業(yè)，合二為一，節(jié)省建造成本和占地面積。

利用蓄熱式移動床熱解和裂解反應器對朝鮮油頁巖進行處理，原料的基礎數(shù)據(jù)見表1。

表1：朝鮮油頁巖基礎數(shù)據(jù)

利用該反應器處理朝鮮油頁巖，得到的氣體產(chǎn)品產(chǎn)率為16%，遠高于實驗室鋁甑熱解所得到的產(chǎn)氣率，熱解焦油幾乎全部裂解為氣態(tài)產(chǎn)物，產(chǎn)氣率高。裂解氣熱值高達5000kcal/m3，品質高。

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。

在本實用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關系。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

在本實用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面” 可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、 或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個 或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本實用新型的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本實用新型的限制，本領域的普通技術人員在本實用新型的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型，同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本申請的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。