專利名稱：碳質(zhì)材料熱解裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳質(zhì)材料熱解或干餾裝置，尤其涉及一種可提高焦油收率的碳質(zhì)材料熱解裝置。
背景技術(shù)：
碳質(zhì)材料的中低溫?zé)峤夂透绅s技術(shù)作為符合清潔能源要求的碳質(zhì)材料轉(zhuǎn)化和利用技術(shù)已成為合理利用煤炭和其它碳質(zhì)材料資源的一個重要研究方向。通常情況下，通過碳質(zhì)材料的熱解或干餾可獲得數(shù)量占大多數(shù)的固體，如焦、半焦等；液體，如焦油、含水溶液等；和氣體，如二氧化碳、一氧化碳、甲烷等。在上述各種產(chǎn)物中，焦油類的液態(tài)產(chǎn)物因其可作為多種重要化學(xué)品的來源而具有較高的價值，然而其相對于焦和半焦之類的固態(tài)產(chǎn)物來說產(chǎn)率較低。事實上，由碳質(zhì)材料熱解或干餾獲得的有價值液態(tài)產(chǎn)物的產(chǎn)率受多種因素的影響，其既取決于碳質(zhì)材料的種類和特性，也取決于熱解或干餾的具體操作條件，特別是取決于熱解或干餾的溫度，以及氣態(tài)熱解或干餾產(chǎn)物在熱解或干餾條件下的停留時間。長時間地停留在熱解或干餾條件下會使氣態(tài)熱解產(chǎn)物中所含的氣態(tài)焦油或油發(fā)生二次裂解，從而使冷凝后的液態(tài)產(chǎn)物的收率大大降低。因此，通常為了維持或改善熱解或干餾液態(tài)產(chǎn)物的收率，盡量使氣態(tài)熱解產(chǎn)物在其形成后立即或迅速離開熱解或干餾環(huán)境，并被迅速激冷以凍結(jié)包含氣態(tài)焦油或油的氣態(tài)熱解產(chǎn)物，以保持隨后由氣態(tài)冷凝為液態(tài)的熱解產(chǎn)物的收率。然而，由于熱解或干餾設(shè)備或裝置結(jié)構(gòu)的缺陷、以及碳質(zhì)材料本身對氣態(tài)熱解產(chǎn)物流動的阻礙作用，很難做到熱解或干餾的氣態(tài)產(chǎn)物在其形成后立即就被移出熱解或干餾環(huán)境。為解決上述問題，CN102212378公開了 “一種含碳物質(zhì)熱解的強化方法及熱解裝置”，其通過在熱解反應(yīng)器中設(shè)置帶有溝槽結(jié)構(gòu)的內(nèi)構(gòu)件來強化傳質(zhì)傳熱、增加熱解氣體產(chǎn)物通道，進而強化含碳物質(zhì)熱解。所述帶溝槽結(jié)構(gòu)的內(nèi)構(gòu)件由金屬制成，當(dāng)采用間接加熱方式時，內(nèi)構(gòu)件通過與加熱面的接觸提高傳熱效率，同時熱解產(chǎn)生的熱解氣體沿內(nèi)構(gòu)件的溝槽與含碳物質(zhì)間的間隙導(dǎo)出并匯集到熱解室頂部由氣相產(chǎn)物排出口排出。然而，在熱解反應(yīng)器中設(shè)置內(nèi)構(gòu)件效果并不理想，例如，以煤粉為原料時，煤粉與內(nèi)構(gòu)件的溝槽之間的空隙并非總是通暢的，有時煤粉會完全堵塞所述空隙，這導(dǎo)致熱解氣體的逸出阻力有時并未得到實質(zhì)上的減小。另一方面，為達到良好的傳熱效果，內(nèi)構(gòu)件與煤粉必須直接接觸，而粉狀碳質(zhì)材料以及碳質(zhì)材料的熱解產(chǎn)物不可避免地會附著并沉積在內(nèi)構(gòu)件的溝槽和外表面上，因而在使用一段時間后必須將內(nèi)構(gòu)件從熱解反應(yīng)器中取出進行必要的清洗和維護。也就是說，上述熱解反應(yīng)器并不適合于連續(xù)運行，并且熱解氣體在反應(yīng)器中的停留時間仍然偏長，這將導(dǎo)致氣態(tài)焦油易于發(fā)生二次分解，繼而使焦油收率減少。

上述對比文獻的公開內(nèi)容在此全文引入以作參考?；谝陨蠈ΜF(xiàn)有技術(shù)的描述和分析，有必要對現(xiàn)有的碳質(zhì)材料熱解裝置進行改進，在提高設(shè)備熱效率的同時，改善液態(tài)熱解產(chǎn)物的收率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足、并大幅度提高液態(tài)熱解產(chǎn)物-焦油收率的新型熱解或干餾裝置。根據(jù)本發(fā)明，提供一種碳質(zhì)材料熱解裝置，包括:熱解爐，碳質(zhì)材料在其中進行熱解，所述熱解爐為移動床、固定床、或振動床熱解爐；至少一個集氣管和至少一個吹氣管，位于所述熱解爐中，其中所述集氣管和吹氣管的壁上有至少一個貫穿所述壁的氣體通道，用于使所述集氣管和吹氣管與所述熱解爐氣相連通，在所述熱解爐中生成的氣態(tài)熱解產(chǎn)物經(jīng)所述集氣管被迅速排出熱解爐外，來源于所述熱解爐外部的吹掃氣體經(jīng)所述吹氣管被送入熱解爐中，并將熱解爐中的氣態(tài)熱解產(chǎn)物吹掃到所述集氣管中。優(yōu)選地,在所述熱解爐中有多個所述集氣管和吹氣管,集氣管和吹氣管在熱解爐中成均勻和幾何對稱分布，更優(yōu)選地，集氣管和吹氣管間隔20厘米-50厘米。優(yōu)選地，所述吹掃氣體選自惰性氣體、煙氣、冷凝后的氣態(tài)熱解產(chǎn)物、或它們的混合物。 優(yōu)選地，所述集氣管和/或吹氣管包括至少一個位于所述氣體通道上方并被安裝在所述壁外表面上的擋料板，用于阻止固態(tài)碳質(zhì)材料進入所述集氣管和/或吹氣管內(nèi)部，其中所述擋料板的垂直投影面覆蓋所述氣體通道。所述擋料板沿垂直方向與所述壁的外表面形成的角度是可調(diào)節(jié)的。優(yōu)選地，所述集氣管和吹氣管的橫截面為圓形、橢圓形、方形、矩形、多邊形、和/或任何規(guī)則形狀；所述氣體通道為孔、槽、和/或任何規(guī)則形狀的貫穿開口。優(yōu)選地，所述碳質(zhì)材料熱解裝置還包括管道連通和閥門控制系統(tǒng)，通過所述集氣管和吹氣管的管道連通和閥門控制系統(tǒng)，可使得所述集氣管和吹氣管互換。所述集氣管中的氣體流動方向與所述吹氣管中的氣體流動方向可相反或相同；所述集氣管和吹氣管的下段或上端是封閉的。優(yōu)選地，在所述碳質(zhì)材料熱解裝置中，所述集氣管和/或吹氣管與泵相連，以便在集氣管中形成負壓、在吹氣管中形成正壓；所述熱解爐的傳熱方式為:利用氣體或固體熱載體直接加熱所述碳質(zhì)材料，或通過加熱熱解爐的壁和/或在熱解爐中布置煙道間接加熱所述碳質(zhì)材料。所述吹掃氣體是經(jīng)冷凝分離出液態(tài)熱解產(chǎn)物后的氣態(tài)熱解產(chǎn)物，特別是，所述氣態(tài)熱解產(chǎn)物部分或全部來自所述集氣管，尤其特別是，所述氣態(tài)熱解產(chǎn)物作為吹掃氣體在進入熱解爐中前被預(yù)熱或與固態(tài)熱解產(chǎn)物進行熱交換。所述吹掃氣體也可是為所述碳質(zhì)材料熱解提供熱量的氣體熱載體。在本說明書中，碳質(zhì)材料是一個寬泛的概念，其可包括:煤、煤直接液化殘渣、重質(zhì)渣油、焦、石油焦、油砂、頁巖油、碳質(zhì)工業(yè)廢料或尾料、生物質(zhì)、合成塑料、合成聚合物、廢輪胎、市政固體垃圾、浙青和/或它們的混合物。


圖1為本發(fā)明熱解裝置一個實施方案的示意圖；圖2為圖1所示熱解裝置沿A-A線剖開的示意性剖視圖；圖3為圖1所示熱解裝置的集氣管和吹氣管的管道連通和閥門控制系統(tǒng)的示意圖；和圖4為包含圖1所示熱解裝置的熱解系統(tǒng)一個實施方案的示意圖。
具體實施例方式通過下面參考附圖的描述進一步詳細解釋本發(fā)明，其中附圖中所示的相對應(yīng)或等同的部件或特征用相同的標(biāo)記數(shù)表示，同時以下描述僅用于使本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更加清楚地理解本發(fā)明的原理和精髓，不意味著對本發(fā)明進行任何形式的限制。如圖1所示，本發(fā)明熱解或干餾裝置可包括立式筒狀熱解爐，例如移動床、固定床、或振動床熱解爐。優(yōu)選地，待熱解的物料自上端進入熱解爐中，在熱解爐中完成熱解后，固態(tài)產(chǎn)物從底部排出，氣態(tài)產(chǎn)物從上端排出。通常，碳質(zhì)材料熱解產(chǎn)生的固態(tài)產(chǎn)物主要為焦和/或半焦，氣態(tài)產(chǎn)物主要為氣態(tài)焦油和熱解氣。熱解氣主要包括可燃氣體、如一氧化碳、氫氣、甲烷以及不燃氣體、如二氧化碳。因此，從熱解爐中排出的氣態(tài)產(chǎn)物還需要進行氣液分離和凈化處理，以盡可能去除氣體中所裹挾的粉塵，并通過冷凝分離液態(tài)焦油和熱解氣。在圖1所示的實施方案中，本發(fā)明熱解或干餾裝置I包括:大體為筒狀的熱解爐10，碳質(zhì)材料在其中進行熱解；熱解爐進料口 12，用于將待熱解碳質(zhì)材料引入所述熱解爐10中；固態(tài)物質(zhì)出口 14，用于從所述熱解爐10中排出固態(tài)物質(zhì)；出氣口 15和進氣口 16，均與所述熱解爐10氣相連通；以及集氣管17和吹氣管18，它們位于所述熱解爐10中，并分別與所述出氣口 15和進氣口 16相連接。其中所述集氣管17和吹氣管18的壁上有至少一個貫穿所述壁的氣體通道19，用于使所述集氣管17和吹氣管18與所述熱解爐10氣相連通，在所述熱解爐10中生成的氣態(tài)熱解產(chǎn)物經(jīng)所述集氣管17被迅速排出熱解爐10外，來源于所述熱解爐10外部的吹掃氣體經(jīng)所述吹氣管18被送入熱解爐10中，并將熱解爐10中的氣態(tài)熱解產(chǎn)物吹掃到所述集氣管17中。優(yōu)選地，上述集氣管17和吹氣管18沿軸向和/或徑向均勻設(shè)置多個貫穿所述管壁的氣體通道19,更優(yōu)選地, 在每一氣體通道19的上方有一個安裝在所述壁外表面上的自所述壁的外表面向外和向下延伸的擋料板192，用于阻止固態(tài)碳質(zhì)材料進入集氣管17和吹氣管18的內(nèi)部或防止堵塞對應(yīng)的氣體通道19。為此，擋料板192向外延伸的長度應(yīng)足以使其垂直投影面覆蓋氣體通道19。優(yōu)選地，擋料板192沿垂直方向與所述壁的外表面形成的角度可根據(jù)操作要求進行調(diào)節(jié)。集氣管17和吹氣管18優(yōu)選由金屬或其它耐高溫材料制成，其橫截面可為圓形、橢圓形、方形、矩形、多邊形、和/或任何規(guī)則形狀。貫穿的氣體通道19可為孔、槽、和/或任何規(guī)則形狀的貫穿開口。特別地，圖1所示的集氣管17和吹氣管18的氣體通道19是沿圓周方向?qū)ΨQ布置的，然而，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知，氣體通道19可非對稱地設(shè)置在集氣管17和吹氣管18的壁上。舉例來說，可沿集氣管17的管壁自上而下開設(shè)三列氣體通道19，這三列通道19的中心線可位于同一個橫截面或不同的橫截面上。再者，雖然圖1所示的集氣管17和吹氣管18相互平行且末端對齊，但在具體應(yīng)用時，可根據(jù)實際操作要求調(diào)節(jié)或調(diào)整集氣管17和吹氣管18的相對位置，例如呈一定角度設(shè)置，設(shè)于不同高度。具體來說，吹氣管18的末端可超出集氣管17的末端，即吹氣管18在熱解爐10中的長度大于集氣管17，這樣經(jīng)吹氣管18所送入的吹掃氣體可對熱解爐10底部的熱解氣進行吹掃，避免底部的熱解氣在熱解爐10中滯留。同理，吹氣管18還可為L形，自熱解爐10下端的側(cè)壁延伸進入熱解爐10中一段距離后再向上延伸到或超出碳質(zhì)材料的上表面102。為進一步提高液態(tài)熱解產(chǎn)物的收率，用于迅速排出熱解氣的集氣管17和送入吹掃氣體的吹氣管18可經(jīng)出氣口 15和進氣口 16分別與泵(未示出)相連，以便在集氣管17中形成負壓、在吹氣管18中形成正壓，這樣做的好處是氣態(tài)熱解產(chǎn)物在壓力的作用下能更快地被吹掃到集氣管17中。此外，擋料板192的垂直橫截面形狀可為由兩條直線的端點交叉形成的角，這樣的結(jié)構(gòu)可不改變碳質(zhì)材料在熱解區(qū)或干餾區(qū)的流動方向，同時又可進一步阻止固態(tài)碳質(zhì)材料進入集氣管17內(nèi)。擋料板192的開合程度或開合角度根據(jù)實際操作要求是可以調(diào)節(jié)的，其可依據(jù)氣態(tài)熱解產(chǎn)物的數(shù)量或生成量進行控制。圖2為圖1所示熱解或干餾裝置沿A-A線剖開的示意性剖視圖。優(yōu)選地，集氣管17和吹氣管18的內(nèi)徑為0.1 0.5m，相鄰集氣管17或吹氣管18管間的距離為0.5 1.0m。特別地，為保證熱解爐10中的熱解氣被迅速、通暢地排出，集氣管17和吹氣管18應(yīng)合理均勻?qū)ΨQ地排布，以使送入吹掃氣體的吹氣管18和用于迅速排出氣態(tài)熱解產(chǎn)物的集氣管17間隔20 50cm。由此可見，集氣管17和吹氣管18的數(shù)量取決于熱解爐10的尺寸，以內(nèi)徑為4米的熱解爐為例，可安 裝30 40根輸氣管，即15 20根集氣管17以及15 20根吹氣管18，以使氣態(tài)熱解產(chǎn)物在其形成后的5 10秒內(nèi)迅速離開熱解爐10。顯然，集氣管17與吹氣管18并非必須成對設(shè)置或交錯排布，吹氣管18的數(shù)量也可以少于集氣管17的數(shù)量，只要保證氣態(tài)熱解產(chǎn)物在其形成后能迅速且通暢地離開熱解環(huán)境即可。當(dāng)然，集氣管17和吹氣管18也可分別做為單獨的管件，在熱解開始前，將所述單獨管件按順序置于熱解爐10中，再通過對應(yīng)的出氣口 15和進氣口 16被氣密性地連接到設(shè)在熱解爐10之外的氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集管路(未示出)和吹掃氣體輸送管路(未示出)上。在本發(fā)明技術(shù)方案中，熱解或干餾裝置I優(yōu)選為固定床、移動床、振動床型熱解反應(yīng)器或熱解爐。熱解或干餾裝置I優(yōu)選為使用固體熱載體和/或氣體熱載體的內(nèi)熱式熱解反應(yīng)器，同時本發(fā)明也適用于通過加熱熱解反應(yīng)器的壁和/或在熱解反應(yīng)器中設(shè)置煙道以提供熱解能量的外熱式熱解反應(yīng)器。平均粒徑為5 150mm固態(tài)碳質(zhì)材料顆粒入料由進料口 12進入熱解爐10中。吹掃氣體通經(jīng)進氣口 16被引入到吹氣管18中，吹掃氣體的流速典型地約為3 7噸/小時，熱解爐10的壓力可為微正壓-微負壓。進入熱解爐10中的碳質(zhì)材料顆粒在350 750°C左右時發(fā)生熱解并放出氣態(tài)熱解產(chǎn)物，與此同時，吹掃氣體自上而下流動，借助吹氣管18的氣體通道19進入熱解爐10中，并吹掃在熱解爐10中形成的氣態(tài)熱解產(chǎn)物，使之迅速進入集氣管17中，隨后被快速排出熱解爐10外，如果通過泵使集氣管17處于負壓，而使吹氣管18處于正壓，氣態(tài)熱解產(chǎn)物的排出速度還會更快。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知，由于氣體通道19的上方設(shè)有擋料板192，其對吹掃氣體的逸出形成了微阻擋，使得吹掃氣體可以更為均勻地吹掃分散在吹氣管18四周的氣態(tài)熱解產(chǎn)物。另一方面，氣態(tài)熱解產(chǎn)物從集氣管17壁上的氣體通道19進入集氣管17中，隨后向上流動進入熱解爐10外的收集管路(未示出)中，以供后續(xù)處理。如上所述，由于在每個吹氣管18的一定距離內(nèi)有至少一根集氣管17，所以氣態(tài)熱解產(chǎn)物在吹掃氣體的驅(qū)使下經(jīng)氣體通道19能快速進入集氣管17中而被迅速排出熱解爐外，這樣其在熱解爐10中停留時間很短，焦油二次裂解的幾率大大減少，焦油的實際收率也得以提高。進一步地說，引入吹掃氣體不僅可以幫助驅(qū)動已形成的氣態(tài)熱解產(chǎn)物進入集氣管17中，還可以起到驅(qū)出附在碳質(zhì)材料或半焦孔隙中的氣態(tài)焦油的作用。
為了防止氣體通道19被固態(tài)碳質(zhì)材料或半焦細粉末或細顆粒堵塞，如圖3所示，在本發(fā)明技術(shù)方案中，熱解或干餾裝置I可優(yōu)選地包括管道連通和閥門控制系統(tǒng)20，通過控制所述集氣管17和吹氣管18的管道連通閥門a-d，使得所述集氣管17和吹氣管18互換，即所述集氣管17送入吹掃氣體，吹氣管18收集氣態(tài)熱解產(chǎn)物，這樣進入或附著在集氣管17中的固體細粉末或細顆粒被吹出集氣管17中，防止了集氣管17的氣體通道19的堵塞。如圖3所示，集氣管17和相應(yīng)的管路設(shè)有閥門a和閥門b，吹氣管18和相應(yīng)的管路設(shè)有閥門c和閥門d。閥門a-d為三通調(diào)節(jié)閥，通過調(diào)節(jié)閥門開關(guān)方向，閥門a可以選擇與閥門b或閥門c連通；閥門b可以選擇與閥門a或閥門d連通；閥門c可以選擇與閥門a或閥門d連通；閥門d可以選擇與閥門b或閥門c連通。在情形I時，集氣管17用于收集氣態(tài)熱解產(chǎn)物，調(diào)節(jié)閥門開關(guān)使閥門a與閥門c連通，閥門c則連通至氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集管路上，相應(yīng)地，吹氣管18用于送入吹掃氣體，閥門b連通至吹掃氣體氣源上，閥門d與閥門b連通，以送入吹掃氣體至熱解爐10中。在情形2時，集氣管17用于送入吹掃氣體，吹氣管18用于收集氣態(tài)熱解產(chǎn)物，通過調(diào)節(jié)閥門開關(guān)，使閥門a與閥門b連通，再籍由閥門b連接至吹掃氣體氣源上，使閥門d與閥門c連通，再通過閥門c連接至氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集管路上。通過這樣設(shè)置，可以實現(xiàn)集氣管17和吹氣管18功能互換，并使集氣管17和吹氣管18具有自清潔功能。由于氣態(tài)熱解產(chǎn)物在通過氣體通道19進入集氣管17或吹氣管18中時，不可避免地會夾裹少量粉塵、甚至是很細小的碳質(zhì)材料顆粒，雖然可以籍由擋料板192阻止絕大部分固態(tài)顆粒進入集氣管17和吹氣管18中，但在連續(xù)使用一段時間后，氣體通道19還是有可能出現(xiàn)堵塞或氣體進入不暢的現(xiàn)象。為避免停產(chǎn)清洗或維護對連續(xù)生產(chǎn)的影響，通過轉(zhuǎn)換閥門a-d可以改變氣體在集氣管17和吹氣管18中的流動方向，當(dāng)吹掃氣體從氣體通道192噴出時可以吹掃掉堵塞氣體通道192的淤積物，進而達到疏通和清洗集氣管17和吹氣管18的作用。優(yōu)選·地，集氣管17和吹氣管18的功能切換周期為每15-60分鐘轉(zhuǎn)換一次。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知，圖3所示的管道連通和閥門控制系統(tǒng)20僅為實現(xiàn)集氣管17和吹氣管18功能互換的一個示范性實例，在本發(fā)明上述描述的啟示下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在實際應(yīng)用本發(fā)明熱解或干餾裝置時可作出多種變更或改進，例如，可使用換向閥替代上述的三通閥來切換氣體的流向和氣體源。除此之外，雖然圖1所示的集氣管17和吹氣管18平行豎立于熱解爐10中，但其位置和形狀均可根據(jù)實際需要進行調(diào)整和變更，例如吹掃氣體可自下而上地進入熱解爐10中，相應(yīng)地，氣態(tài)熱解產(chǎn)物也可以自上而下地自熱解爐10中排出。集氣管17和吹氣管18可如圖1所示在熱解爐10外匯集到相應(yīng)的輸送或收集管路(未示出)上，也可以在熱解爐10內(nèi)匯集后再連通到一個共用管道上，即熱解爐10的頂部可以僅設(shè)置一個出氣口 15和一個進氣口 16。類似地，也可設(shè)置使所有集氣管17共用一組閥門a、b，使所有吹氣管18共用一組閥門c、d，也可以設(shè)置使每個集氣管17和吹氣管18都分別有一組對應(yīng)的閥門。上述氣體管道連通和閥門控制系統(tǒng)、集氣管17、和吹氣管18作為一個整體單元可被廣泛應(yīng)用在各種間接傳熱和直接傳熱的熱解或干餾裝置或系統(tǒng)中，其可使所述裝置和系統(tǒng)的液態(tài)熱解產(chǎn)物的實際收率獲得大幅度提高。包括上述氣體管道連通和閥門控制系統(tǒng)的本發(fā)明熱解或干餾裝置可被用于熱解或干餾各種固態(tài)碳質(zhì)材料，例如煤、煤直接液化殘渣、重質(zhì)渣油、焦、石油焦、油砂、頁巖油、碳質(zhì)材料廢料或尾礦、生物質(zhì)、合成塑料、合成聚合物、廢輪胎、市政工業(yè)廢料、浙青、和它們的混合物，而優(yōu)選地被用于熱解含水量高、揮發(fā)分也高的低階煤種，例如含水量大于15重量％和揮發(fā)分大于25重量％的低階煤，而特別優(yōu)選地被用于熱解或干餾褐煤或長焰煤。圖4給出了包括圖1所示的本發(fā)明干餾或熱解裝置的熱解或干餾系統(tǒng)的一個實施方案的示意圖。為便于描述，以下以使用固體熱載體傳熱的內(nèi)熱式熱解或干餾裝置為例進行詳細說明。圖4所示熱解或干餾系統(tǒng)100，示例性地，包括:料斗2、熱載體存儲倉3、熱載體再生單元4、固態(tài)產(chǎn)物處理單元5、氣態(tài)產(chǎn)物處理單元6以及任選地預(yù)熱單元7。如圖1和圖4所示，上述系統(tǒng)運行時，平均粒徑優(yōu)選為5 150_、溫度約為100 200°C碳質(zhì)材料顆粒自料斗2進入熱解裝置I中，平均粒徑優(yōu)選為I 10_、溫度約為700 900°C的固體熱載體自熱載體存儲倉3進入熱解裝置I中。固體熱載體流速約為碳質(zhì)材料顆粒I 10倍。任選地，熱載體為任何具有或不具有催化功能的耐熱材料，優(yōu)選為，金屬、金屬氧化物、沙粒、沸石、陶砂、石英砂，鋯英石砂、硅酸鹽材料顆粒、和它們的混合物。碳質(zhì)材料顆粒與固體熱載體可選擇在熱解裝置I外混合均勻或在進入熱解裝置I后混合均勻。若選擇在熱解裝置I中進行混合，則圖1所示的熱解裝置I還需增設(shè)一個混合器(未圖示)，所述混合器優(yōu)選為任何已知的適用于本發(fā)明熱解或干餾裝置的混合裝置。上述碳質(zhì)材料顆粒在高溫固體熱載體的熱作用下，在熱解裝置I中發(fā)生熱解，碳質(zhì)材料與固體熱載體在熱解裝置I內(nèi)的總停留時間大約為25分鐘，而碳質(zhì)材料與固體熱載體的質(zhì)量比約為1: 5。在吹掃氣體的吹拂下，在熱解裝置1中形成的氣態(tài)熱解產(chǎn)物(包含有氣態(tài)焦油)通過圖1所示的集氣管17被快速送至氣態(tài)產(chǎn)物處理單元6中。熱解產(chǎn)生的固態(tài)產(chǎn)物與固體熱載體一起被排入固態(tài)產(chǎn)物處理單元5中以便進行后續(xù)處理。優(yōu)選地，固態(tài)產(chǎn)物處理單元5具有分離功能，例如旋轉(zhuǎn)篩、旋風(fēng)機等等，用以分離熱解產(chǎn)生的固態(tài)產(chǎn)物和固體熱載體，更優(yōu)選地，固態(tài)產(chǎn)物處理單元5還具有息焦、熱量回收等功能。經(jīng)固態(tài)產(chǎn)物處理單元5處理的高熱值固態(tài)產(chǎn)物-半焦可送往固態(tài)產(chǎn)品存儲單元52中或送往發(fā)電廠等地進行充分利用，分離出的固體熱載體隨后進入固體熱載體再生單元4中再熱以達到循環(huán)利用 固體熱載體的目的。固體熱載體再生單元4優(yōu)選為一燃燒爐，通過燃燒固體熱載體攜帶的碳質(zhì)材料和/或半焦粉末加熱固體熱載體。固體熱載體再生單元4生產(chǎn)的新鮮或再熱高溫固體熱載體被送入固體熱載體存儲倉3中以被循環(huán)利用。氣態(tài)產(chǎn)物處理單元6接收由熱解裝置I中的出氣口 15收集的熱解產(chǎn)生的氣態(tài)熱解產(chǎn)物，并對其進行除塵、冷凝、酸洗、以及氣-液分離等處理程序，以獲得純凈熱解氣和高價值的液態(tài)產(chǎn)物-焦油。任選地，純凈熱解氣被送入氣態(tài)產(chǎn)品存儲單元62中存儲，焦油等液態(tài)產(chǎn)物被送入液態(tài)產(chǎn)品存儲單兀64中存儲。純凈熱解氣主要包括氫氣、一氧化碳、二氧化碳和甲烷。在圖4所示的熱解或干餾系統(tǒng)100中，氣態(tài)產(chǎn)物處理單元6處理所得的全部或部分純凈熱解氣被送往預(yù)熱單元7中。預(yù)熱單元7將純凈熱解氣加熱至400 700°C后，作為吹掃氣體通過進氣口 16輸入熱解裝置I中的吹氣管18中。預(yù)熱單元7優(yōu)選為任何已知的換熱器。在上述熱解或干餾系統(tǒng)100運行時，可通過管道連通和閥門控制系統(tǒng)20對集氣管17和吹氣管18進行周期性地互換，從而保持集氣管17和吹氣管18的清潔與通暢。再者，上述熱解或干餾系統(tǒng)100使用的熱解或干餾裝置I不限于僅使用固體熱載體，還可使用任何已知的其它傳熱方式,例如氣體熱載體、外熱式加熱方式等。吹掃氣體的來源也不局限于上述純凈熱解氣，還可選用惰性氣體、煙氣、合成氣、焦?fàn)t煤氣、荒煤氣、和它們的混合物。但無疑上述純凈熱解氣是最優(yōu)選的，因為無需再進行熱解氣和吹掃氣體的分離。實施例實施例1用圖1所示的本發(fā)明熱解或干餾裝置對其工業(yè)分析和元素分析表示在下面表I和表2中的典型中國褐煤進行熱解。其中工業(yè)分析和元素分析的基準(zhǔn)均是空氣干燥基，而元素分析僅針對有機物進行分析，不包括灰分和水分。表I
權(quán)利要求
1.一種碳質(zhì)材料熱解裝置，包括: 熱解爐，碳質(zhì)材料在其中進行熱解，所述熱解爐為移動床、固定床、或振動床熱解爐； 至少一個集氣管和至少一個吹氣管，位于所述熱解爐中， 其中所述集氣管和吹氣管的壁上有至少一個貫穿所述壁的氣體通道，用于使所述集氣管和吹氣管與所述熱解爐氣相連通，在所述熱解爐中生成的氣態(tài)熱解產(chǎn)物經(jīng)所述集氣管被迅速排出熱解爐外，來源于所述熱解爐外的吹掃氣體經(jīng)所述吹氣管被送入熱解爐中，并將熱解爐中的氣態(tài)熱解產(chǎn)物吹掃到所述集氣管中。
2.如權(quán)利要求1所述的碳質(zhì)材料熱解裝置，其中在所述熱解爐中有多個所述集氣管和吹氣管，集氣管和吹氣管在熱解爐中成均勻和幾何對稱分布。
3.如權(quán)利要求2所述的碳質(zhì)材料熱解裝置，其中集氣管和吹氣管間隔20厘米-50厘米。
4.如權(quán)利要求1所述的碳質(zhì)材料熱解裝置，其中所述吹掃氣體選自惰性氣體、煙氣、冷凝后的氣態(tài)熱解產(chǎn)物、或它們的混合物。
5.如權(quán)利要求1所述的碳質(zhì)材料熱解裝置，其中所述集氣管和/或吹氣管包括至少一個位于所述氣體通道上方并被安裝在所述壁外表面上的擋料板，用于阻止固態(tài)碳質(zhì)材料進入所述集氣管和/或吹氣 管內(nèi)部，其中所述擋料板的垂直投影面覆蓋所述氣體通道。
6.如權(quán)利要求5所述的碳質(zhì)材料熱解裝置，其中所述擋料板沿垂直方向與所述壁的外表面形成的角度是可調(diào)節(jié)的。
7.如權(quán)利要求1所述的碳質(zhì)材料熱解裝置，其中所述集氣管和吹氣管的橫截面為圓形、橢圓形、方形、矩形、多邊形、和/或任何規(guī)則形狀。
8.如權(quán)利要求1所述的碳質(zhì)材料熱解裝置，其中所述氣體通道為孔、槽、和/或任何規(guī)則形狀的貫穿開口。
9.如權(quán)利要求1-8任何一項所述的碳質(zhì)材料熱解裝置，還包括管道連通和閥門控制系統(tǒng)，通過所述集氣管和吹氣管的管道連通和閥門控制系統(tǒng)，使得所述集氣管和吹氣管互換。
10.如權(quán)利要求1-8任何一項所述的碳質(zhì)材料熱解裝置，其中所述集氣管中的氣體流動方向與所述吹氣管中的氣體流動方向相反或相同。
11.如權(quán)利要求1-8任何一項所述的碳質(zhì)材料熱解裝置，其中所述集氣管和吹氣管的下端或上端是封閉的。
12.如權(quán)利要求1-8任何一項所述的碳質(zhì)材料熱解裝置，其中所述集氣管和/或吹氣管與泵相連，以便在集氣管中形成負壓、在吹氣管中形成正壓。
13.如權(quán)利要求1-8任何一項所述的碳質(zhì)材料熱解裝置，其中所述熱解爐的傳熱方式為:用氣體或固體熱載體直接加熱所述碳質(zhì)材料，或通過加熱熱解爐的壁和/或在熱解爐中布置煙道間接加熱所述碳質(zhì)材料。
14.如權(quán)利要求1-8任何一項所述的碳質(zhì)材料熱解裝置，其中所述吹掃氣體是經(jīng)冷凝分離出液態(tài)熱解產(chǎn)物后的氣態(tài)熱解產(chǎn)物。
15.如權(quán)利要求14所述的碳質(zhì)材料熱解裝置，其中所述氣態(tài)熱解產(chǎn)物部分或全部來自所述集氣管。
16.如權(quán)利要求14所述的碳質(zhì)材料熱解裝置，其中所述氣態(tài)熱解產(chǎn)物作為吹掃氣體在進入熱解爐中前被預(yù)熱或與固態(tài)熱解產(chǎn)物進行熱交換。
17.如權(quán)利要求1-8任何一項所述的碳質(zhì)材料熱解裝置，其中所述吹掃氣體是為所述碳質(zhì)材料熱解提供熱量的氣體熱載體。
18.如權(quán)利要求1-8和15-16任何之一所述的固態(tài)碳質(zhì)材料熱解裝置,其中所述碳質(zhì)材料選自于煤、煤直接液化殘渣、重質(zhì)渣油、焦、石油焦、油砂、頁巖油、碳質(zhì)工業(yè)廢料或尾料、生物質(zhì)、合成塑料 、合成聚合物、廢輪胎、市政固體垃圾、浙青和/或它們的混合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可大大提高液態(tài)熱解產(chǎn)物收率的碳質(zhì)材料熱解裝置，所述裝置包括熱解爐，碳質(zhì)材料在其中進行熱解，所述熱解爐為移動床、固定床、或振動床熱解爐；至少一個集氣管和至少一個吹氣管，位于所述熱解爐中，其中所述集氣管和吹氣管的壁上有至少一個貫穿所述壁的氣體通道，用于使所述集氣管和吹氣管與所述熱解爐氣相連通，在所述熱解爐中生成的氣態(tài)熱解產(chǎn)物經(jīng)所述集氣管被迅速排出熱解爐外，來源于所述熱解爐外部的吹掃氣體經(jīng)所述吹氣管被送入熱解爐中，并將熱解爐中的氣態(tài)熱解產(chǎn)物吹掃到所述集氣管中。
文檔編號C10B49/18GK103242872SQ201210027960
公開日2013年8月14日 申請日期2012年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月7日
發(fā)明者崔哲, 翁力, 劉書賢, 趙香龍 申請人:北京低碳清潔能源研究所