一种粉状低阶煤/生物质快速热解装置及工艺

本发明涉及低阶煤/生物质能源清洁、高效、梯级多联产，尤其涉及低阶煤/生物质热解和气化或燃烧分质梯级清洁转化技术。本发明适用于粉状低阶煤/生物质的催化热解、催化解聚，以及二者共热解。

背景技术：

1、在煤炭总探明储量中，低阶煤储量占的47%左右。低阶煤种由于煤化程度较低，其能量密度不高，不适宜直接用作燃料，但其内部氢碳比更高，反应性更好，特别是其中丰富的挥发分包括大量的芳香结构和环烃等，是联产油及高附加值化学品的良好原料。生物质资源与低阶煤有相似的特性，我国的可开发总量约7亿吨标准煤。通过热解、催化解聚等技术实现低阶煤/生物质的高效、清洁利用意义重大。

2、在煤炭采掘和生物质采集过程中，粉状颗粒的产生不可避免，随着综采水平的提高，粉煤的产量不断增加。但现有的热解技术无法直接利用粉煤，粉煤需成型后再入炉热解，增加了煤炭清洁高效利用的成本。究其原因，非常重要的一点是粉煤热解后产生的细小颗粒与高沸点有机物难以有效分离，造成下游管道设备的堵塞，装置难以长时间运行。公开号为cn103881761a的专利申请提出利用循环灰形成颗粒床层，过滤热解油气中的小颗粒。这一技术方案虽然有效净化了油气，但增加了高温循环灰与热解油气的接触时间，提高了油气温度，促使其发生二次反应，液态产品收率低。公开号为cn106336907a的专利申请提出一种旋风热解高通量循环气化装置和工艺，利用高通量固体载热颗粒实现粉煤或生物质的快速升温，通过离心作用除尘，实现油气净化。该发明申请提出的反应器结构存在以下不足：

3、首先，载热颗粒由载气输运，大量载气与热解油气在流出反应器过程中混合。这一方面稀释了油气浓度，增加了后续油气提取的难度；另一方面，载气温度高于热解油气，二者混合提高了油气温度，加剧其二次反应，降低液态产品收率。其次，气流在上述反应器中先下行再折返上行，折返位置与进料口的距离称为旋风长度。在旋风长度范围内，气固对流作用显著，传热高效；在其范围外，传热效率因对流作用减弱而显著减弱，而旋风长度随颗粒通量的增加而降低，因此高颗粒通量的操作条件对反应器的传热效率形成限制。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种粉状低阶煤/生物质快速热解装置及工艺，解决现有热解装置传热效率受颗粒通量限制，除尘过程中热解油气因与高温物流接触时间过长而升温，油气浓度易被载气稀释增加后续油气提取难度和加剧二次反应降低液态产品收率的问题。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种粉状低阶煤/生物质快速热解装置，包括热解反应器，所述热解反应器的壳体由筒体和锥体组成，筒体和锥体上下一体成型，筒体顶端两侧均设进料口，进料口均与筒体相切；筒体顶部中心处设上排气管；锥体中下部设挡件，所述挡件上方为圆锥状，下方为圆柱状壳体且底部为空，锥体下端焊接排料管，所述挡件下方设下排气管，排料管和下排气管二者同轴，且排料管的直径大于下排气管的直径，所述筒体、锥体、排料管、上排气管和下排气管均同轴，所述排料管下方连接膨胀仓，膨胀仓侧边设溢流口。

4、所述下排气管为“l”型，水平方向的出口端穿过排料管与装置外管道连接，将富集的热解油气快速引出。

5、所述下排气管的出口端高于膨胀仓，下排气管下方焊接支撑架，用于支撑下排气管。

6、一种粉状低阶煤/生物质快速热解工艺，其步骤如下：

7、s1：载气输运粉状低阶煤/生物质和载热颗粒分别由两个进料口进入快速热解装置的热解反应器，颗粒在离心作用下向反应器边壁聚集，热解原料同载热颗粒充分接触，发生快速热解反应；

8、s2：载气在下行过程中不断向中心汇聚，40%载气折返上行，从筒体顶端上排气管流出；

9、s3：下行过程中未折返上行的载气携带热解油气经挡件引导进入下排气管，流入后续焦油回收与加工装置；

10、s4：颗粒在重力作用下沿锥壳内壁由排料管和下排气管构成的间隙进入膨胀仓，膨胀仓内储存有颗粒，在输送风作用下由溢流口流出。

11、热解原理：热载体颗粒同热解原料颗粒分别从不同进料口随载气进入，随后旋转下行，期间通过导热、对流和辐射传热作用，热解原料颗粒快速升温至反应温度。在升温过程中，不断有下行气流向心汇集并折返上行，从上排气管流出反应器。热解反应气态产物受载气裹挟汇入中心，粉尘及固态热解产物在离心作用下仍聚集于边壁，实现第一次油气脱尘净化。阻挡壳体下端截面收缩处容易产生乱流，挡件可规整此处的流型，防止由乱流引发的壁面颗粒向中心的掺混。另外，挡件可引导中心区域的下行旋转气流先向边壁移动，再折返进入下排气管，期间，油气中裹挟的细小颗粒被甩出，实现第二次油气脱尘净化，载热体颗粒和固态热解产物在膨胀仓内形成颗粒床密封，阻止气体经膨胀仓流出。

12、与现有技术相比，本发明取得的有益效果如下：

13、（1）通过下排气管使气流不会在反应器某一高度全部折返，确保旋风长度可以纵贯反应器，颗粒旋转下行全过程中均可保持高效传热；同时，挡件的圆锥体可提高气流旋转速度，强化对流传热；

14、（2）采用上下两个排气管分流载气，有效缓解载气对热解油气的稀释作用，避免后续油气提取难度的问题；

15、（3）在加热低阶煤/生物质的阶段，大流量的气体有利于增强气固对流传热，提高低阶煤/生物质颗粒的升温速率；加热阶段结束后，部分气流折返上行，从上排气管流出系统，由于热解反应发生较少，此部分载气几乎不含热解油气；热解油气产出后，仅由部分下行载气携带经挡件的圆柱体流转进入下排气管；

16、（4）热解油气受载气裹挟汇入反应器中心区域，由于高温载热颗粒集中在边壁，中心区域温度更低，产生的热解油气不会显著升温；同时，由于邻近排气管，油气可快速流出反应器，有效避免因在高温区长时间停留导致的二次反应加剧的情况，保证焦油收率。

技术特征：

1.一种粉状低阶煤/生物质快速热解装置，包括热解反应器，其特征在于，所述热解反应器的壳体（1）由筒体和锥体组成，筒体和锥体上下一体成型，筒体顶端两侧均设进料口（3），进料口均与筒体相切；筒体顶部中心处设上排气管（2）；锥体中下部设挡件（4），所述挡件（4）上方为圆锥状，下方为圆柱状壳体且底部为空，锥体下端焊接排料管（6），所述挡件（4）下方设下排气管（5），排料管（6）和下排气管（5）二者同轴，且排料管（6）的直径大于下排气管（5）的直径，所述筒体、锥体、排料管（6）、上排气管（2）和下排气管（5）均同轴，所述排料管（6）下方连接膨胀仓（8），所述膨胀仓（8）侧边设溢流口（7）。

2.根据权利要求1所述的一种粉状低阶煤/生物质快速热解装置，其特征在于，所述下排气管（5）为“l”型，水平方向的出口端穿过排料管（6）与装置外管道连接。

3.根据权利要求1或2任一项所述的一种粉状低阶煤/生物质快速热解装置，其特征在于，所述下排气管（5）的出口端高于膨胀仓（8），所述下排气管（5）下方焊接支撑架，用于支撑下排气管。

4.以权利要求1-3任一项所述的一种粉状低阶煤/生物质快速热解装置为基础的热解工艺，其特征在于，具体步骤如下：

技术总结本发明涉及低阶煤/生物质能源清洁、高效、梯级多联产技术领域，涉及一种粉状低阶煤/生物质快速热解装置及工艺，包括热解反应器，所述热解反应器的壳体由筒体和锥体组成，筒体和锥体上下一体成型，筒体顶端两侧均设进料口，进料口均与筒体相切；筒体顶部中心处设上排气管；锥体中下部设挡件，所述挡件上方为圆锥状，下方为圆柱状壳体且底部为空，锥体下端焊接排料管，所述挡件下方设下排气管，排料管和下排气管二者同轴，所述筒体、锥体、排料管、上排气管和下排气管均同轴，所述排料管下方连接膨胀仓，膨胀仓侧边设溢流口。以上结构件相互配合，构建离心力场与气体旋流相结合的反应器，实现颗粒原料快速加热的同时有效脱除热解油气中的粉尘。技术研发人员：杨景轩,郝晓刚,张忠林受保护的技术使用者：太原理工大学技术研发日：技术公布日：2024/5/16