一种碳氢化合物定向热解制气装置及其工艺

本发明公开了一种热解制气的工艺方法及装置；具体地说，是一种碳氢化合物定向热解制气的工艺方法及装置；属于化工生产。

背景技术：

1、全球性低碳发展正迫使能源结构从化石能源向可再生能源转变，期望在减少对化石能源依赖的同时，减少二氧化碳的排放。现阶段，碳氢化合物的种类多样，包括劣质化石燃料、生物质、废轮胎、塑料等，受限于利用的经济性，这些能源的利用形式较为粗犷，多以燃烧供热进行消耗。这样不仅会造成大量的能源浪费，而且会带来严重的环境问题。气化技术能将碳氢化合物转化为合成气，可作为平台化合物的原料气，参与到人类的生产和生活中。如图1所示，气化过程会使气化剂中的氧原子进入到产品气中，造成含氧气增多，严重影响产品气作为原料气的品质。

2、对碳氢化合物处理的另外一种方式是热解技术，碳氢化合物经热解后可产生油、气等物质，作为目标产物的焦油一般品质较差，无法直接用于燃料油使用，需要通过复杂的提质处理工艺。但受限经济性，热解制油的工艺一直很难大规模应用。单从技术而言，热解制油的技术关键是在适宜的热解温度下，减少挥发分的二次反应，抑制大分子继续裂解成不凝气，从而得到更多的热解油。同时，二次反应不可避免，会产生大量的热解气。

3、几十年来，国内外研究人员关于碳氢化合物的高效资源化利用做了大量研究工作。如中国专利cn108219852a公开了一种微波热解生物质的气化反应装置及其制气方法。以生物质为原料，通过进料单元送入微波热解单元进行连续加热直至气化，得到的燃气在输气单元中净化并输出，提高了生物质的气化率，并且降低了装置的热损耗。

4、再如中国专利cn210394277u公开了一种农林废弃物热解制气系统。让熔盐在循环回路中循环，通过太阳能在集热器处对熔盐加热，使熔盐对热解炉中的农林废弃物进行加热即可实现热解制气的目的，提高热解气有效输出量，减少了因热解气直接燃烧产生的温室气体和污染物排放，且简化了结构，增强了安全性。

5、中国专利cn116396780a公开了一种生物质碳粉、煤粉热解制气供能装置。根据生物质碳粉、煤粉里含有的氢、碳等化学元素特性，通过预热、高温缺氧热解还原制气，再和氧气混合来达到清洁燃烧，并为工业、民用领域提供热能，这种供能方式，污染小，供能相对稳定。

6、基于现有研究结果，结合粉末焙烧中导热球的使用原理，本发明设计了一种碳氢化合物定向热解制气的工艺方法及装置。

技术实现思路

1、针对上述不足，本发明的目的在于提供一种基于碳氢化合物定向热解制气装置，本发明提供的技术方案在下行床热解炉中安置高温内构件，将炉壁的高温通过内构件传至物料床层内部，通过增大热解产物的二次反应，实现定向制气的目的。

2、本发明的第二个目的提供一种适用于多种碳氢化合物的转化，原料适应性强，且可以用于连续式反应的基于碳氢化合物定向热解制气的工艺。

3、一种基于碳氢化合物定向热解制气装置，包括热解反应室，所述的热解反应室外周还设有燃烧反应室，所述的热解反应室设有热解气出口，所述的热解气出口与焦油冷凝器连通，所述的焦油冷凝器通过焦油输送管道与燃烧反应室连通，所述的燃烧反应室底部还设有空气入口，所述的热解反应室外壁连接有高温内构件。

4、进一步的，上述的一种基于碳氢化合物定向热解制气装置，所述的热解反应室为下行反应器，底部具有变径缩口；顶部还设有进料口。

5、进一步的，上述的一种基于碳氢化合物定向热解制气装置，所述的燃烧反应室为上行反应器或鼓泡床反应器，上端部设有燃烧尾气出口。

6、进一步的，上述的一种基于碳氢化合物定向热解制气装置，所述的高温内构件为带有气体通道的板状高温内构件或者带有气体通道的波纹板状高温内构件或者带有气体通道的管状高温内构件或者带有气体通道的多刺型高温内构件。

7、进一步的，上述的一种基于碳氢化合物定向热解制气装置，所述的气体通道为带有风帽的管式气体管路或者带有风帽的栅板式气体管路或者带有风帽的多刺型气体管路。

8、进一步的，上述的基于碳氢化合物定向热解制气装置，所述的热解气出口位于热解反应室的底部。

9、进一步的，上述的基于碳氢化合物定向热解制气装置，所述的焦油冷凝器为旋风分离器和气固分离器。

10、本发明提供的第二个技术方案是一种基于碳氢化合物定向热解制气的工艺，采用第一个技术方案所述的基于碳氢化合物定向热解制气装置进行碳氢化合物定向热解制气。

11、进一步的，一种基于碳氢化合物定向热解制气的工艺，依次包括下述步骤：

12、1)碳氢化合物原料经进料机从热解反应室顶部进料口进入热解反应室内，在热解反应室内形成固体物料床层；

13、2)热解后的固体产物从热解反应室底部，经过一个变径缩口进入燃烧反应室；固体物料进入燃烧反应室后与进入燃烧反应室内的空气接触，发生燃烧反应，为热解反应室壁供热，燃烧尾气经由上部燃烧尾气出口排出系统；

14、4)热解气态产物在压力的作用下向热解出口移动，在经过高温内构件的时候与高温内构件接触，形成局部高温区，发生二次反应；同时，在压力的作用下，气态产物会改变流动方向，向高温内构件的气体通道流动，延长气态产物在高温区的停留时间，再次增大二次反应，生成更多的不凝气；

15、5)热解产物气体经由热解气出口进入焦油冷凝器内，经过冷凝、气液分离，少量液态焦油会被重新送回燃烧反应室内，燃烧供热；不凝气体即热解产品气会由冷凝器顶部离开系统。

16、与现有技术相比，本发明具有如下技术优点：

17、1)本发明提供的技术方案利用下行反应器的特点增大热解气与半焦的接触，增大焦油的裂解作用；利用高温内构件在物料层内形成局部高温区，增大传热面积，增大挥发分的二次反应；利用高温内构件的气体管道，改变气态挥发分的移动路径，增大停留时间，从而增大二次反应发生，生成更多的不凝热解气；

18、2)本发明提供的技术方案避免气化工艺中的氧气进入产品气中，增加产品气中含氢化合物的含量；

19、3)本发明提供的技术方案利用热解半焦及重质焦油的燃烧放热作为热源，实现碳氢化合物的自热式高效转化；

20、4)本发明提供的技术方案可适用于多种碳氢化合物的转化，原料适应性强，且可以用于连续式反应。

技术特征：

1.一种基于碳氢化合物定向热解制气装置，其特征在于，包括热解反应室(2)，所述的热解反应室(2)外周还设有燃烧反应室(3)，所述的热解反应室(2)设有热解气出口(5)，所述的热解气出口(5)与焦油冷凝器(8)连通，所述的焦油冷凝器(8)通过焦油输送管道(9)与燃烧反应室(3)连通，所述的燃烧反应室(3)底部还设有空气入口(4)，所述的热解反应室(2)外壁连接有高温内构件(7)。

2.根据权利要求1所述的一种基于碳氢化合物定向热解制气装置，其特征在于，所述的热解反应室(2)为下行反应器，底部具有变径缩口；顶部还设有进料口(1)。

3.根据权利要求1所述的一种基于碳氢化合物定向热解制气装置，其特征在于，所述的燃烧反应室(3)为上行反应器或鼓泡床反应器，上端部设有燃烧尾气出口(6)。

4.根据权利要求1所述的一种基于碳氢化合物定向热解制气装置，其特征在于，所述的高温内构件(7)为带有气体通道(71)的板状高温内构件或者带有气体通道的波纹板状高温内构件或者带有气体通道的管状高温内构件或者带有气体通道的多刺型高温内构件。

5.根据权利要求1所述的一种基于碳氢化合物定向热解制气装置，其特征在于，所述的气体通道(71)为带有风帽(72)的管式气体管路或者带有风帽(72)的栅板式气体管路或者带有风帽(72)的多刺型气体管路。

6.根据权利要求1所述的基于碳氢化合物定向热解制气装置，其特征在于，所述的热解气出口(5)位于热解反应室(2)的底部。

7.根据权利要求1所述的基于碳氢化合物定向热解制气装置，其特征在于，所述的焦油冷凝器(8)为旋风分离器和气固分离器。

8.一种基于碳氢化合物定向热解制气的工艺，其特征在于，采用权利要求1所述的基于碳氢化合物定向热解制气装置进行碳氢化合物定向热解制气。

9.根据权利要求8所述的一种基于碳氢化合物定向热解制气的工艺，其特征在于，依次包括下述步骤：

技术总结本发明公开了一种碳氢化合物定向热解制气装置及其工艺；其技术方案包括热解反应室，所述的热解反应室外周还设有燃烧反应室，所述的热解反应室设有热解气出口，所述的热解气出口与焦油冷凝器连通，所述的焦油冷凝器通过焦油输送管道与燃烧反应室连通，所述的燃烧反应室底部还设有空气入口，所述的热解反应室外壁连接有高温内构件；该装置通过在下行床热解炉中安置高温内构件，将炉壁的高温通过内构件传至物料床层内部，通过增大热解产物的二次反应，实现定向制气的目的；属于化工生产技术领域。技术研发人员：王超,张梦娟,吴晓玉,许光文,韩振南受保护的技术使用者：广东工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2