一種含碳、氫的有機(jī)固體裂解反應(yīng)系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種含碳、氫的有機(jī)固體裂解反應(yīng)系統(tǒng)及方法。系統(tǒng)包括混料成型單元、豎式反應(yīng)爐、油氣熱回收單元、油氣分離單元、燃?xì)鈨艋瘑卧腿細(xì)饧訜釥t，混料成型單元包括入料口與出料口；豎式反應(yīng)爐包括型球入口、固體熱載體入口、氣體熱載體入口、油氣出口和熱態(tài)含碳固體出口。本發(fā)明利用上述系統(tǒng)進(jìn)行裂解反應(yīng)的方法，包括步驟：將含碳、氫的有機(jī)固體在混料成型單元內(nèi)成型后進(jìn)行裂解反應(yīng)；將裂解的熱態(tài)含碳固體作為固體熱載體送入豎式反應(yīng)爐。本發(fā)明通過將裂解產(chǎn)生的部分燃?xì)饧訜岷笞鳛闅怏w熱載體為反應(yīng)爐提供熱量，提高了氣體產(chǎn)品的品質(zhì)；將裂解過程產(chǎn)生的部分熱態(tài)含碳固體作為固體熱載體為反應(yīng)爐提供熱量，降低了裂解過程的能耗。
【專利說明】
一種含碳、氫的有機(jī)固體裂解反應(yīng)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明主要涉及一種裂解反應(yīng)系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種含碳、氫的有機(jī)固體裂 解反應(yīng)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，含碳、氫固體有機(jī)物的利用有許多方法，其中，熱裂解是一種古老的工業(yè)化 生產(chǎn)技術(shù)，該技術(shù)最早用于煤的干餾，所得焦炭產(chǎn)品主要作為冶煉鋼鐵的燃料。采用熱裂解 技術(shù)處理有機(jī)固體，特別是含碳、氫的固體廢物具有重要意義。
[0003] 中國固體廢物產(chǎn)生量很大。工業(yè)固體廢物歷年堆存量已超過60億t。目前，工業(yè)固 體廢物的綜合利用率只有40%，處理處置率相當(dāng)?shù)?，多?shù)只是簡單地堆放，嚴(yán)重地污染了地 表水和地下水。這不僅是資源的巨大浪費(fèi)，而且造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。固體廢物在堆放過程 中，在溫度、水分作用下某些有機(jī)物質(zhì)發(fā)生分解，產(chǎn)生有害氣體。在我國大多數(shù)城市，對城市 生活垃圾、醫(yī)療廢棄物、廢棄塑料的處理是采用焚燒方式處理。焚燒過程中危險(xiǎn)有害物質(zhì)也 往往產(chǎn)生，若不處理好，易對環(huán)境造成二次污染。而熱裂解焚化法既能達(dá)到國際規(guī)定的排放 標(biāo)準(zhǔn)，又能符合操作經(jīng)濟(jì)面的要求，能更好地解決上述環(huán)境問題的發(fā)生。隨著現(xiàn)代化工業(yè)的 發(fā)展，該技術(shù)的應(yīng)用范圍逐漸得到擴(kuò)大，已被用于各相關(guān)領(lǐng)域。
[0004] 有機(jī)固體的熱裂解是將有機(jī)固體中的有機(jī)物在高溫下裂解獲取固體(焦炭）、液體 (焦油)和燃?xì)猓且环N常用的熱加工技術(shù)。在諸多的有機(jī)固體利用技術(shù)中熱加工技術(shù)是一 種很有發(fā)展前景的技術(shù)。而目前，含碳、氫有機(jī)固體裂解產(chǎn)物中的余熱很少進(jìn)行回收，造成 能量的極大浪費(fèi)。
[0005] 因此，針對上述問題，有必要提供一種新的含碳、氫的有機(jī)固體裂解反應(yīng)系統(tǒng)及方 法，既能保證有效的有機(jī)固體裂解以解決環(huán)境污染等問題，又能更合理地進(jìn)行能量循環(huán)利 用，進(jìn)一步降低能耗，更好地做到工業(yè)節(jié)能環(huán)保。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對上述問題，本發(fā)明旨在提供一種含碳、氫的有機(jī)固體裂解反應(yīng)系統(tǒng)及方法，該 系統(tǒng)及方法的目的是解決裂解產(chǎn)物中的余熱浪費(fèi)問題，同時(shí)對熱解氣凈化后循環(huán)利用，提 尚了氣體的品質(zhì)。
[0007] 本發(fā)明提供的含碳、氫的有機(jī)固體裂解反應(yīng)系統(tǒng)包括:混料成型單元、豎式反應(yīng) 爐、油氣熱回收單元、油氣分離單元、燃?xì)鈨艋瘑卧腿細(xì)饧訜釥t，其中，所述混料成型單元 包括入料口與出料口，用于型球的成型;所述豎式反應(yīng)爐包括型球入口、固體熱載體入口、 氣體熱載體入口、油氣出口和熱態(tài)含碳固體出口，其內(nèi)部從上到下設(shè)有干燥段和裂解段，所 述豎式反應(yīng)爐用于型球的裂解;所述型球入口與所述混料成型單元的出料口相連;所述熱 態(tài)含碳固體出口與所述固體熱載體入口相連;所述油氣出口與所述油氣熱回收單元相連； 所述油氣熱回收單元、油氣分離單元、燃?xì)鈨艋瘑卧叭細(xì)饧訜釥t依次相連;所述燃?xì)饧訜?爐的燃?xì)獬隹谂c所述豎式反應(yīng)爐的氣體熱載體入口相連。
[0008] 上述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還可包括燃?xì)饧訅簡卧?，所述燃?xì)饧訅簡卧O(shè)于所述燃?xì)?凈化單元和所述燃?xì)饧訜釥t之間。
[0009] 上述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還可包括破碎單元，所述破碎單元設(shè)于所述混料成型單元 之前。
[0010] 上述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還可包括熱態(tài)含碳固體儲(chǔ)槽，所述熱態(tài)含碳固體儲(chǔ)槽的入 口與所述豎式反應(yīng)爐的熱態(tài)含碳固體出口相連，所述熱態(tài)含碳固體儲(chǔ)槽的出口與所述豎式 反應(yīng)爐的固體熱載體入口相連。
[0011] 上述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還可包括液體燃料油灌和燃?xì)鈨?chǔ)柜，所述液體燃料油灌與 所述油氣分離單元的油品出口相連;所述燃?xì)鈨?chǔ)柜與所述燃?xì)鈨艋瘑卧娜細(xì)獬隹诨蚺c所 述燃?xì)饧訅簡卧募訅喝細(xì)獬隹谙噙B。
[0012] 本發(fā)明提供一種利用上述系統(tǒng)進(jìn)行裂解反應(yīng)的方法，包括以下步驟:將粒徑<2mm 的含碳、氫的有機(jī)固體在所述混料成型單元內(nèi)先混料后成型，得到型球;將所述型球送入所 述豎式反應(yīng)爐進(jìn)行裂解反應(yīng)，得到熱態(tài)含碳固體、油氣;將所述熱態(tài)含碳固體作為固體熱載 體送入所述豎式反應(yīng)爐;將所述油氣送入所述油氣熱回收單元內(nèi)進(jìn)行熱回收;將所述熱回 收后的油氣送入所述油氣分離單元進(jìn)行分離得到液體燃料和燃?xì)?將所述燃?xì)庠谒鋈細(xì)?凈化單元內(nèi)進(jìn)行凈化，得到凈化燃?xì)?將所述凈化燃?xì)馑腿胨鋈細(xì)饧訜釥t內(nèi)加熱;將所述 加熱后的燃?xì)庾鳛闅怏w熱載體送入所述豎式反應(yīng)爐。
[0013] 上述的方法，所述型球的粒度為5-40毫米，冷壓強(qiáng)度大于200牛/個(gè)。
[0014]上述的方法，所述豎式反應(yīng)爐的反應(yīng)溫度為350-950攝氏度。
[0015] 上述的方法，所述方法還可包括步驟:將所述熱態(tài)含碳固體的一部分進(jìn)行冷卻，輸 出含碳固體產(chǎn)品;將所述燃?xì)獾囊徊糠炙腿肴細(xì)鈨?chǔ)柜存儲(chǔ)。
[0016] 上述的方法，所述方法還可進(jìn)一步包括步驟:將含碳、氫的有機(jī)固體破碎至2mm粒 徑以下。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的上述技術(shù)方案，既能通過將裂解過程產(chǎn)生的一部分燃?xì)庠谌細(xì)饧訜?爐內(nèi)加熱后為反應(yīng)爐提供熱量，又將裂解過程產(chǎn)生的部分熱態(tài)含碳固體作為固體熱載體為 反應(yīng)爐提供熱量，降低了裂解過程的能耗。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的含碳、氫的有機(jī)固體裂解反應(yīng)系統(tǒng)流程圖；
[0019] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的含碳、氫的有機(jī)固體裂解反應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0020] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中豎式反應(yīng)爐的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行更加詳細(xì)的說明，以便能 夠更好地理解本發(fā)明的方案以及各個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。然而，以下描述的【具體實(shí)施方式】和實(shí)施 例僅是說明的目的，而不是對本發(fā)明的限制。
[0022] 圖2為本發(fā)明提供的一種含碳、氫的有機(jī)固體裂解反應(yīng)系統(tǒng)簡圖。該系統(tǒng)包括原料 倉1、破碎單元2、混料成型單元3、豎式反應(yīng)爐4、油氣熱回收單元5、油氣分離單元6、燃?xì)鈨?化單元7、燃?xì)饧訅簡卧?、燃?xì)饧訜釥t9、液體燃料油灌10、燃?xì)鈨?chǔ)柜11和熱態(tài)含碳固體儲(chǔ)槽 12,其中原料倉1、破碎單元2、燃?xì)饧訅簡卧?、液體燃料油灌10、燃?xì)鈨?chǔ)柜11和熱態(tài)含碳固 體儲(chǔ)槽12不是必須設(shè)置。
[0023]具體的，破碎單元2包括破碎裝置，用于原料的破碎，其入口與原料倉1的出口相 連?；炝铣尚蛦卧?包括混料機(jī)與成型機(jī)，設(shè)有入料口與出料口，用于型球的成型。有機(jī)固體 經(jīng)成型后，具有較好的強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性，對之后含碳固體的裂解氣化等深加工或使用有較好 的促進(jìn)作用。此外，減少裂解過程中揮發(fā)物在逸出時(shí)的粉塵夾帶，進(jìn)而提高裂解油、氣產(chǎn)品 的品質(zhì)。
[0024] 豎式反應(yīng)爐4包括型球入口 401、固體熱載體入口 402、氣體熱載體入口 403、油氣出 口 404和熱態(tài)含碳固體出口 405，其內(nèi)部從上到下設(shè)有干燥段406和裂解段407，如圖3所示， 豎式反應(yīng)爐4用于型球的裂解。型球入口 401與混料成型單元3的出料口相連；油氣出口 404 與油氣熱回收單元5相連。豎爐的爐身直立，爐氣在爐內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)，與爐料之間呈逆流換熱， 這就有利于物料之間的傳質(zhì)傳熱。多數(shù)豎爐的爐料與燃料直接接觸。一般爐頂?shù)臉?gòu)造，有敞 開的和密閉的兩種。
[0025] 所述油氣熱回收單元5、油氣分離單元6、燃?xì)鈨艋瘑卧?及燃?xì)饧訜釥t9依次相連。 油氣熱回收單元5包括熱回收裝置，用于油氣的熱量回收。油氣分離單元6包括油氣分離器， 用于將油氣進(jìn)行分離得到液體燃料和燃?xì)狻Ｈ細(xì)鈨艋瘑卧?包括燃?xì)鈨艋b置，用于將燃?xì)?進(jìn)行凈化，得到凈化燃?xì)狻Ｈ細(xì)饧訅簡卧?包括加壓裝置，用于將凈化燃?xì)膺M(jìn)行加壓處理，并 可將加壓后的壓縮燃?xì)夥謩e利用，一部分送入燃?xì)鈨?chǔ)柜11存儲(chǔ)，一部分送往燃?xì)饧訜釥t9進(jìn) 行加熱。
[0026] 油氣分離單元6的油品出口與液體燃料油罐10相連，燃?xì)饧訅簡卧?的燃?xì)獬隹诜?別與燃?xì)鈨?chǔ)柜11和燃?xì)饧訜釥t9相連，燃?xì)饧訜釥t9的燃?xì)獬隹谂c所述豎式反應(yīng)爐4的氣體 熱載體入口 403相連。當(dāng)不設(shè)燃?xì)饧訅簡卧?時(shí)，燃?xì)鈨?chǔ)柜11可直接與燃?xì)鈨艋瘑卧?連接。
[0027] 豎式反應(yīng)爐4產(chǎn)生的熱態(tài)含碳固體可分為兩個(gè)出口，其一出口與熱態(tài)含碳固體儲(chǔ) 槽12的入口相連，其二與含碳固體冷卻單元相連。熱態(tài)含碳固體儲(chǔ)槽12的出口與豎式反應(yīng) 爐4的固體熱載體入口 402相連。含碳固體冷卻后作為含碳固體產(chǎn)品。
[0028] 如圖1所示，本發(fā)明提供的含碳、氫的有機(jī)固體裂解反應(yīng)方法的具體操作步驟如 下：
[0029] 1)、原料破碎:將固體有機(jī)物破碎到2mm以下；
[0030] 2)、粉料混料成型：將破碎后的固體有機(jī)物先混料后成型，得到型球，成型后型球 的粒度為5-40毫米，冷壓強(qiáng)度大于200牛/個(gè)；
[0031] 3 )、豎式反應(yīng)爐處理，將型球在豎式反應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行裂解處理，熱態(tài)含碳固體可做固 體熱載體，加熱后的燃?xì)庾鰵怏w熱載體。反應(yīng)溫度在350-950攝氏度，裂解后得到熱態(tài)含碳 固體、油氣產(chǎn)物；
[0032] 4)、油氣熱回收，將裂解產(chǎn)生的油氣中攜帶的余熱在熱回收裝置內(nèi)進(jìn)行熱回收；
[0033] 5 )、油氣分離，將油氣在油氣分離器內(nèi)進(jìn)行分離得到液體燃料和燃?xì)?，液體燃料的 熱值在5000-10000千卡/千克，燃?xì)獾臒嶂翟?000-8000千卡/標(biāo)立方米；
[0034] 6)、燃?xì)鈨艋瑢⑷細(xì)庠谌細(xì)鈨艋b置內(nèi)進(jìn)行凈化，得到凈化燃?xì)猓?br>[0035] 7 )、燃?xì)饧訅?，將凈化燃?xì)庠诩訅貉b置內(nèi)進(jìn)行加壓處理，并將加壓后的壓縮燃?xì)夥?別利用，一部分進(jìn)行存儲(chǔ)，一部分送往燃?xì)饧訜釥t；
[0036] 8)、燃?xì)饧訜?，將一部分壓縮燃?xì)庠诩訜釥t內(nèi)加熱，加熱后的燃?xì)庾鰵怏w熱載體， 加熱爐的爐溫控制在500-1000攝氏度；
[0037] 9)、豎式反應(yīng)爐產(chǎn)生的熱態(tài)含碳固體可分為兩個(gè)部分，一部分熱態(tài)含碳固體作為 反應(yīng)爐裂解過程的固體熱載體，另一部分經(jīng)冷卻后可作為含碳固體產(chǎn)品。
[0038] 上述步驟不是全部必須，比如原料的破碎、燃?xì)饧訅?，熱態(tài)含碳固體的冷卻等可根 據(jù)實(shí)際情況設(shè)置。
[0039] 由上述方案可知，本發(fā)明提供的含碳、氫的有機(jī)固體裂解反應(yīng)系統(tǒng)及方法，通過將 裂解過程產(chǎn)生的一部分燃?xì)庠谌細(xì)饧訜釥t內(nèi)加熱后作為氣體熱載體為反應(yīng)爐提供熱量，提 高了氣體產(chǎn)品的品質(zhì);將裂解過程產(chǎn)生的一部分熱態(tài)韓碳固體作為固體熱載體為反應(yīng)爐提 供熱量，降低了裂解過程的能耗;同時(shí)回收油氣攜帶的余熱進(jìn)行回收利用。
[0040] 下面結(jié)合具體實(shí)施例來說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0041] 下述實(shí)施例中所取工藝條件數(shù)值均為示例性的，其可取數(shù)值范圍如前述說明書中 所示。
[0042] 實(shí)施例1
[0043]本實(shí)施例的含碳固體為內(nèi)蒙某礦區(qū)褐煤，按照上述【具體實(shí)施方式】的步驟進(jìn)行裂 解。破碎后煤的粒經(jīng)在3mm以下，制得的型球的尺寸為18mmx 18mmx38mm、4mmx4mmx 10mm、 30mmx30mmx50mm，裂解反應(yīng)溫度分別取350°C、950 °C、600 °C，燃?xì)饧訜釡囟葹?00°C。原料及 裂解產(chǎn)物的分析結(jié)果平均值如表1-表3。
[0044]表1:原料分析結(jié)果
[0050]其中，表中的Mad代表空氣干燥基水分;Aad代表干燥基灰分;Vad代表空氣干燥基揮 發(fā)分;FCad代表空氣干燥基固定碳。
[0051 ]表中的St, ad代表空氣干燥基全硫含量;Cad代表空氣干燥基碳含量;Had代表空氣干 燥基氫含量;Nad代表空氣干燥基氮含量;Oad代表空氣干燥基氧含量。
[0052]由上述實(shí)施例可見，本發(fā)明的技術(shù)方案能有效利用裂解產(chǎn)生的煤氣與含碳固體的 熱值，朝著資源與能量利用最大化的方向發(fā)展，對整個(gè)裂解行業(yè)與社會(huì)環(huán)境都有著積極的 作用。
[0053]最后應(yīng)說明的是:顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并 非對實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做 出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引 申出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種含碳、氫的有機(jī)固體裂解反應(yīng)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括混料成型單元、豎式反應(yīng)爐、 油氣熱回收單元、油氣分離單元、燃?xì)鈨艋瘑卧腿細(xì)饧訜釥t，其中， 所述混料成型單元包括入料口與出料口，用于型球的成型； 所述豎式反應(yīng)爐包括型球入口、固體熱載體入口、氣體熱載體入口、油氣出口和熱態(tài)含 碳固體出口，其內(nèi)部從上到下設(shè)有干燥段和裂解段，所述豎式反應(yīng)爐用于型球的裂解;所述 型球入口與所述混料成型單元的出料口相連;所述熱態(tài)含碳固體出口與所述固體熱載體入 口相連;所述油氣出口與所述油氣熱回收單元相連； 所述油氣熱回收單元、油氣分離單元、燃?xì)鈨艋瘑卧叭細(xì)饧訜釥t依次相連;所述燃?xì)?加熱爐的燃?xì)獬隹谂c所述豎式反應(yīng)爐的氣體熱載體入口相連。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括燃?xì)饧訅簡卧?，所述燃?xì)?加壓單元設(shè)于所述燃?xì)鈨艋瘑卧退鋈細(xì)饧訜釥t之間。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括破碎單元，所述破碎單元 設(shè)于所述混料成型單元之前。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括熱態(tài)含碳固體儲(chǔ)槽，所述 熱態(tài)含碳固體儲(chǔ)槽的入口與所述豎式反應(yīng)爐的熱態(tài)含碳固體出口相連，所述熱態(tài)含碳固體 儲(chǔ)槽的出口與所述豎式反應(yīng)爐的固體熱載體入口相連。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括液體燃料油灌和燃?xì)鈨?chǔ) 柜，所述液體燃料油灌與所述油氣分離單元的油品出口相連;所述燃?xì)鈨?chǔ)柜與所述燃?xì)鈨?化單元的燃?xì)獬隹诨蚺c所述燃?xì)饧訅簡卧募訅喝細(xì)獬隹谙噙B。6. -種利用權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述系統(tǒng)進(jìn)行裂解反應(yīng)的方法，包括以下步驟： 將粒徑〈2_的含碳、氫的有機(jī)固體在所述混料成型單元內(nèi)先混料后成型，得到型球； 將所述型球送入所述豎式反應(yīng)爐進(jìn)行裂解反應(yīng)，得到熱態(tài)含碳固體、油氣； 將所述熱態(tài)含碳固體作為固體熱載體送入所述豎式反應(yīng)爐； 將所述油氣送入所述油氣熱回收單元內(nèi)進(jìn)行熱回收； 將所述熱回收后的油氣送入所述油氣分離單元進(jìn)行分離得到液體燃料和燃?xì)猓? 將所述燃?xì)庠谒鋈細(xì)鈨艋瘑卧獌?nèi)進(jìn)行凈化，得到凈化燃?xì)猓? 將所述凈化燃?xì)馑腿胨鋈細(xì)饧訜釥t內(nèi)加熱； 將所述加熱后的燃?xì)庾鳛闅怏w熱載體送入所述豎式反應(yīng)爐。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述型球的粒度為5-40毫米，冷壓強(qiáng)度大 于200牛/個(gè)。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述豎式反應(yīng)爐的反應(yīng)溫度為350-950攝 氏度。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法還包括步驟： 將所述熱態(tài)含碳固體的一部分進(jìn)行冷卻，輸出含碳固體產(chǎn)品； 將所述燃?xì)獾囊徊糠炙腿肴細(xì)鈨?chǔ)柜存儲(chǔ)。10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法還包括步驟： 將含碳、氫的有機(jī)固體破碎至2mm粒徑以下。
【文檔編號】C10B57/00GK105936833SQ201610530590
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年7月6日
【發(fā)明人】趙小楠, 丁力, 吳道洪
【申請人】北京神霧環(huán)境能源科技集團(tuán)股份有限公司