一種含碳、氫的有機固體裂解反應系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種含碳、氫的有機固體裂解反應系統(tǒng)及方法。系統(tǒng)包括混料成型單元、豎式反應爐、油氣熱回收單元、油氣分離單元、燃氣凈化單元和燃氣加熱爐，混料成型單元包括入料口與出料口；豎式反應爐包括型球入口、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)進行裂解反應的方法，包括步驟：將含碳、氫的有機固體在混料成型單元內(nèi)成型后進行裂解反應；將裂解的熱態(tài)含碳固體作為固體熱載體送入豎式反應爐。本發(fā)明通過將裂解產(chǎn)生的部分燃氣加熱后作為氣體熱載體為反應爐提供熱量，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、氫的有機固體裂解反應系統(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系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種含碳、氫的有機固體裂 解反應系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，含碳、氫固體有機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?shù)停鄶?shù)只是簡單地堆放，嚴重地污染了地 表水和地下水。這不僅是資源的巨大浪費，而且造成嚴重的環(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到國際規(guī)定的排放 標準，又能符合操作經(jīng)濟面的要求，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)的應用范圍逐漸得到擴大，已被用于各相關(guān)領(lǐng)域。
[0004] 有機固體的熱裂解是將有機固體中的有機物在高溫下裂解獲取固體(焦炭）、液體 (焦油)和燃氣，是一種常用的熱加工技術(shù)。在諸多的有機固體利用技術(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、氫有機固體裂解產(chǎn)物中的余熱很少進行回收，造成 能量的極大浪費。
[0005] 因此，針對上述問題，有必要提供一種新的含碳、氫的有機固體裂解反應系統(tǒng)及方 法，既能保證有效的有機固體裂解以解決環(huán)境污染等問題，又能更合理地進行能量循環(huán)利 用，進一步降低能耗，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、氫的有機固體裂解反應系統(tǒng)及方法，該 系統(tǒng)及方法的目的是解決裂解產(chǎn)物中的余熱浪費問題，同時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、氫的有機固體裂解反應系統(tǒng)包括:混料成型單元、豎式反應 爐、油氣熱回收單元、油氣分離單元、燃氣凈化單元和燃氣加熱爐，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、燃氣凈化單元及燃氣加熱爐依次相連;所述燃氣加熱 爐的燃氣出口與所述豎式反應爐的氣體熱載體入口相連。
[0008] 上述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還可包括燃氣加壓單元，所述燃氣加壓單元設(shè)于所述燃氣 凈化單元和所述燃氣加熱爐之間。
[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)含碳固體儲槽，所述熱態(tài)含碳固體儲槽的入 口與所述豎式反應爐的熱態(tài)含碳固體出口相連，所述熱態(tài)含碳固體儲槽的出口與所述豎式 反應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氣儲柜，所述液體燃料油灌與 所述油氣分離單元的油品出口相連;所述燃氣儲柜與所述燃氣凈化單元的燃氣出口或與所 述燃氣加壓單元的加壓燃氣出口相連。
[0012] 本發(fā)明提供一種利用上述系統(tǒng)進行裂解反應的方法，包括以下步驟:將粒徑<2mm 的含碳、氫的有機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 述豎式反應爐進行裂解反應，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爐;將所述油氣送入所述油氣熱回收單元內(nèi)進行熱回收;將所述熱回 收后的油氣送入所述油氣分離單元進行分離得到液體燃料和燃氣;將所述燃氣在所述燃氣 凈化單元內(nèi)進行凈化，得到凈化燃氣;將所述凈化燃氣送入所述燃氣加熱爐內(nèi)加熱;將所述 加熱后的燃氣作為氣體熱載體送入所述豎式反應爐。
[0013] 上述的方法，所述型球的粒度為5-40毫米，冷壓強度大于200牛/個。
[0014]上述的方法，所述豎式反應爐的反應溫度為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行冷卻，輸 出含碳固體產(chǎn)品;將所述燃氣的一部分送入燃氣儲柜存儲。
[0016] 上述的方法，所述方法還可進一步包括步驟:將含碳、氫的有機固體破碎至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)生的一部分燃氣在燃氣加熱 爐內(nèi)加熱后為反應爐提供熱量，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)明實施例的含碳、氫的有機固體裂解反應系統(tǒng)流程圖；
[0019] 圖2是本發(fā)明實施例的含碳、氫的有機固體裂解反應系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0020] 圖3是本發(fā)明實施例中豎式反應爐的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0021] 以下結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】進行更加詳細的說明，以便能 夠更好地理解本發(fā)明的方案以及各個方面的優(yōu)點。然而，以下描述的【具體實施方式】和實施 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、氫的有機固體裂解反應系統(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、豎式反應爐4、油氣熱回收單元5、油氣分離單元6、燃氣凈 化單元7、燃氣加壓單元8、燃氣加熱爐9、液體燃料油灌10、燃氣儲柜11和熱態(tài)含碳固體儲槽 12,其中原料倉1、破碎單元2、燃氣加壓單元8、液體燃料油灌10、燃氣儲柜11和熱態(tài)含碳固 體儲槽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?包括混料機與成型機，設(shè)有入料口與出料口，用于型球的成型。有機固體 經(jīng)成型后，具有較好的強度、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 的促進作用。此外，減少裂解過程中揮發(fā)物在逸出時的粉塵夾帶，進而提高裂解油、氣產(chǎn)品 的品質(zhì)。
[0024] 豎式反應爐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)向上運動，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、燃氣凈化單元7及燃氣加熱爐9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， 用于將油氣進行分離得到液體燃料和燃氣。燃氣凈化單元7包括燃氣凈化裝置，用于將燃氣 進行凈化，得到凈化燃氣。燃氣加壓單元8包括加壓裝置，用于將凈化燃氣進行加壓處理，并 可將加壓后的壓縮燃氣分別利用，一部分送入燃氣儲柜11存儲，一部分送往燃氣加熱爐9進 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，燃氣加壓單元8的燃氣出口分 別與燃氣儲柜11和燃氣加熱爐9相連，燃氣加熱爐9的燃氣出口與所述豎式反應爐4的氣體 熱載體入口 403相連。當不設(shè)燃氣加壓單元8時，燃氣儲柜11可直接與燃氣凈化單元7連接。
[0027] 豎式反應爐4產(chǎn)生的熱態(tài)含碳固體可分為兩個出口，其一出口與熱態(tài)含碳固體儲 槽12的入口相連，其二與含碳固體冷卻單元相連。熱態(tài)含碳固體儲槽12的出口與豎式反應 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、氫的有機固體裂解反應方法的具體操作步驟如 下：
[0029] 1)、原料破碎:將固體有機物破碎到2mm以下；
[0030] 2)、粉料混料成型：將破碎后的固體有機物先混料后成型，得到型球，成型后型球 的粒度為5-40毫米，冷壓強度大于200牛/個；
[0031] 3 )、豎式反應爐處理，將型球在豎式反應爐內(nèi)進行裂解處理，熱態(tài)含碳固體可做固 體熱載體，加熱后的燃氣做氣體熱載體。反應溫度在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)進行熱回收；
[0033] 5 )、油氣分離，將油氣在油氣分離器內(nèi)進行分離得到液體燃料和燃氣，液體燃料的 熱值在5000-10000千卡/千克，燃氣的熱值在2000-8000千卡/標立方米；
[0034] 6)、燃氣凈化，將燃氣在燃氣凈化裝置內(nèi)進行凈化，得到凈化燃氣；
[0035] 7 )、燃氣加壓，將凈化燃氣在加壓裝置內(nèi)進行加壓處理，并將加壓后的壓縮燃氣分 別利用，一部分進行存儲，一部分送往燃氣加熱爐；
[0036] 8)、燃氣加熱，將一部分壓縮燃氣在加熱爐內(nèi)加熱，加熱后的燃氣做氣體熱載體， 加熱爐的爐溫控制在500-1000攝氏度；
[0037] 9)、豎式反應爐產(chǎn)生的熱態(tài)含碳固體可分為兩個部分，一部分熱態(tài)含碳固體作為 反應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、燃氣加壓，熱態(tài)含碳固體的冷卻等可根 據(jù)實際情況設(shè)置。
[0039] 由上述方案可知，本發(fā)明提供的含碳、氫的有機固體裂解反應系統(tǒng)及方法，通過將 裂解過程產(chǎn)生的一部分燃氣在燃氣加熱爐內(nèi)加熱后作為氣體熱載體為反應爐提供熱量，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爐提 供熱量，降低了裂解過程的能耗;同時回收油氣攜帶的余熱進行回收利用。
[0040] 下面結(jié)合具體實施例來說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0041] 下述實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] 實施例1
[0043]本實施例的含碳固體為內(nèi)蒙某礦區(qū)褐煤，按照上述【具體實施方式】的步驟進行裂 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，裂解反應溫度分別取350°C、950 °C、600 °C，燃氣加熱溫度為500°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，對整個裂解行業(yè)與社會環(huán)境都有著積極的 作用。
[0053]最后應說明的是:顯然，上述實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。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引 申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。
【主權(quán)項】
1. 一種含碳、氫的有機固體裂解反應系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括混料成型單元、豎式反應爐、 油氣熱回收單元、油氣分離單元、燃氣凈化單元和燃氣加熱爐，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、燃氣凈化單元及燃氣加熱爐依次相連;所述燃氣 加熱爐的燃氣出口與所述豎式反應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)還包括燃氣加壓單元，所述燃氣 加壓單元設(shè)于所述燃氣凈化單元和所述燃氣加熱爐之間。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)含碳固體儲槽，所述 熱態(tài)含碳固體儲槽的入口與所述豎式反應爐的熱態(tài)含碳固體出口相連，所述熱態(tài)含碳固體 儲槽的出口與所述豎式反應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氣儲 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;所述燃氣儲柜與所述燃氣凈 化單元的燃氣出口或與所述燃氣加壓單元的加壓燃氣出口相連。6. -種利用權(quán)利要求1至5任一項所述系統(tǒng)進行裂解反應的方法，包括以下步驟： 將粒徑〈2_的含碳、氫的有機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爐進行裂解反應，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爐； 將所述油氣送入所述油氣熱回收單元內(nèi)進行熱回收； 將所述熱回收后的油氣送入所述油氣分離單元進行分離得到液體燃料和燃氣； 將所述燃氣在所述燃氣凈化單元內(nèi)進行凈化，得到凈化燃氣； 將所述凈化燃氣送入所述燃氣加熱爐內(nèi)加熱； 將所述加熱后的燃氣作為氣體熱載體送入所述豎式反應爐。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，冷壓強度大 于200牛/個。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述豎式反應爐的反應溫度為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行冷卻，輸出含碳固體產(chǎn)品； 將所述燃氣的一部分送入燃氣儲柜存儲。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)境能源科技集團股份有限公司