CN105936833A - 一种含碳、氢的有机固体裂解反应系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含碳、氢的有机固体裂解反应系统及方法。系统包括混料成型单元、竖式反应炉、油气热回收单元、油气分离单元、燃气净化单元和燃气加热炉，混料成型单元包括入料口与出料口；竖式反应炉包括型球入口、固体热载体入口、气体热载体入口、油气出口和热态含碳固体出口。本发明利用上述系统进行裂解反应的方法，包括步骤：将含碳、氢的有机固体在混料成型单元内成型后进行裂解反应；将裂解的热态含碳固体作为固体热载体送入竖式反应炉。本发明通过将裂解产生的部分燃气加热后作为气体热载体为反应炉提供热量，提高了气体产品的品质；将裂解过程产生的部分热态含碳固体作为固体热载体为反应炉提供热量，降低了裂解过程的能耗。
Description
技术领域
本发明主要涉及一种裂解反应系统及方法，尤其涉及一种含碳、氢的有机固体裂解反应系统及方法。
背景技术
目前，含碳、氢固体有机物的利用有许多方法，其中，热裂解是一种古老的工业化生产技术，该技术最早用于煤的干馏，所得焦炭产品主要作为冶炼钢铁的燃料。采用热裂解技术处理有机固体，特别是含碳、氢的固体废物具有重要意义。
中国固体废物产生量很大。工业固体废物历年堆存量已超过60亿t。目前，工业固体废物的综合利用率只有40％，处理处置率相当低，多数只是简单地堆放，严重地污染了地表水和地下水。这不仅是资源的巨大浪费，而且造成严重的环境污染。固体废物在堆放过程中，在温度、水分作用下某些有机物质发生分解，产生有害气体。在我国大多数城市，对城市生活垃圾、医疗废弃物、废弃塑料的处理是采用焚烧方式处理。焚烧过程中危险有害物质也往往产生,若不处理好，易对环境造成二次污染。而热裂解焚化法既能达到国际规定的排放标准，又能符合操作经济面的要求，能更好地解决上述环境问题的发生。随着现代化工业的发展，该技术的应用范围逐渐得到扩大，已被用于各相关领域。
有机固体的热裂解是将有机固体中的有机物在高温下裂解获取固体(焦炭)、液体(焦油)和燃气，是一种常用的热加工技术。在诸多的有机固体利用技术中热加工技术是一种很有发展前景的技术。而目前，含碳、氢有机固体裂解产物中的余热很少进行回收，造成能量的极大浪费。
因此，针对上述问题，有必要提供一种新的含碳、氢的有机固体裂解反应系统及方法，既能保证有效的有机固体裂解以解决环境污染等问题，又能更合理地进行能量循环利用，进一步降低能耗，更好地做到工业节能环保。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种含碳、氢的有机固体裂解反应系统及方法，该系统及方法的目的是解决裂解产物中的余热浪费问题，同时对热解气净化后循环利用，提高了气体的品质。
本发明提供的含碳、氢的有机固体裂解反应系统包括：混料成型单元、竖式反应炉、油气热回收单元、油气分离单元、燃气净化单元和燃气加热炉，其中，所述混料成型单元包括入料口与出料口，用于型球的成型；所述竖式反应炉包括型球入口、固体热载体入口、气体热载体入口、油气出口和热态含碳固体出口，其内部从上到下设有干燥段和裂解段，所述竖式反应炉用于型球的裂解；所述型球入口与所述混料成型单元的出料口相连；所述热态含碳固体出口与所述固体热载体入口相连；所述油气出口与所述油气热回收单元相连；所述油气热回收单元、油气分离单元、燃气净化单元及燃气加热炉依次相连；所述燃气加热炉的燃气出口与所述竖式反应炉的气体热载体入口相连。
上述的系统，所述系统还可包括燃气加压单元，所述燃气加压单元设于所述燃气净化单元和所述燃气加热炉之间。
上述的系统，所述系统还可包括破碎单元，所述破碎单元设于所述混料成型单元之前。
上述的系统，所述系统还可包括热态含碳固体储槽，所述热态含碳固体储槽的入口与所述竖式反应炉的热态含碳固体出口相连，所述热态含碳固体储槽的出口与所述竖式反应炉的固体热载体入口相连。
上述的系统，所述系统还可包括液体燃料油灌和燃气储柜，所述液体燃料油灌与所述油气分离单元的油品出口相连；所述燃气储柜与所述燃气净化单元的燃气出口或与所述燃气加压单元的加压燃气出口相连。
本发明提供一种利用上述系统进行裂解反应的方法，包括以下步骤：将粒径<2mm的含碳、氢的有机固体在所述混料成型单元内先混料后成型，得到型球；将所述型球送入所述竖式反应炉进行裂解反应，得到热态含碳固体、油气；将所述热态含碳固体作为固体热载体送入所述竖式反应炉；将所述油气送入所述油气热回收单元内进行热回收；将所述热回收后的油气送入所述油气分离单元进行分离得到液体燃料和燃气；将所述燃气在所述燃气净化单元内进行净化，得到净化燃气；将所述净化燃气送入所述燃气加热炉内加热；将所述加热后的燃气作为气体热载体送入所述竖式反应炉。
上述的方法，所述型球的粒度为5-40毫米,冷压强度大于200牛/个。
上述的方法，所述竖式反应炉的反应温度为350-950摄氏度。
上述的方法，所述方法还可包括步骤：将所述热态含碳固体的一部分进行冷却，输出含碳固体产品；将所述燃气的一部分送入燃气储柜存储。
上述的方法，所述方法还可进一步包括步骤：将含碳、氢的有机固体破碎至2mm粒径以下。
根据本发明的上述技术方案，既能通过将裂解过程产生的一部分燃气在燃气加热炉内加热后为反应炉提供热量，又将裂解过程产生的部分热态含碳固体作为固体热载体为反应炉提供热量，降低了裂解过程的能耗。
附图说明
图1是本发明实施例的含碳、氢的有机固体裂解反应系统流程图；
图2是本发明实施例的含碳、氢的有机固体裂解反应系统结构示意图；以及
图3是本发明实施例中竖式反应炉的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
图2为本发明提供的一种含碳、氢的有机固体裂解反应系统简图。该系统包括原料仓1、破碎单元2、混料成型单元3、竖式反应炉4、油气热回收单元5、油气分离单元6、燃气净化单元7、燃气加压单元8、燃气加热炉9、液体燃料油灌10、燃气储柜11和热态含碳固体储槽12，其中原料仓1、破碎单元2、燃气加压单元8、液体燃料油灌10、燃气储柜11和热态含碳固体储槽12不是必须设置。
具体的，破碎单元2包括破碎装置，用于原料的破碎，其入口与原料仓1的出口相连。混料成型单元3包括混料机与成型机，设有入料口与出料口，用于型球的成型。有机固体经成型后，具有较好的强度、热稳定性，对之后含碳固体的裂解气化等深加工或使用有较好的促进作用。此外，减少裂解过程中挥发物在逸出时的粉尘夹带，进而提高裂解油、气产品的品质。
竖式反应炉4包括型球入口401、固体热载体入口402、气体热载体入口403、油气出口404和热态含碳固体出口405，其内部从上到下设有干燥段406和裂解段407，如图3所示，竖式反应炉4用于型球的裂解。型球入口401与混料成型单元3的出料口相连；油气出口404与油气热回收单元5相连。竖炉的炉身直立，炉气在炉内向上运动，与炉料之间呈逆流换热，这就有利于物料之间的传质传热。多数竖炉的炉料与燃料直接接触。一般炉顶的构造，有敞开的和密闭的两种。
所述油气热回收单元5、油气分离单元6、燃气净化单元7及燃气加热炉9依次相连。油气热回收单元5包括热回收装置，用于油气的热量回收。油气分离单元6包括油气分离器，用于将油气进行分离得到液体燃料和燃气。燃气净化单元7包括燃气净化装置，用于将燃气进行净化，得到净化燃气。燃气加压单元8包括加压装置，用于将净化燃气进行加压处理，并可将加压后的压缩燃气分别利用，一部分送入燃气储柜11存储，一部分送往燃气加热炉9进行加热。
油气分离单元6的油品出口与液体燃料油罐10相连，燃气加压单元8的燃气出口分别与燃气储柜11和燃气加热炉9相连，燃气加热炉9的燃气出口与所述竖式反应炉4的气体热载体入口403相连。当不设燃气加压单元8时，燃气储柜11可直接与燃气净化单元7连接。
竖式反应炉4产生的热态含碳固体可分为两个出口，其一出口与热态含碳固体储槽12的入口相连，其二与含碳固体冷却单元相连。热态含碳固体储槽12的出口与竖式反应炉4的固体热载体入口402相连。含碳固体冷却后作为含碳固体产品。
如图1所示，本发明提供的含碳、氢的有机固体裂解反应方法的具体操作步骤如下：
1)、原料破碎：将固体有机物破碎到2mm以下；
2)、粉料混料成型：将破碎后的固体有机物先混料后成型，得到型球，成型后型球的粒度为5-40毫米,冷压强度大于200牛/个；
3)、竖式反应炉处理，将型球在竖式反应炉内进行裂解处理，热态含碳固体可做固体热载体，加热后的燃气做气体热载体。反应温度在350-950摄氏度，裂解后得到热态含碳固体、油气产物；
4)、油气热回收，将裂解产生的油气中携带的余热在热回收装置内进行热回收；
5)、油气分离，将油气在油气分离器内进行分离得到液体燃料和燃气，液体燃料的热值在5000-10000千卡/千克，燃气的热值在2000-8000千卡/标立方米；
6)、燃气净化，将燃气在燃气净化装置内进行净化，得到净化燃气；
7)、燃气加压，将净化燃气在加压装置内进行加压处理，并将加压后的压缩燃气分别利用，一部分进行存储，一部分送往燃气加热炉；
8)、燃气加热，将一部分压缩燃气在加热炉内加热，加热后的燃气做气体热载体，加热炉的炉温控制在500-1000摄氏度；
9)、竖式反应炉产生的热态含碳固体可分为两个部分，一部分热态含碳固体作为反应炉裂解过程的固体热载体，另一部分经冷却后可作为含碳固体产品。
上述步骤不是全部必须，比如原料的破碎、燃气加压，热态含碳固体的冷却等可根据实际情况设置。
由上述方案可知，本发明提供的含碳、氢的有机固体裂解反应系统及方法，通过将裂解过程产生的一部分燃气在燃气加热炉内加热后作为气体热载体为反应炉提供热量，提高了气体产品的品质；将裂解过程产生的一部分热态韩碳固体作为固体热载体为反应炉提供热量，降低了裂解过程的能耗；同时回收油气携带的余热进行回收利用。
下面结合具体实施例来说明本发明的技术方案。
下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述说明书中所示。
实施例1
本实施例的含碳固体为内蒙某矿区褐煤，按照上述具体实施方式的步骤进行裂解。破碎后煤的粒经在3mm以下，制得的型球的尺寸为18mmx18mmx38mm、4mmx4mmx10mm、30mmx30mmx50mm,裂解反应温度分别取350℃、950℃、600℃，燃气加热温度为500℃。原料及裂解产物的分析结果平均值如表1-表3。
表1：原料分析结果
表2：裂解产物产率
表3含碳固体分析结果
其中，表中的Mad代表空气干燥基水分；Aad代表干燥基灰分；Vad代表空气干燥基挥发分；FCad代表空气干燥基固定碳。
表中的St,ad代表空气干燥基全硫含量；Cad代表空气干燥基碳含量；Had代表空气干燥基氢含量；Nad代表空气干燥基氮含量；Oad代表空气干燥基氧含量。
由上述实施例可见，本发明的技术方案能有效利用裂解产生的煤气与含碳固体的热值，朝着资源与能量利用最大化的方向发展，对整个裂解行业与社会环境都有着积极的作用。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种含碳、氢的有机固体裂解反应系统，所述系统包括混料成型单元、竖式反应炉、油气热回收单元、油气分离单元、燃气净化单元和燃气加热炉，其中，
所述混料成型单元包括入料口与出料口，用于型球的成型；
所述竖式反应炉包括型球入口、固体热载体入口、气体热载体入口、油气出口和热态含碳固体出口，其内部从上到下设有干燥段和裂解段，所述竖式反应炉用于型球的裂解；所述型球入口与所述混料成型单元的出料口相连；所述热态含碳固体出口与所述固体热载体入口相连；所述油气出口与所述油气热回收单元相连；
所述油气热回收单元、油气分离单元、燃气净化单元及燃气加热炉依次相连；所述燃气加热炉的燃气出口与所述竖式反应炉的气体热载体入口相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括燃气加压单元，所述燃气加压单元设于所述燃气净化单元和所述燃气加热炉之间。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括破碎单元，所述破碎单元设于所述混料成型单元之前。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括热态含碳固体储槽，所述热态含碳固体储槽的入口与所述竖式反应炉的热态含碳固体出口相连，所述热态含碳固体储槽的出口与所述竖式反应炉的固体热载体入口相连。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括液体燃料油灌和燃气储柜，所述液体燃料油灌与所述油气分离单元的油品出口相连；所述燃气储柜与所述燃气净化单元的燃气出口或与所述燃气加压单元的加压燃气出口相连。
6.一种利用权利要求1至5任一项所述系统进行裂解反应的方法，包括以下步骤：
将粒径<2mm的含碳、氢的有机固体在所述混料成型单元内先混料后成型，得到型球；
将所述型球送入所述竖式反应炉进行裂解反应，得到热态含碳固体、油气；
将所述热态含碳固体作为固体热载体送入所述竖式反应炉；
将所述油气送入所述油气热回收单元内进行热回收；
将所述热回收后的油气送入所述油气分离单元进行分离得到液体燃料和燃气；
将所述燃气在所述燃气净化单元内进行净化，得到净化燃气；
将所述净化燃气送入所述燃气加热炉内加热；
将所述加热后的燃气作为气体热载体送入所述竖式反应炉。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述型球的粒度为5-40毫米,冷压强度大于200牛/个。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述竖式反应炉的反应温度为350-950摄氏度。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：
将所述热态含碳固体的一部分进行冷却，输出含碳固体产品；
将所述燃气的一部分送入燃气储柜存储。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：
将含碳、氢的有机固体破碎至2mm粒径以下。
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|---|---|---|---|
| CN201610530590.8A CN105936833A (zh) | 2016-07-06 | 2016-07-06 | 一种含碳、氢的有机固体裂解反应系统及方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111944548A (zh) * | 2020-08-13 | 2020-11-17 | 中南大学 | 一种钢铁烧结工艺协同利用有机固废的方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103666501A (zh) * | 2012-09-04 | 2014-03-26 | 中国科学院工程热物理研究所 | 用于固体含碳物料的热解系统以及热解方法 |
| CN105176552A (zh) * | 2015-09-30 | 2015-12-23 | 东北电力大学 | 一种新型气体热载体干馏及燃气发电一体化装置及其工艺 |
| CN206089562U (zh) * | 2016-07-06 | 2017-04-12 | 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司 | 一种含碳、氢的有机固体裂解反应系统 |
-
2016
- 2016-07-06 CN CN201610530590.8A patent/CN105936833A/zh active Pending
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