[发明专利]一种碳质材料热解装置、包括该热解装置的热解系统、和热解碳质材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳质材料热解装置、包括该热解装置的热解系统、和热解碳质材料的方法，尤其涉及一种物料自均匀混合和自均匀分布的热解装置、含该物料自均匀混合和自均匀分布的热解装置的热解系统、和用该热解系统热解碳质材料的方法。 

背景技术

一直以来，低阶煤、尤其是褐煤，因具有水分高、灰分高、挥发分高、热值低、灰熔点低、和稳定性差等特点，而不宜进行长距离运输，目前，低阶煤主要被用作局部地区动力燃料，因而未能得以充分开采和利用。然而，随着人们对全球能源枯竭以及环境恶化的关注和担忧，如何合理、清洁地利用相对高阶煤种储量更为丰富的低阶煤炭资源已成为能源应用领域的一个重要课题。 

煤热解提质是一种将低阶煤转化为高阶煤的有效方式。通过煤热解提质，可将占我国煤炭资源大多数的褐煤、长焰煤、不粘煤和弱粘煤等低阶煤转化为便于长距离运输、并且热值更高的焦或半焦。与运输同等热量的褐煤相比，半焦可节省运力25-30％以上。借助低阶煤热解提质技术能有效克服煤质和煤种局限，使低级煤转变为高质量的气化原料，同时煤热解提质还可回收高热值的热解气和高附加值的焦油产品，实现低阶煤资源利用价值的最大化。 

碳质材料中低温热解是煤热解提质技术的一个核心步骤。热解工艺按照热载体类型可分为气体热载体热解工艺和固体热载体热解工艺。采用气体热载体热解工艺热解时，使用热气体传递热量给碳质材料；采用固体热载体热解工艺热解时，使用热固体传递热量给碳质材料。与气体热载体热解工艺相 比，固体热载体热解工艺产生较多的油品，生产的焦油质量较好；热解气的纯度和热值也较高，可用作城市煤气、工业燃料以及化工原料。 

图6是一个典型的固体热载体热解工艺流程图。其主要流程包括：干煤粉在提升管2中用来自瓷球加热器5的热烟道气预热，预热煤粉在热解旋转炉6中和热瓷球接触、受热并发生热解，产生半焦和热解气，半焦在回转筛7中与瓷球分离并排出，瓷球与半焦分离后进入提升管10中被提升，在被提升到提升管10的顶端后进入瓷球加热器5中再加热，加热器5的燃料为该工艺过程产生的煤气或燃料油，热瓷球再加热后进入热解旋转炉6中循环使用。通常，热解旋转炉6中反应温度应在400-700℃之间，干煤粉与热瓷球通过热解旋转炉6的旋转进行强制混合，进而通过固-固接触完成热量传递，使干煤粉转化为气、液、固热解产物。 

为使干煤粉与固体热载体在尽量短的时间内充分混合并完成热量传递，业界对热解炉的结构设计、固体热载体的选择、混合器的结构设计、热解工艺参数等进行了各种各样的尝试和改进。 

CN201632202U揭露了一种用于固体有机物热解的静态混合进料器。煤粉和高温炉灰从进料口进入圆通内，受重力作用垂直下落，分别经历弧形挡板的聚集作用以及圆锥形挡板的分散作用进行混合，二者经过混合器混合后落入置于该混合器下方的热解反应器中发生热解反应。在弧形挡板和圆锥形挡板的上表面上设有半球形凸起，部分半球形凸起处还设置有圆形开孔，以使物料通过开孔落入反应器中。然而该静态混合进料器在实际使用中仍存在需要克服的问题。首先，弧形挡板和圆锥形挡板上设有凸起，而且并非所有凸起上均设置开孔，经过长时间运行后，必然会在凸起周围形成堆积角。其次，一定量煤粉和固体热载体尚未进行充分混合就通过凸起上的圆形开孔落入了下方的热解反应器中，影响了物料的混合效果。再者，受限于弧形挡板的横向宽度，必须经过两组弧形挡板和圆锥形挡板才能使全部物料经历一个聚集-分散过程，这使得混合器必须有足够的高度来设置多组弧形挡板和圆锥形挡板，进而保证物料在落入热解反应器之前达到预定的混合均匀度。最后，由于弧形挡板和圆锥形挡板上设有凸起和开孔，使得设备制作工艺复杂化，而多组挡板设计使得混合器的处理量受限、并且占用较大空间。 

不同固体物料之间的混合装置和混合方法在现有技术中已有报道，例如，US3664638、US3583678、和US3239197就公开了这样的混合装置和方法。然而，碳质材料和固体热载体在热解的整个过程中是运动的而非静止的，在进入热解反应器前可能是混合和分布均匀的碳质材料和固体热载体，在进入下行固定热解反应器后，由于它们比重、粒径、和/或运动轨迹的差异，仍然有可能在热解反应器中产生新的分层、离析、或偏析，从而造成因颗粒混合物呈正态非线性堆积所产生的混合和分布原本均匀的碳质材料和固体热载体在进入热解反应器后重新产生分布和混合不均匀的局面，这将导致碳质材料热解质量和效率大幅下降的问题，然而，遗憾的是：这一问题长时间并未引起业界重视，至今，现有技术也未公开解决这一问题的办法。 

上述文献的公开内容在此全文引入以作参考。