本發(fā)明涉及一種用于固體熱解工藝中能量階梯回收的方法及裝置，屬節(jié)能、環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

我國(guó)能源總量中石油所占比例不足5％，天然氣僅占0.3％左右，中國(guó)缺油、少氣的局面成為困擾經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的顯著問(wèn)題，因此，非常規(guī)油氣資源的開(kāi)發(fā)近年日益受到重視，逐漸成為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)極。隨之而來(lái)開(kāi)發(fā)的固體能源熱解技術(shù)層出不窮。

目前國(guó)內(nèi)針對(duì)煤、油砂、油頁(yè)巖、生物質(zhì)等固體物料的熱解技術(shù)主要有內(nèi)熱立式爐工藝、外熱式立式爐工藝、固體熱載體工藝、流化床等工藝，這些工藝技術(shù)在熱解時(shí)均需將固體物料加熱至400～600℃，固體產(chǎn)物攜帶的大量熱量不能被有效的利用。目前廣泛應(yīng)用的內(nèi)熱式直立爐熱解產(chǎn)生的高溫半焦通過(guò)熄焦裝置與水直接接觸，從而降低半焦的溫度。固體熱載體、循環(huán)流化床、內(nèi)外熱式回轉(zhuǎn)爐工藝熱解產(chǎn)生的高溫固體產(chǎn)物一般采用循環(huán)水間接冷卻或是通過(guò)冷的惰性氣體直接接觸來(lái)降低產(chǎn)品的溫度。前者通過(guò)與水直接接觸，不僅大量的熱量沒(méi)有得到回收，還造成大量廢水的產(chǎn)生以及環(huán)境的污染。后者采用的冷卻技術(shù)只是單純的將固體產(chǎn)品的溫度降低，達(dá)到后續(xù)處理的目的，沒(méi)有充分回收其所攜帶的熱量，造成社會(huì)資源的損失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種用于固體熱解工藝中能量階梯回收的方法及裝置，其工藝合理、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)可行，存在明顯優(yōu)勢(shì)。

本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

一方面，本發(fā)明提供了一種用于固體熱解工藝中能量階梯回收方法，包括下述步驟：

1)將經(jīng)熱解反應(yīng)器產(chǎn)出的固體熱解物由上卸料器均勻排入一級(jí)冷卻器，在一級(jí)冷卻器中與一級(jí)冷卻器管程中除鹽水間接換熱，除鹽水從一級(jí)冷卻器除鹽水進(jìn)口進(jìn)入，吸收熱量產(chǎn)生部分蒸汽后從一級(jí)冷卻器蒸汽出口排出，熱物料溫度降低，除鹽水吸收熱量產(chǎn)生蒸汽；

3)經(jīng)過(guò)一級(jí)冷卻器冷卻后的固體熱解物經(jīng)過(guò)下卸料器均勻的排入二級(jí)冷卻器前段與除鹽水間接換熱，固體熱解物在二級(jí)冷卻器前段中與除鹽水間接換熱，固體物料溫度進(jìn)一步降低，除鹽水從二級(jí)冷卻器前段除鹽水進(jìn)口進(jìn)入吸收熱量產(chǎn)生蒸汽后從二級(jí)冷卻器前段蒸汽出口排出；

4)二級(jí)冷卻器前段中固體熱解物經(jīng)過(guò)二級(jí)冷卻器中的倒料裝置進(jìn)入二級(jí)冷卻器主體與列管中除鹽水間接換熱，固體熱解物溫度進(jìn)一步降低，除鹽水從二級(jí)冷卻器主體除鹽水進(jìn)口進(jìn)入，吸收熱量后從二級(jí)冷卻器主體除鹽水出口排出。

進(jìn)一步，步驟1)中，所述固體熱解物為經(jīng)熱解反應(yīng)器加熱至450～700℃的熱解產(chǎn)物。

進(jìn)一步，步驟1)中，一級(jí)冷卻器管程中除鹽水溫度為30～40℃，間接換熱10～30min，固體熱解物溫度降低至300～350℃。

進(jìn)一步，步驟2)中，在二級(jí)冷卻器前段中除鹽水溫度為30～40℃，間接換熱1～5min，固體熱解物溫度進(jìn)一步降低至220～300℃。

進(jìn)一步，步驟3)中，在二級(jí)冷卻器主體內(nèi)列管中除鹽水溫度為30～40℃，間接換熱20～60min，固體熱解物溫度進(jìn)一步降低至60～100℃；

除鹽水從二級(jí)冷卻器主體除鹽水進(jìn)口進(jìn)入，吸收熱量溫度升至50～80℃后從二級(jí)冷卻器主體除鹽水出口排出，作為鍋爐給水送入鍋爐。

進(jìn)一步，所述一級(jí)、二級(jí)冷卻器前段冷卻物料的同時(shí)，副產(chǎn)0.1～0.6MPa的蒸汽，經(jīng)過(guò)蒸汽收集裝置收集后余熱利用。

另一方面，本發(fā)明提供了一種實(shí)施上述用于固體熱解工藝中能量階梯回收方法的裝置，包括熱解反應(yīng)器，以及與熱解反應(yīng)器相連的上卸料器，上卸料器與一級(jí)冷卻器連接；一級(jí)冷卻器與下卸料器連接，下卸料器與二級(jí)冷卻器相連；二級(jí)冷卻器由大齒輪傳動(dòng)，且由拖輪組支撐。卸料器是一種可以控制下料速度并且具有鎖氣功能的旋轉(zhuǎn)式卸料器。

進(jìn)一步，所述一級(jí)冷卻器為一種立式列管式換熱設(shè)備，包括殼程與一級(jí)冷卻器管程，殼程分別與上卸料器和下卸料器相連通，走固體熱解物；一級(jí)冷卻器管程沿一級(jí)冷卻器罐體垂直平行分布，一級(jí)冷卻器管程分別與一級(jí)冷卻器除鹽水進(jìn)口和一級(jí)冷卻器蒸汽出口連接，罐體與除鹽水裝置和蒸汽收集裝置連通，走除鹽水；除鹽水通過(guò)一級(jí)冷卻器除鹽水進(jìn)口進(jìn)入管程，換熱后由一級(jí)冷卻器蒸汽出口排出。

進(jìn)一步，所述二級(jí)冷卻器為一種回轉(zhuǎn)式換熱設(shè)備，包括二級(jí)冷卻器前段和二級(jí)冷卻器主體，二級(jí)冷卻器前段為夾套換熱，除鹽水從二級(jí)冷卻器前段除鹽水進(jìn)口進(jìn)入換熱后從二級(jí)冷卻器前段蒸汽出口排出；二級(jí)冷卻器主體為列管換熱，除鹽水從二級(jí)冷卻器主體除鹽水進(jìn)口進(jìn)入列管后從二級(jí)冷卻器主體除鹽水出口排出。

進(jìn)一步，所述熱解反應(yīng)器為固體熱載體熱解爐、循環(huán)流化床熱解爐、內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐或外熱式回轉(zhuǎn)爐。

本發(fā)明的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)：

(1)采用熱量梯級(jí)回收的方法，熱量回收率高達(dá)70～80％，充分利用能源、降低了能耗；

(2)采用熱量梯級(jí)回收為固體熱載體、循環(huán)流化床、內(nèi)外熱式回轉(zhuǎn)爐等多種固體物料熱解工藝的熱量回收。高溫時(shí)產(chǎn)生蒸汽，利用潛熱，有效的降低了冷卻水量，節(jié)約了水資源，降低了冷卻水輸送的動(dòng)力消耗；

(3)副產(chǎn)的蒸汽壓力達(dá)到0.1～0.6MPa，可被其它生產(chǎn)裝置利用，為企業(yè)節(jié)省了運(yùn)行成本。

(4)固體物料冷卻過(guò)程無(wú)廢水排放，環(huán)保優(yōu)勢(shì)明顯。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明工藝流程及裝置組成。

圖中：1-熱解反應(yīng)器；2-上卸料器；3-一級(jí)冷卻器；3-1-殼程；3-2-一級(jí)冷卻器除鹽水進(jìn)口；3-3-一級(jí)冷卻器蒸汽出口；3-4-一級(jí)冷卻器管程；4-下卸料器；5-二級(jí)冷卻器；5-1-二級(jí)冷卻器前段；5-2-二級(jí)冷卻器主體；5-3-拖輪組；5-4-二級(jí)冷卻器前段除鹽水進(jìn)口；5-5-二級(jí)冷卻器前段蒸汽出口；5-6-旋轉(zhuǎn)接頭；5-7-二級(jí)冷卻器主體除鹽水出口；5-8-二級(jí)冷卻器主體除鹽水進(jìn)口；5-9-列管；5-10-大齒輪。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但并不作為對(duì)發(fā)明做任何限制的依據(jù)。

如圖1所示，為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

本發(fā)明的一種用于固體熱解工藝中能量階梯回收裝置，包括熱解反應(yīng)器1，熱解反應(yīng)器1的出料口通過(guò)管道與上卸料器2連接，上卸料器2與一級(jí)冷卻器3固體熱解物進(jìn)口連接。一級(jí)冷卻器3由殼程3-1與一級(jí)冷卻器管程3-4組成，殼程3-1走固體熱解物，一級(jí)冷卻器管程3-4走除鹽水。除鹽水是通過(guò)一級(jí)冷卻器除鹽水進(jìn)口3-2進(jìn)入管程，換熱后由一級(jí)冷卻器蒸汽出口3-3排出。一級(jí)冷卻器3固體熱解物出口與下卸料器4連接，下卸料器4與二級(jí)冷卻器5固體熱解物進(jìn)口相連。二級(jí)冷卻器5由二級(jí)冷卻器前段5-1和二級(jí)冷卻器主體5-2組成，二級(jí)冷卻器前段5-1為夾套換熱，除鹽水從二級(jí)冷卻器前段除鹽水進(jìn)口5-4進(jìn)入換熱后從二級(jí)冷卻器前段蒸汽出口5-5排出；二級(jí)冷卻器主體5-2為列管換熱，除鹽水從安裝在列管5-9端部的旋轉(zhuǎn)接頭5-6上的二級(jí)冷卻器主體除鹽水進(jìn)口5-8進(jìn)入列管5-9后，從二級(jí)冷卻器主體除鹽水出口5-7排出。二級(jí)冷卻器5由拖輪組5-3支撐，由大齒輪5-10傳動(dòng)。

下面通過(guò)一種固體物料熱解來(lái)說(shuō)明這種能量梯級(jí)回收的方法，包括下述步驟：

(1)將煤、油砂、油頁(yè)巖、生物質(zhì)固體物料在熱解反應(yīng)器1中加熱至450～700℃，反應(yīng)時(shí)間為30～120min的條件下，制得固體熱解物；

(2)熱固體熱解物由上卸料器2均勻排入一級(jí)冷卻器3，在一級(jí)冷卻器3中與一級(jí)冷卻器管程3-4中30～40℃除鹽水間接換熱10～30min，固體熱解物溫度降低至300～350℃后由下卸料器4均勻的排入二級(jí)冷卻器前段5-1；除鹽水從一級(jí)冷卻器除鹽水進(jìn)口3-2進(jìn)入，吸收熱量產(chǎn)生部分蒸汽后從一級(jí)冷卻器蒸汽出口3-3排出；

(3)經(jīng)過(guò)一級(jí)冷卻器3冷卻后的固體熱解物經(jīng)過(guò)下卸料器4均勻的排入二級(jí)冷卻器前段5-1，與30～40℃除鹽水間接換熱1～5min，固體熱解物溫度進(jìn)一步降低至200～300℃，除鹽水從二級(jí)冷卻器前段除鹽水進(jìn)口5-4進(jìn)入吸收熱量產(chǎn)生部分蒸汽后從二級(jí)冷卻器前段蒸汽出口5-5排出；

(4)二級(jí)冷卻器前段5-1中固體物料經(jīng)過(guò)二級(jí)冷卻器5中的倒料裝置進(jìn)入二級(jí)冷卻器主體5-2，與列管5-9中30～40℃的除鹽水間接換熱，固體熱解物停留20～60min，冷卻至60～100℃；除鹽水從旋轉(zhuǎn)接頭5-6的二級(jí)冷卻器主體除鹽水進(jìn)口5-8進(jìn)入，吸收熱量溫度升至50～80℃后從二級(jí)冷卻器主體除鹽水出口5-7排出，作為鍋爐給水送入鍋爐。

在整個(gè)換熱過(guò)程中產(chǎn)生的蒸汽，經(jīng)過(guò)蒸汽收集裝置收集后余熱利用。

下面給出不同的實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。

實(shí)施例1

該實(shí)施例是一種煤物料熱解后得到的熱半焦冷卻的能量梯級(jí)回收方法。

將煤在熱解反應(yīng)器1中加熱至700℃，反應(yīng)時(shí)間為30min的條件下，制得固體熱解物；經(jīng)熱解反應(yīng)器熱解后產(chǎn)生的25t/h溫度為700℃，粒度≤30mm的熱半焦，在上卸料器上方維持一段3m的料封，由上卸料器均勻排入一級(jí)冷卻器。熱半焦在一級(jí)冷卻器中與進(jìn)入管程中3t/h的30℃除鹽水間接換熱25min，熱半焦溫度降低至300℃，除鹽水吸收熱量后生成0.6MPa的蒸汽進(jìn)入蒸汽收集裝置。

經(jīng)過(guò)一級(jí)冷卻器冷卻后的半焦經(jīng)過(guò)下卸料器均勻的排入二級(jí)冷卻器前段，與0.6t/h的30℃除鹽水間接換熱2min，半焦溫度進(jìn)一步降低至250℃，除鹽水吸收熱量后生成0.3MPa的蒸汽進(jìn)入蒸汽收集裝置。

二級(jí)冷卻器前段半焦經(jīng)過(guò)二級(jí)冷卻器中的倒料裝置進(jìn)入二級(jí)冷卻器主體，與進(jìn)入主體列管的50t/h的30℃的除鹽水間接換熱40min，固體物料溫度進(jìn)一步降低至85℃，除鹽水溫度升至55℃作為鍋爐給水送入鍋爐。

本實(shí)施例熱量回收率為74.6％。

實(shí)施例2

該實(shí)施例是一種油砂物料熱解后得到的熱尾砂冷卻的能量梯級(jí)回收方法。

將油砂在熱解反應(yīng)器1中加熱至550℃，反應(yīng)時(shí)間為120min的條件下，制得固體熱解物；經(jīng)熱解反應(yīng)器熱解后產(chǎn)生的10t/h溫度為550℃，粒度≤20mm的熱尾砂，在上卸料器上方維持一段2m的料封，由上卸料器均勻排入一級(jí)冷卻器。熱尾砂在一級(jí)冷卻器中與進(jìn)入管程中1.2t/h的40℃除鹽水間接換熱10min，熱尾砂溫度降低至350℃，除鹽水吸收熱量后生成0.5MPa的蒸汽進(jìn)入蒸汽收集裝置。

經(jīng)過(guò)一級(jí)冷卻器冷卻后的尾砂經(jīng)過(guò)卸料器均勻的排入二級(jí)冷卻器前段，與0.24t/h的30℃除鹽水間接換熱1min，尾砂溫度進(jìn)一步降低至300℃，除鹽水吸收熱量后生成0.4MPa的蒸汽進(jìn)入蒸汽收集裝置。

二級(jí)冷卻器前段尾砂經(jīng)過(guò)二級(jí)冷卻器中的倒料裝置進(jìn)入二級(jí)冷卻器主體，與進(jìn)入主體列管的21t/h的40℃的除鹽水間接換熱20min，固體物料溫度進(jìn)一步降低至60℃，除鹽水溫度升至80℃作為鍋爐給水送入鍋爐。

本實(shí)施例熱量回收率為78％。

實(shí)施例3

該實(shí)施例是油頁(yè)巖物料熱解后得到的熱尾砂冷卻的能量梯級(jí)回收方法。

將油頁(yè)巖在熱解反應(yīng)器1中加熱至450℃，反應(yīng)時(shí)間為80min的條件下，制得固體熱解物；經(jīng)熱解反應(yīng)器熱解后產(chǎn)生的20t/h溫度為500℃，粒度≤10mm的熱頁(yè)巖灰，在上卸料器上方維持一段5m的料封，由上卸料器均勻排入一級(jí)冷卻器。熱頁(yè)巖灰在一級(jí)冷卻器中與進(jìn)入管程中2.2t/h的35℃除鹽水間接換熱30min，熱頁(yè)巖灰溫度降低至310℃，除鹽水吸收熱量后生成0.5MPa的蒸汽進(jìn)入蒸汽收集裝置。

經(jīng)過(guò)一級(jí)冷卻器冷卻后的頁(yè)巖灰經(jīng)過(guò)卸料器均勻的排入二級(jí)冷卻器前段，與0.5t/h的40℃除鹽水間接換熱5min，頁(yè)巖灰溫度進(jìn)一步降低至200℃，除鹽水吸收熱量后生成0.3MPa的蒸汽進(jìn)入蒸汽收集裝置。

二級(jí)冷卻器前段頁(yè)巖灰經(jīng)過(guò)二級(jí)冷卻器中的倒料裝置進(jìn)入二級(jí)冷卻器主體，與進(jìn)入主體列管的40t/h的40℃的除鹽水間接換熱60min，固體物料溫度進(jìn)一步降低至100℃，除鹽水溫度升至50℃作為鍋爐給水送入鍋爐。

本實(shí)施例熱量回收率為73％。

需要說(shuō)明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，凡在本發(fā)明的精神、原則和宗旨之內(nèi)，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，其對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行同等替換，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。