本發(fā)明涉及熱處理反應器領域，尤其涉及一種低溫連續(xù)熱處理固定床反應器，以及利用該固定床反應器對物料進行熱解的方法。
背景技術：
：煤炭和其它含碳有機組分物料(如生活垃圾、生物質、污泥、油泥、廢輪胎、廢塑料)，經過熱處理可產生固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)產物，這些產物被制成可回收、易利用、易運輸及易儲存的能源形態(tài)，可供熱發(fā)電或用作化工及其它產業(yè)的原料。上述熱處理工藝包括碳化、氣化、熱解、液化或者其他相關工藝。其中，熱解作為熱處理工藝的一種，所使用的反應器有多種，包括工業(yè)生產常用的移動床、固定床、回轉窯、流化床，還包括燒蝕床和懸浮爐等，主要用于回收熱解產物中的某一種或兩種物質。移動床熱解工藝屬于慢速熱解工藝，適用于處理大塊廢輪胎且不需除去鋼絲和纖維簾線，可減少中間產物的二次反應，提高熱解油的產率。該工藝中低壓條件可減少熱解炭上附著的含碳殘留物，提高其作為炭黑重新使用的可能性，所得熱解油中輕質石腦油和芳香化合物含量較高，經濟效益高且可提高燃料油的辛烷值。但是采用的外熱式供熱方式，傳熱效率較低，導致整個系統(tǒng)不能滿負荷工作。流化床熱解工藝屬于快速熱解工藝，加熱速率快、氣相停留時間短，熱利用效率高，可降低二次反應的發(fā)生，熱解油產率較高。但是物料熱解過程中處于硫化態(tài)，導致熱解液中含塵量高，較難處理。燒蝕床熱解工藝是將反應物料與灼熱的金屬表面直接接觸換熱，使物料迅速升溫并裂解。該工藝熱解時間短，反應速度快，油收率高，但是無法實現(xiàn)物料熱解的連續(xù)性，只能進行批量間歇式熱解?；剞D窯熱解工藝幾乎適用于任何固體廢物料，而含油含水較高的物料，如污泥、油泥等粘稠類物質，則無法直接采用該方式熱解。常規(guī)固定床熱解系統(tǒng)為批量給料，不能長期連續(xù)運行，而且熱解條件不易長期保持。針對上述問題，現(xiàn)有技術CN104774628A公開了一種立式粉煤熱解爐。該方法在爐體內壁上安裝有多組熱輻射管，在爐體內呈周向分布。因此，本發(fā)明的熱解爐傳熱面積大幅度提高，相比于同樣截面積的直立爐，傳熱面積增加了2～10倍，產量成倍增加。并且，粉煤熱解導氣順利，不易憋氣，便于控制。但是，預處理成本較高，熱解爐易堵塞，熱解爐的高度難以確定?，F(xiàn)有技術CN103980926A公開了含碳物質熱解裝置及熱解方法。該方法在爐膛內設置了傳熱性能好的實心隔板和多孔隔板，提高熱解氣體流動速度，使熱解氣體在爐膛內進行強制對流傳熱。強化了傳熱效果，降低了熱解氣體的二次裂解幾率，提高了焦油產率。但是，無法實現(xiàn)物料在熱態(tài)條件下連續(xù)進出料，需人工布料和出料。并且，出料后需等待裝置降溫再進料，增加了設備故障率，降低了處理能力。技術實現(xiàn)要素：鑒于現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明旨在提供一種新型的低溫連續(xù)熱處理固定床反應器，以及利用該固定床反應器熱解處理物料的方法。該反應器運行穩(wěn)定，易操作，既能對物料進行批量的熱處理，又可以在熱態(tài)條件下連續(xù)進料和出料。本發(fā)明提出了一種低溫連續(xù)熱處理固定床反應器，所述反應器具有進料口、殼體、反應室、出料口，所述進料口的水平位置比所述出料口的水平位置高；所述反應室中具有進料螺旋、出料螺旋、料板，所述料板包括進料端和出料端，所述進料螺旋設置在所述進料口之下，位于所述進料端上部；所述出料螺旋設置在所述出料端上部，所述出料端位于所述出料口之上；所述進料螺旋包括中心螺桿、左螺旋葉片、右螺旋葉片；所述中心螺桿橫穿所述左螺旋葉片和右螺旋葉片，所述左螺旋葉片和右螺旋葉片垂直于所述中心螺桿的中心線成軸對稱，兩者之間的距離為所述進料口口徑的1/3～1/2。進一步的，所述左螺旋葉片和右螺旋葉片的下邊緣與所述料板的垂直距離為50～150㎜，優(yōu)選為80㎜；所述左螺旋葉片間隙和右螺旋葉片間隙等距設置或變距設置。進一步的，所述料板的進料端和出料端設置有傳動軸承，用于帶動所述料板連續(xù)轉動；所述傳動軸承的數(shù)量為兩個或多個。進一步的，所述反應室中包括輻射管，所述輻射管為蓄熱式輻射管；所述輻射管位于所述料板上部、與所述料板平行；所述輻射管與所述料板的垂直距離為400～550㎜，優(yōu)選450㎜。上述的反應器中，還包括進料倉、插板閥、固體收集倉；所述進料倉設置在所述進料螺旋上部，所述插板閥設置在所述進料倉下部；所述固體收集倉連接所述料板的出料端；所述進料倉和所述固體收集倉具有一個或多個；所述插板閥和所述進料螺旋之間設置有料位計。進一步的，所述殼體包括反應器壁、支撐平臺、支架；所述反應器壁包括爐頂、側壁、爐底，用于密封所述反應室；所述支撐平臺設置在所述料板之下；所述支架固定在所述支撐平臺上，用于連接所述傳動軸承。進一步的，所述反應室中包括油氣出口；所述油氣出口設置在所述反應器的爐頂或側壁；所述側壁上的油氣出口位于所述輻射管與所述料板之間。本發(fā)明還提出了一種利用上述反應器處理物料的方法，所述方法包括以下步驟：將物料由所述進料口運送至所述進料螺旋的中間段；所述物料沿所述連續(xù)轉動的料板兩側均勻的分布，同時開啟出料螺旋運出反應后固體殘渣，保證進料和出料的連續(xù)性。上述處理物料的方法中，所述物料從進料到出料的時間為1.5～5h；所述物料在所述料板上的高度為150～300㎜。上述處理物料的方法中，所述反應室中溫度為350～1200℃，壓力為-2～5kPa。本發(fā)明尤其適合于小型分布式能源站的建設需要，占地面積小，經濟效益顯著，可滿足處理能力從0.1噸/天～50噸/天的處理量要求。本發(fā)明反應器的布料和出料無需人工操作，可在不停爐的情況下實現(xiàn)連續(xù)的進料和出料，也可以滿足固定床間歇式處理物料的需要。進料和出料均在熱態(tài)條件下進行，無需對反應器進行降溫，在工業(yè)上大大的提高了裝置的處理能力和效率。并且，物料相對于料板靜止不動，避免了因物料翻動所導致的反應器內結焦、堵塞的問題。本發(fā)明可產生含塵量較低的熱解氣，并自帶保溫和儲存功能，可直接用于反應器的供熱，熱利用效率高，設備故障率低。附圖說明圖1是低溫連續(xù)熱處理固定床反應器的左視圖。圖2是低溫連續(xù)熱處理固定床反應器的俯視圖。圖3是低溫連續(xù)熱處理固定床反應器的主視圖。圖4是料板的結構示意圖。附圖中的附圖標記如下：1-殼體；2、2a、2b、2c-輻射管；3-中心螺桿；3a-出料螺旋；3b-進料螺旋；4-料板；5-進料倉；5a-進料口；6-插板閥；7-支架；8-反應室；9-傳動軸承；10-基底；11-支撐平臺；12-油氣出口；13-固體收集倉；13a-出料口。14-活動接頭；15-不銹鋼板。具體實施方式以下結合附圖和實施例，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)明的方案及其各個方面的優(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。該固定床反應器既可用于煤提質和梯級，也可資源化回收利用有機化合物，又可用于無害化處理廢棄物。本發(fā)明所述反應器包括四個部分：進料系統(tǒng)、反應系統(tǒng)、出料系統(tǒng)、殼體。以下結合圖1、圖2、圖3分別顯示的固定床反應器的左視圖、俯視圖、主視圖，對該四個部分之間的結構及其關系進行說明。①殼體：由圖1所示，固定床反應器的殼體1包括反應器壁、支架7、基底10、支撐平臺11。反應器壁包括爐頂、側壁、爐底，用于密封整個反應室8，使得反應室8內的反應氣氛與外界氣氛充分隔開。②進料系統(tǒng)：由圖1所示，進料系統(tǒng)自上而下依次包括進料倉5、插板閥6、進料口5a。進料倉5的數(shù)量可為一個或多個。③出料系統(tǒng)：由圖1所示，出料系統(tǒng)由出料口13a和固體收集倉13構成，固體收集倉13的數(shù)量可為一個或多個。出料口13a在進料口5a之下，且都設置有下料溜槽。④反應系統(tǒng)：反應系統(tǒng)包括反應室8，用于物料的熱解。由圖3所示，在反應室8的底部設置有料板4，位于支撐平臺11之上。為了便于描述，將料板4的兩端分別命名為進料端和出料端。由圖1，出料端通過出料口13a與固體收集倉13連接。在料板4的進料端和出料端分別設置一個傳動軸承9，支架7的一端固定在支撐平臺11上，另一端連接傳動軸承9。料板4兩端的傳動軸承9中一個是驅動軸承，一個是從動軸承，用于帶動料板4的連續(xù)轉動。根據(jù)需要，可在料板4的中間段設置若干個從動軸承，從動軸承上端與料板4接觸起到支撐作用，下端固定在支撐平臺11上。由圖4所示，料板4由多個等寬的不銹鋼板15構成。其中，不銹鋼板15通過連接板固定在活動接頭14上。由于活動接頭14設置在環(huán)繞軸承9的輸送鏈條上，可隨輸送鏈條循環(huán)轉動，因此，可實現(xiàn)料板4的連續(xù)循環(huán)轉動。并且，兩個相鄰的不銹鋼板15之間的邊緣通過凹凸槽連接，達到密封的作用，避免了物料灑落到料板4的下方。由圖1所示，進料螺旋3b位于進料口5a之下、料板4進料端的上部；出料螺旋3a位于料板4出料端的上部，且出料端位于出料口13a之上。在進料螺旋3b和插板閥6之間設置有料位計。由圖2和圖3所示，進料螺旋3b和出料螺旋3a均由螺旋葉片和中心螺桿3組成，中心螺桿3橫穿螺旋葉片。本發(fā)明實施例中，螺旋葉片之間的間隙等距設置，其下邊緣與料板4的距離為50～150㎜，其中優(yōu)選距離為80㎜。在其它實施例中，螺旋葉片之間的間隙可采用變距設置的方式，且靠近中間部分螺旋葉片間隙比中心螺桿兩端螺旋葉片間隙要小，使得物料在料板4上的分布更加均勻。由圖2，進料螺旋3b的螺旋葉片包括左螺旋葉片和右螺旋葉片。中心螺桿3橫穿左螺旋葉和右螺旋葉片。左螺旋葉片和右螺旋葉片垂直于中心螺桿3的中心線成軸對稱。本發(fā)明實施例中，左螺旋葉片和右螺旋葉片之間的距離為進料口5a口徑的1/3～1/2。本發(fā)明實施例中，進料螺旋3b的特殊構造，使得物料從進料螺旋3b的中間部分向兩端運動，可以減少物料隨進料螺旋3b的運轉距離，并且實現(xiàn)較寬料板4上物料的均勻分布，優(yōu)選實施方式為采用單根進料螺旋。在其它實施例中，在進料口5a的下料溜槽處可增設導流板，有助于物料的進料分布，尤其適用于粒度較大的塊狀煤和粒徑較小的粉煤。由圖2所示，反應室8中設置有3個輻射管，分別為2a、2b、2c，在圖1和圖3中標示為輻射管2。在其它實施例中，輻射管2的數(shù)量可以為除3個以外的任一數(shù)量。本發(fā)明實施例中，輻射管2在反應室8中均勻布置，且與料板4平行。當本發(fā)明反應器用于資源化回收利用有機化合物時，為實現(xiàn)回收效率最大化，反應室8在高度設計上要盡量低，輻射管2與料板4上物料的間距要盡量小；當本發(fā)明反應器用于無害化處理廢棄物時，反應室8在高度設計上要盡量高，以增加氣體在反應器中的停留時間并降低氣體流速。綜上所述，本發(fā)明實施例中，選擇輻射管2與料板4的垂直距離為400～550㎜，優(yōu)選450㎜。由圖1所示，反應室8的爐頂和側壁上設置有多個油氣出口12。其中，設置在側壁上的油氣出口12位于輻射管2之下、料板4之上。設置在爐頂上的油氣出口12位于輻射管2上部。油氣出口12用于引出反應室8中熱解產生的熱解氣，其位置直接影響反應室8中熱解油氣的流動方向和停留時間。本發(fā)明實施例優(yōu)選四方形反應器，也可設計為圓柱形反應器或是其它形狀的反應器。采用四方形反應器的結構更加有利于輻射管2的設置，從而使物料受熱均勻，保證熱解油氣的均勻產生和流動。本發(fā)明實施例的工藝方法流程如下：①原料要求本發(fā)明實施例的固定床反應器對原料無嚴格要求，可選用粒徑為120㎜以下的塊狀物料，長寬均小于200㎜的片狀物料、粉狀物料，含水率不超過95wt％(wt％為質量百分比)的粘性物料作為原料?？蓾M足各種廢棄物包括生活垃圾、醫(yī)療垃圾、化工垃圾、制藥廠廢棄物、造紙廠廢棄物、廢棄電路板的處理，也可滿足廢舊輪胎、廢塑料、生物質、煤、油頁巖等資源化回收利用，還可滿足油田油性污泥、含礦塵泥、生活污泥、危險廢液等的處理。②進料過程在插板閥6關閉的情況下，向進料倉5中加入物料?？稍谶M料倉5中設置攪拌棒，用于防止物料的蓬料現(xiàn)象。物料首先儲存在進料倉5中，打開插板閥6，物料在重力作用下，從進料口5a下端設置的下料溜槽中向下滑落到反應室8前段的中部。物料被連續(xù)運送至進料螺旋3b的中間部分。在進料螺旋3b運轉的同時，料板4接受物料并帶動物料向前輸送，使整個固定床反應器均勻的布滿物料。料位計可用于檢測進入反應室8的物料高度，從而控制單次進料量，也可通過調節(jié)進料螺旋3b，改變料板4上物料的分布效果。在插板閥6處可設置惰性氣體接入口，在打開插板閥6向反應器中進料時，物料可在惰性氣體形成的氣流的協(xié)助下被送至進料螺旋。該惰性氣體可選擇氮氣，或為其它非氧化性氣體，滿足反應室8中熱解反應的絕氧性要求。本發(fā)明固定床反應器可采用單次進料的方式，也可采用連續(xù)進料的方式。當所需處理的物料量較小時，可采用本發(fā)明實施例中的固定床反應器進行操作。如果處理的物料量較大，可增加料板4的面積，在熱解反應過程中保持料板4的連續(xù)轉動，使物料在料板4上從進料端到出料端完成熱解反應，保證進料和出料的連續(xù)性。③進料高度在物料的處理過程中，為了保證熱解反應的連續(xù)性，通過進料倉5的單次物料儲存量不得小于料板4的單次物料布料量。在熱解反應過程中，在進料倉5中儲存一定量的物料，保證反應室8中料板4上的物料高度為150～300㎜。④熱解反應條件該固定床反應器中發(fā)生的熱解反應是在350～1200℃的范圍內進行的。物料由進料口5a進入反應室8之后，在輻射管2的作用下逐步升溫。首先進行干燥，脫除物料中的水分，然后再脫除揮發(fā)分，經過熱解反應形成熱解油氣產物和熱態(tài)固體殘渣產物。在固體殘渣產物中還含有一定量的未被加熱揮發(fā)的有機物成分，通過對其進行工業(yè)分析，可測得固體殘渣中的揮發(fā)分含量不超過10wt％。熱解反應過程中要控制反應室8處于絕氧氣氛，并維持壓力在-2～5kPa的范圍內。⑤加熱方式該固定床反應器的加熱方式可選擇電加熱方式、燃料加熱方式、高溫等離子體加熱方式等，本發(fā)明實施例優(yōu)選蓄熱式輻射管加熱方式，滿足裝置中燃燒加熱系統(tǒng)與物料熱解系統(tǒng)的隔絕。輻射管2的升溫速率控制在20～60℃/min，根據(jù)不同物料有機組分的比例選擇較佳的升溫速率。對于同種物料，不同升溫階段選擇不同的升溫速率，當物料溫度低于280℃時，輻射管2的升溫速率控制在40～60℃/min，當物料溫度在280～450℃時，輻射管2的升溫速率控制在20～40℃/min，當物料溫度超過450℃時，輻射管2的升溫速率控制在20～60℃/min。處理垃圾、污泥等時，輻射管2采用較慢的升溫速率；處理生物質、煤、油頁巖、廢舊輪胎、廢塑料等時，輻射管2采用較快的升溫速率。⑥出料過程以及固體殘渣的收集在啟動進料螺旋3b向料板4中布料的同時，啟動出料螺旋3a，出料螺旋3a使得固體殘渣產物由料板4的出料端向固體收集倉13單向輸出。這樣可滿足料板4在均勻布料的同時，對上一次反應后的固體殘渣進行出料，從而保證反應器中進料和出料的連續(xù)性。當本發(fā)明實施例的固定床反應器用作煤提質裝置時，通過出料螺旋3a排出的熱態(tài)固體殘渣產物為粉末狀半焦，其可作為固體熱載體直接摻混到原料物料中，用于烘干原料。經過烘干降溫的摻混混合料可通過篩分裝置進行篩分分離，得到固體產物。該篩分裝置可直接安裝在進料倉5的上方，也可單獨獨立放置。⑦熱解油氣的回收利用本發(fā)明實施例中產生的熱解油氣通過油氣出口12快速排出，根據(jù)熱解的需要可以選擇開啟一個或多個油氣出口12。熱解油氣被排出至冷凝系統(tǒng)，冷卻獲得熱解油。未冷凝的熱解氣作為熱源通過輸送管道可直接引入蓄熱式輻射管的燃燒器中，作為輻射管的熱源供其燃燒，提供熱解所需的熱量。在熱解反應過程中，料板4上的表層物料先熱解，下層物料后熱解。下層物料熱解產生的熱解油氣首先穿過其上層的物料熱解反應后產生的殘?zhí)?，即上層的殘?zhí)靠蓪ο聦哟┻^的熱解油氣起到過濾的作用。通過過濾作用，可除去下層熱解油氣中的炭粒、液滴、污染物等多種成分。該過濾作用受多種因素的影響，包括熱解油氣中炭粒和污染物的粒徑，反應室8的體積，料板4上物料的高度，熱解油氣的流速等。本發(fā)明實施例的固定床反應器可用作資源化回收利用有機化合物裝置，在提取原料中的油分時，可在熱解氣排出后段增設氣體凈化系統(tǒng)，用于提高熱解氣的品質。本發(fā)明實施例中固定床反應器從進料到物料熱解后出料所需時間為1.5～5h，該時間會受到物料的物理性質、單次進料量、升溫速率等的影響。本發(fā)明實施例的固定床反應器與傳統(tǒng)固定床反應器的其中一個區(qū)別在于：本發(fā)明中的固定床反應器在處理完單批次的物料后，反應器無需進行降溫，便可進行下一批物料的布料和上一批固體產物的出料。因此，本發(fā)明反應器中的輻射管2只需在首次進料時進行開工點火，在接下來的整個連續(xù)運行過程中，維持輻射管2的正常加熱溫度即可。由此，在反應器運行過程中，避免了因每一次的進料和出料對反應器的升溫和降溫，降低設備故障率；區(qū)別之二在于：本發(fā)明的固定床反應器可通過控制進料螺旋3b、出料螺旋3a和料板4的運轉速率，實現(xiàn)熱解過程中連續(xù)的進料和出料。實施例由中石油提供的粒度10mm～20mm的煤粒作為原料(煤質分析數(shù)據(jù)見表1)。物料先儲存于進料倉5中，打開插板閥6，然后物料在重力作用下，從進料倉5處的下料溜槽滑落到反應室8中。在進料螺旋3b轉動下和傳動軸承9帶動下，煤粒均勻分布在料板4上，同時向出料端水平移動?？刂七M料螺旋3b和傳動軸承9的速率，使整個料板4上物料厚度為200mm，然后關閉插板閥6。開啟輻射管燃燒系統(tǒng)，當物料溫度低于280℃時，控制輻射管2升溫速率為55℃/min；當物料溫度高于280℃時，控制輻射管2升溫速率為40℃/min。熱解反應產生的熱解油氣通過油氣出口12排出至冷凝系統(tǒng)，冷卻獲得熱解油。未冷凝的熱解氣輸送至輻射管2中作為燃料燃燒。整個熱解過程壓力控制在500Pa以內。當熱解過程基本不產生熱解氣后，進行第二批次煤粒進料，進料的同時對料板4上的上一次反應后的固體殘渣進行出料，保持進料和出料的連續(xù)性。輸送出的殘?zhí)克腿牍腆w收集倉13中儲存。本發(fā)明所述工藝方法可長期平穩(wěn)操作，所得到比較穩(wěn)定的熱解產物的產率見表2和表3。表1原煤分析結果表2數(shù)據(jù)結果項目焦油凈煤氣半焦熱解水產率(％)9.212.3658.719.74表3半焦的組成項目揮發(fā)分灰分固定碳產率(％)6.389.5184.11(備注：Mt表示全水分，Mad表示空干基水分、Aad表示空干基灰分、Vad表示空干基揮發(fā)分、FCad表示空干基固定碳、St,ad表示空干基硫、Cad表示空干基碳、Had表示空干基氫，QNet.ar的單位為MJ/kg，％為質量百分比。)本發(fā)明實施例所述工藝方法可長期平穩(wěn)操作，設備故障率極低。需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本發(fā)明而非限制本發(fā)明的范圍，本領域的普通技術人員應當理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下對本發(fā)明進行的修改或者等同替換，均應涵蓋在本發(fā)明的范圍之內。此外，除上下文另有所指外，以單數(shù)形式出現(xiàn)的詞包括復數(shù)形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那么任何實施例的全部或一部分可結合任何其它實施例的全部或一部分來使用。當前第1頁1 2 3