一种固体含碳燃料多功能热转化装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种固体含碳燃料多功能热转化装置与方法，包括多功能反应器

【技术实现步骤摘要】
一种固体含碳燃料多功能热转化装置与方法


[0001]本专利技术属于能源化工
，涉及固体含碳燃料热转化装置与方法，更具体地，涉及一种固体含碳燃料多功能热转化装置与方法，是一种移动床与流化床结合的多操作模式的热解气化装置与方法
。

技术介绍

[0002]固体含碳燃料是当今世界能源的主要组成部分，但是其利用过程也造成了全球范围内的温室效应
。
因此，固体含碳燃料的高效清洁利用是涉及能源与环境的重大课题
。
固体含碳燃料通过热解
‑
气化可以生成油
、
合成气和半焦，通过精制以及进一步加工可获得燃料和化工产品
。
[0003]热解与气化均为强吸热反应，传统的工艺中通过在同一反应器中引入氧气或空气燃烧一部分燃料来维持反应的进行
。
在反应器中，发生燃烧
、
热解
、
气化等反应，形成了复杂的反应网络，各个子反应无法独立调控进而获得最优的反应条件；同时各个子反应产物相互影响，不利于目标反应的进行
。
最主要的问题是，利用氧气或者空气，产生的
CO2以及空气中本身的
N2稀释了产气，导致热解气或者合成气有效成分含量低，热值低
。
对反应进行解耦是解决上述问题的一种新思路，即分别设置燃料反应器和燃烧反应器，采用固体循环床料将燃烧反应器的热量传递给燃料反应器，以提供热解
/
气化所需要的能量
。
例如，中国科学院过程工程研究所的双流化床热解气化工艺
(
专利
CN101781583B
煤热解气化高值利用的方法和装置
)
；中国科学院广州能源研究所的双流化床气化工艺
(
专利
CN101880552B
一种由生物质制备富氢合成气的气化装置及方法
)。
[0004]这种方法有效地避免了上述问题
。
但是也有以下不足：产物中携带粉尘，造成合成气和焦油品质的下降，需要额外的除尘净化工序；同时，现有的解耦工艺中，大都对粒径有特定的要求，原料以及循环床料需要经过磨碎
、
筛分处理，且部分粒径没有被很好的利用；另外，采用化学链气化时，需要过量的载氧体供热的同时会导致过度氧化合成气；
CaO
吸附强化气化工艺中，无法兼顾高温焦油重整和低温化学吸附
CO2过程，需要进一步的解耦才能实现
。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出一种固体含碳燃料多功能热转化装置与方法，目的是使得反应在不同的空间和时间进行，进而实现关键子反应的解耦和单独调控，提高原料利用率
。
通过气固原料
、
循环床料和操作方式的改变，得到不同目标产品
。
[0006]本专利技术技术方案：
[0007]一种固体含碳燃料多功能热转化装置，包括多功能反应器
、
提升反应器和颗粒分级器；所述多功能反应器包括同轴设置的第一
、
第二
、
第三
、
第四和第五反应腔；其中，第一
、
第二和第三反应腔自上而下依次布置；所述第一反应腔下端口不高于第二反应腔上端口；所述第二反应腔的下端口不高于第三反应腔的上端口；所述第四反应腔在第一和第二反应
腔结合处外部，并将第一和第二反应腔连为一体；所述第五反应腔在第二和第三反应腔结合处外部，并将第二和第三反应腔连为一体
。
[0008]所述第一反应腔设置相邻的第一固体床料进料口和第一固体燃料进料口，位于第一反应腔顶部；所述第四反应腔设置相邻的第二固体床料进料口和第二固体燃料进料口，位于第四反应腔侧面上部；所述第五反应腔设置第三固体燃料进料口，位于第五反应腔侧面上部
。
[0009]所述第一反应腔还设置第一进气口，位于第一反应腔侧面中部；所述第二反应腔设置第二进气口，位于第二反应腔侧面中部；所述第三反应腔设置第三进气口，位于第三反应腔侧面中部；所述第四反应腔底部还设置第四进气口和气体分布板，第四进气口位于气体分布板下方；所述第五反应腔底部还设置第五进气口和气体分布板，第五进气口位于气体分布板下方
。
[0010]所述第三反应腔底部还设置第一固体出料口；所述第四反应腔的中部同侧还设置第二固体上出料口和第二固体下出料口，其中第二固体上出料口位置高于第二反应腔上段顶端，第二固体下出料口位置低于第二反应腔上段顶端
。
所述第五反应腔的中部同侧还设置第三固体上出料口和第三固体下出料口，其中第三固体上出料口位置高于第三反应腔上段顶端，第三固体下出料口位置低于第三反应腔上段顶端
。
[0011]所述第一反应腔还设置第一出气口，位于第一反应腔侧面上部；所述第四反应腔还设置第二出气口，位于第四反应腔顶部；所述第五反应腔还设置第三出气口，位于第五反应腔顶部
。
[0012]所述第一反应腔上段内部还设置固体混合内构件，用于固体床料和固体燃料的快速混合
。
[0013]所述第一反应腔内部还设置固体料位控制内构件，位于第一进气口和第一出气口之间，用于检测料位并控制固体物料的出料速率
。
[0014]优选的，所述第二固体燃料进料口沿第四反应腔壁切向设置；所述第三固体燃料进料口沿第五反应腔壁切向设置
。
[0015]优选的，所述第一反应腔包括第一反应腔上段与第一反应腔下段，其中第一反应腔上段管径大于第一反应腔下段管径；所述第二反应腔包括第二反应腔上段与第二反应腔下段，第二反应腔上段管径大于第二反应腔下段管径；所述第三反应腔包括第三反应腔上段与第三反应腔下段，第三反应腔上段管径大于第三反应腔下段管径
。
[0016]优选的，所述第四反应腔管径大于第二反应腔上段的管径，所述第四反应腔高度大于第二反应腔上段高度
。
[0017]优选的，所述第五反应腔管径大于第三反应腔上段的管径，所述第五反应腔高度大于第三反应腔上段高度
。
[0018]优选的，所述第四反应腔与第二反应腔上段之间设置竖向挡板，将第四反应腔分为上部隔绝
、
下部有空隙的内外两部分，所述空隙高度小于所述第二反应腔上段高度
。
[0019]所述热转化装置的连接方式为，提升反应器出口与颗粒分级器入口相连；颗粒分级器两个颗粒物料出口分别通过阀门与多功能反应器的第一固体床料进料口和第二固体床料进料口相连；提升反应器入口通过阀门分别与多功能反应器的第一固体出料口和第三固体上出料口相连
。
[0020]一种固体含碳燃料多功能热转化方法，采用上述装置，第一
、
二和三反应腔采用移动床模式，第四和第五反应腔采用流化床或者夹带床模式，通过不同反应腔室的配合实现五种不同的模式：
[0021](
一...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种固体含碳燃料多功能热转化装置，其特征在于，所述的固体含碳燃料多功能热转化装置包括多功能反应器
、
提升反应器和颗粒分级器；所述多功能反应器包括同轴设置的第一
、
第二
、
第三
、
第四和第五反应腔；其中，第一
、
第二和第三反应腔自上而下依次布置；所述第一反应腔下端口不高于第二反应腔上端口；所述第二反应腔的下端口不高于第三反应腔的上端口；所述第四反应腔在第一和第二反应腔结合处外部，并将第一和第二反应腔连为一体；所述第五反应腔在第二和第三反应腔结合处外部，并将第二和第三反应腔连为一体；所述第一反应腔设置相邻的第一固体床料进料口和第一固体燃料进料口，位于第一反应腔顶部；所述第四反应腔设置相邻的第二固体床料进料口和第二固体燃料进料口，位于第四反应腔侧面上部；所述第五反应腔设置第三固体燃料进料口，位于第五反应腔侧面上部；所述第一反应腔还设置第一进气口，位于第一反应腔侧面中部；所述第二反应腔设置第二进气口，位于第二反应腔侧面中部；所述第三反应腔设置第三进气口，位于第三反应腔侧面中部；所述第四反应腔底部还设置第四进气口和气体分布板，第四进气口位于气体分布板下方；所述第五反应腔底部还设置第五进气口和气体分布板，第五进气口位于气体分布板下方；所述第三反应腔底部还设置第一固体出料口；所述第四反应腔的中部同侧还设置第二固体上出料口和第二固体下出料口，其中第二固体上出料口位置高于第二反应腔上段顶端，第二固体下出料口位置低于第二反应腔上段顶端；所述第五反应腔的中部同侧还设置第三固体上出料口和第三固体下出料口，其中第三固体上出料口位置高于第三反应腔上段顶端，第三固体下出料口位置低于第三反应腔上段顶端；所述第一反应腔还设置第一出气口，位于第一反应腔侧面上部；所述第四反应腔还设置第二出气口，位于第四反应腔顶部；所述第五反应腔还设置第三出气口，位于第五反应腔顶部；所述第一反应腔上段内部还设置固体混合内构件，用于固体床料和固体燃料的快速混合；所述第一反应腔内部还设置固体料位控制内构件，位于第一进气口和第一出气口之间，用于检测料位并控制固体物料的出料速率；所述热转化装置的连接方式为，提升反应器出口与颗粒分级器入口相连；颗粒分级器两个颗粒物料出口分别通过阀门与多功能反应器的第一固体床料进料口和第二固体床料进料口相连；提升反应器入口通过阀门分别与多功能反应器的第一固体出料口和第三固体上出料口相连
。2.
根据权利要求1所述的一种固体含碳燃料多功能热转化装置，其特征在于，所述第二固体燃料进料口沿第四反应腔壁切向设置；所述第三固体燃料进料口沿第五反应腔壁切向设置
。3.
根据权利要求1或2所述的一种固体含碳燃料多功能热转化装置，其特征在于，所述第一反应腔包括第一反应腔上段与第一反应腔下段，其中第一反应腔上段管径大于第一反应腔下段管径；所述第二反应腔包括第二反应腔上段与第二反应腔下段，第二反应腔上段管径大于第二反应腔下段管径；所述第三反应腔包括第三反应腔上段与第三反应腔下段，
第三反应腔上段管径大于第三反应腔下段管径
。4.
根据权利要求1或2所述的一种固体含碳燃料多功能热转化装置，其特征在于，所述第四反应腔管径大于第二反应腔上段的管径，所述第四反应腔高度大于第二反应腔上段高度
。5.
根据权利要求1或2所述的一种固体含碳燃料多功能热转化装置，其特征在于，所述第五反应腔管径大于第三反应腔上段的管径，所述第五反应腔高度大于第三反应腔上段高度
。6.
根据权利要求1或2所述的一种固体含碳燃料多功能热转化装置，其特征在于，所述第四反应腔与第二反应腔上段之间设置竖向挡板，将第四反应腔分为上部隔绝
、
下部有空隙的内外两部分；所述空隙高度小于所述第二反应腔上段高度
。7.
一种固体含碳燃料多功能热转化方法，采用权利要求1‑6任意一项所述的装置，其特征在于，第一
、
二和三反应腔采用移动床模式，第四和第五反应腔采用流化床或者夹带床模式，通过不同反应腔室的配合实现五种不同的模式：
(
一
)
模式1：第一固体燃料和第一固体床料分别从第一固体燃料进料口和第一固体床料进料口进入，在固体混合内构件处混合后进入第一反应腔下段；第一气体原料自第一进气口进入第一反应腔下段，气固逆流向上与第一固体燃料接触并发生反应，反应生成的第一气体产物从第一出气口采出，反应生成的第一固体产物与第一固体床料一起进入第二反应腔；第二气体原料携带第二固体燃料从第二固体燃料进料口进入第四反应腔，发生夹带床热解
‑
气化反应生成气体和第二固体产物；其中，反应生成气体和从第二进气口进入的第三气体原料汇合，一起气固顺流穿过第二反应腔并发生反应，生成第二气体产物，自第三出气口排出；第二固体产物进入第二反应腔与第一固体产物合为固体产物；固体产物和第一固体床料一起从第一固体出料口采出；其中，第一固体床料经过提升和颗粒分...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜利军，徐绍平，王克超，张俊旺，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：