一种同步实现热解气脱除和原位焦制备的装置的制作方法

1.本实用新型属于固体燃料热解相关技术领域，更具体地，涉及一种同步实现热解气脱除和原位焦制备的装置。


背景技术：

2.煤粉热解制备煤焦、生物质热解制备生物炭或石油焦热解脱除挥发分的过程中会释放大量的可燃性气体，如co，ch4，h2，h2s，hcn，nh3等，同时还会产生焦油。如何安全、合理地处理热解反应的副产物，减少其带来的安全隐患和环境污染是目前亟需解决的问题之一。
3.现有技术中对于可燃性气体的常规处理方式为空气直接燃烧，但是这种处理方式通常会有低浓度气体逃逸，不仅会造成环境污染还具有严重的安全隐患。此外，含硫含氮物质、焦油等需要后续处理，容易堵塞管路，脱除成本高且效果难以达到排放标准。


技术实现要素：

4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了同步实现热解气脱除和原位焦制备的装置，其中利用反应器壁将第一反应器分隔为内部反应器和外部反应器，其中内部反应器作为原位焦制备的场所，将热解气通入外部反应器，同时利用过渡金属氧化物对其进行氧化脱除，降低尾气中污染物的排放，以此同步实现热解气脱除或原位焦制备。
5.为实现上述目的，本实用新型提出了一种同步实现热解气脱除和原位焦制备的装置，该装置包括第一反应器，所述第一反应器被反应器壁分隔为内部反应器和外部反应器，所述内部反应器用于通入固体燃料以进行原位焦制备同时产生热解气；所述反应器壁的下端开孔，用于将所述内部反应器产生的热解气释放到所述外部反应器中；所述外部反应器用于通入过渡金属氧化物，以对所述热解气进行氧化，从而同步实现热解气脱除和原位焦制备。
6.作为进一步优选地，所述同步实现热解气脱除和原位焦制备的装置还包括第二反应器，所述第二反应器的顶部入口与所述外部反应器的底部出口连接，以将失活的过渡金属氧化物通入所述第二反应器中；同时所述第二反应器的底部设置有空气入口，通过在空气气氛下加热使得失活的过渡金属氧化物进行再生。
7.作为进一步优选地，所述第二反应器的顶部还设置有气体出口，该气体出口与所述内部反应器顶部的气体入口连接，用于将再生反应后的乏氧空气通入所述内部反应器。
8.作为进一步优选地，所述固体燃料包括煤粉、生物质或生物焦。
9.作为进一步优选地，所述反应器壁的下端设置有多孔烧结板，用于阻隔固体颗粒向所述外部反应器逃逸。
10.作为进一步优选地，所述过渡金属氧化物为氧化铁、氧化铜或氧化锰。
11.作为进一步优选地，所述过渡金属氧化物还掺杂有cao和/或nio。
12.作为进一步优选地，所述第一反应器和第二反应器的反应温度为800～1000℃。
13.总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
14.1.本实用新型提供了一种同步实现热解气脱除和原位焦制备的装置，该装置利用反应器壁将第一反应器分隔为内部反应器和外部反应器，其中内部反应器作为原位焦制备的场所，用于热解固体燃料以获得原位焦和热解气，并将热解气通入外部反应器；同时考虑到过渡金属氧化物对可燃气体具有氧化性，能够较为温和地脱除可燃气，同时实现焦油向气相的转化，因而本装置在外部反应器内部设置过渡金属氧化物，以此同步实现热解气脱除，降低尾气中污染物的排放；并且因反应环境中没有气态氧存在，能够降低热解气处理过程中发生燃烧或爆炸的风险，进而有效提高反应装置的稳定性和安全性；
15.2.尤其是，本实用新型还设置有第二反应器，以利用空气对失活的过渡金属氧化物进行再生，有效降低制备成本；同时再生过程中产生的乏氧空气可作为制备原位焦的载气，携带一部分热量补充到热解制焦过程中，从而提高能量循环利用率，并且作为低氧促进气进一步提高固体燃料的热解效率；
16.3.此外，本实用新型采用氧化铁、氧化铜或氧化锰作为过渡金属氧化物，能够将热解气和焦油转化为co2和h2o，并且通过负载cao和nio分别实现含硫物质和含氮物质的脱除，降低含硫气体和nox的生成量，进一步减少固体燃料热解过程中所造成的环境污染。
附图说明
17.图1是按照本实用新型优选实施例构建的同步实现热解气脱除和原位焦制备的装置。
18.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
[0019]1‑
第一反应器，2
‑
第二反应器，3
‑
反应器壁，4
‑
过渡金属氧化物，5
‑
固体燃料。
具体实施方式
[0020]
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0021]
如图1所示，本实用新型实施例提供了一种同步实现热解气脱除和原位焦制备的装置，该装置包括第一反应器1，第一反应器1由反应器壁3分隔为内部反应器和外部反应器，内部反应器设计为固体燃料5(煤粉、生物质或生物焦)由顶部加入，且颗粒向下移动的结构，以进行原位焦制备同时产生热解气；反应器壁的下端开孔，并通过设置多孔烧结板，将内部反应器产生的热解气释放到外部反应器中，并且阻隔固体颗粒向外部反应器逃逸；外部反应器设计为新鲜的过渡金属氧化物4从顶部加入，颗粒向下移动，而热解气向上移动的结构，两者呈逆流形态从而有效提高其接触程度，以对热解气进行充分氧化，通过充分的气固接触实现可燃性气体的近零脱除，同时可以实现焦油向气相的转化，外部反应器中产生的高浓度co2和h2o则通过外部反应器的上端排出，高纯co2通过冷凝即可获得，进而同步实现热解气脱除和原位焦制备。
[0022]
进一步，同步实现热解气脱除和原位焦制备的装置还包括第二反应器2，第二反应
器2的顶部入口与外部反应器的底部出口连接，以将失活的过渡金属氧化物4通入第二反应器2中；同时第二反应器2的底部设置有空气入口，通过在空气气氛下加热使得失活的过渡金属氧化物4进行载氧再生。第二反应器2的顶部还设置有气体出口，该气体出口与内部反应器的顶部的气体入口连接，用于将再生反应后的乏氧空气通入内部反应器，作为热解气的载气或者难热解固体燃料的低氧促进气，也可携带一部分能量补充制焦所需热量，满足特定生产需求。第一反应器1和第二反应器2可以通过调节气体流速或者气体流向实现固定床和流化床的切换，并且能够保证热解气与过渡金属氧化物4进行充分的气固接触，提高热解气的转化率。本实用新型提供的同步实现热解气脱除和原位焦制备的装置中第一反应器1和第二反应器2的反应温度为800～1000℃，操作压力为常压。
[0023]
进一步，过渡金属氧化物4为氧化铁、氧化铜或氧化锰，或者含有此活性成分的天然矿石或者冶炼固废；针对脱硫则可以浸渍或配比一定比例的cao；脱除还原性hcn和nh3则可以通过高势金属氧化物或者浸渍第二金属氧化物(nio)实现。
[0024]
本实用新型提供的同步实现热解气脱除和原位焦制备的装置的具体工作过程为：将第一反应器1和第二反应器2加热到预设的反应温度，然后将固体燃料5和过渡金属氧化物4分别从内部反应器和外部反应器的顶部送入。固体燃料5在内部反应器中热解生成原位焦和热解气，其中热解气通过反应器壁3上的通孔从外部反应器的底部进入，由下至上充分与过渡金属氧化物4接触，生成co2和h2o并从外部反应器的顶部排出。还原后的过渡金属氧化物4失活并从外部反应器的底部排出进入第二反应器2，空气从第二反应器2的底部进入，使得失活的过渡金属氧化物4氧化后再生，可作为补充的过渡金属氧化物4重新进入外部反应器，同时产生的乏氧空气可以直接排出，也可以送入内部反应器促进热解反应的发生，以此同步实现热解气脱除和原位焦制备。
[0025]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。