一种熔盐鼓泡喷淋除焦的方法及装置

1.本发明涉及能源转化领域，具体涉及一种熔盐鼓泡喷淋除焦的方法及装置。


背景技术：

2.经编纺织工业是公认污染较为严重的行业之一，我国经编行业高速发展，其中产生的大量经编行业固体废弃物未能得到有效的处理。经编固废的大量堆积不仅对环境产生危害，还存在巨大的消防隐患，其直接燃烧会产生有毒气体和大量黑烟。经编固废具有较高的能量，资源未能得到有效利用。对于上述有机物进行热解气化是一种有效的资源化利用的方法。
3.针对目前有机物气化过程存在最主要的问题是会有大量液态副产物焦油的产生，焦油化学成分复杂，且容易堵塞管路及腐蚀设备。目前处理焦油常用的方法大致分为物理吸附脱除、高温热解除焦和催化除焦。对于物理吸附，脱除后的焦油不经过进一步处理，仍然会对环境和人体产生较大危害。对于高温热解，所需温度过高，在1000℃左右，对设备要求较为苛刻。本专利结合高温热解和催化除焦两种方法，利用高温熔盐对焦油进行催化热裂解，通过熔盐喷淋和鼓泡两种途径对除焦反应进一步强化。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种经济、高效、环保的熔盐鼓泡喷淋除焦的方法及装置，通过气体的鼓泡和熔盐喷淋，强化了气体中焦油和熔盐的传质传热，保证了催化除焦反应的高效连续进行，能提高生产效率，适用于有机废物气化可燃气中焦油的脱除，易于放大和工业化生产。
5.所述的一种熔盐鼓泡喷淋除焦的方法，其特征在于，熔盐鼓泡喷淋除焦的泡罩反应器内具有多个水平设置的泡罩塔板，泡罩塔板上设置鳞孔泡罩，泡罩反应器的顶部内和底部内分别设置有螺旋喷头和气体分布器，熔盐鼓泡喷淋除焦的方法包括以下步骤：1）加热熔盐储罐和泡罩反应器使均达到反应温度，由辅助进气管通过气体分布器向泡罩反应器内通入n2排空o2，开启熔盐泵将熔盐储罐内的熔盐输送至螺旋喷头，向泡罩反应器内泡罩塔板喷淋熔盐，调节熔盐泵的输送流量使气液两相形成稳定的对流状态，并维持整个反应体系温度稳定；2）当反应温度稳定后，停止通入n2，开始通入焦油气；焦油气经过气体分布器后，通过鳞孔泡罩的泡罩升气管和泡罩鳞孔齿缝在泡罩塔板上的熔盐中鼓泡反应；未完全反应的焦油气再与螺旋喷头喷淋的熔盐发生进一步的传热和催化热裂解反应；随后裂解气从泡罩反应器顶部的出气口逸出进入冷凝系统；熔盐表面漂浮副产的固态产物焦炭，经过上一泡罩塔板上的溢流堰流入下一泡罩塔板的受液盘中，直至流入熔盐储罐中；3）反应结束停止通焦油气，关闭熔盐泵，并由辅助进气口通入n2排空反应器后切换为通入空气，清除设备内积碳。
6.所述的一种熔盐鼓泡喷淋除焦的方法，其特征在于，所述熔盐为nano3、kno3、
nano2、na2co3、k2co3、li2co3、na2so4、k2so4、li2so4、licl、nacl、kcl、zncl2其中两种或多种的组合；反应温度为220-780℃；所述熔盐选用kno3和nano3质量比为1:1.5的混合熔盐时所述反应温度为220-500℃；选用na2co3、k2co3和li2co3质量比为1:1:1.33的混合熔盐时所述的反应温度为380-780℃；选用kcl和zncl2质量比为1:1.67的混合熔盐时所述的反应温度为285-500℃，优选质量比为1:1.5的kno3和nano3混合熔盐。
7.所述的一种熔盐鼓泡喷淋除焦的方法，其特征在于，步骤3）反应结束后还包括清除熔盐储罐内积碳的步骤，过程为：打开熔盐储罐顶部的熔盐储罐开口，对熔盐储罐进行敞口加热，熔盐熔融后积碳浮于表面，然后将积碳捞出。
8.所述的一种熔盐鼓泡喷淋除焦的装置，其特征在于包括泡罩反应器、熔盐泵和熔盐储罐，泡罩反应器内具有多个水平设置的泡罩塔板，泡罩反应器的顶部内和底部内分别设置有耐高温的螺旋喷头和气体分布器，气体进气管穿入泡罩反应器底部内并与气体分布器连接，泡罩反应器顶部设置出气管道并连接冷凝系统。泡罩塔板上均匀分布若干鳞孔泡罩，鳞孔泡罩侧壁沿圆周均匀间隔设置鳞孔齿缝，泡罩塔板的一侧设置溢流堰和降液管且另一侧设置受液盘，降液管上部设有入口且溢流堰设于所述降液管的入口上，下一泡罩塔板的受液盘均对应于上一泡罩塔板的降液管的正下方。最下方泡罩塔板的降液管下端出口通过侧部支管与熔盐储罐连接，熔盐泵进口连接进液管，进液管入口穿入至熔盐储罐下端内部，并与罐底壁保持5-50mm的距离，熔盐泵出口连接出液管，出液管出口端穿入至泡罩反应器内部并与螺旋喷头连接，熔盐泵将熔盐储罐内的高温熔盐输送至螺旋喷头进行喷淋。
9.所述的一种熔盐鼓泡喷淋除焦的装置，其特征在于所述泡罩反应器包括反应器内胆，反应器内胆外侧的隔板加热夹套，隔板加热夹套外层设置有保温夹层，保温夹层外侧设置有反应器外壳用于固定反应器各个部件；所述泡罩塔板和反应器内胆均为耐高温镍合金，通过焊接方式连接，所述螺旋喷头为碳化硅材质。
10.所述的一种熔盐鼓泡喷淋除焦的装置，其特征在于泡罩反应器内泡罩塔板的数量为1-3块，优选为2-3块；同一泡罩塔板上的溢流堰高度高于鳞孔泡罩的鳞孔齿缝；受液盘与泡罩塔板之间呈钝角，优选为150
°
夹角，便于流到受液盘上的液态熔盐往泡罩塔板上流动。
11.所述溢流堰包括溢流堰主体和设置在溢流堰主体下端的细孔；所述溢流堰和泡罩塔板均为耐高温镍合金；所述细孔在溢流堰主体下端的开孔个数为2-5个，所述细孔为两个锥形腔相连的形状，锥形腔的中间开孔直径最小，中间开孔向左右两侧呈对称状逐渐扩孔，表面开孔直径最大，锥形腔的开孔由中心直径5-15mm到表面开孔直径20-30mm，可以使熔盐慢速流过而不被堵塞。
12.所述的一种熔盐鼓泡喷淋除焦的装置，其特征在于泡罩塔板上的鳞孔泡罩个数为3-12个，鳞孔泡罩包括设置在泡罩塔板上的升气管以及设置在升气管外侧的泡罩主体，泡罩主体侧壁沿圆周均匀间隔设置鳞孔齿缝，同一泡罩塔板上的升气管高度高于溢流堰和鳞孔齿缝的高度，所述鳞孔齿缝是经冲压后形成齿缝开口方向沿泡罩主体侧壁的顺时针切线方向或逆时针切线方向的凸起孔洞，可以使焦油气由升气管经鳞孔齿缝沿泡罩主体侧壁的顺时针或逆时针的切线方向流动，使得熔盐在泡罩主体周围形成局部逆流，强化气液接触效果。
13.所述的一种熔盐鼓泡喷淋除焦的装置，其特征在于所述升气管与泡罩主体之间通
过支撑件连接，支撑件一端固定设置在升气管上，另一端与泡罩主体顶部通过固定螺栓进行安装固定，使得泡罩主体悬挂于升气管的外侧，其中泡罩主体的下端为开口；泡罩主体顶部还通过支撑杆连接遮液罩，所述支撑杆为条状耐高温镍合金，下端与泡罩外壳主体焊接，上端与遮液罩可拆卸连接，避免了熔盐液体与固定螺栓接触；所述遮液罩为伞状耐高温镍合金。
14.所述的一种熔盐鼓泡喷淋除焦的装置，其特征在于还包括温度传感器，温度传感器连接有第一热电偶、第二热电偶和第三热电偶，第一热电偶的测温端伸入至泡罩反应器的上部内，第三热电偶的测温端伸入至最下方泡罩塔板的降液管下端出口处，用以测量流向熔盐储罐的熔盐温度；第二热电偶的测温端伸入至熔盐储罐下端内部，用于测量储罐内熔盐的温度。
15.所述熔盐储罐上设置熔盐储罐开口和放空管路，熔盐储罐开口位置在熔盐储罐上方，由可拆卸封盖和罐体两部分组成，放空管路在熔盐储罐下方，由耐高温管道和黄铜阀门构成；熔盐储罐具有加热保温的功能。
16.所述的一种熔盐鼓泡喷淋除焦的装置，其特征在于气体进气管侧部连接有辅助进气管，出气管道与气体进气管之间设置有回流气管道，且回流气管道靠近出气管道的一端设置有高温气体管道泵，用于将排出的裂解气回流一部分通过回流气管道重新返回至泡罩反应器内。
17.通过采用上述技术，本发明与现有除焦技术相比，具有如下增益效果：1）本发明通过多层塔板，多个鳞孔齿缝泡罩，使气体中的焦油经过多层塔板的鳞状孔齿缝重复与高温熔盐鼓泡进行热交换，尽最大可能的将焦油气转化为固体焦炭和不凝气，使气体中的焦油成分大大减少甚至完全消除，于此同时经由鳞孔齿缝流出的气体，会使得熔盐在泡罩周身产生扰动的效果，产生局部逆流。一方面能够强化气体与熔盐的接触，尽最大可能的发挥熔盐的催化功能，较传统除焦反应的温度较大程度的降低；另一方面能够将泡罩周围的固体产物吹散，保证除焦反应的正常进行。本发明装置相较于传统类似反应器的日均处理量，操作弹性有大幅提升。
18.2）本发明通过在反应器上方加装喷淋装置，再次强化气体与熔盐的传质传热，使得喷淋的熔盐与气体中未完全反应的焦油气，进行多维的传质传热，尽可能的将气体中的焦油完全脱除。再者，喷淋而下的熔盐在塔板上集聚，经溢流堰，将漂浮在熔盐表面的焦炭带至下一塔板，直至送至熔盐储罐中去，富集在熔盐储罐内的熔盐表层上，表层的焦炭进行后续集中脱除。本发明装置相比较于，传统类似装置熔盐在反应器内循环回流，本发明装置的熔盐采用溢流分离回流的流程，保证了除焦反应连续稳定进行，出气口端气体中焦油含量显著减少。
19.3）本发明通过在泡罩塔板溢流堰的底部钻多个细孔，可以使熔盐经细孔慢速流过，待到反应结束后停止喷淋，塔板上集聚的熔盐液体经溢流堰底部的细孔流入底部塔板，直至完全流至熔盐储罐。
20.4）本发明通过在鳞孔泡罩上方增加伞状遮流罩，可以避免泡罩上方的螺栓，螺帽等易损结构和高温熔盐直接接触，从而减少易损部件的损耗，对比传统反应器泡罩，使用寿命有大程度提高。
附图说明
21.图1为本发明构建的熔盐鼓泡喷淋除焦的方法流程示意图图2为本发明构建的熔盐鼓泡喷淋除焦反应装置的结构示意图；图3是本发明构建的熔盐鼓泡喷淋除焦反应装置中鳞孔泡罩的结构示意图；图4是本发明构建的熔盐鼓泡喷淋除焦反应装置中泡罩塔板的结构示意图；图5是本发明构建的熔盐鼓泡喷淋除焦反应装置中带细孔溢流堰的结构示意图；附图标记：1-反应器内胆，2-泡罩塔板，202-降液管，203-溢流堰，2031-溢流堰主体，2032-细孔，204-受液盘，3-鳞孔泡罩，301-升气管，302-鳞孔齿缝，303-泡罩主体，304-支撑杆，305-遮液罩，4-隔板加热夹套，5-熔盐储罐，502-熔盐储罐开口，6-熔盐泵，7-螺旋喷头，8-温度传感器，801-第一热电偶，802-第二热电偶，803-第三热电偶，9-气体进气管，901-气体分布器，10-出气管道，11-回流气管道，12-高温气体管道泵，13-保温夹层，14-反应器外壳，15-辅助进气管。
具体实施方式
22.下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
23.实施例1：对照图1，一种熔盐鼓泡喷淋除焦方法，包括焦油气经鳞孔泡罩与熔盐鼓泡反应的过程；焦油气与经螺旋喷头喷淋的熔盐发生反应的过程；熔盐携带积碳回流熔盐储罐的过程；熔盐储罐敞口加热熔盐再生的过程；具体步骤如下：1）加热熔盐储罐5和泡罩反应器使均达到反应温度，由辅助进气管15通过气体分布器901向泡罩反应器内通入n2排空o2，开启熔盐泵6将熔盐储罐5内的熔盐输送至螺旋喷头7，向泡罩反应器内泡罩塔板2喷淋熔盐，调节熔盐泵6的输送流量使气液两相形成稳定的对流状态，并维持整个反应体系温度稳定；2）当反应温度稳定后，停止通入n2，开始通入焦油气；焦油气经过气体分布器后，通过鳞孔泡罩3的泡罩升气管301和泡罩鳞孔齿缝302在泡罩塔板2上的熔盐中鼓泡反应；未完全反应的焦油气再与螺旋喷头7喷淋的熔盐发生进一步的传热和催化热裂解反应；随后裂解气从泡罩反应器顶部的出气口逸出进入冷凝系统；熔盐表面漂浮副产的固态产物焦炭，经过上一泡罩塔板上的溢流堰流入下一泡罩塔板的受液盘中，直至流入熔盐储罐5中；3）反应结束停止通焦油气，关闭熔盐泵6，并由辅助进气口15通入n2排空反应器后切换为通入空气，清除设备内积碳。随后关闭辅助进气管道15，打开熔盐储罐5顶部的熔盐储罐开口502，对熔盐储罐5进行敞口加热，熔盐熔融后积碳浮于表面，然后将积碳捞出。完成后关闭所有电源，结束反应。
24.所述熔盐为nano3、kno3、nano2、na2co3、k2co3、li2co3、na2so4、k2so4、li2so4、licl、nacl、kcl、zncl2其中两种或多种的组合；反应温度为220-780℃；所述熔盐选用kno3和nano3质量比为1:1.5的混合熔盐时所述反应温度为220-500℃；选用na2co3、k2co3和li2co3质量比为1:1:1.33的混合熔盐时所述的反应温度为380-780℃；选用kcl和zncl2质量比为1:1.67的混合熔盐时所述的反应温度为285-500℃，优选质量比为1:1.5的kno3和nano3混合熔盐。
25.对照图2，泡罩反应器包括反应器内胆1，反应器内胆1外侧的隔板加热夹套4，隔板加热夹套4外层设置有保温夹层13，保温夹层13外侧设置有反应器外壳14用于固定反应器
各个部件。
26.本发明的装置包括泡罩反应器、熔盐泵6、熔盐储罐5以及用于对整个设备温度进行监控的温度传感器8，泡罩反应器内具有多个水平设置的泡罩塔板2，泡罩反应器的顶部内和底部内分别设置有耐高温的螺旋喷头7和气体分布器901，气体进气管9穿入泡罩反应器底部内并与气体分布器901连接，泡罩反应器顶部设置出气管道10并连接冷凝系统。泡罩塔板2上均匀分布若干鳞孔泡罩3，鳞孔泡罩3侧壁沿圆周均匀间隔设置鳞孔齿缝302，泡罩塔板2的一侧设置溢流堰203和降液管202且另一侧设置受液盘204，降液管上部设有入口且溢流堰设于所述降液管的入口上，下一泡罩塔板的受液盘均对应于上一泡罩塔板的降液管的正下方。最下方泡罩塔板的降液管下端出口通过侧部支管501与熔盐储罐5连接，熔盐泵6进口连接进液管601，进液管601入口穿入至熔盐储罐5下端内部，并与罐底壁保持5-50mm的距离，熔盐泵6出口连接出液管602，出液管602出口端穿入至泡罩反应器内部并与螺旋喷头7连接，熔盐泵6将熔盐储罐（5）内的高温熔盐输送至螺旋喷头7进行喷淋。
27.泡罩反应器内泡罩塔板2的数量为1-3块，优选为2-3块；同一泡罩塔板2上的溢流堰203高度高于鳞孔泡罩3的鳞孔齿缝302；受液盘204与泡罩塔板2之间呈钝角，优选为150
°
夹角，便于流到受液盘204上的液态熔盐往泡罩塔板2上流动。
28.溢流堰203包括溢流堰主体2031和设置在溢流堰主体2031下端的细孔2032；所述溢流堰203和泡罩塔板均为耐高温镍合金；细孔2032在溢流堰主体2031下端的开孔个数为2-5个，细孔2032为两个锥形腔相连的形状，锥形腔的中间开孔直径最小，中间开孔向左右两侧呈对称状逐渐扩孔，表面开孔直径最大，锥形腔的开孔由中心直径5-15mm到表面开孔直径20-30mm，可以使熔盐慢速流过而不被堵塞。
29.泡罩塔板2上的鳞孔泡罩3个数为3-12个，鳞孔泡罩3包括设置在泡罩塔板2上的升气管301以及设置在升气管301上的泡罩主体303，泡罩主体303侧壁沿圆周均匀间隔设置鳞孔齿缝302，同一泡罩塔板2上的升气管301高度高于溢流堰203和鳞孔齿缝302的高度，所述鳞孔齿缝302是经冲压后形成齿缝开口方向沿泡罩主体303侧壁的顺时针切线方向或逆时针切线方向的凸起孔洞，可以使焦油气由升气管301经鳞孔齿缝302沿泡罩主体303侧壁的顺时针或逆时针的切线方向流动，使得熔盐在泡罩主体303周围形成局部逆流，强化气液接触效果。
30.升气管301与泡罩主体303之间通过支撑件连接，支撑件一端固定设置在升气管301上，另一端与泡罩主体303顶部通过固定螺栓306进行安装固定；泡罩主体303顶部还通过支撑杆304连接遮液罩305，所述支撑杆304为条状耐高温镍合金，下端与泡罩外壳主体焊接，上端与遮液罩305可拆卸连接，避免了熔盐液体与固定螺栓306接触；所述遮液罩305为伞状耐高温镍合金。
31.温度传感器8连接有第一热电偶801、第二热电偶802和第三热电偶803，第一热电偶801的测温端伸入至泡罩反应器的上部内，第三热电偶803的测温端伸入至最下方泡罩塔板的降液管下端出口处，用以测量流向熔盐储罐5的熔盐温度；第二热电偶802的测温端伸入至熔盐储罐5下端内部，用于测量储罐内熔盐的温度。
32.所述熔盐储罐5上设置熔盐储罐开口502和放空管路503，熔盐储罐开口502位置在熔盐储罐上方，由可拆卸封盖和罐体两部分组成，放空管路503在熔盐储罐下方，由耐高温管道和黄铜阀门构成；熔盐储罐5具有加热保温的功能。
33.气体进气管9侧部连接有辅助进气管15，出气管道10与气体进气管9之间设置有回流气管道11，且回流气管道11靠近出气管道10的一端设置有高温气体管道泵12，用于将排出的裂解气回流一部分通过回流气管道11重新返回至泡罩反应器内。
34.实施例2：熔盐鼓泡喷淋除焦采用图1所示流程方法和图2结构的装置进行除焦反应，首先将放置有2kg硝酸盐的熔盐储罐开始加热，其中kno3，nano3的质量比为1:1.5。当储罐温度加热至450
°
c时，开始向反应器内通入速率为0.5l/min 的n2，并启动反应器加热。当3个热电偶显示温度均稳定至450
°
c时，恒温30分钟后开启熔盐泵，向反应器内喷淋熔盐，调整熔盐泵流量，使熔盐储罐流入和流出的熔盐流量稳定，停止通入n2，开始通入焦油气，开始反应，出气口一部分回流至进气口，一部分进入后续冷凝系统。
35.实施例3：除焦装置的清理与维护实施例2连续除焦反应20天左右检测结果发现除焦反应器效率有所下降，停止焦油气生成装置，关闭回流管路管道泵和熔盐泵，以1.2l/min通入n
2 10min，排空反应器内其他气体后开始以1.2l/min通入空气加热2h，当裂解气体中co,co2含量在5%以下，随后停止通气打开熔盐储罐开口，手动撇去熔盐表面漂浮积碳，随后继续实施例2中的除焦反应，结果表明除焦效率接近实施例2。
36.现有常规技术中向熔盐中直接鼓入焦油气，焦油气的转化率基本能达到90%，然而采用本发明实施例2方法的焦油气转化率能进一步提高5%以上，而且除焦运行的稳定性大大提高。
37.本说明书所述的内容仅仅是对发明构思实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式。