专利名称：循环式振动流化床的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种循环式振动流化床，特别涉及一种用于煤的闪蒸干馏的循环式振动流化床。
煤的液化是当前世界上为解决燃煤所引起的环境污染及石油资源不足等问题而进行的一项重大战略性研究与发展工作。由煤制取液体燃料有三种途径，即直接加氢液化、间接由煤制气然后合成石油、以及煤的干馏使一部分挥发性成分转变为液态燃料。前两种途径可使煤炭全部液化，但工序复杂，投资庞大，目前在生产成本方面还远远不能与天然石油相竞争。第三种途径即煤的干馏工艺虽较简单，但其液体燃料产率较低，产品粘性高且易于聚合，从而不便于储运与进一步加工，而且所副产的大量半焦缺乏市场。
提高由干馏生产液体燃料产率的方向是采用闪蒸低温干馏工艺。在60-70年代间，已发现闪蒸(升温时间小于2秒)低温(550℃到600℃之间)干馏可以大幅度提高液体燃料产率。据美国西方石油公司报导(a.sass，1972，aiche.65th ann.meeting，new york，november;h.g.mcmath，k.e.lumpkin and a.sass，1973，aiche.，66 ann.mtg.，philadelphia)，在其闪蒸干馏设备中，使煤颗粒与气体载带流化床中的炽热半焦颗粒相接触而传热，其温度在2秒以内升至560-580℃，结果获得35%重量(按干煤计算)的液体燃料，几乎为费歇尔(fischer)分析所预测的两倍。
但美中不足的是，由于西方石油公司采用气体载带的流化床进行此种闪蒸干馏，其液体产品中夹带的粉尘较多，其粘性更大且其分子易聚合，不利于储运、使用及进一步加工。
本发明的目的是为了克服现有的干馏工艺和设备所存在的不足之处而提供一种改进的干馏工艺与设备，以发展一种在成本上能与当前天然石油相竞争的先进的煤液化技术。
本发明针对现有技术所存在的缺点进行了根本性的改进。本发明提供了一种循环式振动流化床进行闪蒸低温干馏。在此种流化床中，不依赖于载带气体，而利用机械振动使颗粒床流化，并同时利用此机械振动产生颗粒床内部循环与涡流运动。在此装置内，煤颗粒与加热介质颗粒在剧烈扰动状况下相混合与接触，迅速进行热交换，从而实现闪蒸干馏。由于不用气体载带，流化床的密度很高，床身很薄(一般仅数英寸)，煤焦油与炽热颗粒的接触时间极短(小于1秒)，而且蒸汽离床流速很低(小于每秒1.5英尺)，故其中粉尘夹带少，能大幅度提高所生产的液体燃料的质量与使用价值。
本发明涉及一种循环式振动流化床，包括振动器和作为振动床的密封式容器，其特征在于所述的密封式容器是以一与振动器的水平面呈一锐角α的方向安装在所述的振动器上;在所述的密封式容器的任一端器壁的下部位置设有排料口，排料口的位置稍低于容器内相应端的物料表面;所述的密封式容器分别设有热物料和冷物料的进口;所述的热物料和冷物料的进料口高于容器内的物料表面。
本发明还涉及一种煤的闪蒸干馏方法，包括以下步骤a)提供一种循环式振动流化床，其包括振动器和作为振动床的密封式容器，所述的密封式容器是以一与振动器的水平面呈一锐角α的方向安装在所述的振动器上;在所述的密封式容器的上端器壁的下部位置设有排料口，排料口的位置稍低于容器内上端的物料表面;所述的密封式容器分别设有热物料和冷物料的进口，进料口高于容器内的物料表面;在所述的密封式容器的上部空间设有一冷凝器，该冷凝器穿过所述的密封式容器的下端器壁，并分别与一冷却液体喷嘴、不凝结气体出口和排液管相连;
b)使所述的振动器以与水平面呈锐角β的方向振动，而且角β恒大于角α;
c)分别通过所述的热物料和冷物料进料口向所述的容器中加入煤和加热介质使煤进行闪蒸干馏;
d)闪蒸干馏产生的蒸气进入所述的冷凝器内，并由所述的喷嘴喷出的冷凝介质迅速冷凝，形成的液体物料由排液管排出，而不凝结气体则由不凝结气体出口排出;
e)将容器中经闪蒸干馏后的物料经排料口排出。
本发明与其它一般的振动流化床不同之点在于一般流化床利用机械能仅产生流化或单向运动，而本发明利用机械能同时产生流化与快速循环及局部涡流，从而使两种或多种颗粒能迅速而均匀地混合。
附图简要说明
图1为本发明循环式振动流化床的一个实施例。
图2为本发明循环式振动流化床的实验装置。
图3为本发明循环式振动流化床的另一个实施例。
图4为本发明循环式振动流化床与常压沸腾炉联运的结合图。
图5为本发明循环式振动流化床与氢化脱硫处理装置联运的结合图。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
图1所示为本发明的循环式振动流化床一个实施例，其包括振动器2和作为振动床的密封式容器1，其中所述的密封式容器1是以一与振动器2的水平面呈一锐角α的方向安装在所述的振动器2上;在所述的密封式容器2的任一端器壁的下部位置设有排料口9，排料口9的位置稍低于容器内相应端的物料表面;所述的密封式容器1的上部设有一排气口6’;所述的密封式容器1分别设有热物料进口4和冷物料的进口5;所述的热物料进口4和冷物料的进口5高于容器1内的物料表面。
图3所示为本发明的循环式振动流化床的另一个实施例，其中，所述的密封式容器1的上部空间进一步设有一冷凝器3，该冷凝器3穿过所述的密封式容器1的下端器壁，并分别与一冷却液体喷嘴6、不凝结气体出口8和排液管7相连。
按照本发明的循环式振动流化床，其中，所述的振动器的施力方向与水平面呈一锐角β，而且角β恒大于角α;所述的角α的值在15-30度的范围内;所述的角β的值在20-50度的范围内。
本发明还涉及一种煤的闪蒸干馏方法，包括以下步骤a)提供一种循环式振动流化床，其包括振动器2和作为振动床的密封式容器1，所述的密封式容器1是以一与振动器2的水平面呈一锐角α的方向安装在所述的振动器2上;在所述的密封式容器1的上端器壁的下部位置设有排料口9，排料口9的位置稍低于容器1内上端的物料表面;所述的密封式容器分别设有热物料进口4和冷物料进口5，进料口4，5高于容器内的物料表面;在所述的密封式容器1的上部空间设有一冷凝器3，该冷凝器3穿过所述的密封式容器1的下端器壁，并分别与一冷却液体喷嘴6、不凝结气体出口8和排液管7相连;
b)使所述的振动器2以与水平面呈锐角β的方向振动，而且角β恒大于角α;
c)分别通过所述的热物料和冷物料进料口4，5向所述的容器1中加入煤和加热介质使煤进行闪蒸干馏;
d)闪蒸干馏产生的蒸气进入所述的冷凝器3内，并由所述的喷嘴6喷出的冷凝介质迅速冷凝，形成的液体物料由排液管7排出，而不凝结气体则由不凝结气体出口8排出;
e)将容器1中经闪蒸干馏后的物料经排料口9排出。
按照本发明的方法，其中所述的热物料的温度在600-1200℃的范围内，所述的冷物料的温度在10-350℃的范围内。
按照本发明的煤的闪蒸干馏方法，其中，所述的容器内的闪蒸干馏温度在350-650℃的范围内;
所述的角α在15-30度的范围内，所述的角β在20-50度的范围内。
本发明的原理如图1所示。循环式振动流化床为一密封矩形扁平容器1，其安装位置与水平面呈一倾斜角度α，振动器2使该流化床1沿倾斜角β方向振动，而且β恒大于α。
在β＞α的情况下，与流化床底部相接触的最下层颗粒受机械振动作用向斜上方运动，其方向与流化床底呈一夹角θ，而且θ＝β-α。此运动垂直于底板的分量v正＝vsinθ使颗粒床流态化，而此运动平行于底板的分量vp＝vcosθ则使下层颗粒向床身的上部移动。当这些向上移动的颗粒不断地堆积在床身上端时，其上表面中的颗粒因重力作用沿上表面向下方滑动，于是形成快速循环，如图1中的箭头所示。
由于颗粒床的表面层与底层沿相反方向迅速移动，导致中间层的颗粒形成许多局部涡流，大大强化了颗粒之间的混合与接触。这是循环式振动流化床的特点之一，其功能远非一般的振动流化床可比拟。
两种或多种颗粒可由床身上方的任何一端注入，如图1的进料口4及5所示。相互作用之后的混合物由床的上端略低于表面层处排出，如图1的排料口9所示。
图2为本发明的循环式振动流化床的实验装置示意图。如图2所示，循环式振动床床体1倾斜地安装在振动台2上，其倾斜角可以调节。振动台采用电机振动器，其频率、振幅、与振动角度均可调节。振动方向角恒大于床体倾斜角。实验采用的颗粒为石英砂及石灰石颗粒，粒度在0-1800微米之间。冷颗粒的温度为室温，约为75°f左右，储存于料斗33内，并由进料管34进入循环式振动流化床。热颗粒电加热至200°f以上，储存于料斗35内，并由进料管36进入循环式振动流化床。混合后的颗粒则由排料管37排出。采用如图2所示的实验装置，本发明的发明人进行了一系列的试验，探讨了不同倾斜角、流化床厚度、振幅、振动角、频率、以及有无载带气体的影响。典型的实验结果列于表1中。由表1可见，当振动角为45度，床身倾斜角为21.5度，振动频率为30赫、全振幅为3.0毫米时，循环式振动流化床的中部温度剖面相当均匀。由表面处(底板以上5.5英寸)到底部(底板以上0.5英寸)温度变化由141.4°f到151.3°f，其最高最低温度与全床平均温度的最大偏差约为10%。
煤的闪蒸干馏应用于煤的闪蒸干馏的循环式振动流化床的结构如图3所示，循环振动床床体1，倾斜地安装于振动台2上。在床的上部装有一具喷雾冷凝器3。煤的颗粒由进料管4，进入循环振动床;加热介质的颗粒则由进料管5进入。两种颗粒在床内迅速混合后，挥发物立即汽化并进入冷凝器3。冷却介质(一般采用冷却后再循环的煤焦油)由喷咀6，喷出成为雾滴，形成很大的冷却表面，从而使焦油蒸汽迅速凝结。冷凝后的液体由排液管7输出，而不凝结的可燃气体则由排气管8排出。分解后剩余的半焦与加热介质的混合物由排料管9排出。采用结构如图3所示的循环式振动流化床，每立方英尺的每天能处理约20吨原煤颗粒。
循环式振动流化床的另一优点在于其中颗粒密度高，因此设备体积小，单位体积的生产效率高，从而大大降低了投资成本。
当本发明的循环式振动流化床应用于煤的闪蒸干馏时，还有一独特的优点，即可以防止煤颗粒之间的相互粘结。多数高挥发性煤在一定温度范围内软化且具有粘结性，以致煤颗粒凝聚成块，从而妨碍流化，或附着于容器壁上，影响设备正常运动。但在循环式振动流化床内，由于升温速度很快，煤颗粒处于软化阶段的时间极短，在每500到600个颗粒之内平均令有一个软化颗粒，而且床内扰动剧烈，故煤颗粒之间的粘结不可能发生。因此，循环式振动流化床中可采用任何品种的高挥发性煤进行闪蒸干馏。
除了用于煤的闪蒸干馏外，本发明的循环式振动流化床还可以进行其他的颗粒之间的热交换。
本发明的循环式振动流化床与常压沸腾炉联合以联产液体燃料与电力本发明的循环式振动流化床还可以与常压沸腾炉联运，实现液体燃料与电力联产。此时，本发明方法中，热物料为常压沸腾炉的烁热再循环固体颗粒，其温度在700-1200℃之间。
采用长5英尺、宽20英尺、床厚度4英寸的本发明的循环式振动流化床与一座16万千瓦常压沸腾炉结合以联产液体燃料及电力。
将本发明的循环式振动流化床与常压沸腾炉联合以联产液体燃料与电力的系统如图4所示。在此种应用中，采用美国肯塔基9号烟煤作燃料，利用常压沸腾炉中再循环的大量热灰作为循环式振动流化床内的加热介质。
如图4所示，原煤由储仓41，送入破碎机44内制成颗粒并送入干燥柱42及43，热烟气由管线45进入干燥柱42及43，将其中的煤粒烘干。由烟气载带的煤粒在分离器46内分离。干燥的煤粒送入煤斗418内储存，而烟气则由烟道421排出。
用作脱硫剂的石灰颗粒储存于储仓47内，经由一束管线48，送入常压沸腾炉49内，与煤粒相混合。混合物在炉内燃烧。由热烟气载带的灼热石灰粒与部分未烧尽的煤粒离开沸腾炉后进入分离器411。分离后的灼热石灰粒与未烧尽的煤粒储存于热灰罐412内，而烟气则通过省煤器419，420而由烟道421排出。一小部分热石灰粒由排灰管413排出，而大部分热石灰粒则送入循环振动床414，用作加热介质。
干燥的煤粒由料斗418进入循环式振动流化床414，并在其中与灼热的石灰粒相混合。煤粒的温度迅速升高，其中的挥发物被蒸发出来。干馏所得的气体经冷凝后由管道422送出，而不凝结的可燃气体则由管线423送入沸腾炉作为辅助燃料。冷凝器的结构与以上所述相同，此处不再详叙。
干馏后所剩余的半焦粒与石灰粒的混合物，经由分配器416为来自热空气管417的空气载带，经管束410送入常压沸腾炉作为主要燃料用于发电。
采用图4所述的装置系统，每天可联产约5000余桶液体燃料，其热值相当于5号燃料油。
本发明的循环式振动流化床与煤粉炉电厂联运，实现液体燃料与电力联产，并同时对煤进行氢化脱硫处理本发明的循环式振动流化床还可以与煤粉炉电厂联运，实现液体燃料与电力联产，并同时对煤进行氢化脱硫处理。按照本发明，将二个本发明的循环式振动流化床与煤粉炉电厂结合，燃料煤在第一循环式振动流化床内经过闪蒸干馏后，在一第二循环式振动流化装置内进行半焦氢化脱硫;进入第二循环式振动流化床内的热物料的温度在1000-1200℃;在所述的第二循环式振动流化床内进行的半焦氢化脱硫的温度在800-1000℃的范围内。
在此种应用中，以灼热的白云石颗粒作为加热与脱硫介质，在两极循环振动床内使煤粒闪蒸干馏并氢化脱硫，再以所生产的脱硫半焦作为煤粉炉的清洁燃料。由于闪蒸干馏与氢化脱硫的最优温度范围不同，故采用两级串联的循环式振动流化床，如图5所示。
干燥的煤粒由储仓51，经管线52送入第一级循环振动床54内。加热介质颗粒由管线53送入该循环振动床。两者混合之后的温度控制在550℃左右，进行煤的闪蒸干馏。干馏所产生的焦油经冷凝后由管线56送出，而不凝结的可燃气体则由另一管线57送出。干馏所剩余的半焦颗粒与白云石颗粒的混合物，则由出料管55排出第一级循环振动床54，而进入第二级循环振动床58。
更大量的灼热白云石颗粒由管线59送入循环振动床8内与半焦颗粒相混合，使混合物温度上升到900℃左右。同样温度的氢气则由管线512送入此循环振动床的底部。在此温度下，更多的挥发物被蒸发，但更重要的是，半焦内所含的硫化物，大部分与氢作用而生成h2s气体放出。h2s气体与白云石发生如下化学反应
从而使硫固定于白云石颗粒内。高温的气体产物由管线510送出，而脱硫后的半焦颗粒与白云石颗粒则经由出料管511进入振动筛513互相分离。半焦由管线515送入煤粉炉作为发电燃料，而白云石则送往加热器517，加热到1200℃以上，重新用作加热介质。
一部分硫化后的白云石颗粒经由阀门516送入再生器518。在再生器内，硫化的白云石与由管线517送来的水蒸汽与co2混合气体发生如下的脱硫反应
此反应产生的h2s由管线520排出，而再生的碳酸白云石经由阀门521送入加热器517内，在高温下分解为白去石，并重新用作加热介质。此化学反应如下
加热后的白云石颗粒与气体的混合物进入旋风分离器522相互分离。气体由管线524排出，而灼热的白云石颗粒则存于料斗523内，以便送入循环振动床作为加热介质。由再生反应产生的h2s可以氧化为元素硫而作为一种副产品销售。
两级脱硫效率可达90%左右，一台30万千瓦的煤粉炉电厂，每天可以联产约10，000余桶液体燃料。
表1 循环振动床参数研究实验结果振动方向角度 (deg) = 45.0床身倾斜角度 (deg) = 21.5全振幅 (mm) = 3.0振动频率 (hz) = 30.0排料口高度 (in) = 3.5冷料注入后时间 (min) = 12热料进口温度 (f) = 218.4冷料进口温度 (f) = 77.3排料温度 (f) = 152.7热料流量 (ib/hr) = 650.0冷料流量 (ib/hr) = 500.0排料流量 (ib/hr) = 1150.0载带气体流量 (ft/s) = 0.0e 00载带气体温度 (f) = 0.0e 00颗粒床厚度(英寸)下端 中部 上端2.00 3.30 4.80
(续表1)测温点高度 温度(f)从床底算起 下端 中部 上端(in)5.50 141.40 141.40 202.904.50 147.00 134.90 185.703.50 145.30 140.70 146.202.50 128.20 160.30 141.401.50 139.80 160.30 122.50.50 146.20 151.30 125.00全床平均温度 (f)=150.25全床平均温度-排料温度 (f)=-2.4权利要求
1.一种循环式振动流化床，包括振动器和作为振动床的密封式容器，其特征在于所述的密封式容器是以一与振动器的水平面呈一锐角α的方向安装在所述的振动器上；在所述的密封式容器的任一端器壁的下部位置设有排料口，排料口的位置稍低于容器内相应端的物料表面；所述的密封式容器分别设有热物料和冷物料的进口；所述的热物料和冷物料的进料口高于容器内的物料表面。
2.如权利要求1所述的循环式振动流化床，其特征在于所述的密封式容器的上部空间进一步设有一冷凝器，该冷凝器穿过所述的密封式容器的下端器壁，并分别与一冷却液体喷嘴、不凝结气体出口和排液管相连。
3.如权利要求1所述的循环式振动流化床，其特征在于所述的振动器的施力方向与水平面呈一锐角β，而且角β恒大于角α。
4.如权利要求1所述的循环式振动流化床，其特征在于所述的角α的值在15-30度的范围内。
5.如权利要求1所述的循环式振动流化床，其特征在于所述的角β的值在20-50度的范围内。
6.一种煤的闪蒸干馏方法，包括以下步骤a)提供一种循环式振动流化床，其包括振动器和作为振动床的密封式容器，所述的密封式容器是以一与振动器的水平面呈一锐角α的方向安装在所述的振动器上;在所述的密封式容器的上端器壁的下部位置设有排料口，排料口的位置稍低于容器内上端的物料表面;所述的密封式容器分别设有热物料和冷物料的进口，进料口高于容器内的物料表面;在所述的密封式容器的上部空间设有一冷凝器，该冷凝器穿过所述的密封式容器的下端器壁，并分别与一冷却液体喷嘴、不凝结气体出口和排液管相连;b)使所述的振动器以与水平面呈锐角β的方向振动，而且角β恒大于角α;c)分别通过所述的热物料和冷物料进料口向所述的容器中加入煤和加热介质使煤进行闪蒸干馏;d)闪蒸干馏产生的蒸气进入所述的冷凝器内，并由所述的喷嘴喷出的冷凝介质迅速冷凝，形成的液体物料由排液管排出，而不凝结气体则由不凝结气体出口排出;e)将容器中经闪蒸干馏后的物料经排料口排出。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述的热物料的温度在600-1200℃的范围内，所述的冷物料的温度在10-350℃的范围内。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述的容器内的闪蒸干馏温度在350-650℃的范围内。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述的角α在15-30度的范围内，所述的角β在20-45度的范围内。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述的热物料为常压沸腾炉的烁热再循环固体颗粒。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于所述的热物料的温度在700-1200℃。
12.如权利要求6所述的方法，进一步包括将经过闪蒸干馏后的物料在一第二循环式振动流化床内进行半焦氢化脱硫的步骤。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于进入第二循环式振动流化床内的热物料的温度在1000-1200℃。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于所述的第二循环式振动流化床内进行的半焦氢化脱硫的温度在800-1000℃的范围内。
全文摘要
本发明涉及一种循环式振动流化床，包括振动器和作为振动床的密封式容器，其特征在于所述的密封式容器是以一与振动器的水平面呈一锐角α的方向安装在所述的振动器上；在所述的密封式容器的任一端器壁的下部位置设有排料口，排料口的位置稍低于容器内相应端的物料表面；所述的密封式容器分别设有热物料和冷物料的进口；所述的热物料和冷物料的进料口高于容器内的物料表面。
文档编号c10j3/48gk1083848sq93109129
公开日1994年3月16日 申请日期1993年7月29日 优先权日1993年7月29日
发明者罗伯特·e·麦克弗森, 阿瑟·p·弗拉斯, 阿瑟·m·斯夸尔斯, 吕应中 申请人:pai公司