本发明属于气体处理技术领域，涉及一种处理气体的系统及方法，尤其涉及一种处理含有机分子气体的系统及方法。
背景技术：
在有机化学反应中，常常需要含有有机分子气体的高温载气用于提供反应能量或流动化的动力，或者将有机分子气体中的有机分子通过高温分解为合适的反应单体参与反应。例如cn104017609a公开的煤炭以气体为载体的热解；加氢反应中将有机分子气体用于稳定大分子自由基的甲基、乙基、活性氢等自由基供给。
含有机分子气体的主要加热和/或反应的方法包括通过火焰加热传热、高温蓄热传热或部分氧化自热。但是含有机分子气体中的有机分子在高温条件下容易缩合生成焦炭，在采用炉管加热时不能加热到很高的温度，否则炉管表面会生产焦炭，存在影响传热和/或堵塞炉管的风险，影响加热的经济性与稳定性。
如果采用高温蓄热式传热，含有机分子气体的温度虽然能够加热到很高，但由于有机分子在高温容易缩合生焦，因此高温蓄热式传热不能连续进行，需要采用多台蓄热式加热锅炉通过加热与烧焦不断切换的方法进行加热，这不仅会增加处理有机分子气体的成本，且会降低生产效率，影响生产的稳定性。
采用部分氧化自热的方法，能够将含有机分子气体加热到很高的温度，也能够实现连续生产，但由于氧化自热需要补充空气或氧气，自热过程中必然会产生co、co2、n2、so2、nox以及h2o等无效甚至有害的气体，这些气体的存在会引起反应效率的较低，增加生产能耗；而且有害气体的存在还需要增加额外的处理有毒有害气体的设备。
因此，提供一种能够连续稳定使含有机分子气体温度升高的系统，对于提高能源利用率，避免直接加热的结焦缺陷、蓄热式加热的不稳定缺陷以及氧化自热式加热时无效气体量大的缺陷具有重要的意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种处理含有机分子气体的系统及方法，所述处理含有机分子气体的系统的换热效率高且能够长期稳定运行，能够有效避免直接加热方式结焦缺陷、蓄热式加热不稳定的缺陷以及氧化自热式加热产生大量无效气体的缺陷。而且所述处理含有机分子气体的系统能够与许多工艺耦合，应用前景十分广阔。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种处理含有机分子气体的系统，所述系统包括固体热载体供料单元、含有机分子气体供气单元、气固混合装置以及气固分离装置。
所述气固混合装置中，含有机分子气体供气单元提供的含有机分子气体作为流化介质，与固体热载体供料单元提供的固体热载体混合换热，混合介质流入气固分离装置进行气固分离。
本发明所述“含有机分子气体”包括但不限于煤炭热解产生的荒煤气、炼油厂的干气、油田伴生气、天然气或液体有机物加热气化后的气体中的任意一种或至少两种的组合。
本发明提供的处理含有机分子气体的系统通过使用固体热载体与含有机分子气体进行换热，从而提升含有机分子气体的温度。在混合换热的过程中，含有机分子的气体作为流化介质，流化输送高温固体热载体，由于固体热载体的性质与温度不同，含有机分子气体可被加热到不同温度和/或分解为不同的单体。与高温固体热载体分离后，升温后的含有机分子气体能够根据含有的有机分子气体的种类，应用于不同的反应过程中。
本发明在所述处理含有机分子气体的系统中，通过气固流化换热的方法加热和/或分解有机分子。所述处理含有机分子气体的系统的换热效率高，能够有效地避免了直接加热带来的结焦缺陷、蓄热式加热不稳定的缺陷以及氧化自热式加热产生大量无效气体的缺陷。
优选地，所述固体热载体供料单元包括用于加热固体热载体的固体热载体加热装置。
所述固体热载体加热装置不仅能够在系统运行时加热固体热载体，还能够对固体热载体换热后形成的含碳热载体进行再热。
优选地，本发明所述固体热载体加热装置为流化床，所述固体热载体和/或含碳热载体在自身夹带焦炭和/或外部热源的作用下进行升温。升温后的固体热载体和/或含碳热载体用于与含有机分子气体换热，燃烧产生的烟气可在本领域常用的余热回收装置内进行余热回收。
优选地，所述气固混合装置为流化床。
本发明所述含有机分子气体与固体热载体在气固混合装置内进行混合换热。混合换热过程中，作为流动介质的含有机分子气体带动固体热载体流动，根据不同固体热载体的温度，通过调节气固比例，使含有机分子气体加热至所需温度。
部分有机分子在升温过程中会发生缩合而产生焦炭，通过固体热载体对含有机分子气体进行加热，加热过程中产生的焦炭会富集在固体热载体表面，从而克服焦炭在炉管表面富集并堵塞炉管的缺陷。
烧焦的方法能够使固体热载体表面富集的焦炭燃烧，使固体热载体能够回用于与含有机分子气体的混合换热；同时，烧焦还能使固体热载体升温，减少固体热载体升温所需外部热源。
优选地，所述气固分离装置包括惯性分离器、旋风分离器或筛板中的任意一种或至少两种的组合。
本发明通过气固分离装置的设置，使换热后的气固混合物分离为含碳热载体与升温有机气体。其中，升温有机气体能够用于所需工艺步骤中；含碳热载体在固体热载体加热装置内通过外部热源和/或自身燃烧升温后，回用于与含有机分子气体的混合换热。
优选地，所述气固分离装置分离出的固体回到固体热载体加热装置进行加热。
优选地，所述固体热载体加热装置包括但不限于流化床。
由气固分离装置分离出的含碳热载体回到流化床，在底部高速气流的作用下形成流态化悬浮层，从而进行流化燃烧。当含碳热载体所带焦炭燃烧产生的热量不足时，可以通过补充外部热源的方法来使含碳热载体加热到所需温度。
所述外部热源可以通过外部燃料直接补入固体热载体加热装置燃烧，使固体热载体加热至所需温度；也可以通过外部燃料在外部燃烧装置燃烧后产生的热量补入固体热载体加热装置，使固体热载体加热至所需温度。
优选地，所述外部燃料包括燃料油和/或燃料气，进一步优选为重质燃料油。
优选地，本发明提供的系统还能够与流化焦化工艺进行耦合。
优选地，所述固体热载体包括瓷球、石英砂、玻璃、蛭石或分子筛中的任意一种或至少两种的组合。典型但非限制性的组合包括瓷球与石英砂的组合，石英砂与玻璃的组合，玻璃与蛭石的组合，蛭石与分子筛的组合，瓷球、石英砂与玻璃的组合，瓷球、玻璃与蛭石的组合，瓷球、蛭石与分子筛的组合，石英砂、玻璃、蛭石与分子筛的组合，瓷球、石英砂、蛭石与分子筛的组合或瓷球、石英砂、玻璃、蛭石与分子筛的组合。
所述组合包括混合或复合。
所述混合即为至少两种材料的常规混合。
所述复合的方法包括但不限于将至少两种材料进行球磨，然后捏合后进行成型烧结。本发明不对球磨、捏合以及烧结成型的参数做具体限定，本领域技术人员能够根据固体热载体的具体组成进行合理地选择。
本发明所述固体热载体为热容量大且热稳定性好的固体物料，通过选定上述固体物料，能够使含有机分子气体与固体热载体的换热稳定进行。
第二方面，本发明提供了一种应用如第一方面所述的处理含有机分子气体的系统的方法，所述方法包括如下步骤：
含有机分子气体与固体热载体混合换热，气固分离后得到升温有机气体与含碳热载体；含碳热载体再升温后，回用于与含有机分子气体的混合换热。
优选地，所述固体热载体包括瓷球、石英砂、玻璃、蛭石或分子筛中的任意一种或至少两种的组合。典型但非限制性的组合包括瓷球与石英砂的组合，石英砂与玻璃的组合，玻璃与蛭石的组合，蛭石与分子筛的组合，瓷球、石英砂与玻璃的组合，瓷球、玻璃与蛭石的组合，瓷球、蛭石与分子筛的组合，石英砂、玻璃、蛭石与分子筛的组合，瓷球、石英砂、蛭石与分子筛的组合或瓷球、石英砂、玻璃、蛭石与分子筛的组合。
所述组合包括混合或复合。
所述混合即为至少两种材料的常规混合。
所述复合的方法包括但不限于将至少两种材料进行球磨，然后捏合后进行成型烧结。本发明不对球磨、捏合以及烧结成型的参数做具体限定，本领域技术人员能够根据固体热载体的具体组成进行合理地选择。
优选地，所述含有机分子气体包括但不限于煤炭热解产生的荒煤气、炼油厂的干气、油田伴生气、天然气或液体有机物加热气化后的气体中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述混合换热为以含有机分子气体作为流化介质，使含有机分子气体与固体热载体进行混合换热。
本发明提供的处理含有机分子气体的系统通过使用固体热载体与含有机分子气体进行换热，从而提升含有机分子气体的温度。在混合换热的过程中，含有机分子的气体作为流化介质，流化输送高温固体热载体，由于固体热载体的性质与温度不同，含有机分子气体可被加热到不同温度和/或分解为不同的单体。与高温固体热载体分离后，升温后的含有机分子气体能够根据含有的有机分子气体的种类，应用于不同的反应过程中。
本发明在所述处理含有机分子气体的系统中，通过气固流化换热的方法加热和/或分解有机分子。所述处理含有机分子气体的系统的换热效率高，能够有效地避免了直接加热带来的结焦缺陷、蓄热式加热不稳定的缺陷以及氧化自热式加热产生大量无效气体的缺陷。
优选地，所述固体热载体的粒径d90为100-3000μm，例如可以是100μm、500μm、1000μm、1500μm、2000μm、2500μm或3000μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述固体热载体的温度为600-1000℃，例如可以是600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃或1000℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述升温气体的温度为500-900℃，例如可以是500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃或900℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；升温气体的相对压力为0-1mpa，例如可以是0mpa、0.1mpa、0.2mpa、0.3mpa、0.4mpa、0.5mpa、0.6mpa、0.7mpa、0.8mpa、0.9mpa或1mpa，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明所述方法的优选技术方案，所述方法包括如下步骤：
含有机分子气体与粒径d90为100-3000μm、温度600-1000℃的固体热载体混合换热，气固分离后得到含碳热载体与温度为500-900℃、相对压力为0-1mpa的升温有机气体；含碳热载体升温至600-1000℃，回用于与含有机分子气体的混合换热。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述含有机分子气体与固体热载体在气固混合装置内进行混合换热；混合换热过程中，作为流动介质的含有机分子气体带动固体热载体流动，根据不同固体热载体的温度，通过调节气固比例，使含有机分子气体加热至所需温度；而含有机分子气体升温缩合产生的焦炭富集在固体热载体表面，能够使含有机分子气体的换热升温连续进行；而且，表面含有焦炭的固体热载体能够通过烧焦的方法加热到所需温度；
(2)本发明能够与流化焦化系统进行耦合，从而降低对含有机分子气体进行加热所需成本。
附图说明
图1为实施例1提供的处理含有机分子气体的系统的结构示意图；
图2为实施例2提供的处理含有机分子气体的系统的结构示意图；
图3为实施例3提供的处理含有机分子气体的系统的结构示意图。
其中：1，气固混合装置；2，气固分离装置；3，固体热载体加热装置。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种处理含有机分子气体的系统，所述处理含有机分子气体的系统结构示意图如图1所示，包括固体热载体供料单元、含有机分子气体供气单元、气固混合装置1以及气固分离装置2。
所述气固混合装置1中，含有机分子气体供气单元提供的含有机分子气体作为流化介质，与固体热载体供料单元提供的固体热载体混合换热，混合介质流入气固分离装置2进行气固分离。
所述固体热载体供料单元包括用于加热固体热载体的固体热载体加热装置3，所述固体热载体加热装置3为流化床，与含有机分子气体换热分离后的固体热载体在流化床内进行流化燃烧。
所述气固混合装置1为流化床；所述气固分离装置2为旋风分离器、惯性分离器或筛板中的任意一种，只要能够实现气固分离即可。
所述处理含有机分子气体的系统通过使用固体热载体与含有机分子气体进行换热，从而提升含有机分子气体的温度。在混合换热的过程中，含有机分子的气体作为流化介质，流化输送高温固体热载体，由于固体热载体的性质与温度不同，含有机分子气体可被加热到不同温度和/或分解为不同的单体。与高温固体热载体分离后，升温后的含有机分子气体能够根据含有的有机分子气体的种类，应用于不同的反应过程中。
所述处理含有机分子气体的系统中，通过气固流化换热的方法加热和/或分解有机分子。所述处理含有机分子气体的系统的换热效率高，能够有效地避免了直接加热带来的结焦缺陷、蓄热式加热不稳定的缺陷以及氧化自热式加热产生大量无效气体的缺陷。
混合换热过程中，作为流动介质的含有机分子气体带动固体热载体流动，根据不同固体热载体的温度，通过调节气固比例，使含有机分子气体加热至所需温度；而含有机分子气体升温缩合产生的焦炭富集在固体热载体表面，能够使含有机分子气体的换热升温连续进行；而且，表面含有焦炭的固体热载体能够通过烧焦的方法加热到所需温度。
由气固分离装置2分离出的含碳热载体回到流化床，在底部高速气流的作用下形成流态化悬浮层，从而进行流化燃烧。当含碳热载体所带焦炭燃烧产生的热量不足时，可以通过补充重质燃料油的方法来使含碳热载体加热到所需温度。
实施例2
本实施例提供了一种处理含有机分子气体的系统，所述处理含有机分子气体的系统结构示意图如图2所示，包括固体热载体供料单元、含有机分子气体供气单元、气固混合装置1以及气固分离装置2。
与实施例1相比，实施例2提供的处理含有机分子气体的系统对应用后降温的含有机分子气体进行循环升温回用，其余均与实施例1相同。
所述处理含有机分子气体的系统通过使用固体热载体与含有机分子气体进行换热，从而提升含有机分子气体的温度。在混合换热的过程中，含有机分子的气体作为流化介质，流化输送高温固体热载体，由于固体热载体的性质与温度不同，含有机分子气体可被加热到不同温度和/或分解为不同的单体。与高温固体热载体分离后，升温后的含有机分子气体能够根据含有的有机分子气体的种类，应用于不同的反应过程中；而后含有机分子气体降温，循环至气固混合装置1后进行回用。
所述处理含有机分子气体的系统中，通过气固流化换热的方法加热和/或分解有机分子。所述处理含有机分子气体的系统的换热效率高，能够有效地避免了直接加热带来的结焦缺陷、蓄热式加热不稳定的缺陷以及氧化自热式加热产生大量无效气体的缺陷。
混合换热过程中，作为流动介质的含有机分子气体带动固体热载体流动，根据不同固体热载体的温度，通过调节气固比例，使含有机分子气体加热至所需温度；而含有机分子气体升温缩合产生的焦炭富集在固体热载体表面，能够使含有机分子气体的换热升温连续进行；而且，表面含有焦炭的固体热载体能够通过烧焦的方法加热到所需温度。
由气固分离装置2分离出的含碳热载体回到流化床，在底部高速气流的作用下形成流态化悬浮层，从而进行流化燃烧。当含碳热载体所带焦炭燃烧产生的热量不足时，可以通过补充高温有机燃烧气的方法来使含碳热载体加热到所需温度。
实施例3
本实施例提供了一种处理含有机分子气体的系统，所述处理含有机分子气体的系统结构示意图如图3所示，包括固体热载体供料单元、含有机分子气体供气单元、气固混合装置1以及气固分离装置2。
与实施例2相比，实施例3提供的处理含有机分子气体的系统中，固体热载体加热装置3还与传统的流化焦化装置相连。
流化焦化装置通过燃烧重劣质燃料油加热固体热载体，使升温得到的含碳热载体返回至固体热载体加热装置3，从而使固体热载体加热装置3内固体热载体的温度达到所需温度。
应用实施例1-3提供的处理含有机分子气体的系统对含有机分子气体进行升温和/或分解时，所述固体热载体包括粒径d90为100-3000μm的瓷球、石英砂、玻璃、蛭石或分子筛中的任意一种或至少两种的组合，且固体热载体的温度为600-1000℃。
根据含有机分子气体的应用工艺以及含有机分子气体中有机分子的组成，通过控制气固混合装置1中的气固比，使含有机分子气体的温度升高至500-900℃。含有机分子气体与固体热载体混合换热后的混合物在气固分离装置2内进行气固分离，得到的升温有机气体应用于所需工艺，降温后返回至气固混合装置1进行换热升温；气固分离后得到的含碳热载体在固体热载体加热装置3内升温，当自身焦炭燃烧产生的热量不足时，可以通过外加燃料和/或与流化焦化系统耦合的方式，使含碳热载体升高至所需温度。
综上所述，本发明所述含有机分子气体与固体热载体在气固混合装置内进行混合换热；混合换热过程中，作为流动介质的含有机分子气体带动固体热载体流动，根据不同固体热载体的温度，通过调节气固比例，使含有机分子气体加热至所需温度；而含有机分子气体升温缩合产生的焦炭富集在固体热载体表面，能够使含有机分子气体的换热升温连续进行；而且，表面含有焦炭的固体热载体能够通过烧焦的方法加热到所需温度；本发明能够与流化焦化系统进行耦合，从而降低对含有机分子气体进行加热所需成本。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
1.一种处理含有机分子气体的系统，其特征在于，所述系统包括固体热载体供料单元、含有机分子气体供气单元、气固混合装置以及气固分离装置；
所述气固混合装置中，含有机分子气体供气单元提供的含有机分子气体作为流化介质，与固体热载体供料单元提供的固体热载体混合换热，混合介质流入气固分离装置进行气固分离。
2.根据权利要求1所述的处理含有机分子气体的系统，其特征在于，所述固体热载体供料单元包括用于加热固体热载体的固体热载体加热装置。
3.根据权利要求1或2所述的处理含有机分子气体的系统，其特征在于，所述气固混合装置为流化床。
4.根据权利要求1-3任一项所述的处理含有机分子气体的系统，其特征在于，所述气固分离装置包括惯性分离器、旋风分离器或筛板中的任意一种或至少两种的组合。
5.根据权利要求2所述的处理含有机分子气体的系统，其特征在于，所述气固分离装置分离出的固体回到固体热载体加热装置进行加热；
优选地，所述固体热载体包括瓷球、石英砂、玻璃、蛭石或分子筛中的任意一种或至少两种的组合。
6.一种应用如权利要求1-5任一项所述的处理含有机分子气体的系统的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
含有机分子气体与固体热载体混合换热，气固分离后得到升温有机气体与含碳热载体；含碳热载体再升温后，回用于与含有机分子气体的混合换热。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述混合换热为以含有机分子气体作为流化介质，使含有机分子气体与固体热载体进行混合换热。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述固体热载体包括瓷球、石英砂、玻璃、蛭石或分子筛中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述固体热载体的粒径d90为100-3000μm；
优选地，所述固体热载体的温度为600-1000℃。
9.根据权利要求6-8任一项所述的方法，其特征在于，所述升温气体的温度为500-900℃，升温气体的相对压力为0-1mpa。
10.根据权利要求6-9任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
含有机分子气体与粒径d90为100-3000μm、温度600-1000℃的固体热载体混合换热，气固分离后得到含碳热载体与温度为500-900℃、相对压力为0-1mpa的升温有机气体；含碳热载体升温至600-1000℃，回用于与含有机分子气体的混合换热。
技术总结