煤加氢气化装置的制作方法

1.本公开涉及煤气化技术领域，尤其涉及一种煤加氢气化装置。


背景技术：

2.煤加氢气化是煤粉与氢气在一定条件下反应，生成甲烷、轻质芳烃油品和洁净半焦的过程。煤加氢气化反应过程中先后发生快速加氢热解、挥发分二次裂解及活性半焦加氢气化等反应。
3.具体地，煤粉在炉体内发生快速热解，产生大量的自由基小分子与活泼氢气分子结合，形成优质的油品和半焦。油品和半焦之后会继续发生二次反应。其中，油品中的分子在持续的高温条件下容易裂解成更小的分子，转成甲烷等链式结构，在炉体内二次反应生成气体产物，导致油品产率减少。其中，半焦在持续的高温条件下，剩余的挥发分继续析出，半焦中含氧官能团、烷基侧链深度分解转化成小分子气体，并发生半焦缩聚，即在炉体内二次反应产生甲烷等气体。
4.为了减少油品二次反应影响，若将反应温度降低，会减少油品二次裂解，提高油品产率，但是温度降低会导致半焦中的挥发分较难或者无法析出，即减弱了半焦二次反应，导致甲烷产率降低。因此，如何同时保证油品产率和甲烷产率成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种煤加氢气化装置。
6.本公开提供了一种煤加氢气化装置，包括炉体，所述炉体具有反应区以及半焦下落区，所述半焦下落区位于所述反应区的下方，且与所述反应区连通；
7.所述反应区的侧壁底部设置有气体出口，所述半焦下落区内的顶部设置有气体引导结构，以使从所述反应区下落的半焦中携带的部分油气在所述气体引导结构的作用下由所述气体出口排出。
8.可选的，所述气体引导结构包括两端开口的物料下落管，所述物料下落管竖向设置在所述半焦下落区内的顶部，以使由所述反应区下落的半焦经所述物料下落管进入至所述半焦下落区内；
9.所述物料下落管的顶端开口口径大于所述物料下落管的底端开口口径，以使所述半焦中携带的部分油气在所述物料下落管的管壁的挤压作用下向所述气体出口处流动。
10.可选的，在沿所述物料下落管的顶端至所述物料下落管的底端的方向上，所述物料下落管的内径逐渐减小，以使所述物料下落管形成为锥形管。
11.可选的，所述物料下落管的内侧壁与水平面之间的夹角范围为30
°
～60
°
；
12.所述物料下落管的竖向高度不大于所述半焦下落区高度的1/3。
13.可选的，所述气体出口处设置有激冷装置，所述激冷装置具有激冷介质出口，所述激冷装置用于向所述气体出口处喷射激冷介质，以降低流动至所述气体出口处的油气的温
度。
14.可选的，所述激冷介质出口朝向远离所述炉体内腔的方向倾斜设置，以使所述激冷介质的出射方向与所述半焦的下落方向互不干涉。
15.可选的，所述激冷介质出口的中轴线与所述气体出口的中轴线之间的夹角小于45
°
。
16.可选的，所述激冷装置包括至少两个激冷喷嘴，所述激冷喷嘴的喷射口形成为所述激冷介质出口，至少两个所述激冷喷嘴沿所述气体出口的周向均匀排布；
17.或者，所述激冷装置包括环设在所述气体出口处的激冷环，所述激冷环具有至少两个所述激冷介质出口，至少两个所述激冷介质出口沿所述激冷环的周向均匀排布。
18.可选的，所述半焦下落区的侧壁上还设置有气体排放口。
19.可选的，所述气体排放口靠近所述半焦下落区的顶部设置。
20.本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
21.本公开提供的煤加氢气化装置，通过使炉体具有反应区和位于反应区下方的半焦下落区，在反应区的侧壁底部设置气体出口，反应区内反应产生的半焦携带油气一起下落，由于半焦下落区内的顶部设置有气体引导结构，半焦中携带的部分油气会在气体引导结构的作用下上升，由气体出口排出，从而在一定程度上减少了进入至半焦下落区内的油气量，即减少了油气的二次裂解，在一定程度上提高了油品的产率，而半焦则在重力作用下落至半焦下落区内继续反应，从而保证了甲烷的产率。也就是说，本公开的煤加氢气化装置通过上述设置，既可以实现半焦的继续反应，增加甲烷产率，又可以减少油品的二次裂解，提高油品产率，使得油品的产率和甲烷的产率均得以保证，保障了加氢气化总碳转化率在较高水平。
附图说明
22.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
23.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本公开实施例所述的煤加氢气化装置的结构示意图；
25.图2为图1中气体出口处的结构放大图。
26.其中，1、炉体；10、进料口；11、反应区；111、气体出口；12、半焦下落区；120、气体引导结构；121、物料下落管；122、气体排放口；123、排渣口；13、激冷装置；130、激冷介质出口；131、激冷喷嘴。
具体实施方式
27.为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
28.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采
用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
29.煤加氢气化是在中温(800℃
‑
1000℃)、高压(5mpa
‑
10mpa)和富氢条件下，煤粉与氢气反应直接生成甲烷、轻质芳烃油品和洁净半焦的过程。加氢气化反应过程中先后发生快速加氢热解、挥发分二次裂解及活性半焦加氢气化等反应。
30.具体地，加氢气化过程中分别发生如下反应：
31.1)煤粉发生快速热解，煤颗粒经历一个温升过程，在非常短的时间内煤粉中大量挥发分释放并发生强烈的解聚和分解反应，为热解的一次反应过程，产生大量的自由基小分子与活泼氢气分子结合，形成优质的油气(油气中含有油品)和半焦。油气和半焦之后会继续发生二次反应。
32.2)油品二次反应：油气中的分子由于源于挥发分中小分子加氢，分子结构较为简单，多为单环和双环芳香族结构物，在持续的高温条件下，容易分解成更小的分子，转成甲烷等链式结构，成为气体产物，造成油气中油品产率减少。
33.3)半焦二次反应：在持续的高温条件下，半焦中剩余的挥发分继续析出，半焦中含氧官能团、烷基侧链深度分解转化成小分子气体，并发生半焦缩聚，产生甲烷等气体。
34.具体地，在较高反应温度下(>900℃)大量煤粉充分热解后形成大量小分子碎片，加氢后形成甲烷等小分子气体及部分小分子油品，但由于一直处于较高温度下持续，油品分子持续发生裂解与氢结合形成气相甲烷，油品分解产率下降，故油品收率较低乃至为零，甲烷产率较高，总碳转化率>50％。而在较低反应温度下(<820℃)第一步热解能量不足，产生小分子碎片较少，无法形成大量的小分子用于加氢形成轻质油甲烷产率较低，油品产率较高，但重油组分比例增加，品质下降。因而在生产中很难兼顾高甲烷产率和油收率，这将直接影响技术的经济性和市场竞争力。
35.基于此，本实施例提供一种煤加氢气化装置，以同时保证油品产率和甲烷产率。下面通过具体的实施例对该煤加氢气化装置进行详细说明：
36.参照图1和图2所示，本实施例提供的煤加氢气化装置，包括：炉体1，炉体1具有反应区11以及半焦下落区12。其中，半焦下落区12位于反应区11的下方，且与反应区11连通。
37.具体地，炉体1具有进料口10，煤粉以及氢气可从该进料口10进入至炉体1内，在反应区11内发生反应，生成半焦和油气，半焦会携带油气一起下落。可以理解的是，油气中含有油品。
38.其中，反应区11的侧壁底部设置有气体出口111，半焦下落区12内的顶部设置有气体引导结构120，以使从反应区11下落的半焦中携带的部分油气在气体引导结构120的作用下由气体出口111排出。
39.具体地，半焦携带油气一起下落，当半焦和油气下落至半焦下落区12内顶部的气体引导结构120处时，其中一部分油气会在气体引导结构120的作用下上升，直接从反应区11底部的气体出口111排出，进而进入至下游系统中进行油气分离，以分离出油品和气体。其中，油品中包含有高附加值的苯、甲苯等组分。由于部分油气从气体出口111排出，因此减少了该部分气体中小分子的继续分解，即减少了随半焦一起进入至半焦下落区12内的油气量，进而减少了油气的二次裂解，从而保证了油气中油品的产率。而半焦则会在重力作用下下降至半焦下落区12内继续反应，即半焦和氢气继续反应，产生甲烷等气体。由于炉体1内
温度未发生变化，因此不会影响半焦的继续反应，从而保证了甲烷的产率。其中，可以在半焦下落区12的底部设置排渣口123，半焦下落区12内反应产生的残渣可通过该排渣口123排出至炉体外部。
40.可以理解的是，反应区11内反应产生的一部分油气在气体引导结构120的作用下由气体出口111排出，反应区11内反应产生的另一部分油气随半焦一起下落至半焦下落区12内，继续进行二次反应，因此，保证了油气中油品的产率。
41.本实施例提供的煤加氢气化装置，通过使炉体1具有反应区11和位于反应区11下方的半焦下落区12，在反应区11的侧壁底部设置气体出口111，反应区11内反应产生的半焦携带油气一起下落，由于半焦下落区12内的顶部设置有气体引导结构120，半焦中携带的部分油气会在气体引导结构120的作用下上升，由气体出口111排出，从而在一定程度上减少了进入至半焦下落区12内的油气量，即减少了油气的二次裂解，在一定程度上提高了油品的产率，而半焦则在重力作用下落至半焦下落区12内继续反应，从而保证了甲烷的产率。也就是说，本公开的煤加氢气化装置通过上述设置，既可以实现半焦的继续反应，增加甲烷产率，又可以减少油品的二次裂解，提高油品产率，使得油品的产率和甲烷的产率均得以保证，保障了加氢气化总碳转化率在较高水平。
42.参照图1所示，在一些实施例中，气体引导结构120具体包括：两端开口的物料下落管121。物料下落管121竖向设置在半焦下落区12的顶部，以使由反应区11下落的半焦经物料下落管121进入至半焦下落区12内。可以理解的是，物料下落管121的顶端开口形成为物料入口，物料下落管121的底端开口形成为物料出口。
43.物料下落管121比如可以是由耐高温的材质制成的金属管，本实施例对物料下落管121的具体材质不作具体限定。
44.具体地，物料下落管121的顶端开口口径大于物料下落管121的底端开口口径，以使半焦中携带的部分油气在物料下落管121的管壁的挤压作用下向气体出口111处流动。
45.也就是说，反应区11反应产生的油气和半焦向下落，由物料入口进入至物料下落管121。由于物料下落管121的物料入口口径大于物料下落管121的物料出口口径，而油气的质量较轻，因此半焦携带的部分油气会在物料下落管121的管壁的挤压作用下上升，进而从气体出口111流出。
46.较为优选的，在沿物料下落管121的顶端至物料下落管121的底端的方向上，物料下落管121的内径逐渐减小，以使物料下落管121形成为锥形管。也就是说，物料下落管121底部形成为缩口状，不仅使得半焦能顺利下落，又能通过缩口对油气和半焦产生横向外力，使得半焦因重力下降至缩口并继续下落至半焦下落区12底部，部分油气上升进入至气体出口111，从而可以有效的减少这部分气体中小分子的继续分解，减少油气随半焦排出。
47.具体实现时，若锥形的物料下落管121的管壁的倾斜角度过小，即物料下落管121的内侧壁与水平面之间的夹角过大，会导致物料下落管121的管壁对油气的挤压作用较小，影响上升的油气量；但若将锥形的物料下落管121的管壁的倾斜角度设置的过大，即物料下落管121的内侧壁与水平面之间的夹角过小，会导致半焦聚集在物料下落管121的内侧壁上，影响半焦的顺畅下落。基于此，在一些实施例中，可将物料下落管121的内侧壁与水平面之间的夹角设置在30
°
～60
°
之间，不仅能够保证物料下落管121的管壁对油气的向上挤压作用，且可保证半焦的顺畅下落。
48.此外，可以将物料下落管121的竖向高度设置为不大于半焦下落区12高度的1/3，以缩短部分油气在物料下落管121内的停留时间，进一步减少该部分油气发生二次裂解，以进一步提高油品产率。
49.继续参照图1和图2所示，在一些实施例中，气体出口111处还设置有激冷装置13。其中，激冷装置13具有激冷介质出口130，激冷装置13用于向气体出口111处喷射激冷介质，以降低流动至气体出口111处的油气的温度。
50.通过设置激冷装置13，能够在一定程度上避免流动至气体出口111处的油气温度过高而继续发生裂解，从而进一步保证了油品产率。
51.具体实现时，激冷介质比如可以是激冷气，激冷气由激冷介质出口130喷出，从而降低气体出口111处油气的温度。激冷气比如可以是氮气、合成气、氢气等。
52.当然，激冷介质也可以是激冷水，通过激冷介质出口130向气体出口111处喷射激冷水，以降低气体出口111处油气的温度。
53.较为优选的，激冷介质出口130朝向远离炉体1内腔的方向倾斜设置，以使激冷介质的出射方向与半焦的下落方向互不干涉。由于激冷介质出口130朝向远离炉体1内腔的方向倾斜，即，激冷介质出口130朝向油气的流出方向倾斜，因此，激冷介质不仅起到了对油气的降温作用，同时还起到了对油气的输送作用。而且这样设置还可以避免喷出的激冷介质对下落的半焦产生影响，即不会影响炉体1内的反应温度，保证炉体1内二次反应的正常进行。
54.在本实施例中，激冷介质出口130的中轴线与气体出口111的中轴线之间的夹角a小于45
°
。即，0
°
<a<45
°
。这样设置使得激冷介质的喷出不会影响到油气从气体出口111的正常排出，且能够较好的起到对油气的输送作用。
55.参照图2所示，在一些实施例中，激冷装置13具体包括：至少两个激冷喷嘴131，激冷喷嘴131的喷射口形成为激冷介质出口130，至少两个激冷喷嘴131沿气体出口111的周向均匀排布，这样设置使得激冷更加均匀有效。
56.在另一些实施例中，激冷装置13也可以包括：环设在气体出口111处的激冷环，激冷环具有至少两个激冷介质出口130，至少两个激冷介质出口130沿激冷环的周向均匀排布，这样设置使得激冷更加均匀有效。
57.半焦在半焦下落区12二次反应会生成甲烷、一氧化碳、二氧化碳等气体，为了进一步提高甲烷的收率，在本实施例中，半焦下落区12的侧壁上还设置有气体排放口122，以使半焦下落区12内反应产生的气体能够由该气体排放口122排出。这样设置使得该煤加氢气化装置不仅能够适用于低阶煤种，还可以适用于其他煤种。其中，低阶煤种反应产生的半焦二次热解作用较弱，半焦二次热解产生的甲烷较少。
58.具体地，可将气体排放口122靠近半焦下落区12的顶部设置，这样能够避免半焦下落区12底部聚集的反应残渣堵住气体排放口122而影响气体的正常排放。
59.本实施例提供的煤加氢气化装置，通过设置气体引导结构120和激冷装置13，在较高的反应温度下实现了较高的油品产率和甲烷产率。
60.下表1为利用本实施例的煤加氢气化装置和现有的煤加氢气化装置分别进行煤加氢气化后产生的油品的组成对照表。
61.表1
62.油品组成*原装置油品组成本方案油品组成苯/％63.8878.77甲苯/％2.373.58二甲苯/％0.150.1苯酚/％0.10.02萘/％10.117.72芴/％4.210.84菲/％6.581.71蒽/％2.180.02芘/％5.384.14
63.通过表1可以看出，利用本实施例提供的煤加氢气化装置进行煤加氢气化最终产生的油品中的具有高附加值的苯和甲苯含量明显提高，具有较高的经济性和市场竞争力。
64.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
65.以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。