本实用新型涉及煤化工设备技术领域，尤其涉及一种具有半焦冷却分离功能的加氢气化炉。
背景技术：
加氢气化是指含碳化合物与氢气在中温(700-1000℃)和高压(5-10MPa)条件下反应，生成富含甲烷的粗煤气、高附加值芳烃油品和高热值半焦的过程。加氢气化生成的高温半焦产品需要降温冷却，热能回收处理后进行外送。
目前，气化炉本身没有半焦冷却设计，半焦冷却不是在气化炉内进行的，是通过气化炉输送管道将半焦送到半焦冷却流化床进行冷却，输送管道采用耐火衬里结构，同时需要通过后系统对气化炉和半焦冷却流化床进行调整压差控制。
但是，对于气化炉和半焦冷却流化床之间的压差控制非常困难，气化炉和半焦流化床冷却器之间存在串气的风险；且半焦冷却流化床采用流化气和水冷换热管对半焦进行冷却，大量半焦热能不能回收利用，热能损失较大，同时存在换热管破损泄漏的风险；另外，使用现有的加氢气化装置，气化产物合成气和半焦在气化炉反应室内的气固分离效果差，合成气中常夹带有大量的半焦产品。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种具有半焦冷却分离功能的加氢气化炉，从而解决现有技术中存在的前述问题。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种具有半焦冷却分离功能的加氢气化炉，包括：外筒，所述外筒的顶部设置有物料喷嘴，所述外筒的内部设置有上下开口的内筒，所述内筒位于所述外筒的中下部；
所述外筒和所述内筒之间设置有空隙，所述外筒的侧壁上设置有合成气出口，所述合成气出口与所述空隙连通，所述内筒的上端口的外沿安装在所述外筒的侧壁上，所述内筒的下端口与所述空隙连通；
所述内筒从上至下依次为宽径段、缩径段、窄径段和扩径段；
所述外筒的侧壁上环周对称设置多个激冷喷嘴，所述激冷喷嘴斜向下安装，且所述激冷喷嘴的喷射口紧贴所述扩径段的下方设置。
优选地，所述激冷喷嘴以向下45°的角度安装。
优选地，每个所述激冷喷嘴的自身喷射角度为30°。
优选地，所述激冷喷嘴设置为8-16个。
优选地，所述激冷喷嘴中使用的激冷介质为煤粉。
优选地，所述扩径段以下的空间高度占气化炉总高度的2/5。
本实用新型的有益效果是：本实用新型实施例提供的一种具有半焦冷却分离功能的加氢气化炉，通过在外筒的内部设置上下开口的内筒，且将内筒从上至下依次设置为宽径段、缩径段、窄径段和扩径段，并在外筒的侧壁上环周对称设置多个激冷喷嘴，且激冷喷嘴斜向下安装，不仅实现了在气化炉底部半焦的冷却降温，无需使用半焦冷却流化床，避免了在输送过程中压力控制困难，出现串气等现象，而且实现了半焦和合成气的气固分离，减少了合成气中夹带半焦，降低夹带物携带的热能损失，总体上有效减少了气化反应所需热能提供物氢气和氧气燃烧时的消耗。
附图说明
图1是本实用新提供的加氢气化炉的结构示意图；
图2是激冷喷嘴的布置结构示意图。
图中，各符号的含义如下：
1外筒，2物料喷嘴，3内筒，4合成气出口，5宽径段，6缩径段,7窄径段,8扩径段，9激冷喷嘴，10排焦口，11换热段。
具体实施方式
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，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方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1-2所示，本实用新型实施例提供了一种具有半焦冷却分离功能的加氢气化炉，包括：外筒1，外筒1的顶部设置有物料喷嘴2，外筒1的内部设置有上下开口的内筒3，内筒3位于外筒1的中下部；
外筒1和内筒3之间设置有空隙，外筒1的侧壁上设置有合成气出口4，合成气出口4与所述空隙连通，内筒3的上端口的外沿安装在外筒1的侧壁上，内筒3的下端口与所述空隙连通；
内筒3从上至下依次为宽径段5、缩径段6、窄径段7和扩径段8；
外筒1的侧壁上环周对称设置多个激冷喷嘴9，激冷喷嘴9斜向下安装，且激冷喷嘴9的喷射口紧贴扩径段8的下方设置。
上述结构中，由于外筒的侧壁上环周对称设置多个激冷喷嘴，且激冷喷嘴斜向下安装，所以，当多个激冷喷嘴中均有激冷介质喷射到外筒中时，就会形成倒锥形的雾化屏障。
上述结构的气化炉，其工作原理为：
氢气氧气和煤粉从外筒上部的物料喷嘴进入气化炉，在内筒上部的宽径段进行反应，生成高温合成气和半焦产品，高温合成气和半焦产品从内筒的宽径段通过缩径段经过窄径段和扩经段进入外筒的下部，在扩经段的下方，半焦产品与从布置在环周的多个激冷喷嘴中喷射的煤粉形成的锥形屏障发生换热，半焦的热量使煤粉中的挥发份脱出后，进入上部宽径段与氢气继续反应生成甲烷，换热后的半焦达到外送的要求从外筒底部设置的排焦口排出，合成气从扩经段下方进入内筒和外筒之间的空隙，到达合成气出口，从合成气出口排出。
在上述结构中，通过布置在环周的多个激冷喷嘴中喷射的煤粉形成的锥形屏障，与半焦发生换热反应，不仅实现了半焦的冷却降温，使其温度达到外送的要求，而无需使用半焦冷却流化床，并将高温的半焦产品通过控制压力输送到半焦冷却流化床中，避免了压力控制困难，出现串气等现象；而且，由于在该过程中，采用的激冷介质为煤粉，而不是冷水，所以使得半焦中的热量得到了有效的回收利用。
另外，通过在宽径段(反应段)和扩经段下方(换热段)之间设置窄径段，不仅增加了反应段的空间以及反应停留的时间，同时缩口后又扩口的结构，可以使半焦和合成气加速后放散，起到气固(半焦和合成气)分离的作用，因此，上述结构既有利于反应的进行又有利于气固分离，减少合成气中夹带半焦，降低夹带物携带热能损失。
因此，采用本实施例提供的加氢气化炉，通过煤粉对半焦进行冷却的同时煤粉受热脱挥发分，两者混合成低温半焦的过程，反应过程在气化炉内部进行，反应温和、操作简单，热能得到有效利用。同时气化炉内气固分离时间长，分离效果较好，减少外送合成气的夹带物料，降低热能损失。总体上能够有效减少气化反应所需热能提供物氢气和氧气燃烧时的消耗。
本实施例中，激冷喷嘴9以向下45°的角度安装。
考虑小喷嘴自身存在一定的喷射角度，如果水平安装的话，那么有一部分煤粉会向上喷到扩口外侧(合成气侧)，本实施例中，选择45°角向下安装，可以保证整体形成向下锥形屏障，使得煤粉能够和上部下来的半焦充分接触换热。
本实施例中，每个激冷喷嘴8的自身喷射角度为30°。
根据目前工业雾化喷嘴要求，喷嘴角度在30°雾化效果较好，同时考虑其角度的存在才能起到覆盖空间的作用，如果小喷嘴没有角度，气化炉内就不能形成锥形屏障。
本实施例中，激冷喷嘴9设置为8-16个。
根据气化炉大小的不同，激冷喷嘴可以设置8-16个，比如8个、12个、16个，如本领域技术人员可以理解的，还可以根据实际情况设置其他数量的激冷喷嘴，但是，无论设置几个，都需要将其均匀分布在气化炉的环周，同时能够纵向覆盖形成界面，尽量减小环周未覆盖空间。
本实施例中，激冷喷嘴9中使用的激冷介质为煤粉和氢气。
采用煤粉利用氢气作为输送气，煤粉和氢气通过激冷喷嘴雾化后喷射到气化炉中，并形成锥形屏障，气化炉上部来的半焦遇到该锥形屏障后，与其进行混合换热，半焦的热能使喷入的煤粉发生裂解反应，脱挥发分和氢气返回气化炉上部继续升温发生加氢气化反应，生成所需的合成气，所以，采用煤粉和氢气为激冷介质，可以有效回收半焦热能，并在换热过程中，使半焦达到所能外排的温度。
本实施例中，扩径段8以下的空间高度占气化炉总高度的2/5。
由于在扩径段以下的空间，半焦和煤灰之间发生了热交换，成为换热段，所以，本实施例中，采用上述的高度比例，可以保证换热段具有足够的空间，以便能够换热充分，以及保证换热段的下部能够储存一定量的半焦，如果允许的话，还可以增加该比例，换热效果会更佳。
通过采用本实用新型公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本实用新型实施例提供的一种具有半焦冷却分离功能的加氢气化炉，通过在外筒的内部设置上下开口的内筒，且将内筒从上至下依次设置为宽径段、缩径段、窄径段和扩径段，并在外筒的侧壁上环周对称设置多个激冷喷嘴，且激冷喷嘴斜向下安装，不仅实现了在气化炉底部半焦的冷却降温，无需使用半焦冷却流化床，避免了在输送过程中压力控制困难，出现串气等现象，而且实现了半焦和合成气的气固分离，减少了合成气中夹带半焦，降低夹带物携带的热能损失，总体上有效减少了气化反应所需热能提供物氢气和氧气燃烧时的消耗。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。