加氢气化炉的制作方法

本实用新型涉及煤气化技术领域，具体而言，涉及一种加氢气化炉。

背景技术：

随着煤的梯级利用技术的发展，尤其是粉煤加氢气化技术的发展，煤中高附加值的挥发份的提取，越来越受业界重视。

目前，加氢气化技术采用气流床气化技术，挥发分的提取需要煤粉的快速混合升温，同时进行煤粉的快速分散，以保障高温氢气与煤粉及相变的挥发份的充分接触，从而达到在最短的时间内完成挥发份与氢自由基的结合，有效提高碳转化率及油品收率。

最早的加氢气化技术采用的是相同停留时间的平推流反应器，但气化炉处理量增大后，尤其是达到千吨级规模后，采用停留时间相同的平推流反应器无法实现。因为随着气化炉处理量的增大，反应物料的返混会明显增大，部分煤粉停留时间大大增加，部分煤粉停留时间大大降低，致使煤粉停留时间不集中，碳转化率和油品收率低。

技术实现要素：

鉴于此，本实用新型提出了一种加氢气化炉，旨在解决现有气化炉处理量增大时反应物料的返混增大致使碳转化率和油品收率低的问题。

本实用新型提出了一种加氢气化炉，该加氢气化炉包括：反应区和换热区；其中，所述反应区用于煤粉、氢气和氧气进行煤加氢气化反应；所述反应区的侧壁设有若干气化喷嘴，用于向所述反应区内通入煤粉、氢气和氧气；沿所述反应区的径向，自外至内，所述气化喷嘴的轴线向上倾斜设置，以使煤粉、氢气和氧气向上折流；所述换热区设置于所述述反应区的下方，用以对所述反应区内反应生成的粗煤气和半焦进行冷却，以使粗煤气中的油品终止分解。

进一步地，上述加氢气化炉，所述气化喷嘴与所述反应区的顶部之间的距离与所述反应区的高度比为1/2～1/3。

进一步地，上述加氢气化炉，所述气化喷嘴的轴线与水平线之间的夹角为3°～8°。

进一步地，上述加氢气化炉，所述气化喷嘴的轴线交汇于一点。

进一步地，上述加氢气化炉，所述换热区内设有若干个依次叠放的换热器和与所述换热器相连通的过热器；所述过热器用于对所述换热器内冷却介质经换热后生成的蒸汽和/或气化所需氢气进行过热处理。

进一步地，上述加氢气化炉，所述换热器为火管式换热器，其换热管的进口端设有锥形进口，用以引导所述反应区内反应生成的粗煤气和半焦进入所述换热管内。

进一步地，上述加氢气化炉，所述火管式换热器的筒体上设有冷却介质入口和冷却介质出口，用于向所述筒体内输入或输出冷却介质，以使冷却介质与所述换热管内的半焦和粗煤气进行换热。

进一步地，上述加氢气化炉，相邻所述换热器之间通过管箱相连接，并且，所述管箱上设有管箱检修人孔。

进一步地，上述加氢气化炉，所述反应区的侧壁上设有若干个温度传感器，用于检测所述反应区内的温度。

进一步地，上述加氢气化炉，所述换热区的下方设有半焦排放区，其通过底部设置的出料口排出经所述换热区冷却的粗煤气和半焦。

本实用新型提供的加氢气化炉，通过气化喷嘴向反应区内输入煤粉、氢气和氧气，使得煤粉、氢气和氧气在反应区内进行煤加氢气化反应；沿反应区的径向，自外至内，气化喷嘴的轴线向上倾斜设置，以使煤粉、氢气和氧气向上折流，以控制气化炉内流场的均匀性和煤粉反应停留时间，进而有效提高粉体在反应区内停留时间，使煤粉半焦停留时间均一化，提高产品中油品产量及甲烷产量，减小反应区容积；在反应区的下方设有换热区，使得反应区内煤粉、氢气和氧气进行煤加氢气化反应生成的粗煤气及半焦一同向下移动至反应区下方的换热区内冷却，以使粗煤气及半焦与换热区内的冷却介质进行换热降温，即实现粗煤气高效急冷，同时可终止粗煤气中的油品的进一步分解，以保证高油品收率，且可以省去反应终止用的急冷介质，节约能耗；尤其是，换热区设置在气化炉内的反应区下方，使得粗煤气和半焦同步进入换热区，由于半焦传热系数低，与气化炉外部进行单独换热相比，充分利用气体扰动，强化半焦冷却传热系数，解决高温高压粉体排放难题。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的加氢气化炉的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

参见图1，其为本实用新型实施例提供的加氢气化炉的结构示意图。如图所示，该加氢气化炉内部包括：反应区1、换热区2和半焦排放区3；其中，

反应区1用于煤粉、氢气和氧气进行煤加氢气化反应，反应区1的侧壁设有若干气化喷嘴11，用于向反应区内通入煤粉、氢气和氧气。具体地，加氢气化炉设有设备筒体4，其内部围设有工作区，工作区自上之下分为反应区1、换热区2和半焦排放区3。反应区1为圆柱状结构，气化喷嘴11设置在反应区1的侧壁上，以便通过气化喷嘴11内设置的喷嘴输入的煤粉、氢气和氧气发生碰撞并混合发生煤气化反应生成粗煤气及半焦，粗煤气中含有油品。其中，对反应区1内发生煤气化反应的煤粉、氢气和氧气的入口即气化喷嘴11的具体位置不做限定，只要使得煤粉、氢气和氧气在反应区1内能够发生煤气化反应即可。为避免反应区1的破损，优选地，反应区1的内壁上设有第一耐火层15，其可通过耐火材料浇注而成。进一步优选地，反应区1的顶部设有烘炉烧嘴接口14，用于第一耐火层15的耐火材料施工后烘炉。

换热区2设置于述反应区1的下方，用以对反应区1内反应生成的粗煤气和半焦进行冷却，以使煤气中的油品终止分解。具体地，反应区1内煤粉、氢气和氧气进行煤加氢气化反应生成的粗煤气及半焦一同向下移动至反应区1下方的换热区2内冷却，以便使得粗煤气及半焦与换热区2内的冷却介质进行强烈的换热降温，即实现粗煤气高效急冷，同时可终止粗煤气中的油品的进一步分解，以保证高油品收率，且可以省去反应终止用的急冷介质，节约能耗。尤其是，换热区2设置在气化炉内的反应区1下方，使得粗煤气和半焦同步进入换热区2，与气化炉外部进行单独换热相比，充分利用气体扰动，强化半焦冷却传热系数，解决高温高压粉体排放难题。

半焦排放区3设置于换热区2的下方，用于将换热区2内换热后的粗煤气和半焦进行汇集排放。其中，半焦排放区3呈倒锥形设置，用于减小半焦和粗煤气下落的流动阻力。为便于粗煤气和半焦的排放，优选地，半焦排放区3的底部设有出料口31，用于将换热区2内冷却的粗煤气和半焦排出该加氢气化炉。为实现粗煤气和半焦的分离，优选地，出料口31与气固分离设备相连接，以便实现半焦和粗煤气的分离，半焦收集后可进入与气固分离设备相连接的降压排放系统，以便轻易实现半焦的排放。

继续参见图1，通过在反应区1中合理布置喷嘴的位置，有效提高粉体在反应区1内停留时间，使煤粉半焦停留时间均一化，提高产品中油品产量及甲烷产量，且可以减小反应区容积。为提高煤粉半焦停留时间的均一化，优选地，沿反应区1的径向，自外至内，即自反应区1的周向至反应区1的轴线，气化喷嘴11的轴线向上倾斜设置，以使煤粉、氢气和氧气向上折流，进而有效提高粉体在反应区内停留时间，提高产品中油品产量及甲烷产量，减小反应区容积。具体地，气化喷嘴11可为多个。其中，对气化喷嘴11的数量不做限定。优选地，气化喷嘴11为4～8个，并且，其在反应区1上均匀对称布置。气化喷嘴11轴线的设置控制气化炉内的流场，以使气化炉内流场均匀分布，而气化喷嘴11的轴线向上倾斜设置与水平设置相比，可减少喷嘴出口物料在气化炉中间撞击混合后向下的气体和半焦流量，进而减少低停留时间物料，提高平均停留时间，从而提高碳转化率和油品收率，降低气化炉的反应区1的体积。在加氢气化炉内，气化喷嘴11的轴线向上倾斜的夹角为3°～8°，即气化喷嘴11的轴线与水平线夹角α为3～8°倾斜向上，以使进一步确保煤粉与高温含氢气体自气化喷嘴11喷射入反应区1内，煤粉与含氢气体即氢气和氧气呈一定的角度发生碰撞并混合发生煤气化反应生成煤气、气化焦油及固体半焦，而该角度的设置使得输入的煤粉、氢气和氧气向上折流，以使其停留时间均一化。

上述实施例中，为确保煤粉、氢气和氧气之间的碰撞和多次折流分散，优选地，气化喷嘴11的轴线交汇于一点，以使气化喷嘴11内输入的煤粉、氢气和氧气碰撞，不仅可实现对煤粉和氢气的折流，实现其多次分散碰撞，同时可避免气化喷嘴11内输入的煤粉、氢气和氧气直接冲刷加氢气化炉的内壁，对加氢气化炉设备进行磨损和破坏，而气化喷嘴11的轴线交汇于一点使得煤粉、氢气和氧气碰撞对其动能削弱，减小煤粉、氢气和氧气碰撞对加氢气化炉内壁的冲刷。为进一步提高煤粉平均停留时间的均一化，优选地，气化喷嘴11与反应区1的顶部(相对于图1所示的位置而言)之间的距离与反应区1的高度比为1/2～1/3，即气化喷嘴11位于反应区1上部1/2至1/3位置，气化喷嘴11位置设置主要用于调整煤粉平均停留时间，气化喷嘴11位置越向下，碰撞后直接向下流动的物料停留时间越短，向上折流物料停留时间越长，致使其煤粉停留时间不集中。

上述实施例中，为检测反应区1内反应温度，优选地，反应区1的侧壁上设有若干个温度传感器12，用于检测反应区1内的温度，以便通过温度传感器12作为反应温度控制点控制反应温度。为实现对设备的检修施工，优选地，反应区1的侧壁上还设有反应区人孔13，以便施工人员自反应区人孔13进入至加氢气化炉内进行设备检修维护。

继续参见图1，换热区2内设有若干个依次叠放的换热器21和与换热器21相连通的过热器(图中未示出)；其中，

换热器21依次叠放在换热区1内，以便通过其内部的冷却介质对粗煤气和半焦进行冷却。优选地，换热器21内的冷却介质为液体，其与粗煤气和半焦进行换热的同时会副产蒸汽，以便可通过蒸汽进行热量的传导和利用。本实施例中以两级换热器21为例进行说明，但不局限于两个，可根据反应区1内的温度合油品的冷凝点确定，亦可设为多级，以便对粗煤气和半焦进行进一步的降温。换热器21可根据气化炉出口温度选择冷却介质，为满足加氢气化工艺对粗煤气急冷终止油品反应的需求，换热器21尤其是最上层的换热器21优选传热系数较大的废热锅炉，以便能够迅速降温，防止油品进一步加氢裂解。

相邻换热器21之间可通过管箱22相连接，并且，管箱22上设有管箱检修人孔221，以便施工人员对管箱22进行检修维护。管箱22可以与上层的换热器21的下管板214和下层的换热器21的上管板213相连接。管箱22内可根据温度情况确定是否是增加耐火层。

过热器用于对换热器21内冷却介质经换热后生成的蒸汽进行过热处理，以便提高蒸汽品质，进而可利用蒸汽进行其他操作，例如可将该蒸汽通入压缩机进行作用。过热器还可用于对气化需要的氢气进行过热处理，提高系统热量利用率。

其中，对换热器21的类型不做限定，只要可对粗煤气和半焦进行降温冷却即可，优选地，换热器21为火管式换热器，本实施例中以火管式换热器为例进行说明，但不限定于火管式换热器。

上述实施例中，换热器21包括：筒体211、若干个换热管212、上管板213和下管板214；其中，

若干个换热管212在筒体211内并列设置，并且，上管板213和下管板214分别设置于换热管212的两端，用以连接固定换热管212。其中，上管板213和下管板214上设置有一一对应的通孔，换热管212的两端穿设卡设在一一对应的通孔上。换热管212可根据换换热管与设备间热应力进行确定换热管11的长度及数量，确保设备安全性。上管板213和下管板214可根据温度情况确定是否增加耐火材料，防止管板超温。优选地，上管板213上设有第二耐火层，下管板214上设有第三耐火层；进一步优选地，最上层的换热器21的上管板213的顶壁上设有耐火层，以防止其超温。

上述实施例中，换热管212的进口端(如图1所示的上端)设有锥形进口(图中未示出)，用以引导反应区1内反应生成的粗煤气和半焦进入换热管212内，以便避免粗煤气和半焦滞留在反应区1内。优选地，锥形进口的锥角不大于30°，防止粉体在上管板213上长时间堆积板结。

上述实施例中，火管式换热器的筒体211上设有冷却介质入口2111和冷却介质出口2112，用于向筒体211内输入或输出冷却介质，以使冷却介质与换热管212内的半焦和粗煤气进行换热，进而对半焦和粗煤气进行冷却降温。冷却介质入口2111和冷却介质出口2112可以为多个，对于冷却介质入口2111和冷却介质出口2112的位置，本实施例中对其不做任何限定，优选地，冷却介质入口2111设置于筒体211的上部，冷却介质出口2112设置于筒体211的底部，以便使得冷却介质与半焦和粗煤气进行充分换热。

参见图1，现对本实施例中提供的加氢气化炉的工作过程进行详细的说明：

气化需要的氢气经过气化喷嘴11与氧气接触燃烧进行加热后，与进入喷嘴的煤粉在反应区1内进行碰撞快速混合升温，在此过程煤粉挥发分开始大量相变脱除，发生相变的挥发分与高温氢气接触进行加氢裂解反应，同时残余的粉体也与氢气发生反应，且煤粉进行第一次分散过程。燃烧后的氢气与煤粉形成射流在气化炉反应区1内进行二次碰撞混合。由于气化喷嘴11向上倾斜的角度设置，使得大部分氢气和煤粉向上折流，少部分气固混合物向下进入喷嘴下部的反应区1，向上折流的气固混合物达到气化炉顶部后向下折返。在此过程中煤粉处于继续受热持续脱挥发分过程，由于煤粉内挥发分的相变及流场的湍动，煤粉进行第二次分散。从气化炉上部折流回来的部分气固混合物被喷嘴处的高速气体卷吸，再一次被带入气化炉上部的反应区1，从而延长了部分固体颗粒在设备内部的停留时间，使得煤粉停留时间均一化，提高产品中油品产量及甲烷产量，且可以减小反应区容积。通过控制氧气流量控制反应区1底部温度，约800-900℃，从而微调产品组成。反应后的煤粉颗粒脱除挥发分并与氢气反应后生成多孔状半焦，并相对均匀的分散在反应区内。反应后的粗煤气与半焦一同进入换热区2，粗煤气与换热区2内的冷却介质进行强烈换热降温，同时终止粗煤气中的油品的进一步分解，保障高油品收率。换热区2进行粗煤气和半焦的冷却，同时副产蒸汽，蒸汽通过蒸汽过热换热区的过热器进行过热，以提高蒸汽品质，同时可将粗煤气和半焦冷却到300℃左右。换热后的半焦和粗煤气自出料口31进入后续的气固分离设备，实现半焦和粗煤气的分离。半焦收集后进入半焦的降压排放系统，从而轻易实现半焦的排放。

综上，本实施例提供的加氢气化炉，通过气化喷嘴11向反应区1内输入煤粉、氢气和氧气，使得煤粉、氢气和氧气在反应区1内进行煤加氢气化反应；沿反应区的径向，自外至内，气化喷嘴的轴线向上倾斜设置，以使煤粉、氢气和氧气向上折流，以控制气化炉内流场的均匀性和煤粉反应停留时间，进而有效提高粉体在反应区内停留时间，使煤粉半焦停留时间均一化，提高产品中油品产量及甲烷产量，减小反应区容积；在反应区1的下方设有换热区2，使得反应区1内煤粉、氢气和氧气进行煤加氢气化反应生成的粗煤气及半焦一同向下移动至反应区1下方的换热区2内冷却，以使粗煤气及半焦与换热区2内的冷却介质进行换热降温，即实现粗煤气高效急冷，同时可终止粗煤气中的油品的进一步分解，以保证高油品收率，且可以省去反应终止用的急冷介质，节约能耗；尤其是，换热区2设置在气化炉内的反应区1下方，使得粗煤气和半焦同步进入换热区2，由于半焦传热系数低，与气化炉外部进行单独换热相比，充分利用气体扰动，强化半焦冷却传热系数，解决高温高压粉体排放难题。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。