一种慢速热解煤直接加氢反应器的制作方法

文档序号:39885979发布日期:2024-11-05 16:42阅读:27来源:国知局
一种慢速热解煤直接加氢反应器的制作方法

本发明涉及一种煤化工用慢速热解煤直接加氢反应器。


背景技术:

1、煤化工中涉及煤加氢反应工艺的,有煤浆加氢反应工艺及煤直接加氢反应工艺二种,后者是煤与氢气进行气固二相传质传热,这种传质传热又有快速与慢速之分。

2、据有关资料介绍,煤直接加氢反应工艺,发明于上世纪三十年代的德国,400升的钢制容器内放入150kg褐煤粉,5kg氢气,200大气压,400摄氏度,12小时,转化率为85%。约二十年前,国内的专业煤化工科研机构也做了大量煤直接加氢气固二相反应的实验室试验:褐煤在中压高温氢气中进行煤直接加氢反应,煤的升温速度3至5摄氏度/分,以及每次升温后适当停留一段时间,均有利于提高产品中燃油的收率。反应后最终的产品包括气体,液体,固体三种,气体是可燃气,液体是燃油,固体是优质半焦,按成焦温度1000℃估算,完成反应时间约需3至5小时。近五年,出现了以高反应温度,高升温速度,高气体流速为特征的气固二相煤直接加氢反应工艺(下称快速工艺),以2016年公布的“煤加氢反应装置及反应方法”(cn106350091a)为例,产品为燃油及可燃气,反应器为一个立式旋风分离器,参加反应的气体为高温中压富氢合成气,温度600℃一1500℃,压力4mpa,气体流速3米/秒,煤粉从进入旋风分离器侧壁进入后立即被高温富氢合成气快速加热。由此估算,完成反应的时间应以分或秒计。

3、以上二种煤直接加氢反应工艺,完成反应所需时间差别很大。如果对产品的要求是焦,油,燃气三者兼顾,则拟选择上述的专业煤化工科研机构的相对“慢速”的煤直接加氢反应工艺。本发明是基于能将此“慢速”工艺实现工程化而提出。


技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是:

2、1,如何实现常温的煤与1000摄氏度的氢气能进行相向传质传热,使常温的煤能在进入慢速热解煤直接加氢反应器后能以3至5摄氏度/分的升温速度升温至1000摄氏度。

3、2,如何实现煤和氢气在煤直接加氢反应器内进行的气固二相传质传热时能按各自的出入口进与出。

4、3,如何进一步提高煤与氢气在进行直接加氢反应时的传热效率及反应活性。

5、本发明解决问题的技术方案:

6、1,将慢速热解煤直接加氢反应器的反应空间设计为一长条形状,并且在该长条形状空间内煤与氢气能连续进行相向的直接接触传质传热,使高温氢气含的热能是逐步传给煤,使氢气的温度是逐步降低,煤的温度是逐步提高。为此,将该反应器的结构设计为:长条形状,卧置,其壳体由侧壳体,上壳体,底壳体构成;内有一卧置的带式输送机,将慢速热解煤直接加氢反应器内部空间分为上下二层;在上层空间,其底部为带式输送机的输送带,其顶部为上壳体;按煤的流向分,上层空间的一端为进口端,另一端为出口端,沿从出口端向进口端方向,在上壳体上煤及氢气的进出口位置,按先后顺序分别是:一个氢气入口,一个氢气出口,一个煤入口;带式输送机的可变速驱动机构位于出口端,它驱动输送带将煤从进口端向出口端移动;在可变速驱动机构的下方设有一个重力式刮板,可将焦从输送带上刮下,被刮下的焦靠自重从其下方的位于底壳体上的焦出口自动排出。

7、2,按背景中所述的慢速热解煤直接加氢反应工艺要求,将反应过程中煤的升温速度限于3至5摄氏度/分,具体措施是:煤靠自重从煤入口直接落在带式输送机的输送带上,并在输送带的带动下与氢气在一长条形状的反应空间内进行并完成相向直接接触传质传热,期间煤的运动状态由带式输送机的可变速驱动机构控制,调节可变速驱动机构的启动运行及停止运行的重复次数及相应的间隔时长,以及输送带的输送速度,即可使煤直接加氢反应过程中煤的升温速度及完成煤直接加氢反应总的时长满足不同煤种的慢速热解煤直接加氢反应工艺的要求。为给调节及控制煤在慢速热解煤直接加氢反应器中的升温速度提供依据,需要设置有三个或三个以上的多测点热电偶,实现实时显示煤在进行煤直接加氢反应过程中温度的变化,它均匀分布于氢气入口与氢气出口之间。

8、3,采用有效措施使煤和氢气在煤直接加氢反应器内进行的气固二相传质传热时能按各自的出入口进与出,为此,设置一个加煤系统,一个卸焦系统,以及一个进气流量调节阀:一个加煤系统为自上而下依次由加煤系统上闸阀,储煤仓,加煤系统星形阀,加煤系统下闸阀垂直串联而成,加煤系统下闸阀垂直对接慢速热解煤直接加氢反应器的煤入口;一个卸焦系统为自上而下依次由卸焦系统上闸阀,储焦仓,卸焦系统星形阀,卸焦系统下闸阀垂直串联而成,它位于慢速热解煤直接加氢反应器的焦出口的正下方,由卸焦系统上闸阀直接与慢速热解煤直接加氢反应器的焦出口相连接,以此可实现:无论慢速热解煤直接加氢反应器在正常运行,还是在储煤仓加煤时,或是储焦仓卸焦时,加煤系统和卸焦系统都始终至少各有一个上闸阀或下闸阀处于关闭状态,使慢速热解煤直接加氢反应器内的氢气始终无法从煤入口和焦出口通过;在氢气入口与氢气来源之间设置一进气流量调节阀,可根据煤及焦的颗粒大小及比重,利用进气流量调节阀限制氢气在上层空间内的流动速度,可防止出现输送带上的煤或焦被流速过高的氢气吹起后随氢气从氢气出口排出。

9、4,在传质传热空间内注入超声波及微波,从分子层面提高煤与氢气进行传质传热时的反应活性,同时增加对煤在反应空间中移动时的翻拌作用,使其受热更均匀,从化学和物理二方面促进煤直接加氢反应的进行。实现对在反应空间中移动的煤施以翻拌作用的方式是:使移动中的煤与固定的有序错开的齿形分料块直接接触,类似犁翻地,每个固定的齿形分料块的二个相交的齿面将移动中的煤分向二侧产生翻拌作用。为此,需要在输送带上方,设二条或二条以上的固定于侧壳体上的横梁,横梁的中心轴线与输送带的移动方向相垂直,每根横梁上安装有若干个有序错开的齿形分料块。

10、本发明与前述背景中的快速工艺相比较:

11、1,共同点:都是气固二相的煤直接加氢反应。

12、2,不同点:快速反应工艺的反应器是一个立式旋风分离器,气体流速快,反应持续时间短;在反应器内煤靠反应气体带动,并作同向流动;反应条件相对苛刻;产品为燃油及可燃气,燃油的收率也相对高。本发明适用于慢速反应工艺,反应器的反应空间是一个长条形状通道,煤的移动靠输送带带动;煤与氢气作相向直接接触移动,完成反应的时间以小时计;煤的升温速度为3--5摄氏度/分,反应产物中不仅有可燃气,油,还有脱硫彻底的优质干熄焦;氢气的最高温度是略高于1000℃;本发明所涉的慢速反应工艺对产品品种的要求是焦,油,燃气兼顾,只需要有足够流量的高温氢气将足够的热量带入反应器中即可,对进入反应器内的氢气压力可以低于快速反应工艺,总之,反应条件相对缓和,能耗相对低。另一方面,由于本发明适用的慢速工艺的反应速度远低于快速反应工艺,相同的处理量,反应器的尺寸相对旋风分离器要大。



技术特征:

1.一种慢速热解煤直接加氢反应器,其特征是:它包括一个慢速热解煤直接加氢反应器本身及与之配套的一个加煤系统,一个卸焦系统,以及一个进气流量调节阀(14);慢速热解煤直接加氢反应器本身的结构特征是:长条形状,卧置,其壳体由侧壳体(7),上壳体(10),底壳体(23)构成;内有一卧置的带式输送机(24),将慢速热解煤直接加氢反应器内部空间分为上下二层;在上层空间,其底部为带式输送机(24)的输送带(8),其顶部为上壳体(10);按煤的流向分,上层空间的一端为进口端,另一端为出口端,在上壳体(10)上,从出口端向进口端方向,按先后顺序分别设置有:一个氢气入口(15),一个或多个超声波发射装置(13),一个或多个微波发射装置(9),一个氢气出口(6),一个煤入口(5),此外,在上壳体(10)上,还设置有三个或三个以上的多测点热电偶(27),它均布于氢气入口(15)与氢气出口(6)之间;在输送带(8)上方,设有二条或二条以上的固定于侧壳体(7)上的横梁(11),横梁(11)的中心轴线与输送带(8)的移动方向相垂直,每根横梁(11)上安装有若干个有序错开的齿形分料块(12);带式输送机(24)的可变速驱动机构(16)位于出口端,它驱动输送带(8)将煤从进口端向出口端移动;在可变速驱动机构(16)的下方设有一个重力式刮板(17),在底壳体(23)靠近重力式刮板(17)处开有焦出口(18);一个加煤系统自上而下依次由加煤系统上闸阀(1),储煤仓(2),加煤系统星形阀(3),加煤系统下闸阀(4)垂直串联而成,加煤系统下闸阀(4)垂直对接慢速热解煤直接加氢反应器的煤入口(5),并在该部位的输送带(8)的正上方,此外,该系统还设有一个加煤系统气体置换用截止阀(25);一个卸焦系统自上而下依次由卸焦系统上闸阀(19),储焦仓(20),卸焦系统星形阀(21),卸焦系统下闸阀(22)垂直串联而成,它位于慢速热解煤直接加氢反应器的焦出口(18)的正下方,由卸焦系统上闸阀(19)直接与慢速热解煤直接加氢反应器的焦出口(18)相连接,此外,该系统还设有一个卸焦系统气体置换用截止阀(26),一个冷却用氢气出口阀(28),一个冷却用氢气入口阀(29);在慢速热解煤直接加氢反应器的氢气入口(15)与氢气来源之间连接有一个进气流量调节阀(14)。

2.根据权利要求1所述的慢速热解煤直接加氢反应器,其特征在于氢气与煤相互传质传热的方式为相向直接接触:在一长条形状的传质传热空间内,煤从进口端向出口端移动,同时,氢气从出口端向进口端流动,由此形成氢气与煤的相向直接接触传质传热。

3.根据权利要求1所述的慢速热解煤直接加氢反应器,其特征在于该反应器可适用于慢速热解煤直接加氢反应工艺,该工艺的完成反应总时长以小时计或反应过程中煤的升温速度范围限于3至5摄氏度/分:煤靠自重从煤入口(5)进入,直接落在带式输送机(24)的输送带(8)上,并在输送带(8)的带动下与氢气一起开始在一长条形状传质传热空间内进行并完成相向直接接触传质传热,期间煤的运动状态由带式输送机(24)的可变速驱动机构(16)控制,调节可变速驱动机构(16)的启动运行及停止运行的重复次数及相应的间隔时长,以及输送带(8)的输送速度,即可使煤直接加氢反应过程中煤的升温速度及完成煤直接加氢反应总的时长满足不同煤种的慢速热解煤直接加氢反应工艺的要求。

4.根据权利要求1所述的慢速热解煤直接加氢反应器,其特征在于在慢速热解煤直接加氢反应器运行时,煤和氢气始终能各按其进口与出口自行进出,具体内容为一个加煤系统自上而下依次由加煤系统上闸阀(1),储煤仓(2),加煤系统星形阀(3),加煤系统下闸阀(4)垂直串联而成,加煤系统下闸阀(4)垂直对接慢速热解煤直接加氢反应器的煤入口(5),以及一个卸焦系统为自上而下依次由卸焦系统上闸阀(19),储焦仓(20),卸焦系统星形阀(21),卸焦系统下闸阀(22)垂直串联而成,它位于慢速热解煤直接加氢反应器的焦出口(18)的正下方,由卸焦系统上闸阀(19)直接与慢速热解煤直接加氢反应器的焦出口(18)相连接,以此可实现无论慢速热解煤直接加氢反应器在正常运行,还是在储煤仓(2)加煤时,或是储焦仓(20)卸焦时,所述的加煤系统和卸焦系统中始终都可以有一个加煤系统上闸阀(1)和卸焦系统上闸阀(19)或一个加煤系统下闸阀(4)和卸焦系统下闸阀(22)处于关闭状态,同时,在氢气入口(15)与气体来源之间还有一个进气流量调节阀(14),可根据煤及焦的颗粒大小及比重,利用进气流量调节阀(14)限制氢气在上层空间内的流动速度,可防止出现输送带(8)上的煤及焦被流速过高的氢气吹起后随氢气从氢气出口(6)排出。

5.根据权利要求1所述的慢速热解煤直接加氢反应器,其特征在于在反应空间内有超声波注入:在上壳体(10)上设置有一个或多个超声波发射装置(13)。

6.根据权利要求1所述的慢速热解煤直接加氢反应器,其特征在于在反应空间内有微波注入:在上壳体(10)上设置有一个或多个微波发射装置(9)。

7.根据权利要求1所述的慢速热解煤直接加氢反应器,其特征在于在反应空间内的输送带(8)上方设有若干个有序错开的齿形分料块(12),可对移动中的煤施以翻拌作用:有二条或二条以上的固定于侧壳体(7)上的横梁(11),横梁(11)轴线与输送带(8)的移动方向相垂直,每根横梁(11)上安装有若干个有序错开的齿形分料块(12)。


技术总结
一种煤化工用慢速热解煤直接加氢反应器,反应空间为长条形状,煤靠一速度可控的输送机带动从反应空间的入口端向出口端移动,高温氢气从出口端流向入口端,形成煤与高温氢气连续进行相向直接接触传质传热。通过控制输送机上的煤的移动状态可实现煤按生产工艺要求升温及进行加氢反应。在煤入口和焦出口设置由闸阀,料仓,星形阀组成的加煤系统和卸焦系统,可防止氢气从煤入口及焦出口通过;在氢气入口设置一个流量控制阀限制氢气流速过快,可防止煤及焦颗粒被氢气吹起后随氢气一起从氢气出口排出。反应空间内有微波及超声波注入,以及对移动中的煤施以翻拌作用,可提高反应的效率。

技术研发人员:严绥
受保护的技术使用者:严绥
技术研发日:20230725
技术公布日:2024/11/4
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