CN104789253B - 煤液化反应器和煤液化生产系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种煤液化反应器和煤液化生产系统。该煤液化反应器包括：反应器筒体，用于容纳反应液并使反应液具有预定的反应液位；浆液分布器，设置在反应器筒体内，浆液分布器位于反应器筒体内的反应液位的下方；气体分布器，设置在反应器筒体内，并位于浆液分布器与反应器筒体的底部之间。应用本发明的技术方案可以解决现有技术中现有煤液化反应器无法满足煤液化过程中轻质液化产品在煤液化反应器内停留的时间较短的要求，以及无法满足难液化煤和重质煤液化产品在液化反应器内停留较长时间的要求的问题。

Description

煤液化反应器和煤液化生产系统

技术领域

本发明涉及煤化工领域，具体而言，涉及一种煤液化反应器和煤液化生产系统。

背景技术

煤直接液化(即煤液化)是煤在一定温度(450℃左右)、一定压力和催化剂等条件的共同作用下加氢进行反应而转化的过程，是生产液体燃料(即石油)替代品和煤基材料的重要方法之一，是煤炭高效洁净利用技术的方向之一。经过一个世纪的研究和发展，煤直接液化技术已基本成熟。

煤液化反应器是煤直接液化工艺中最为关键设备之一，煤液化反应器的形式在很大程度上决定了煤液化工艺的特性。目前，煤液化工艺中普遍采用的煤液化反应器为顺流鼓泡床反应器或带强制循环的环流反应器等。在顺流鼓泡床反应器中，煤中矿物质容易发生聚集现象，形成带有内核和外壳的团聚颗粒，沉积至煤液化反应器的底部，为使煤液化反应器长周期地运行，需将沉积物及时排出煤液化反应器；带强制循环的环流反应器，其结构复杂，位于环流反应器的底部的循环泵的转动部件易受煤浆中固体颗粒磨蚀，因而导致床层塌陷、易被抽空等弊端，同时现有工艺中的反应器(例如顺流鼓泡床反应器、环流反应器)很难满足煤液化过程中轻质液化产品在煤液化反应器内停留的时间较短的要求，以及难液化煤和重质煤在液化反应器内停留较长时间以使煤与气相氢有较高的传质速率(即反应速率)和较长的反应时间的要求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种煤液化反应器和煤液化生产系统，以解决现有技术中现有煤液化反应器无法满足煤液化过程中轻质液化产品在煤液化反应器内停留的时间较短的要求，以及无法满足难液化煤和重质煤液化产品在液化反应器内停留较长时间的要求的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种煤液化反应器，包括：反应器筒体，用于容纳反应液并使反应液具有预定的反应液位；浆液分布器，设置在反应器筒体内，浆液分布器位于反应器筒体内的反应液位的下方；气体分布器，设置在反应器筒体内，并位于浆液分布器与反应器筒体的底部之间。

进一步地，煤液化反应器还包括旋风分离器，旋风分离器设置在反应器筒体内，旋风分离器具有待分离物入口、第一分离出口和第二分离出口，反应器筒体具有产品输出口和废料出口，第一分离出口与产品输出口连通，第二分离出口位于浆液分布器上方且位于反应液位的下方，待分离物入口位于反应液位的上方。

进一步地，煤液化反应器还包括隔板，隔板设置在反应器筒体的上部，隔板具有连通口，第一分离出口通过连通口与产品输出口连通，待分离物入口位于隔板与反应液位之间。

进一步地，旋风分离器为多个。

进一步地，反应器筒体的底部为锥形底，废料出口开设在锥形底上。

进一步地，锥形底的锥角φ满足：30°≤φ≤120°。

进一步地，煤液化反应器还包括用于监测反应液位的液位传感器和液位控制阀，废料出口连接有排放管路，液位控制阀设置在排放管路上，液位传感器与液位控制阀电连接。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种煤液化生产系统，包括煤液化反应器，煤液化反应器为前述的煤液化反应器。

进一步地，煤液化生产系统还包括预热器，预热器设置在反应器筒体外。

进一步地，煤液化生产系统还包括浆料输送管路和氢气输送管路，浆料输送管路与浆液分布器连通，其中，氢气输送管路包括第一氢气输送管路、第二氢气输送管路，第一氢气输送管路与浆料输送管路连通，预热器设置在反应器筒体与第一氢气输送管路之间的浆料输送管路上，第二氢气输送管路与气体分布器连通。

应用本发明的技术方案，煤液化反应器的浆液分布器与气体分布器均设置在反应器筒体的液体内，其中，浆液分布器设置在气体分布器的上方。这样，当浆料由浆料分布器输送进煤液化反应器内，并且浆料中的重油与煤粒在液体浮力作用下缓慢下行，而氢气从气体分布器进入煤液化反应器内并沿反应器筒体上行，浆料在反应空间里在催化剂的作用下反应生成气相产品油。由于浆液下降的速度变缓，难液化煤和重质煤在煤液化反应器中停留的时间延长，而且浆料与氢气在催化剂作用下生成的气相轻质油产品直接沿反应器筒体上升以向后续生产设备输出产品，从而减少气相轻质油产品在煤液化反应器内的停留的时间。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的煤液化反应器的实施例的结构示意图；

图2示出了图1中旋风分离器的实施例的结构示意图；

图3示出了根据本发明的煤液化生产系统的实施例的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、反应器筒体； 20、浆液分布器；

30、气体分布器； 40、旋风分离器；

41、待分离物入口； 42、第一分离出口；

43、第二分离出口； 50、隔板；

61、液位传感器； 62、液位控制阀；

70、预热器； 81、浆料输送管路；

821、第一氢气输送管路； 821′、第一氢气输送管路支路；

822、第二氢气输送管路； 11、产品输出口；

12、废料出口。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请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发明。

如图1所示，本实施例提供了一种煤液化反应器。该煤液化反应器包括用于容纳反应液并使反应液具有预定的反应液位的反应器筒体10、浆液分布器20和气体分布器30，其中，浆液分布器20设置在反应器筒体10内，浆液分布器20位于反应器筒体10内的反应液位的下方，气体分布器30设置在反应器筒体10内，并位于浆液分布器20与反应器筒体10的底部之间。本煤液化反应器的浆液分布器20可以是锅底圆盘式分布器、车辐式分布器或者泡罩分布器。浆液分布器20的分布盘管之间具有间隙，并且浆液分布器20的外边缘轮廓与反应器筒体10的内壁之间也具有间隙。气体分布器30也可以是锅底圆盘式分布器、车辐式分布器或者泡罩分布器，并且气体分布器30外边缘轮廓与反应器筒体10的内壁之间也具有间隙，因此下降的固体颗粒可以从间隙通过，从而落到反应器筒体10的底部进行收集。

在反应器筒体10内的反应液位以下进行反应的浆料、催化剂和氢气具有一定的反应温度，一般反应温度在450摄氏度左右，由于是在液体包围的反应场所中进行反应，因此从浆液分布器20刚输出的浆料与氢气反应的温度在399摄氏度左右，随着浆料的下降以及反应的继续进行，反应不断放热，反应液位以下的反应环境越往下温度越高，但是要将最高的反应温度保持在450摄氏度左右。

煤液化反应器的浆液分布器与气体分布器均设置在反应器筒体的液体内，其中，浆液分布器设置在气体分布器的上方。这样，当浆料由浆料分布器输送进煤液化反应器内，并且浆料中的重油与煤粒在液体浮力作用下缓慢下行，而氢气从气体分布器进入煤液化反应器内并沿反应器筒体上行，浆料在反应空间里在催化剂的作用下反应生成气相产品油。由于浆液下降的速度变缓，难液化煤和重质煤在煤液化反应器中停留的时间延长，而且浆料与氢气在催化剂作用下生成的气相轻质油产品直接沿反应器筒体上升以向后续生产设备输出产品，从而减少气相轻质油产品在煤液化反应器内的停留的时间。在该煤液化反应器中，下降的煤颗粒与上升的氢气逆向接触并反应，生成的油品轻质化，气产率增加，重质产物与为反应的煤可以一起继续下降，进一步加氢，从而可以充分利用氢源，提高油收率。

结合参见图1和图2所示，煤液化反应器还包括旋风分离器40，旋风分离器40设置在反应器筒体10内，旋风分离器40具有待分离物入口41、第一分离出口42和第二分离出口43，反应器筒体10具有产品输出口11和废料出口12，第一分离出口42与产品输出口11连通，第二分离出口43位于浆液分布器20上方且位于反应液位的下方，待分离物入口41位于反应液位的上方。在液体中反应生成的气相轻油产品在被液体洗气之后，仍含有少许煤粒固体，为了得到更加纯净的气相轻油产品，因而将从液体溢出的气相轻油产品经过旋风分离器40进行分离，不仅对输入的待分离物进行固体与气体分离，而且对液相的小液滴进行分离，分离出来的气相轻油产品从第一分离出口42输出，被分离出来的固体、液体杂质从第二分离出口43再次输送回反应液位以下进行进一步地反应。

为了方便对旋风分离器40进行安装，因此，煤液化反应器还包括隔板50，隔板50设置在反应器筒体10的上部，隔板50具有连通口，第一分离出口42通过连通口与产品输出口11连通，待分离物入口41位于隔板50与反应液位的液面之间。进一步地，旋风分离器40为多个。由于待分离物入口41靠近隔板50，当气相轻油产品上升至隔板50处会被隔板50阻隔，因而气相轻油产品方便地从待分离物入口41进入旋风分离器40中。并且，隔板50使得第一分离出口42与产品输出口11之间形成存储空间，从旋风分离器40中分离出来的气相轻油产品先保存在该存储空间内，可以对气相轻油产品形成缓冲，使得气相轻油产品能够以均匀的压力从产品输出口11输出。

如图1所示，反应器筒体10的底部为锥形底，废料出口12开设在锥形底上，优选地，锥形底的锥角φ满足：30°≤φ≤120°，优选地锥角为30°至90°，更优选地，锥角为40°至50°。由于反应器筒体10的底部为锥形底，当未反应完全或反应后残留的废料将被集中收集到锥形底上，从而能够将废料完全排除反应器筒体10，保证不会在反应器筒体10内形成淤积。由于利用锥形底对废料进行收集，因此该煤液化反应器内没有对废料进行收集的活动部件，结构简单，固体颗粒不易在反应器筒体10内沉积，从而实现煤液化反应器长周期、平稳地运行。锥形底可将未反应的煤、催化剂、煤中的灰以及重质油有效排出煤液化反应器，而不会沉积在反应器筒体10内，如果这些废料沉积，将导致反应有效空间减小，降低煤液化反应器的处理量，增加反应热点，增加煤液化反应器操作风险。

在本实施例中，煤液化反应器还包括用于监测液体的液位高度的液位传感器61和液位控制阀62，废料出口12连接有排放管路，液位控制阀62设置在排放管路上，液位传感器61与液位控制阀62电连接。通过液位传感器61对反应器筒体10内的反应液位的监控，然后液位传感器61将检测到的液位信号输送至液位控制阀62，液位控制阀62根据接受到的液位信号来控制开度，从而调节反应液位的平衡，使得反应液位保持稳定的液位高度即通过控制液位控制阀62的开度配合进料的速度，一方面可以防止冲塔，另一方面可以有效控制物料在煤液化反应器内的停留时间。液位传感器61可以是放射性核料液位计、也可以是膜盒差压液位计，优选为放射性核料液位计。另外，液位控制阀62选用碳化硅材质，且耐高温、耐磨损的阀芯及阀座。

如图3所示，根据本发明的另一方面，提供了一种煤液化生产系统。该煤液化生产系统包括煤液化反应器，其中，该煤液化反应器为前述的煤液化反应器。

在该煤液化生产系统中，煤液化生产系统还包括预热器70，预热器70设置在反应器筒体10外，预热器70对浆料进行加热至399摄氏度。并且，煤液化生产系统还包括浆料输送管路81和氢气输送管路，浆料输送管路81与浆液分布器20连通，其中，氢气输送管路包括第一氢气输送管路821、第二氢气输送管路822，第一氢气输送管路821与浆料输送管路81连通，预热器70设置在反应器筒体10与第一氢气输送管路821之间的浆料输送管路上，第二氢气输送管路822与气体分布器30连通。输入该煤液化反应器的浆料为油煤浆，是55％左右的重油与45％左右的煤颗粒的混合浆料。在浆料混合均匀后，先通过第一氢气输送管路821将氢气通入与浆料接触，然后浆料与氢气输入预热器70中进行加热，此时浆料与氢气之间会产生初步反应而生成少量的气相轻质油品，接着，预热器70内的物质继续输送至浆液分布器20进行均匀分布。当反应器筒体10内的未与下降的浆料进行反应的氢气上升至反应器筒体10的顶部之后，被重新收集，然后通过第一氢气输送管路821和第一氢气输送管路支路821′进行循环输送，其中，第一氢气输送管路821中氢气约为重新收集的氢气的20％，第一氢气输送管路支路821′中的氢气约为重新收集的氢气的80％。从第一氢气输送管路821输如浆料中的氢气一方面可以有效降低浆料的粘度，防止浆料在预热器70中挂壁结焦，另一方面可以使浆料在预热器70中预先反应分解，解离了部分自由基碎片，为防止自由基碎片缩聚结焦，再更难发生热解加氢反应，预先混入部分氢气，对解离的自由基碎片进行加氢，生产稳定的煤液化油品。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种煤液化反应器，其特征在于，包括：

反应器筒体(10)，用于容纳反应液并使所述反应液具有预定的反应液位；

浆液分布器(20)，设置在所述反应器筒体(10)内，所述浆液分布器(20)位于所述反应器筒体(10)内的所述反应液位的下方；

气体分布器(30)，设置在所述反应器筒体(10)内，并位于所述浆液分布器(20)与所述反应器筒体(10)的底部之间；

所述煤液化反应器还包括旋风分离器(40)，所述旋风分离器(40)设置在所述反应器筒体(10)内，所述旋风分离器(40)具有待分离物入口(41)、第一分离出口(42)和第二分离出口(43)，所述反应器筒体(10)具有产品输出口(11)和废料出口(12)，所述第一分离出口(42)与所述产品输出口(11)连通，所述第二分离出口(43)位于所述浆液分布器(20)上方且位于所述反应液位的下方，所述待分离物入口(41)位于所述反应液位的上方；

所述反应器筒体(10)的底部为锥形底，所述废料出口(12)开设在所述锥形底上。

2.根据权利要求1所述的煤液化反应器，其特征在于，所述煤液化反应器还包括隔板(50)，所述隔板(50)设置在所述反应器筒体(10)的上部，所述隔板(50)具有连通口，所述第一分离出口(42)通过所述连通口与所述产品输出口(11)连通，所述待分离物入口(41)位于所述隔板(50)与所述反应液位之间。

3.根据权利要求1或2所述煤液化反应器，其特征在于，所述旋风分离器(40)为多个。

4.根据权利要求1所述的煤液化反应器，其特征在于，所述锥形底的锥角φ满足：30°≤φ≤120°。

5.根据权利要求1所述的煤液化反应器，其特征在于，所述煤液化反应器还包括用于监测所述反应液位的液位传感器(61)和液位控制阀(62)，所述废料出口(12)连接有排放管路，所述液位控制阀(62)设置在所述排放管路上，所述液位传感器(61)与所述液位控制阀(62)电连接。

6.一种煤液化生产系统，包括煤液化反应器，其特征在于，所述煤液化反应器为权利要求1至5中任一项所述的煤液化反应器。

7.根据权利要求6所述的煤液化生产系统，其特征在于，所述煤液化生产系统还包括预热器(70)，所述预热器(70)设置在所述反应器筒体(10)外。

8.根据权利要求7所述的煤液化生产系统，其特征在于，所述煤液化生产系统还包括浆料输送管路(81)和氢气输送管路，所述浆料输送管路(81)与所述浆液分布器(20)连通，其中，所述氢气输送管路包括第一氢气输送管路(821)、第二氢气输送管路(822)，所述第一氢气输送管路(821)与所述浆料输送管路(81)连通，所述预热器(70)设置在所述反应器筒体(10)与所述第一氢气输送管路(821)之间的所述浆料输送管路上，所述第二氢气输送管路(822)与所述气体分布器(30)连通。