CN104877701A - 一种两段式煤加氢反应器及其进行三级气固分离的方法 - Google Patents

Abstract

一种两段式煤加氢反应器及其进行三级气固分离的方法。属于煤热解炼油装置技术领域；技术方案是：包括高温旋风分离器、陶瓷过滤器等；将气固混合物经过激冷氢气喷嘴和水冷壁对其进行2次降温后，再进行三级气固分离，经过三级处理后，得到干净的油气，通过油气出口被送往油冷却系统工序。本发明具有工艺简单、水耗低、产油率高、焦油中重组分含量低、环境无污染等优点。

Description

一种两段式煤加氢反应器及其进行三级气固分离的方法

技术领域

本发明属于煤热解炼油装置技术领域，具体涉及一种两段式煤加氢反应器及其进行三级气固分离的方法。

背景技术

我国煤炭资源丰富，价格低廉，但是长期以来没有得到很好的利用。随着经济的发展，如何有效地综合开发利用煤，特别是低价煤备受关注。另外，全球石油需求不断上升，各国都在积极寻找石油替代资源，而我国低价煤还未充分发挥作用，因此用低价煤在高温条件下进行快速加氢热解，并将生成物中的气固混合物进行很好的分离，最终得到干净的油品，而且此过程要求工艺简单、操作方便、水耗低、节能、环保，这种工艺逐渐成为当今世界煤制油发展的趋势。但是，在现有技术中，存在工艺复杂、水耗高、产油率低、焦油中重组分含量高、环境污染严重等问题。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术中在煤加氢热解反应过程中存在的工艺复杂、水耗高、产油率低、焦油中重组分含量高、环境污染严重的问题，提供一种两段式煤加氢反应器及其进行三级气固分离的方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种两段式煤加氢反应器，包括煤加氢反应器本体，其中：它还包括高温旋风分离器(17)、设有陶瓷滤芯(22)的陶瓷过滤器(23)以及设置在煤加氢反应器本体内的天然气转化炉(3)、合成气和氢气混合器(4)、反应室(7)、一级焦灰分离器(14)，在所述的煤加氢反应器本体的顶部设有天然气和氧气一体化烧嘴(1)并且天然气和氧气一体化烧嘴(1)与天然气转化炉(3)相通，所述的天然气转化炉(3)的出口与合成气和氢气混合器(4)的入口相连接，所述的合成气和氢气混合器(4)的出口与反应室(7)的入口连接，在反应室(7)的出口与一级焦灰分离器(14)的入口之间设有水冷壁(18)，在所述水冷壁(18)的下方开设有冷却水进口(12)，并且延伸至煤加氢反应器壳体外部，在所述的水冷壁(18)的上方开设有冷却水出口(10)，并且延伸至煤加氢反应器壳体外部，所述水冷壁(18)的出口延伸至煤加氢反应器壳体外，并且水冷壁(18)的出口与高温旋风分离器(17)的入口通过耐高温管道(16)连接，在所述的高温旋风分离器(17)的出口处设有二级焦灰排放口(19)，并延伸至高温旋风分离器(17)的外部；在所述高温旋风分离器(17)的出口与设有陶瓷滤芯(22)的陶瓷过滤器(23)的入口通过耐高温管道(16)相连接，在陶瓷过滤器(23)的出口设有三级焦灰排放口(25)，在所述陶瓷过滤器(23)的上面设有油气出口(21)，所述的油气出口(21)与油冷却系统相连；在所述合成气和氢气混合器(4)的中上部设有4个氢气入口(5)，所述4个氢气入口(5)在同一水平面且沿合成气和氢气混合器(4)圆周均匀分布，在所述反应室(7)的中上部设有4个煤喷嘴(8)，在所述反应室(7)的出口设有4个激冷氢气喷嘴(9)和温度测量口(11)，其中4个激冷氢气喷嘴(9)在同一水平面且沿合成气和氢气混合器(4)圆周均匀分布，在所述一级焦灰分离器(14)的出口设有焦灰出口(15)并且延伸到煤加氢反应器本体的外部；所述的焦灰出口(15)、二级焦灰排放口(19)、三级焦灰排放口(25)都与半焦系统连接。

在所述天然气转化炉(3)、合成气和氢气混合器(4)和反应室(7)的内壁均设有耐火砖(2)。

一种利用上述两段式煤加氢反应器进行三级气固分离的方法，具体包括以下步骤：

(1)、将反应室(7)出口的气固混合物，经过激冷氢气喷嘴(9)和水冷壁(18)对其进行2次降温后，温度控制在400℃～650℃之间，气固混合物中的一部分焦灰沉降在一级焦灰分离器(14)里，再通过一级焦灰分离器(14)的焦灰出口(15)排到半焦系统，经过一级处理后的油气混合物通过耐高温管道(16)与高温旋风分离器(17)的入口连接，进高温旋风分离器(17)的油气混合物固体含量下降60～70％；

(2)、经过一级处理的油气混合物进入高温旋风分离器(17)，油气中的焦灰沉降在旋风分离器(17)的底部，经过二级焦灰排放口(19)排到半焦系统，经过两次气固分离处理后的油气混合物通过耐高温管道(16)与陶瓷过滤器(23)的入口连接，进陶瓷过滤器(23)的油气混合物中绝大部分的焦灰被分离出来，油气中仅含有5～9％的焦灰；

(3)、经过二级处理的油气混合物进入陶瓷过滤器(23)，经过陶瓷滤芯(22)后，油气中的焦灰被分离到陶瓷过滤器(23)的底部，经过三级焦灰排放口(25)排到半焦系统，经过三级处理后，得到干净的油气混合物，通过油气出口(21)被送往油冷却系统工序。

与现有技术相比，本发明采用上述技术方案，通过天然气转化炉顶部的天然气和氧气的一体化烧嘴点火，在天然气转化炉内天然气(压力：1.0MPa～6.5MPaG、温度：50℃～150℃)和氧气(压力：1.0MPa～6.5MPaG、28℃～35℃)进行不完全反应，生成1100℃～1600℃的高温合成气CO(25％～35％)和H2(51％～61％)，并与合成气和氢气混合器中上部的H2混合，使得合成气中的氢组分提高，富氢的合成气进入煤加氢反应器中，与煤喷嘴喷出的煤粉进行充分混合、反应，在煤加氢反应器中煤粉在氢气氛、高温、高压下进行热解，使煤中的挥发分最大程度的得到提取，避免了煤中自由基的聚合，从而增加了装置的出油率。煤加氢反应器出口设置激冷氢气，对反应后的气固混合物进行首次降温，壳体上设有冷却水，对气固混合物进行二次降温，经过降温后的气固混合物在重力的作用下，较重的焦灰首次被沉降在一级焦灰分离器中，之后进入旋风分离器进行二级处理，经过旋风分离器后，气固混合中的含固量明显降低，最后经过陶瓷过滤器进行三级处理，得到干净的油气送往后序系统。整个工艺不仅提高了产油率，而且使得油中的固含量很少，得到干净的油品；传统工艺的水激冷是水和反应后的气固相接触，这样会产生很多的废水，给后序水处理系统带来了很大的负担，而此工艺整个生产过程中用氢气进行激冷，从而节约了整个装置的用水成本和污水排放带来的环境污染；另外煤加氢反应器由于有氢气参与反应，所以装置的CO2排放量很少，对环保方面很有利。因此，本发明具有工艺简单、水耗低、产油率高、焦油中重组分含量低、环境无污染等优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明煤喷嘴结构示意图；

图3是本发明合成气和氢气混合器的氢气入口结构示意图；

图4是本发明煤加氢反应器出口激冷氢气喷嘴结构示意图。

具体实施方式

实施例1：如图1、图2、图3和图4所示，本实施例一种两段式煤加氢反应器，包括煤加氢反应器本体，其中：它还包括高温旋风分离器17、设有陶瓷滤芯22的陶瓷过滤器23以及设置在煤加氢反应器本体内的天然气转化炉3、合成气和氢气混合器4、反应室7、一级焦灰分离器14，在所述的煤加氢反应器本体的顶部设有天然气和氧气一体化烧嘴1并且天然气和氧气一体化烧嘴1与天然气转化炉3相通，所述的天然气转化炉3的出口与合成气和氢气混合器4的入口相连接，所述的合成气和氢气混合器4的出口与反应室7的入口连接，在反应室7的出口与一级焦灰分离器14的入口之间设有水冷壁18，在所述水冷壁18的下方开设有冷却水进口12，并且延伸至煤加氢反应器壳体外部，在所述的水冷壁18的上方开设有冷却水出口10，并且延伸至煤加氢反应器壳体外部，所述水冷壁18的出口延伸至煤加氢反应器壳体外，并且水冷壁18的出口与高温旋风分离器17的入口通过耐高温管道16连接，在所述的高温旋风分离器17的出口处设有二级焦灰排放口19，并延伸至高温旋风分离器17的外部；在所述高温旋风分离器17的出口与设有陶瓷滤芯22的陶瓷过滤器23的入口通过耐高温管道16相连接，在陶瓷过滤器23的出口设有三级焦灰排放口25，在所述陶瓷过滤器23的上面设有油气出口21，所述的油气出口21与油冷却系统相连；在所述合成气和氢气混合器4的中上部设有4个氢气入口5，所述4个氢气入口5在同一水平面且沿合成气和氢气混合器4圆周均匀分布，在所述反应室7的中上部设有4个煤喷嘴8，在所述反应室7的出口设有4个激冷氢气喷嘴9和温度测量口11，其中4个激冷氢气喷嘴9在同一水平面且沿合成气和氢气混合器4圆周均匀分布，在所述一级焦灰分离器14的出口设有焦灰出口15并且延伸到煤加氢反应器本体的外部；所述的焦灰出口15、二级焦灰排放口19、三级焦灰排放口25都与半焦系统连接。

在所述天然气转化炉3、合成气和氢气混合器4和反应室7的内壁均设有耐火砖2。

一种利用上述两段式煤加氢反应器进行三级气固分离的方法，具体包括以下步骤：

1、将反应室7出口的气固混合物，经过激冷氢气喷嘴9和水冷壁18对其进行2次降温后，温度控制在400℃～650℃之间，由于气固混合物中的焦灰较重，所以气固混合物中的一部分焦灰由于重力的作用沉降在一级焦灰分离器14里，再通过一级焦灰分离器14的焦灰出口15排到半焦系统，经过一级处理后的油气混合物通过耐高温管道16与高温旋风分离器17的入口连接，进高温旋风分离器17的油气混合物固体含量下降60～70％；

2、经过一级处理的油气混合物进入高温旋风分离器17，由于旋风分离的作用，油气中大量的焦灰沉降在旋风分离器17的底部，经过二级焦灰排放口19排到半焦系统，经过两次气固分离处理后的油气混合物通过耐高温管道16与陶瓷过滤器23的入口连接，进陶瓷过滤器23的油气混合物中绝大部分的焦灰被分离出来，油气中仅含有5～9％的焦灰；

3、经过二级处理的油气混合物进入陶瓷过滤器23，由于陶瓷过滤器23中陶瓷滤芯22的精密度＜0.3μm很高，所以经过陶瓷滤芯22后，油气中的焦灰被分离到陶瓷过滤器23的底部，经过三级焦灰排放口25排到半焦系统，经过三级处理后，得到洁净的油气，通过油气出口21被送往油冷却系统工序。

Claims (3)

1.一种两段式煤加氢反应器，包括煤加氢反应器本体，其特征是：它还包括高温旋风分离器(17)、设有陶瓷滤芯(22)的陶瓷过滤器(23)以及设置在煤加氢反应器本体内的天然气转化炉(3)、合成气和氢气混合器(4)、反应室(7)、一级焦灰分离器(14)，在所述的煤加氢反应器本体的顶部设有天然气和氧气一体化烧嘴(1)并且天然气和氧气一体化烧嘴(1)与天然气转化炉(3)相通，所述的天然气转化炉(3)的出口与合成气和氢气混合器(4)的入口相连接，所述的合成气和氢气混合器(4)的出口与反应室(7)的入口连接，在反应室(7)的出口与一级焦灰分离器(14)的入口之间设有水冷壁(18)，在所述水冷壁(18)的下方开设有冷却水进口(12)，并且延伸至煤加氢反应器壳体外部，在所述的水冷壁(18)的上方开设有冷却水出口(10)，并且延伸至煤加氢反应器壳体外部，所述水冷壁(18)的出口延伸至煤加氢反应器壳体外，并且水冷壁(18)的出口与高温旋风分离器(17)的入口通过耐高温管道(16)连接，在所述的高温旋风分离器(17)的出口处设有二级焦灰排放口(19)，并延伸至高温旋风分离器(17)的外部；在所述高温旋风分离器(17)的出口与设有陶瓷滤芯(22)的陶瓷过滤器(23)的入口通过耐高温管道(16)相连接，在陶瓷过滤器(23)的出口设有三级焦灰排放口(25)，在所述陶瓷过滤器(23)的上面设有油气出口(21)，所述的油气出口(21)与油冷却系统相连；在所述合成气和氢气混合器(4)的中上部设有4个氢气入口(5)，所述4个氢气入口(5)在同一水平面且沿合成气和氢气混合器(4)圆周均匀分布，在所述反应室(7)的中上部设有4个煤喷嘴(8)，在所述反应室(7)的出口设有4个激冷氢气喷嘴(9)和温度测量口(11)，其中4个激冷氢气喷嘴(9)在同一水平面且沿合成气和氢气混合器(4)圆周均匀分布，在所述一级焦灰分离器(14)的出口设有焦灰出口(15)并且延伸到煤加氢反应器本体的外部；所述的焦灰出口(15)、二级焦灰排放口(19)、三级焦灰排放口(25)都与半焦系统连接。

2.根据权利要求1所述的一种两段式煤加氢反应器，其特征是：在所述天然气转化炉(3)、合成气和氢气混合器(4)和反应室(7)的内壁均设有耐火砖(2)。

3.一种利用权利要求1所述的两段式煤加氢反应器进行三级气固分离的方法，其特征是：具体包括以下步骤：

(1)、将反应室(7)出口的气固混合物，经过激冷氢气喷嘴(9)和水冷壁(18)对其进行2次降温后，温度控制在400℃～650℃之间，气固混合物中的一部分焦灰沉降在一级焦灰分离器(14)里，再通过一级焦灰分离器(14)的焦灰出口(15)排到半焦系统，经过一级处理后的油气混合物通过耐高温管道(16)与高温旋风分离器(17)的入口连接，进高温旋风分离器(17)的油气混合物固体含量下降60～70％；

(2)、经过一级处理的油气混合物进入高温旋风分离器(17)，油气中的焦灰沉降在旋风分离器(17)的底部，经过二级焦灰排放口(19)排到半焦系统，经过两次气固分离处理后的油气混合物通过耐高温管道(16)与陶瓷过滤器(23)的入口连接，进陶瓷过滤器(23)的油气混合物中绝大部分的焦灰被分离出来，油气中仅含有5～9％的焦灰；

(3)、经过二级处理的油气混合物进入陶瓷过滤器(23)，经过陶瓷滤芯(22)后，油气中的焦灰被分离到陶瓷过滤器(23)的底部，经过三级焦灰排放口(25)排到半焦系统，经过三级处理后，得到干净的油气混合物，通过油气出口(21)被送往油冷却系统工序。