CN106512911A - 塔板式反应器及制备高浓度低阶煤水煤浆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种塔板式反应器，包括：反应器壳体；设置在反应器壳体上的进料口和出料口；位于反应器壳体内部且与进料口流体连通的喷淋装置；位于反应器壳体内部且位于喷淋装置下方的再分布盘；位于反应器壳体内部且位于再分布盘下方的多个塔板；其中塔板在反应器壳体的轴向上交错排列，塔板以与水平方向成5°至30°的角度向下倾斜且在其末端具有平滑连接的溢流堰，以及溢流堰与反应器的内表面之间留有间隙；和位于反应器壳体内部且位于所述塔板下方的消泡装置。此外，本发明还提供了一种利用所述塔板式反应器制备高浓度低阶煤水煤浆的方法，该方法具有连续性、安全性和稳定性的优点，且易于形成规模化生产。

Description

塔板式反应器及制备高浓度低阶煤水煤浆的方法

技术领域

本发明属于低阶煤转化与利用技术领域，具体涉及一种可以用于低阶煤水热改性的塔板式反应器以及利用该反应器制备高浓度低阶煤水煤浆的方法。

背景技术

煤气化技术是实现煤向能源及化学品转化的先导与核心环节。在众多煤气化技术中，水煤浆气流床气化技术因煤种适应性强、技术成熟、国产化程度高等优势得以广泛应用。我国以长焰煤、不黏煤、弱黏煤、褐煤等为代表的低阶煤资源储量丰富，但低阶煤制备水煤浆浓度较低。

以褐煤为例，由于其变质程度低，孔隙发达，亲水性强，制备水煤浆浓度通常低于50重量％，这限制了其在水煤浆气化领域的应用。如在蒙东地区建立的国内首套纯褐煤水煤浆气化装置因原料褐煤水煤浆浓度低于48重量％，难以安稳长满优运行。然而，褐煤价格低廉，赋存丰富，已探明储量约为1300亿吨，约占中国煤炭探明储量的13％。同时，褐煤挥发分含量高，反应活性强，是理想的煤气化原料。因此，在国际油价高位振荡、国内油气资源缺口加大等多重背景下，开发高浓度褐煤水煤浆制备技术对能源及化工行业意义重大。

毋庸置疑，褐煤改性提质技术是高浓度褐煤水煤浆制备技术不可或缺的核心技术。目前褐煤改性提质技术主要包括热力干燥、热压成型、水热处理改性等，其中水热处理改性技术更具有推广价值。这是因为水热处理改性技术可实现高水分含量褐煤的非蒸发脱水，避免了传统褐煤热力干燥技术中的能耗高、安全隐患大等缺点。国内外大量基础研究表明水热处理改性技术可使褐煤成浆浓度提高4重量％～10重量％(绝对值)，是褐煤改性提质技术重点发展方向之一。但褐煤水热处理改性技术反应条件较苛刻，需高温高压，对设备要求高，工程化难度较大。因此，国内外相关科研机构大多数仍止步于小试间歇釜式试验，尚未开发出连续性示范装置。

中国专利申请CN103599716A公开了一种可滤式制浆装置及利用该装置制备高浓度水煤浆的方法。中国专利申请CN103865598A和CN103911195A分别公开了一种用低阶煤制备高浓度水煤浆的方法。以上三项专利申请的核心装置均为间歇性高压反应釜装置，其不足之处在于单批次生产能力小、处理周期长、密封和搅拌设备维护成本高、难以连续稳定生产、不宜规模放大。中国专利申请CN101760267A利用环管反应器使褐煤改质，虽能实现工艺过程的连续性，但为达到褐煤改性所需的反应停留时间(通常为60min)，这种环管反应器的长度尺寸很大，能耗高，设备成本高，占地面积大。更需说明的是，褐煤料浆在环管中易沉降、堵管，而所述的环管反应器拆卸、清洗难度极大。中国专利申请CN102604698A公开了一种用低阶煤制备高浓度水煤浆的水热处理方法，但未能对核心反应器的类型、操作等事项具体说明，且采用声能发生器作为高压浆体颗粒粉碎装置，而声能发生器通常需要系统提供不低于30MPa的加载压力才能达到较好的粉碎效果，一方面系统难以提供如此高的压力(最高水热温度350℃对应的水蒸汽饱和蒸汽压约为16.5MPa)；另一方面，即使达到该压力值，则工艺及设备势必存在重大安全隐患。

发明内容

因此，为了克服现有低阶煤水热处理改性制备高浓度水煤浆技术中存在的不可连续性、安全稳定性差、难以大规模生产的缺陷，本发明提供了一种塔板式反应器，该反应器不仅可以实现利用水热处理法制备高浓度的低阶煤水煤浆的连续性、安全性和稳定性，而且易于形成规模化生产。另一方面，本发明还提供了一种利用该塔板式反应器制备高浓度低阶煤水煤浆的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一方面，本发明提供了一种塔板式反应器，所述反应器包括反应器壳体以及设置在所述反应器壳体上的进料口和出料口，其中，所述反应器还包括：

位于所述反应器壳体内部且与所述进料口流体连通的喷淋装置；

位于所述反应器壳体内部且位于所述喷淋装置下方的再分布盘；

位于所述反应器壳体内部且位于所述再分布盘下方的多个塔板；其中所述塔板在所述反应器壳体的轴向上交错排列，所述塔板以与水平方向成5°至30°的角度向下倾斜且在其末端具有平滑连接的溢流堰，以及所述溢流堰与反应器的内表面之间留有间隙；和

位于所述反应器壳体内部且位于所述塔板下方的消泡装置。

本发明中，低浓度水煤浆(例如，低浓度褐煤水煤浆)经由进料口进入塔板式反应器，并由喷淋装置快速喷出，通过再分布盘进行再分布后，在自身重力作用下自上而下依次轴向地流入各层塔板，低浓度水煤浆在塔板上维持一定的液位后溢流至下一塔板，其中，每块塔板向下倾斜，塔板和溢流堰平滑连接。本发明的这种倾斜、平滑的塔板和溢流堰结构不存在流动“死区”，对低浓度水煤浆具有导流作用，并使料浆不在塔板上沉积。反应后的料浆聚集在塔板式反应器的底部，而消泡装置可以消除反应过程中产生的泡沫。

在一些实施方案中，所述塔板与所述溢流堰也可以整体成型，从而形成一个整体部件，该部件具有塔板主体部分和溢流堰部分。

在一些实施方案中，所述间隙的尺寸为500～1000mm，优选为600～800mm。

根据本发明提供的反应器，其中，所述塔板以与水平方向成5°至30°，优选为5°至20°，更优选为10°至20°的角度向下倾斜。塔板上浆体(例如，低浓度低阶煤水煤浆)在液位超过所述溢流堰高度后向下逐层流动，进而延长在整个反应器内的停留时间(即，反应时间)。倾斜、平滑的塔板和溢流堰结构不存在流动“死区”，对浆体具有导流和防沉作用。

在一些实施方案中，所述塔板为平板，以及在一些实施方案中，所述塔板的表面光滑，无死角。

根据本发明提供的反应器，其中，所述溢流堰与所述塔板通过流线型光滑圆弧连接，这时所述溢流堰称之为弧形溢流堰。所述弧形溢流堰可强化低浓度水煤浆的径向湍动程度，使浆体在塔板上卷积冲涮以便更充分混合。

根据本发明提供的反应器，其中，所述溢流堰长度与塔板和溢流堰长度之和的比例为1:5～1:50，优选为1:10～1:30。本发明中，所述溢流堰长度是指弧形的终点至溢流堰端点之间的长度。

根据本发明提供的反应器，其中，所述塔板和溢流堰之间的夹角为90°～150°，优选为120°～150°。所述的弧型结构对浆体具有导流作用，使塔板和溢流堰结构不存在流动“死区”，避免料浆在塔板上沉积。

根据本发明提供的反应器，其中，所述喷淋装置为喷洒型、溢流型或冲击型的喷淋装置，优选为环管式或莲蓬头式喷洒器。本发明中喷淋装置进料方式为切向、轴向或螺旋形，优选轴向进料。

根据本发明提供的反应器，其中，所述再分布盘为分配锥式、槽式或玫瑰式液体再分布装置，优选分配锥式液体再分布装置。

根据本发明提供的反应器，其中，所述消泡装置为丝网除沫器或离心分离式除沫器，优选丝网除沫器。

在一些实施方案中，所述消泡装置位于所述反应器的下部，以便消除在反应过程中反应器底部聚集的大量泡沫。

根据本发明提供的反应器，其中，所述反应器壳体上设有人孔，以便于人工对反应器内部进行检修。

根据本发明提供的反应器，其中，所述反应器的外壁上设有加热夹套。在一些实施方案中，加热夹套的热源可为高温蒸汽、导热油或电加热，优选为高温蒸汽。

根据本发明提供的反应器，其中，所述反应器还可以包括其他附件。例如，合适的其他附件包括但不限于温度监测元件和压力监测元件。

根据本发明提供的反应器，其中，所述进料口位于所述反应器壳体的顶部。

根据本发明提供的反应器，其中，所述出料口位于所述反应器壳体的底部。

另一方面，本发明提供了一种制备高浓度低阶煤水煤浆的方法，所述方法包括：

(1)将低浓度低阶煤水煤浆预热至水热反应的温度；

(2)将预热后的低浓度低阶煤浆经由进料口送入所述塔板式反应器进行水热反应；其中，所述水热反应的温度为100～350℃，压力为0.1～16.5MPa；

(3)由所述塔板式反应器的出料口排出反应后的低阶煤水煤浆，经降温降压后送入脱水装置来脱除部分水；和

(4)向制得的脱水后的低阶煤水煤浆中加入水煤浆添加剂，剪切搅拌制得高浓度低阶煤水煤浆。

根据本发明提供的方法，所述低浓度低阶煤水煤浆可由本领域的常规方法制备。在一些实施方案中，制备低浓度低阶煤水煤浆的方法包括：(1)将低阶煤破碎、研磨；(2)向研磨后的低阶煤中加入水和水煤浆分散剂，经搅拌制得低浓度低阶煤水煤浆。

在一些优选实施方案中，制备高浓度低阶煤水煤浆的方法包括：

(1)将低阶煤送入破碎机进行破碎制得煤粒，所述煤粒经由磨煤机研磨后进入第一水煤浆制备罐，向所述第一水煤浆制备罐中加入水和防沉分散剂，以600～1000r/min的速度剪切搅拌，从而制得低浓度低阶煤水煤浆；

(2)将制得的低浓度低阶煤水煤浆由第一输送泵送入第一水煤浆收集罐；

(3)由第二输送泵将所述第一水煤浆收集罐内的低浓度低阶煤水煤浆送入预热器，低浓度低阶煤水煤浆在预热器内升温至水热反应的温度后由进料口进入塔板式反应器中进行水热反应；其中，所述水热反应的温度为100～350℃，压力为0.1～16.5MPa；

(4)由所述塔板式反应器的出料口排出反应后的低阶煤水煤浆，经冷却器降温后，再由卸料阀减温减压，并进入第二水煤浆收集罐；

(5)由第三输送泵将所述第二水煤浆收集罐接收的反应后的低阶煤水煤浆送入脱水装置以脱出部分水，脱水后的低阶煤水煤浆进入第二水煤浆制备罐，加入水煤浆添加剂，以600～1000r/min的速度剪切搅拌，从而制得高浓度低阶煤水煤浆。

根据本发明提供的方法，其中，在制备低浓度低阶煤水煤浆时，为了降低能量损耗，可以按照“多破少磨”的原则处理煤样。在一些实施方案中，采用破碎机将低阶煤破碎成粒径≤6mm的煤粒，然后将破碎后的煤粒送入磨煤机中进行研磨。

根据本发明提供的方法，其中，所述低阶煤选自长焰煤、不黏煤、弱黏煤和褐煤。

本发明中，对所述低浓度低阶煤水煤浆的浓度没有特殊要求。然而，浓度过低会导致装置的生产能力下降，而浓度过高会引起水煤浆的粘度大、流动性差，增加输送阻力，甚至发生堵管、沉积事故。由此，在一些实施方案中，所述低浓度低阶煤水煤浆中干煤量为5～35重量％，优选为20～30重量％。

在一些实施方案中，所述低浓度低阶煤水煤浆包含防沉分散剂。

在一些实施方案中，所述低浓度低阶煤水煤浆中防沉分散剂的量为干基煤的0～0.7重量％，优选为0.1～0.3重量％。

根据本发明提供的方法，其中，所述低浓度低阶煤水煤浆中煤粉的平均粒径≤50μm。然而，如果煤粉的平均粒径过小，会增加水煤浆的粘度，同时也会增加磨煤功耗。因此，煤粉的平均粒径优选为30～50μm。。

根据本发明提供的方法，其中，合适的防沉分散剂包括但不限于萘磺酸盐、木质素磺酸盐、腐植酸和磺化腐植酸中的一种或多种。

优选地，所述防沉分散剂为萘磺酸盐和/或木质素磺酸盐，例如，萘磺酸钠和/或木质素磺酸钠。

本发明中，对水热反应的温度没有特殊要求。但是，水热反应的温度过低会使低阶煤，特别是褐煤中含氧官能团不能脱除，从而起不到脱羧降内水的作用，而温度过高会使低阶煤，特别是褐煤中挥发成分丢失过多，影响低阶煤，特别是褐煤中有效成分的保留。在一些实施方案中，水热反应的温度为100～350℃，优选为250～325℃。

本发明中水热反应的压力可以根据水热反应的温度确定。在一些实施方案中，水热反应的压力通常为其水热反应温度对应的饱和蒸汽压值。例如，在一些具体实施方案中，所述水热反应的压力为4.0～12.4MPa。

本发明中，水热反应时间的长短可以影响低阶煤中含氧官能团的脱除效果，时间越长，含氧官能团的脱除效果越好，但是水热反应时间过长会影响技术的经济性。

本发明中，可以通过设定料浆的流速、塔板式反应器的纵向高度和塔板层数来控制水热反应时间(即，停留时间)。在一些实施方案中，低浓度低阶煤水煤浆在所述塔板式反应器中的停留时间为20～120min，优选为60～90min。

根据本发明提供的方法，其中，所述高浓度低阶煤水煤浆中干煤量为53～70％重量，优选为57～65％重量。

根据本发明提供的方法，其中，所述高浓度低阶水煤浆中水煤浆添加剂的量为干基煤的0～1.0重量％，优选为0.3～0.7重量％。

根据本发明提供的方法，其中，所述水煤浆添加剂选自选自腐殖酸系、木质素系、萘系和聚羧酸系水煤浆添加剂中的一种或两种。在一些实施方案中，所述水煤浆添加剂选自萘磺酸盐、木质素磺酸盐、腐植酸、磺化腐植酸和聚羧酸系分散剂中的一种或多种。

根据本发明提供的方法，其中，所述破碎机选自锤式破碎机、反击式破碎机、对辊式破碎机、颚式破碎机和线加速型破碎机中的一种或多种。

根据本发明提供的方法，其中，对褐煤进行研磨的方式可以为干法或湿法，优选湿法。

根据本发明提供的方法，其中，所述磨煤机选自球磨机、棒磨机、振动磨机、胶体磨机和雷蒙磨中的一种或多种。

根据本发明提供的方法，其中，所述第一水煤浆制备罐和第二水煤浆制备罐均配置有高速剪切搅拌装置。

根据本发明提供的方法，其中，所述第一输送泵和第三输送泵可以各自独立地为离心泵、隔膜泵、柱塞泵或螺杆泵，优选为离心泵。

根据本发明提供的方法，其中，所述第二输送泵可以为隔膜泵或柱塞泵，优选柱塞泵。

根据本发明提供的方法，其中，所述第一水煤浆收集罐和第二水煤浆收集罐均配置有高速剪切搅拌装置。

根据本发明提供的方法，其中，所述预热器可以为列管式预热器、盘管式预热器、夹套式预热器，优选为夹套式预热器。在一些实施方案中，所述预热器的热源可以为来自塔板式反应器的高温的低阶煤水煤浆(例如，高温的褐煤水煤浆)、蒸汽、导热油、电加热，优选来自塔板式反应器的高温褐煤水煤浆。

根据本发明提供的方法，其中，所述冷却器可以为列管式冷却器、盘管式冷却器、激冷式冷却器或夹套式冷却器，优选为夹套式冷却器。在一些实施方案中，冷却器的冷源可以为来自第二输送泵的低浓度低阶煤水煤浆(例如，低浓度褐煤水煤浆)、自来水、空气或惰性气体等，优选来自第二输送泵的低浓度褐煤水煤浆。

根据本发明提供的方法，其中，所述卸料阀为系列的气动耐高温高压阀和缓冲罐的组合。

根据本发明提供的方法，其中，所述脱水装置可以为沉降槽、带式真空过滤机、转鼓真空过滤机、圆盘真空过滤机、翻板真空过滤机或板框压滤机，优选为板框式压滤机。

本发明的塔板式反应器的有益效果包括：

(1)采用所述塔板式反应器，低浓度水煤浆在倾斜设置的且具有平滑连接的弧形溢流堰的塔板上径向流动，提高了煤粉的水热速率，自上而下逐板运动使轴向返混降到最低；

(2)避免了环管式反应器管线长、易堵塞、占地面积大、投资成本高等缺陷，也突破了釜式反应器的间歇性、因搅拌反混导致的低反应效率及停留时间不可控等难点；

(3)最为显著的是，塔板式反应器可以实现低阶煤(例如，褐煤)水热改性提质技术的安全连续和规模放大，其较之管式和釜式反应器在生产能力方面有数量级的优势，进而有望推动低阶煤水热改性提质技术的工程化和产业化。

本发明的制备高浓度低阶煤水煤浆的方法避免了环管式反应器和釜式反应器的缺陷，可以实现低阶煤(例如，褐煤)水热改性提质技术的安全连续和规模放大，有望推动低阶煤(例如，褐煤)水热改性提质技术的工程化和产业化。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：

图1是根据本发明实施方案的塔板式反应器的结构示意图；

图2是图1中A-A剖视图；

图3是利用塔板式反应器对低浓度低阶煤水煤浆进行水热处理从而制备高浓度低阶煤水煤浆的一种技术方案的工艺流程图；和

图4是利用塔板式反应器对低浓度低阶煤水煤浆进行水热处理从而制备高浓度低阶煤水煤浆的另一种技术方案的工艺流程图。

其中，附图标记的说明如下：1-原煤仓，2-对辊式破碎机，3-磨煤机，4-第一水煤浆制备罐，5-第一输送泵，6-第一水煤浆收集罐，7-第二输送泵，8-夹套式预热器，9-塔板式反应器，10-夹套式冷却器，11-卸料阀，12-第二水煤浆收集罐，13-第三输送泵，14-脱水装置，15-第二水煤浆制备罐，91-进料口，92-反应器壳体，93-环管式喷洒器，94-再分布盘，95-人孔，96-塔板，97-消泡装置，98-出料口和99-溢流堰。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。

实施例1

图1和图2显示了根据发明优选实施方案的塔板式反应器。参照图1和图2，本发明的塔板式反应器具有进料口91、反应器壳体92、环管式喷洒器93、再分布盘94、人孔95、多个塔板96、消泡装置97和出料口98。其中，进料口91位于反应器壳体92的顶部；环管式喷洒器93位于反应器壳体92内部且与进料口91流体连通；再分布盘94位于反应器壳体92内部且位于环管式喷洒器93下方；人孔95设置在反应器壳体92上；塔板96位于反应器壳体92内部且位于再分布盘94下方，其中多个塔板96在反应器壳体92的轴向上交错排列，塔板96以与水平方向成15°的角度向下倾斜，以及在塔板96的末端具有圆弧连接的溢流堰(即，弧形溢流堰)99，弧形溢流堰长度与塔板和弧形溢流堰长度之和的比例为1:25，塔板96和弧形溢流堰99之间的夹角为120°，弧形溢流堰99与反应器壳体92内表面之间留有600mm间隙；消泡装置97位于塔板96下方；以及出料口98位于反应器壳体92底部。

此外，在反应器壳体92的外壁设有加热夹套(未显示)，其热源为高温蒸汽。

操作时，低浓度水煤浆(例如，低浓度褐煤水煤浆)由进料口91进入塔板式反应器，并由环管式喷洒器93快速喷出，通过再分布盘94后在自身重力作用下自上而下依次轴向流入各层塔板96，低浓度水煤浆在塔板上维持一定的液位后溢流至下一塔板，料浆最终聚集在塔板式反应器的底部，生成的泡沫经由消泡装置97处理，水热反应后的浆料可由出料口98排出。

实施例2

本实施例用于说明利用实施例1的塔板式反应器对低浓度褐煤水煤浆进行水热处理从而制备高浓度褐煤水煤浆方法(余热不回收模式)。

参照图3，制备高浓度褐煤水煤浆方法包括：

(1)褐煤由原煤仓1送入对辊式破碎机2进行破碎至煤粒粒径≤6mm，然后将破碎后的煤粒送入球磨机3中加水研磨，送入第一水煤浆制备罐4，向第一水煤浆制备罐4加入水和占干基煤0.1重量％的木质素磺酸钠作为防沉分散剂，以600r/min的速度高速剪切搅拌，从而制得低浓度褐煤水煤浆；其中，低浓度褐煤水煤浆中煤粉的平均粒径为50μm，粒径分布为0.02～300μm，低浓度褐煤水煤浆中的干煤量为25重量％；

(2)将制得的低浓度褐煤水煤浆由第一输送泵5送入第一水煤浆收集罐6；其中第一输送泵5为离心泵，并且第一水煤浆收集罐6配置有高速剪切搅拌装置；

(3)将第一水煤浆收集罐6内的低浓度褐煤水煤浆由第二输送泵7送入夹套式预热器8升温至水热反应温度，夹套式预热器8内的热源为高温蒸汽，其中，第二输送泵7为柱塞泵；

(4)预热后的低浓度褐煤水煤浆由进料口91进入塔板式反应器9进行水热反应；其中，水热反应温度为295℃，在塔板式反应器9内的反应停留时间为75min；

(5)在维持反应器底部液位2000mm的前提下，由塔板式反应器9的出料口98排出反应后的褐煤水煤浆，进入夹套式冷却器10，与冷却器壳程内的自来水换热降温，由卸料阀11减温减压，并进入第二水煤浆收集罐12，其中，卸料阀11为系列的气动耐高温高压阀和缓冲罐的组合，以及第二水煤浆收集罐12中配置有高速剪切搅拌装置；

(6)将第二水煤浆收集罐12接收的反应后的褐煤水煤浆由第三输送泵13送入脱水装置14以脱出部分水，然后进入第二水煤浆制备罐15，加入占干基煤0.5重量％的南京大学研究人员开发的NDF萘系水煤浆添加剂，以1000r/min的速度高速剪切搅拌，从而制得高浓度水煤浆；其中，第二水煤浆收集罐12配置有高速剪切搅拌装置，脱水装置14为板框式压滤机，第三输送泵13为离心泵，以及第二水煤浆制备罐15配置有高速剪切搅拌装置。

实施例2制备的高浓度褐煤水煤浆中干煤量为59重量％。

实施例3

本实施例用于说明利用实施例1的塔板式反应器对低浓度褐煤水煤浆进行水热处理从而制备高浓度褐煤水煤浆方法(余热回收模式)。

参照图4，制备高浓度褐煤水煤浆方法包括：

(1)褐煤由原煤仓1送入对辊式破碎机2进行破碎至煤粒粒径≤6mm，然后将破碎后的煤粒送入球磨机3中加水研磨，送入第一水煤浆制备罐4，向第一水煤浆制备罐4加入水和占干基煤0.2重量％的磺化腐植酸作为防沉分散剂，以600r/min的速度高速剪切搅拌，从而制得低浓度褐煤水煤浆；其中，低浓度褐煤水煤浆中煤粉的平均粒径为50μm，粒径分布为0.02～300μm，低浓度褐煤水煤浆中的干煤量为20重量％；

(2)将制得的低浓度褐煤水煤浆由第一输送泵5送入第一水煤浆收集罐6；其中第一输送泵5为离心泵，并且第一水煤浆收集罐6配置有高速剪切搅拌装置；

(3)将第一水煤浆收集罐6内的低浓度褐煤水煤浆由第二输送泵7送入夹套式预热器8升温至水热反应温度，夹套式预热器8内的热源为来自塔板式反应器9底部的反应后的高温褐煤水煤浆，其中，第二输送泵7为柱塞泵；

(4)预热后的低浓度褐煤水煤浆由进料口91进入塔板式反应器9进行水热反应；其中，水热反应温度为310℃，在塔板式反应器9内的反应停留时间为75min；

(5)在维持反应器底部液位2000mm的前提下，由塔板式反应器9的出料口98排出反应后的高温褐煤水煤浆，送入夹套式预热器8与其内的低浓度褐煤水煤浆换热降温，然后由卸料阀11减温减压，进入第二水煤浆收集罐12，其中，卸料阀11为系列的气动耐高温高压阀和缓冲罐的组合，以及第二水煤浆收集罐12中配置有高速剪切搅拌装置；

(6)将第二水煤浆收集罐12接收的反应后的褐煤水煤浆由第三输送泵13送入脱水装置14以脱出部分水，然后进入第二水煤浆制备罐15，加入占干基煤0.3重量％的聚乙二醇-丙烯酸-苯乙烯磺酸钠三元聚羧酸水煤浆添加剂，以600r/min的速度高速搅拌剪切，从而制得高浓度水煤浆；其中，第二水煤浆收集罐12配置有高速剪切搅拌装置，脱水装置14为板框式压滤机，第三输送泵13为离心泵，以及第二水煤浆制备罐15配置有高速剪切搅拌装置。

实施例3制备的高浓度褐煤水煤浆中干煤量为60重量％。

Claims (10)

1.一种塔板式反应器，所述反应器包括反应器壳体以及设置在所述反应器壳体上的进料口和出料口，其中，所述反应器还包括：

位于所述反应器壳体内部且与所述进料口流体连通的喷淋装置；

位于所述反应器壳体内部且位于所述喷淋装置下方的再分布盘；

位于所述反应器壳体内部且位于所述再分布盘下方的多个塔板；其中所述塔板在所述反应器壳体的轴向上交错排列，所述塔板以与水平方向成5°至30°的角度向下倾斜且在其末端具有平滑连接的溢流堰，以及所述溢流堰与反应器的内表面之间留有间隙；和

位于所述反应器壳体内部且位于所述塔板下方的消泡装置。

2.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述塔板以与水平方向成5°至20°，优选为10°至20°的角度向下倾斜；

优选地，所述间隙的尺寸为500～1000mm，优选600～800mm；

优选地，所述溢流堰与所述塔板通过流线型光滑圆弧连接；

优选地，所述溢流堰长度与塔板和溢流堰长度之和的比例为1:5～1:50，优选为1:10～1:30；

优选地，所述塔板和溢流堰之间的夹角为90°～150°，优选为120°～150°。

3.根据权利要求1或2所述的反应器，其中，所述反应器壳体外壁设有加热夹套；

优选地，所述反应器还包括温度监测元件和压力监测元件；

优选地，所述进料口位于所述反应器壳体的顶部；

优选地，所述出料口位于所述反应器壳体的底部。

4.一种制备高浓度低阶煤水煤浆的方法，所述方法包括：

(1)将低浓度低阶煤水煤浆预热至水热反应的温度；

(2)将预热后的低浓度低阶煤水煤浆经由进料口送入权利要求1至3中任一项所述的塔板式反应器进行水热反应；其中，所述水热反应的温度为100～350℃，压力为0.1～16.5MPa；

(3)由所述塔板式反应器的出料口排出反应后的低阶煤水煤浆，经降温降压后送入脱水装置来脱除部分水；和

(4)向制得的脱水后的低阶煤水煤浆中加入水煤浆添加剂，剪切搅拌制得高浓度低阶煤水煤浆。

5.一种制备高浓度低阶煤水煤浆的方法，所述方法包括：

(1)将低阶煤送入破碎机进行破碎制得煤粒，所述煤粒经由磨煤机研磨后进入第一水煤浆制备罐，向所述第一水煤浆制备罐中加入水和防沉分散剂，以600～1000r/min的速度剪切搅拌，从而制得低浓度低阶煤水煤浆；

(2)将制得的低浓度低阶煤水煤浆由第一输送泵送入第一水煤浆收集罐；

(3)由第二输送泵将所述第一水煤浆收集罐内的低浓度低阶煤水煤浆送入预热器，低浓度低阶煤水煤浆在预热器内升温至水热反应的温度后由进料口进入权利要求1至3中任一项所述的塔板式反应器中进行水热反应；其中，所述水热反应的温度为100～350℃，压力为0.1～16.5MPa；

(4)由所述塔板式反应器的出料口排出反应后的低阶煤水煤浆，经冷却器降温后，再由卸料阀减温减压，并进入第二水煤浆收集罐；

(5)由第三输送泵将所述第二水煤浆收集罐接收的反应后的低阶煤水煤浆送入脱水装置以脱出部分水，脱水后的低阶煤水煤浆进入第二水煤浆制备罐，加入水煤浆添加剂，以600～1000r/min的速度剪切搅拌，从而制得高浓度低阶煤水煤浆。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述低浓度低阶煤水煤浆中干煤量为5～35重量％，优选为20～30重量％；

优选地，所述低阶煤选自长焰煤、不黏煤、弱黏煤和褐煤；

优选地，所述低浓度低阶煤水煤浆包含以干基煤计0～0.7重量％的防沉分散剂；更优选地，所述低浓度褐煤水煤浆中防沉分散剂的量为干基煤的0.1～0.3重量％；以及更优选地，所述防沉分散剂选自萘磺酸盐、木质素磺酸盐、腐植酸和磺化腐植酸中的一种或多种，例如，所述防沉分散剂为萘磺酸钠和/或木质素磺酸钠；

优选地，所述低浓度的低阶煤水煤浆中煤粉的平均粒径≤50μm，优选为30～50μm。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中，所述水热反应的温度为250～325℃，压力为4.0～12.4MPa；

优选地，低阶煤水煤浆在所述塔板式反应器中的停留时间为20～120min，优选为60～90min。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的方法，其中，所述高浓度低阶煤水煤浆中的干煤量为53～70％重量，优选为57～65％重量；

优选地，所述高浓度低阶水煤浆中水煤浆添加剂的量为干基煤的0～1.0重量％，优选为0.3～0.7重量％；

优选地，所述水煤浆添加剂选自萘磺酸盐、木质素磺酸盐、腐植酸、磺化腐植酸和聚羧酸系分散剂中的一种或多种。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的方法，其中，所述破碎机选自锤式破碎机、反击式破碎机、对辊式破碎机、颚式破碎机和线加速型破碎机中的一种或多种；

优选地，所述磨煤机选自球磨机、棒磨机、振动磨机、胶体磨机和雷蒙磨中的一种或多种；

优选地，所述第一水煤浆制备罐和第二水煤浆制备罐均配置有高速剪切搅拌装置；

优选地，所述第一输送泵和第三输送泵各自独立地为离心泵、隔膜泵、柱塞泵或螺杆泵，优选为离心泵；

优选地，所述第二输送泵可为隔膜泵或柱塞泵，优选为柱塞泵；

优选地，所述第一水煤浆收集罐和第二水煤浆收集罐均配置有高速剪切搅拌装置；

优选地，所述预热器为列管式预热器、盘管式预热器或夹套式预热器，优选为夹套式预热器；

优选地，所述冷却器为列管式冷却器、盘管式冷却器、激冷式冷却器或夹套式冷却器，优选为夹套式冷却器；

优选地，所述预热器充当冷却器；

优选地，所述卸料阀为系列的气动耐高温高压阀和缓冲罐的组合；

优选地，所述脱水装置为沉降槽、带式真空过滤机、转鼓真空过滤机、圆盘真空过滤机、翻板真空过滤机或板框压滤机，优选为板框式压滤机。

10.根据权利要求5至9中任一项所述的方法，其中，对低阶煤进行研磨的方式为干法或湿法，优选为湿法。