CN112375594B - 煤加氢气化反应炉以及煤加氢气化反应的方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种煤加氢气化反应炉以及方法，该煤加氢气化反应炉包括炉体以及反应筒；反应筒的内腔形成为第一反应区，炉体的内腔形成为第二反应区；反应筒具有加氢气化喷嘴以及与第二反应区连通的第一反应区出口；第一反应区出口处设置有用于检测第一反应区出口处温度的第一测温件；炉体的炉壁上设置有激冷喷嘴，激冷喷嘴用于向第二反应区内喷入激冷介质，以降低第二反应区的温度；第二反应区的出口处设置有用于检测第二反应区出口处温度的第二测温件；第二反应区具有冷却介质入口，用于向第二反应区内喷入冷却介质，以使第二反应区终止反应，从而实现了对反应深度的较好控制，提高了目标产物产率以及油品品质。

Description

煤加氢气化反应炉以及煤加氢气化反应的方法

技术领域

本公开涉及煤气化技术领域，尤其涉及一种煤加氢气化反应炉以及煤加氢气化反应的方法。

背景技术

煤加氢气化是指煤与高温氢气在一定温度和压力下发生反应生成甲烷、芳烃油品和清洁半焦的过程。

煤的加氢气化过程分为一次热分解和二次裂解，一次热分解过程反应速度快，在这一反应过程中原料煤需要获得尽可能高的能量以促进更多的结构价键断裂，生成更多的自由基，在氢自由基稳定后获得高的产物产率，二次裂解过程则是一次热分解产物裂解的过程，需要对反应深度进行适度控制，才能获得较高产率的轻质芳烃油品，防止生成过重的油品或全部裂解为甲烷气体。

然而，现有的煤加氢气化反应炉未对反应过程进行详细区分控制，导致总碳转化率较低，不能较好的调控油品产率和油品品质。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种煤加氢气化反应炉以及煤加氢气化反应的方法。

第一方面，本公开提供了一种煤加氢气化反应炉，包括炉体以及穿设在所述炉体上部的反应筒；所述反应筒的内腔形成为第一反应区，所述炉体的内腔形成为第二反应区；

所述反应筒具有第一反应区出口以及用于供煤粉、氢气和氧气进入至所述第一反应区的加氢气化喷嘴；所述第一反应区出口与所述第二反应区连通，以使所述第一反应区内反应的物料进入至所述第二反应区；所述第一反应区出口处设置有用于检测所述第一反应区出口处温度的第一测温件，以使所述第一反应区的反应温度得以控制；

所述炉体的炉壁上设置有激冷喷嘴，所述激冷喷嘴用于向所述第二反应区内喷入激冷介质，以降低所述第二反应区的温度，所述激冷介质至少包括激冷煤粉；所述第二反应区出口处设置有用于检测所述第二反应区出口处温度的第二测温件，以使所述第二反应区的反应温度得以控制；

所述第二反应区具有冷却介质入口，所述冷却介质入口位于所述第二测温件的下方，所述冷却介质入口用于向所述第二反应区内喷入冷却介质，以使所述第二反应区终止反应。

可选的，所述激冷喷嘴设置在所述炉体的顶部，所述第一反应区出口朝向所述激冷喷嘴的轴线方向。

可选的，所述第一反应区出口的开设方向与水平面之间的夹角范围为30°～60°。

可选的，所述反应筒倾斜穿设在所述炉体上，所述反应筒的位于所述炉体内的一端具有开口，所述开口形成为所述第一反应区出口。

可选的，所述反应筒的长度与所述反应筒的内径的比值不小于5。

可选的，所述反应筒至少为四个，至少四个所述反应筒沿所述炉体的周向均匀分布。

可选的，所述激冷介质还包括激冷氢气；

所述激冷喷嘴具有用于供所述激冷煤粉进入至所述第二反应区的煤粉通道以及用于供所述激冷氢气进入至所述第二反应区的氢气通道。

可选的，所述氢气通道围设在所述煤粉通道的外围，以使所述激冷氢气与所述激冷煤粉同轴喷入所述第二反应区。

可选的，所述加氢气化喷嘴内设置有氢气/氧气燃烧结构，所述氢气/氧气燃烧结构用于燃烧部分氢气，以向所述煤粉的气化反应提供热量。

可选的，所述冷却介质包括激冷气；

所述第二反应区内设置有激冷环，所述激冷环位于所述第二测温件的下方，所述激冷环具有激冷气出口，所述激冷气出口分别与所述冷却介质入口以及所述第二反应区连通。

第二方面，本公开提供了一种利用如上所述的煤加氢气化反应炉进行煤加氢气化反应的方法，所述方法包括：

向第一反应区内通入煤粉、氢气和氧气，以使所述煤粉、所述氢气和所述氧气在所述第一反应区内至少发生煤加氢热分解反应；其中，所述第一反应区的反应温度根据第一反应区出口处的第一测温件检测到的温度进行控制；

通过激冷喷嘴向第二反应区内通入激冷介质，以降低所述第二反应区的温度，以至少使由所述第一反应区出口排出的物料在所述第二反应区发生裂解反应；其中，所述第二反应区的反应温度根据第二反应区出口处的第二测温件检测到的温度进行控制；

通过冷却介质入口向所述第二反应区内通入冷却介质，以使所述第二反应区终止反应。

可选的，所述通过激冷喷嘴向第二反应区内通入激冷介质包括：

通过所述激冷喷嘴向所述第二反应区内通入激冷煤粉和激冷氢气。

可选的，所述第一反应区的反应温度为900℃～1000℃；

所述第二反应区的反应温度为750℃～850℃。

可选的，所述第一反应区内物料的停留时间为0.5s～2.0s；

所述第一反应区的流速为0.1m/s～0.3m/s；

所述第二反应区内物料的停留时间为2s～10s。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本公开提供的煤加氢气化反应炉以及利用该煤加氢气化反应炉进行煤加氢气化反应的方法，通过将反应炉设置为包括第一反应区和第二反应区，且在第一反应区出口处设置第一测温件，通过第一测温件检测第一反应区出口处的温度，从而根据第一测温件检测到的温度对第一反应区内的反应温度进行控制，以保证第一反应区处于较高的反应温度，为煤炭结构的价键断键提供更高的能量，形成自由基碎片，且这样设置能够使氢气发生更多的解离，生成高反应活性的氢自由基，断键后的自由基碎片与氢自由基结合，从而提高了第一反应区反应产物的产率；同时在炉体的炉壁上设置激冷喷嘴，通过激冷喷嘴向第二反应区内喷入激冷介质，以降低第二反应区的温度，同时通过在第二反应区出口处设置第二测温件，通过第二测温件检测第二反应区出口处的温度，从而根据第二测温件检测到的温度对第二反应区内的反应温度进行控制，以使第一反应区反应产生的物料能够在第二反应区内进行较好的二次裂解，也就是说，通过设计两步反应且分段控温的方式，实现对煤加氢气化反应深度的较好控制，在提高目标产物产率的同时，提高了油品品质，进而获得更多的轻质油品。另外，通过使激冷介质包括激冷煤粉，即，采用激冷煤粉作为激冷手段，利用煤粉加氢反应需要吸热的特点，不仅实现了对第二反应区的有效降温，而且提高了该煤加氢气化反应炉的处理量；此外，煤粉激冷介质的使用充分利用了反应吸热的特点，在一定程度上降低了终止反应所用的冷却介质的用量。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例所述的煤加氢气化反应炉的结构示意图；

图2为本公开实施例所述的煤加氢气化反应炉中的激冷喷嘴以及反应筒的结构示意图；

图3为本公开实施例所述的煤加氢气化反应的方法的流程示意图。

其中，1、反应筒；11、第一反应区；12、加氢气化喷嘴；13、第一反应区出口；14、第一测温件；2、炉体；21、第二反应区；22、激冷喷嘴；221、煤粉通道；222、氢气通道；23、第二反应区出口；24、第二测温件；25、冷却介质入口；26、激冷环；27、炉体出口。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

对我国而言，以煤为主的能源结构短期内不会改变，随着环境污染问题日益严重，发展煤的高效洁净利用技术于我国乃至世界都具有深远的意义。

煤加氢气化是指煤与高温氢气在一定温度和压力下发生反应生成甲烷、芳烃油品和清洁半焦的过程。该技术耦合了煤快速热解、焦油加氢、半焦加氢工艺，大幅提升了轻质芳烃油品收率以及甲烷的直接产率，解决了传统热解油尘分离、含酚废水处理等难题，是实现占我国储量50％以上中低阶煤(尤其是粉煤)清洁、高效、经济利用的重要途径之一。

煤的加氢气化过程分为一次热分解和二次裂解，一次热分解过程反应速度快，在这一反应过程中原料煤需要获得尽可能高的能量以促进更多的结构价键断裂，生成更多的自由基，在氢自由基稳定后获得高的产物产率，二次裂解过程则是一次热分解产物裂解的过程，需要对反应深度进行适度控制，才能获得较高的轻质芳烃油品，防止生成过重的油品或全部裂解为甲烷气体。

然而，现有的煤加氢气化反应炉未对反应过程进行详细区分，导致总碳转化率较低，不能较好的调控油品产率和油品品质。

基于此，本实施例提供了一种煤加氢气化反应炉，能够提高总碳转化率，提高产率和油品品质。

参照图1和图2所示，该煤加氢气化反应炉包括：炉体2以及穿设在炉体2上部的反应筒1。其中，反应筒1的内腔形成为第一反应区11，炉体2的内腔形成为第二反应区21。

反应筒1具有用于供煤粉、氢气和氧气进入至第一反应区11的加氢气化喷嘴12以及用于供第一反应区11内反应的物料排出的第一反应区出口13。具体地，煤粉、氢气和氧气由加氢气化喷嘴12进入至第一反应区11，在第一反应区11内发生反应，反应的产物由第一反应区出口13排出。其中，加氢气化喷嘴12具体可以包括供煤粉进入第一反应区11的煤粉通道、供氢气进入至第一反应区11的氢气通道以及供氧气进入至第一反应区11的氧气通道。

其中，第一反应区出口13与第二反应区21连通，以使第一反应区11内反应的物料由第一反应区出口13进入至第二反应区21。进入至第二反应区21的物料进一步在第二反应区21发生反应，反应后的产物经过第二反应区出口23排出。具体实现时，炉体2具有炉体出口27，从第二反应区出口23排出的产物进而经过炉体出口27进入至后处理系统中。

需要说明的是，从第一反应区出口13排出的物料具体可以包括第一反应区11发生反应后的产物以及未发生反应的物料。

煤粉在第一反应区11主要发生煤加氢热分解反应。第一反应区11具体为高温反应区，较高的反应温度能够为煤炭结构内的价键断键提供更高的能量，形成自由基碎片，同时，较高的反应温度可以使氢气发生更多的解离，生成高反应活性的氢自由基，断键后的自由基碎片及时与氢自由基结合，可提高一次反应产物的产率。基于此，本实施例中，第一反应区出口13处设置有用于检测第一反应区出口13处温度的第一测温件14，以使第一反应区11的反应温度得以控制。

具体实现时，第一测温件14可以是热电偶，也可以是负温度系数热敏电阻(Negative Temperature Coefficient，简称NTC)，本实施例并不限于此，只要能够对第一反应区出口13处进行有效测温即可。

第一测温件14可以实时检测第一反应区出口13处的温度，也可以是以预设时间间隔来检测第一反应区出口13处的温度，比如每隔2s检测一次。具体实现时，比如该煤加氢气化反应炉具有外部显示屏，第一测温件14与该外部显示屏电连接，第一测温件14检测到的温度能够显示在外部显示屏上，以使操作人员能够及时、直观的获知第一反应区出口13处的温度，从而对第一反应区11内的反应温度进行调控。具体可以通过调节进入至第一反应区11的氧气的流量来控制第一反应区11的反应温度。比如，当第一测温件14检测到第一反应区出口13处的温度高于预设阈值时，操作人员通过减少通入第一反应区11内的氧气流量，从而降低第一反应区11的反应温度。可以理解的是，当氧气流量减少时，氢气燃烧量则减少，因此产生的热量减少，故第一反应区11的反应温度降低。当第一测温件14检测到第一反应区出口13处的温度未达到预设阈值时，操作人员通过增加通入第一反应区11内的氧气流量，从而使第一反应区11的反应温度升高，具体地，当氧气流量增大时，氢气燃烧量则增大，因此，第一反应区11的反应温度升高。其中，预设阈值为第一反应区11的最佳反应温度。具体实现时，可将该预设阈值设置在900℃～1000℃之间，即，优选的，将第一反应区11内的反应温度控制在900℃～1000℃之间。

当然，在其他实现方式中，也可以设置与第一测温件14电连接的控制器，控制器用于根据第一测温件14检测到的温度调节氧气的流量，从而使得第一反应区11的反应温度得以控制。

在第二反应区21主要发生热解产物的裂解反应。第二反应区21的主要目的是调整产物中油品品质，做到既不过度裂解又不会出现过重的焦油。第二反应区21的反应温度需要低于第一反应区11。基于此，本实施例中，炉体2的炉壁上设置有激冷喷嘴22，激冷喷嘴22用于向第二反应区21内喷入激冷介质，以降低第二反应区21的温度，激冷介质至少包括激冷煤粉。也就是说，第一反应区11的出口温度较高，需要尽快降温，保证第二反应区21的温度控制。通过激冷喷嘴22向第二反应区21内喷入激冷介质，以降低由第一反应区出口13排出的物料的温度，从而降低第二反应区21的温度。

其中，第二反应区出口23处设置有用于检测第二反应区出口23处温度的第二测温件24，以使第二反应区21的反应温度得以控制，进而使得反应深度得以控制。

第二测温件24可以是热电偶，也可以是负温度系数热敏电阻(NegativeTemperature Coefficient，简称NTC)，本实施例并不限于此，只要能够对第二反应区出口23处进行有效测温即可。

第二测温件24可以实时检测第二反应区出口23处的温度，也可以是以预设时间间隔来检测第二反应区出口23处的温度，比如每隔2s检测一次。具体实现时，比如可以使第二测温件24与气化反应炉的外部显示屏电连接，以使第二测温件24检测到的温度在外部显示屏上显示，以使操作人员能够及时、直观的获知第二反应区出口23处的温度，从而对第二反应区21内的反应温度进行调控。

具体地，当第二测温件24检测到第二反应区出口23处的温度高于预设阈值时，操作人员通过激冷喷嘴22向第二反应区21内喷入激冷煤粉，从而降低第二反应区21的反应温度，由于激冷煤粉在加氢反应时需要吸热，因此，可以快速的吸收第二反应区21的热量，使第二反应区21的温度降低。具体可根据第二测温件24实际检测到的温度选择通入激冷介质或者停止通入激冷介质。其中，此处的预设阈值为第二反应区21的最佳反应温度。具体实现时，可将该预设阈值设置在750℃～850℃之间，即，优选的，将第二反应区21内的反应温度控制在750℃～850℃之间。

当然，在其他实现方式中，也可以设置与第二测温件24电连接的控制器，控制器用于根据第二测温件24检测到的温度控制激冷介质的通入，从而使得第二反应区21的反应温度得以控制。

通过使激冷介质至少包括激冷煤粉，该激冷煤粉不仅起到了降低第二反应区21温度的作用，同时，至少部分激冷煤粉还可以在第二反应区21内发生加氢反应，从而提高了该煤加氢气化反应炉的处理量。

进一步地，激冷介质还可以包括激冷氢气。其中，激冷喷嘴22可以具有用于供激冷煤粉进入至第二反应区21的煤粉通道221以及用于供激冷氢气进入至第二反应区21的氢气通道222。示例性的，具体可使氢气通道222围设在煤粉通道221的外围，以使激冷氢气与激冷煤粉同轴喷入第二反应区21。通过将激冷氢气和激冷煤粉同轴喷入，可进一步提高煤粉的分散速度，提高冷却效果。具体可以通过调节喷入的激冷煤粉量来粗调第二反应区出口23处的温度，通过外围的激冷氢气量来精确控制第二反应区出口23处的温度，即，控制第二反应区21的反应温度。

具体地，激冷煤粉在第二反应区21内发生加氢反应时所需的氢气可以来自第一反应区11，也可以是由激冷喷嘴22进入的激冷氢气。

其中，第二反应区21具有冷却介质入口25，冷却介质入口25位于第二测温件24的下方，冷却介质入口25用于向第二反应区21内喷入冷却介质，以使第二反应区21终止反应。也就是说，当反应达到要求，且需要结束反应时，通过冷却介质入口25向第二反应区21内通入冷却介质，以使第二反应区21的温度降低，从而使第二反应区21停止反应。需要说明的是，此时第二反应区21内的温度低于第二反应区21内发生反应时的温度。示例性的，冷却介质用于将第二反应区21的反应物温度控制到低于600℃，比如图1中A点处的温度低于600℃。具体实现时，可将第二反应区21物料的停留时间控制在2s～10s。

冷却介质具体可以是激冷气。激冷气比如可以是氮气、合成气、氢气等，优选为合成气。通过设置激冷喷嘴22，利用激冷喷嘴22向第二反应区21内喷入激冷介质，在一定程度上还减少了激冷气的使用量，进而降低了后处理系统气体产物冷却、分离的处理量，提高了系统能效。

其中，第二反应区21内还可以设置激冷环26，激冷环26位于第二测温件24的下方，激冷环26具有激冷气出口，激冷气出口分别与冷却介质入口25以及第二反应区21连通。即，激冷气由冷却介质入口25进入至激冷环26内，进而从激冷环26的激冷气出口喷入至第二反应区21内。通过设置激冷环26，使得激冷气的喷入更加均匀，第二反应区21温度下降更快，即终止反应的速度更快。

当然，在其他实现方式中，冷却介质也可以是激冷水。

本实施例提供的煤加氢气化反应炉，通过反应炉设置为包括第一反应区11和第二反应区21，在第一反应区出口13处设置第一测温件14，通过第一测温件14检测第一反应区出口13处的温度，从而根据第一测温件14检测到的温度对第一反应区11内的反应温度进行控制，以保证第一反应区11处于较高的反应温度，为煤炭结构的价键断键提供更高的能量，形成自由基碎片，且这样设置使氢气发生更多的解离，生成高反应活性的氢自由基，断键后的自由基碎片与氢自由基结合，从而提高了第一反应区11反应产物的产率；同时在炉体2的炉壁上设置激冷喷嘴22，通过激冷喷嘴22向第二反应区21内喷入激冷介质，以降低第二反应区21的温度，同时通过在第二反应区出口23处设置第二测温件24，通过第二测温件24检测第二反应区出口23处的温度，从而根据第二测温件24检测到的温度对第二反应区21内的反应温度进行控制，以使第一反应区11反应产生的物料能够在第二反应区21内进行较好的二次裂解，也就是说，通过设计两步反应且分段测温的方式，实现对煤加氢气化反应深度的较好控制，在提高目标产物产率的同时，提高了油品品质，进而获得更多的轻质油品。另外，通过使激冷介质包括激冷煤粉，即，采用激冷煤粉作为激冷手段，利用煤粉加氢反应需要吸热的特点，不仅实现了对第二反应区21的有效降温，而且提高了该煤加氢气化反应炉的处理量；此外，煤粉激冷介质的使用在一定程度上降低了终止反应所用的冷却介质的用量。比如，当冷却介质为激冷气时，煤粉激冷介质的使用在一定程度上降低了终止反应所用的激冷气的用量。

较为优选的，激冷喷嘴22设置在炉体2的顶部，第一反应区出口13朝向激冷喷嘴22的轴线方向。如此设置使得由第一反应区出口13排出的物料可以直接与从激冷喷嘴22喷出的激冷介质发生对撞，从而可以加快混合速度，保证降温效果。

为了使得激冷介质与从第一反应区出口13排出的物料快速混合，具体可将第一反应区出口13的开设方向与水平面之间的夹角a设置在0°～60°之间。其中，第一反应区出口13的开设方向可以理解为由第一反应区出口13排出的物料的喷出方向。较为优选的，第一反应区出口13的开设方向与水平面之间的夹角a为30°～60°，从而进一步提高了混合效果，实现快速降温。

当然，在其他实现方式中，第一反应区出口13也可以竖直向下开设。

参照图1所示，反应筒1倾斜穿设在炉体2上，反应筒1的位于炉体2内的一端具有开口，开口形成为第一反应区出口13。其中，加氢气化喷嘴12设置在反应筒1的位于炉体2外的一端。在本实施例中，反应筒1具体穿设在炉体3的侧壁上，且靠近炉体3的侧壁顶部设置。

第一反应区11内的物料如在高温区内停留时间过长将发生非常快速的加氢裂解反应，由于反应温度高、速率快，无法实现产物调控的目的。因此，反应物在第一反应区11的停留时间不能过长，在本实施例中，第一反应区11内物料的停留时间优选为0.5s～2s。第一反应区11内由于要精确控制物料停留时间，应尽可能避免回流区出现，因此，该反应区内应尽量降低物料表观气速，设计大的长径比，在本实施例中，优选的，第一反应区11的流速为0.1m/s～0.3m/s。反应筒1的长度与反应筒1的内径的比值不小于5。

可选的，反应筒1至少为四个，至少四个所述反应筒1沿炉体2的周向均匀分布。通过将反应筒1设置为至少四个，可提高整个气化反应炉的处理量。结合图1和图2所示，在本实施例中，反应筒1具体为四个，激冷喷嘴22设置在炉体2的顶部，四个反应筒1与激冷喷嘴22采用4对1的形式布置，混合方式为对撞式，该形式可以进一步加快激冷介质与从第一反应区出口13排出的物料的混合速度，保证降温效果。该激冷方式最大的优势在于借助了煤粉激发加氢反应需要吸热的特点，提高了冷却效率，降低了激冷气的用量。

具体地，加氢气化喷嘴12内还可以设置氢气/氧气燃烧结构，氢气/氧气燃烧结构用于燃烧部分氢气，以向煤粉的气化反应提供热量。具体地，氢气/氧气燃烧结构包括氢气/氧气混合腔，氢气和氧气进入至该混合腔，由于在煤加氢反应时，加入的氢气具有一定的热量，当氢气和氧气进入至氢气/氧气混合腔后，部分氢气和氧气会发生燃烧反应，从而产生热量，即通过燃烧部分氢气提供煤粉加氢气化反应所需要的热量，提高了煤粉反应速率和转化率。

参照图3所示，本实施例还提供一种煤加氢气化反应的方法，该方法可以由上述实施例的煤加氢气化反应炉的部分或者全部执行，以实现对加氢气化反应深度的较好控制，进而提高目标产物产率以及油品品质。

结合图1至图3所示，下面通过具体的实施例对该煤加氢气化反应的方法进行说明，该方法具体包括：

S101、向第一反应区11内通入煤粉、氢气和氧气，以使煤粉、氢气和氧气在第一反应区11内至少发生煤加氢热分解反应。其中，第一反应区11的反应温度根据第一反应区出口13处的第一测温件14检测到的温度进行控制。

S102、通过激冷喷嘴22向第二反应区21内通入激冷介质，以降低第二反应区21的温度，以至少使由第一反应区出口13排出的物料在第二反应区21发生裂解反应；其中，第二反应区21的反应温度根据第二反应区出口23处的第二测温件24检测到的温度进行控制。

S103、向冷却介质入口25通入冷却介质，以使第二反应区21终止反应。

本公开提供的煤加氢气化反应的方法，通过第一测温件14检测第一反应区出口13处的温度，从而根据第一测温件14检测到的温度对第一反应区11内的反应温度进行控制，以保证第一反应区11处于较高的反应温度，为煤炭结构的价键断键提供更高的能量，形成自由基碎片，且这样设置使氢气发生更多的解离，生成高反应活性的氢自由基，断键后的自由基碎片与氢自由基结合，从而提高了第一反应区11反应产物的产率；同时在炉体2的炉壁上设置激冷喷嘴22，通过激冷喷嘴22向第二反应区21内喷入激冷介质，以降低第二反应区21的温度，同时通过在第二反应区出口23处设置第二测温件24，通过第二测温件24检测第二反应区出口23处的温度，从而根据第二测温件24检测到的温度对第二反应区21内的反应温度进行控制，以使第一反应区11反应产生的物料在第二反应区21内进行较好的二次裂解，也就是说，通过设计两步反应且分段测温的方式，实现对加氢气化反应深度的较好控制，在提高目标产物产率的同时，提高了油品品质，获得更多的轻质油品。另外，通过使激冷介质包括激冷煤粉，即，采用激冷煤粉作为激冷手段，利用煤粉加氢反应需要吸热的特点，实现了对第二反应区21的有效降温，而且提高了该加氢气化反应炉的处理量；此外，煤粉激冷介质的使用在一定程度上降低了终止反应所用的冷却介质的用量。比如，当冷却介质为激冷气时，煤粉激冷介质的使用在一定程度上降低了终止反应所用的激冷气的用量。

进一步地，上述步骤S102中的通过激冷喷嘴22向第二反应区21内通入激冷介质具体包括：通过激冷喷嘴22向第二反应区21内通入激冷煤粉和激冷氢气。

较为优选的，可将第一反应区11的反应温度控制在900℃～1000℃，将第二反应区21的反应温度控制在750℃～850℃。

其中，第一反应区11内物料的停留时间具体可设置在0.5s～2.0s之间，以进一步增加油品产率。第一反应区11的流速可设置在0.1m/s～0.3m/s之间，避免流速过快而产生回流，以准确控制停留时间。其中，第二反应区21内物料的停留时间具体可设置在2s～10s之间。

具体的特征和实现原理与上述实施例相同，并能带来相同或者类似的技术效果，在此不再一一赘述。具体可参照上述实施例的描述。

利用本实施例提供的煤加氢气化反应炉进行煤加氢气化反应，总碳转化率可提高2％～5％，油品收率可提高10％～15％。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (14)

1.一种煤加氢气化反应炉，其特征在于，包括炉体(2)以及穿设在所述炉体(2)上部的反应筒(1)；所述反应筒(1)的内腔形成为第一反应区(11)，所述炉体(2)的内腔形成为第二反应区(21)；

所述反应筒(1)具有第一反应区出口(13)以及用于供煤粉、氢气和氧气进入至所述第一反应区(11)的加氢气化喷嘴(12)；所述第一反应区出口(13)与所述第二反应区(21)连通，以使所述第一反应区(11)内反应的物料进入至所述第二反应区(21)；所述第一反应区出口(13)处设置有用于检测所述第一反应区出口(13)处温度的第一测温件(14)，以使所述第一反应区(11)的反应温度得以控制；

所述炉体(2)的炉壁上设置有激冷喷嘴(22)，所述激冷喷嘴(22)用于向所述第二反应区(21)内喷入激冷介质，以降低所述第二反应区(21)的温度，所述激冷介质至少包括激冷煤粉；所述第二反应区出口(23)处设置有用于检测所述第二反应区出口(23)处温度的第二测温件(24)，以使所述第二反应区(21)的反应温度得以控制；

所述第二反应区(21)具有冷却介质入口(25)，所述冷却介质入口(25)位于所述第二测温件(24)的下方，所述冷却介质入口(25)用于向所述第二反应区(21)内喷入冷却介质，以使所述第二反应区(21)终止反应。

2.根据权利要求1所述的煤加氢气化反应炉，其特征在于，所述激冷喷嘴(22)设置在所述炉体(2)的顶部，所述第一反应区出口(13)朝向所述激冷喷嘴(22)的轴线方向。

3.根据权利要求2所述的煤加氢气化反应炉，其特征在于，所述第一反应区出口(13)的开设方向与水平面之间的夹角范围为30°～60°。

4.根据权利要求2所述的煤加氢气化反应炉，其特征在于，所述反应筒(1)倾斜穿设在所述炉体(2)上，所述反应筒(1)的位于所述炉体(2)内的一端具有开口，所述开口形成为所述第一反应区出口(13)。

5.根据权利要求1至4任一项所述的煤加氢气化反应炉，其特征在于，所述反应筒(1)的长度与所述反应筒(1)的内径的比值不小于5。

6.根据权利要求1至4任一项所述的煤加氢气化反应炉，其特征在于，所述反应筒(1)至少为四个，至少四个所述反应筒(1)沿所述炉体(2)的周向均匀分布。

7.根据权利要求1至4任一项所述的煤加氢气化反应炉，其特征在于，所述激冷介质还包括激冷氢气；

所述激冷喷嘴(22)具有用于供所述激冷煤粉进入至所述第二反应区(21)的煤粉通道(221)以及用于供所述激冷氢气进入至所述第二反应区(21)的氢气通道(222)。

8.根据权利要求7所述的煤加氢气化反应炉，其特征在于，所述氢气通道(222)围设在所述煤粉通道(221)的外围，以使所述激冷氢气与所述激冷煤粉同轴喷入所述第二反应区(21)。

9.根据权利要求1至4任一项所述的煤加氢气化反应炉，其特征在于，所述加氢气化喷嘴(12)内设置有氢气/氧气燃烧结构，所述氢气/氧气燃烧结构用于燃烧部分氢气，以向所述煤粉的气化反应提供热量。

10.根据权利要求1至4任一项所述的煤加氢气化反应炉，其特征在于，所述冷却介质包括激冷气；

所述第二反应区(21)内设置有激冷环(26)，所述激冷环(26)位于所述第二测温件(24)的下方，所述激冷环(26)具有激冷气出口，所述激冷气出口分别与所述冷却介质入口(25)以及所述第二反应区(21)连通。

11.一种利用如权利要求1至10任一项所述的煤加氢气化反应炉进行煤加氢气化反应的方法，其特征在于，所述方法包括：

向第一反应区内通入煤粉、氢气和氧气，以使所述煤粉、所述氢气和所述氧气在所述第一反应区内至少发生煤加氢热分解反应；其中，所述第一反应区的反应温度根据第一反应区出口处的第一测温件检测到的温度进行控制；

通过激冷喷嘴向第二反应区内通入激冷介质，以降低所述第二反应区的温度，以至少使由所述第一反应区出口排出的物料在所述第二反应区发生裂解反应；其中，所述第二反应区的反应温度根据第二反应区出口处的第二测温件检测到的温度进行控制；

通过冷却介质入口向所述第二反应区内通入冷却介质，以使所述第二反应区终止反应。

12.根据权利要求11所述的煤加氢气化反应的方法，其特征在于，所述通过激冷喷嘴向第二反应区内通入激冷介质包括：

通过所述激冷喷嘴向所述第二反应区内通入激冷煤粉和激冷氢气。

13.根据权利要求11所述的煤加氢气化反应的方法，其特征在于，所述第一反应区的反应温度为900℃～1000℃；

所述第二反应区的反应温度为750℃～850℃。

14.根据权利要求11所述的煤加氢气化反应的方法，其特征在于，所述第一反应区内物料的停留时间为0.5s～2.0s；

所述第一反应区的流速为0.1m/s～0.3m/s；

所述第二反应区内物料的停留时间为2s～10s。

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