CN114181741B - 煤加氢气化装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种煤加氢气化装置。煤加氢气化装置包括炉体和位于炉体内的反应仓；炉体上设有第一煤粉入口和气体入口，反应仓上设有第二煤粉入口，第一煤粉入口和第二煤粉入口之间连接有管道，以使来自第一煤粉入口的煤粉通过第二煤粉入口进入反应仓中；反应仓的仓壁与炉体的炉壁之间限定出第一腔室，第一腔室包括靠近气体入口的气体转化区，由气体入口进入的气体在气体转化区被转化为待反应气体，反应仓的仓壁上开设有可供待反应气体进入反应仓内部的第一通孔，从而使得煤的气化性能较佳。

Description

煤加氢气化装置

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装置。

背景技术

煤气化技术是洁净高效利用煤的一种重要方式。

现有的煤加氢气化装置包括炉体，炉体上设有煤粉入口、氧气入口和氢气入口，炉体内设有反应腔。预热后约500℃左右的中温氢气与常温氧气分别通过氢气入口和氧气入口而进入反应腔内，并迅速发生燃烧反应，产生高温氢气，该高温氢气与通入反应腔中的常温煤粉快速混合并发生加氢气化反应。

然而，在炉体的反应腔内常会存在未反应的氧气与煤粉接触的情况，从而在反应腔中发生煤的燃烧反应，导致煤的气化性能较低。

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装置。

本公开提供了一种煤加氢气化装置，包括炉体和位于炉体内的反应仓；炉体上设有第一煤粉入口和气体入口，反应仓上设有第二煤粉入口，第一煤粉入口和第二煤粉入口之间连接有管道，以使来自第一煤粉入口的煤粉通过第二煤粉入口进入反应仓中；

反应仓的仓壁与炉体的炉壁之间限定出第一腔室，第一腔室包括靠近气体入口的气体转化区，由气体入口进入的气体在气体转化区被转化为待反应气体，反应仓的仓壁上开设有可供待反应气体进入反应仓内部的第一通孔。

可选的，反应仓的仓壁包括沿竖向设置的侧壁，第一通孔位于反应仓的侧壁上。

可选的，第一通孔的孔径小于煤粉的粒径；和/或

第一通孔的数量为多个，且多个第一通孔沿反应仓的侧壁的整周布置。

可选的，炉体包括沿竖向设置的侧壁，反应仓的侧壁和炉体的侧壁在炉体的整个周向上均具有间距。

可选的，第二煤粉入口位于反应仓的仓壁顶部，管道的靠近第二煤粉入口的管段沿竖直方向延伸。

可选的，气体入口位于炉体的炉壁顶部，气体转化区位于炉体的上部，反应仓位于气体转化区的下方。

可选的，反应仓和炉体均具有排渣口和气体出口，反应仓的排渣口和炉体的排渣口连通，反应仓的气体出口和炉体的气体出口连通；

反应仓内设有气体收集仓，气体收集仓的仓壁和反应仓的仓壁限定出气固反应腔室，第二煤粉入口、反应仓的排渣口、以及第一通孔均与气固反应腔室连通；

气体收集仓的仓壁上开设有第二通孔，第二通孔用于供气固反应腔室中的气体进入气体收集仓；反应仓的气体出口位于气体收集仓上。

可选的，气体收集仓包括竖向设置的环状挡壁，挡壁顶部和底部分别连接于反应仓的顶壁和底壁，第二通孔位于环状挡壁上。

可选的，第二通孔数量为多个，且多个第二通孔沿环状挡壁的整周布置。

可选的，气体收集仓上的气体出口位于气体收集仓的顶壁上，炉体上的气体出口靠近炉体的顶部侧设置；或者

气体收集仓上的气体出口位于气体收集仓的底壁上，炉体上的气体出口靠近炉体的底部侧设置。

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装置，通过在炉体内设置反应仓，并将气体转化区设置在反应仓和炉体之间，这样通入炉体内的氧气和氢气在气体转化区经过处理后得到待反应气体，该待反应气体再通过反应仓的仓壁上的第一通孔进入到反应仓内，而煤粉通过管道直接通入反应仓内部，煤粉和待反应气体在反应仓内部进行反应。换言之，将煤粉直接送入反应仓中，将氧气和氢气经过气体转化区的处理得到待反应气体，待反应气体再进入反应仓中与煤粉反应。这与直接将氧气、氢气和煤粉通入反应腔的现有技术相比，可以有效防止氧气在未与氢气发生反应的情况下就进入反应仓中与煤粉接触并反应，从而提高了煤的气化性能。

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装置的结构示意图；

图2为本公开实施例所述的煤加氢气化装置中表示炉体内的各反应介质流向的示意图；

图3为本公开实施例所述的煤加氢气化装置的俯视剖视图；

图4为本公开实施例所述的煤加氢气化装置的另一种结构的示意图。

其中，100、煤加氢气化装置；10、炉体；11、第一煤粉入口；12、第一气体入口；13、第二气体入口；14、27、排渣口；15、15'、28、28'、气体出口；16、隔板；20、反应仓；21、第二煤粉入口；22、53、53'、管道；23、第一通孔；24、气固反应腔室；25、顶壁；17、26、侧壁；29、底壁；30、第一腔室；31、气体转化区；50、气体收集仓；51、第二通孔；52、环状挡壁。

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。

相关技术的煤加氢气化装置中，容易出现反应腔内的煤粉和未反应的氧气接触，从而发生煤的燃烧反应的情况，这会导致煤的气化性能降低，半焦和粗煤气的产率也较低。

基于此，本实施例提供一种煤加氢气化装置，能够在炉体内对氧气和煤粉进行一定程度的隔离，防止二者接触并反应，能够提高煤的气化性能。下面通过具体的实施例对其进行详细说明。

实施例

图1为本公开实施例所述的煤加氢气化装置的结构示意图，图2为本公开实施例所述的煤加氢气化装置中表示炉体内的各反应介质流向的示意图，图3为本公开实施例所述的煤加氢气化装置的俯视剖视图。

参照图1和图2所示，本实施例提供一种煤加氢气化装置100，包括炉体10和位于炉体10内的反应仓20；炉体10上设有第一煤粉入口11和气体入口，反应仓20上设有第二煤粉入口21，第一煤粉入口11和第二煤粉入口21之间连接有管道22，以使来自第一煤粉入口11的煤粉通过第二煤粉入口21进入反应仓20中；

反应仓20的仓壁与炉体10的炉壁之间限定出第一腔室30，第一腔室30包括靠近气体入口的气体转化区31，来自气体入口的气体在气体转化区31被转化为能够与煤粉发生反应的待反应气体，反应仓20的仓壁上开设有可供待反应气体进入反应仓20内部的第一通孔23。

需要说明的是，在煤加氢气化装置中，这里的气体转化区31中进行的转化具体是指：氧气和氢气发生燃烧反应，同时将通入气体转化区31的氢气加热使其变成高温氢气。气体转化区31的具体位置可以在靠近气体入口的位置。

在上述方案中，通过在炉体10内设置反应仓20，将气体转化区31设置在反应仓20和炉体10之间，这样通入炉体10内的氧气和氢气在气体转化区31经过处理后得到待反应气体，该待反应气体再通过反应仓20的仓壁上的第一通孔23进入到反应仓20内，而煤粉通过管道22直接通入反应仓20内部，煤粉和待反应气体在反应仓20内部进行反应。换言之，将煤粉直接送入反应仓20中，将氧气和氢气经过气体转化区31的处理得到待反应气体，待反应气体再进入反应仓20中与煤粉反应。这可以有效防止氧气在未与氢气发生反应的情况下就进入反应仓20中与煤粉接触并反应，从而提高了煤的气化性能

炉体10内部中空，炉体10的炉壁上设有第一煤粉入口11和气体入口，其中，气体入口的数量可以为一个，氧气和氢气可以通过气体入口送入炉体内。

或者，气体入口的数量可以为至少两个，例如，气体入口可以包括第一气体入口12和第二气体入口13，第一气体入口12和第二气体入口13可以分别外接氧气源和氢气源，以向炉体10内提供氧气和氢气。当然，第一气体入口12和第二气体入口13各自的数量也可以根据需要设置。

第一煤粉入口11可供外部的煤粉进入炉体10内。炉体10上还设有排渣口14和气体出口15，炉体10内反应生成的半焦通过排渣口14排出炉体10，炉体10内反应生成的粗煤气通过气体出口15排出炉体10。

另外，炉体10中部还可以设有隔板16，隔板16位于炉体10内，并且隔板16的外边缘可以固定在炉体10的炉壁上，隔板16可将炉体10内分隔为上下两个部分，可以避免炉体10内上部的氢气等气体进入炉体10下部。

具体实现时，第一煤粉入口11和气体入口，例如第一气体入口12和第二气体入口13可以设置在炉体10的炉壁的大致顶部位置，而排渣口14可以设置在炉体10的炉壁的大致底部位置，气体出口15可以设置在炉体10的炉壁的顶部或者底部。

可以理解的是，第一煤粉入口11、第一气体入口12、第二气体入口13以及排渣口14和气体出口15在炉体10上的位置可以根据需要设置，不限于上述位置。

如前所述，为了防止氧气直接与煤粉接触，可以考虑在炉体10内设一个单独的反应仓20，反应仓20可以通过隔板16而设置在炉体10中。反应仓20内部中空，以形成供氢气和煤粉反应的气固反应腔室24。具体实现时，反应仓20可以包括顶壁25、底壁29和侧壁26，顶壁25和底壁29在竖直方向上间隔设置，侧壁26的顶端和底端分别连接在顶壁25和底壁29之间。反应仓20的侧壁26可以与隔板16连接而设置在炉体10上。反应仓20整体可以呈圆筒状，以与炉体10的形状相适配。

反应仓20上设有第二煤粉入口21，第一煤粉入口11和第二煤粉入口21之间连接有管道22，以使来自第一煤粉入口11的煤粉通过第二煤粉入口21进入反应仓20中。另外，反应仓20上也设有排渣口27和气体出口28，具体的，反应仓20的排渣口27和炉体10的排渣口14连通，反应仓20的气体出口28和炉体10的气体出口15连通。

需要注意的是，反应仓20的仓壁与炉体10的炉壁之间限定出第一腔室30，第一腔室30包括靠近气体入口的气体转化区31，来自气体入口的气体首先进入到气体转化区31中被处理，比如，分别从第一气体入口12、第二气体入口13进入气体转化区31的氧气和氢气被点燃发生反应，从而从第二气体入口13进入的氢气被转化为较高温度的氢气，并作为能够与煤粉发生反应的待反应气体。

在第一气体入口12、第二气体入口13大致位于炉体10顶部的情况下，气体转化区31大致位于炉体10内的顶部区域中靠近第一气体入口12和第二气体入口13的位置，也即第一腔室30的上部。换言之，第一气体入口12、第二气体入口13位于炉体10的炉壁顶部，气体转化区31位于炉体10的上部。此时反应仓20可以位于气体转化区31的下方，也即反应仓20的顶壁25和炉体10的顶壁之间在竖向上具有一定的间隔。

在反应仓20的仓壁与炉体10的炉壁在周向具有间隔区域的情况下，由于反应仓20的仓壁上开设有第一通孔23，此时气体转化区31中生成的待反应气体可以进入到上述间隔区域，并通过第一通孔23而进入反应仓20内部的气固反应腔室24，待反应气体和进入反应仓20的煤粉发生反应，生成半焦和粗煤气，半焦经反应仓20的排渣口27以及炉体10的排渣口14而排出炉体10，粗煤气经反应仓20的气体出口28和炉体10的气体出口15而排出炉体10。

需要注意的是，第一通孔23的孔径可以小于煤粉颗粒的粒径，以避免气固反应腔室24内的煤粉通过第一通孔23而逸出反应仓20外。

具体实现时，反应仓20的侧壁26可以沿竖向设置，第一通孔23可以位于反应仓20的侧壁26上。

参照图2，表示出了反应仓中一侧的反应介质流动情况，其中，以虚线箭头表示煤粉的传送路径，以单点划线箭头表示待反应气体的传送路径。在气体转化区31中被处理的高温氢气可以经过反应仓20的侧壁和炉体10的侧壁之间的间隔而进入到反应仓20中，与现有技术相比，增加了气体流通通道的长度，从而由第一气体入口12进入的氧气较难进入到反应仓20中。

继续参照图1，可以理解的是，可以使反应仓20的侧壁26和炉体10的侧壁在炉体10的整个周向上均具有间距。这样可以使待反应气体在周向上更均匀地进入到反应仓20中。在一些实施例中，第一通孔23的数量为多个，还可以使多个第一通孔23沿反应仓20的侧壁26的整周布置。具体实现时，反应仓20的侧壁26可以采用约翰逊网。

另外，参照图2，由于第一通孔23位于反应仓20的侧壁26上，此时高温氢气的气流方向大致呈横向，可以考虑使第二煤粉入口21位于反应仓20的仓壁顶部，管道22的靠近第二煤粉入口21的管段竖直布置，即沿竖直方向延伸。这样设置时，煤粉竖直向下(虚线箭头)流入反应仓20内，与高温氢气的气流方向(点划线箭头)垂直，这种气相和固相相互错流的方式，可以进一步避免从炉体10的第一气体入口12进入的氧气与煤粉接触。

示例性的，反应仓的顶壁25上靠近第二煤粉入口21的位置处还可以设有凸起结构，凸起结构沿竖向，朝向顶侧凸出，这样的结构便于煤粉更好地进入反应仓20中而不会附着在反应仓20的顶壁25的内侧面上。类似的，反应仓的底壁29上靠近排渣口27的位置处还可以设有凸起结构，凸起结构沿竖向，朝向底侧凸出，这样的结构便于半焦更好地排出反应仓20。

具体实现时，对于炉体10上的第一气体入口12和第二气体入口13，它们在炉体10的竖向上与反应仓20的侧壁和炉体10的侧壁间限定出的环状间隔的位置对应。

另外，参照图1、图3，第二煤粉入口21的数量和第一煤粉入口11的数量均可以为多个，且多个第二煤粉入口21在反应仓20的周向上均布。如前所述，第一煤粉入口11和第二煤粉入口21通过管道22相连，管道22可以沿竖直方向延伸，这样第一煤粉入口11和第二煤粉入口21数量相同，且彼此在竖直方向上的位置可以相对应。

本实施例中，参照图1、图3，反应仓20内设有气体收集仓50，气体收集仓50的仓壁和反应仓20的仓壁限定出气固反应腔室24，第二煤粉入口21、反应仓20的排渣口27、以及第一通孔23均开设于气固反应腔室24上；气体收集仓50的仓壁上开设有第二通孔51，第二通孔51用于供气固反应腔室24中的气体进入气体收集仓50；反应仓20的气体出口位于气体收集仓50的仓壁上。

在上述方案中，来自第二煤粉入口21的煤粉与经第一通孔23进入反应仓20的高温氢气，在气固反应腔室24中发生反应，反应中产生的半焦，可以经过气固反应腔室24的排渣口27和炉体10的排渣口14而排出炉体10，反应中产生的粗煤气，可以经过第二通孔51而进入到气体收集仓50中，并经过设置在气体收集仓50上的气体出口28和炉体10的气体出口而排出炉体10。

具体实现时，气体收集仓50可以包括竖向设置的环状挡壁52，环状挡壁52顶部和底部分别连接于反应仓20的顶壁25和底壁29，此时反应仓20的顶壁25中的部分区域形成气体收集仓50的顶壁。

例如反应仓20的顶壁的大致中心区域形成气体收集仓50的顶壁。此外，第二通孔51可以位于环状挡壁52上。与第一通孔23类似的，第二通孔51的孔径也可以小于煤粉的粒径，以尽量防止煤粉进入到气体收集仓50中。环状挡壁52也可以是约翰逊网。

具体实现时，第二通孔51的数量为多个，且多个第二通孔51可以沿环状挡壁52的整周布置。以增强对粗煤气的收集效果。

参照图2，作为一种可能的实施方式，气体收集仓50上的气体出口可以位于气体收集仓50的底壁上，这样炉体10上的气体出口15靠近炉体10的底部侧设置。当然，气体收集仓50上的气体出口28和炉体10的气体出口15之间可以通过管道53连通。

参照图4，作为另一种可能的实施方式，气体收集仓50上的气体出口28'可以位于气体收集仓50的顶壁上，而炉体10上的气体出口15'靠近炉体10的顶部侧设置，气体收集仓50上的气体出口28'和炉体10的气体出口15'之间可以通过管道53'连通。此种方案中，气体收集仓50中，混入到气体收集仓50中的固态半焦颗粒由于重力作用沉积到气体收集仓50底部，粗煤气自气体收集仓50顶部的气体出口28'流出，能够有效实现粗煤气和半焦的气固分离，并减小后续分离的负担。

本实施例提供的煤加氢气化装置100将煤粉直接送入气固反应腔室24中，将氧气和氢气经过气体转化区31的处理得到待反应气体，待反应气体再进入气固反应腔室24中与煤粉反应。这可以有效防止氧气在未与氢气发生反应的情况下就进入气固反应腔室24中与煤粉接触并反应，从而提高了煤的气化性能。

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 (10)

1.一种煤加氢气化装置，其特征在于，包括炉体（10）和位于所述炉体（10）内的反应仓（20）；所述炉体（10）上设有第一煤粉入口（11）和气体入口，所述反应仓（20）上设有第二煤粉入口（21），所述第一煤粉入口（11）和所述第二煤粉入口（21）之间连接有管道（22），以使来自第一煤粉入口（11）的煤粉通过所述第二煤粉入口（21）进入所述反应仓（20）中，氧气和氢气通过所述气体入口送入所述炉体（10）内；

所述反应仓（20）的仓壁与所述炉体（10）的炉壁之间限定出第一腔室（30），所述第一腔室（30）包括靠近所述气体入口的气体转化区（31），以使由所述气体入口进入的气体在所述气体转化区（31）被转化为待反应气体，所述反应仓（20）的仓壁上开设有可供所述待反应气体进入所述反应仓（20）内部的第一通孔（23）；

其中，所述气体转化区（31）中进行的转化具体是指：氧气和氢气发生燃烧反应，同时将通入所述气体转化区（31）的氢气加热使其变成高温氢气。

2.根据权利要求1所述的煤加氢气化装置，其特征在于，所述反应仓（20）的仓壁包括沿竖向设置的侧壁（26），所述第一通孔（23）位于所述反应仓（20）的所述侧壁（26）上。

3.根据权利要求2所述的煤加氢气化装置，其特征在于，所述第一通孔（23）的孔径小于所述煤粉的粒径；和/或

所述第一通孔（23）的数量为多个，且多个第一通孔（23）沿所述反应仓（20）的侧壁（26）的整周布置。

4.根据权利要求2所述的煤加氢气化装置，其特征在于，所述炉体（10）包括沿竖向设置的侧壁（17），所述反应仓（20）的侧壁（26）和所述炉体（10）的侧壁（17）在所述炉体（10）的整个周向上均具有间距。

5.根据权利要求2所述的煤加氢气化装置，其特征在于，所述第二煤粉入口（21）位于所述反应仓（20）的仓壁顶部，所述管道（22）的靠近所述第二煤粉入口（21）的管段沿竖直方向延伸。

6.根据权利要求1所述的煤加氢气化装置，其特征在于，所述气体入口位于所述炉体（10）的炉壁顶部，所述气体转化区（31）位于所述炉体（10）的上部，所述反应仓（20）位于所述气体转化区（31）的下方。

7.根据权利要求1至6任一项所述的煤加氢气化装置，其特征在于，所述反应仓（20）和所述炉体（10）均具有排渣口和气体出口，所述反应仓（20）的排渣口（27）和所述炉体（10）的排渣口（14）连通，所述反应仓（20）的气体出口（28）和所述炉体（10）的气体出口（15）连通；

所述反应仓（20）内设有气体收集仓（50），所述气体收集仓（50）的仓壁和所述反应仓（20）的仓壁限定出气固反应腔室（24），所述第二煤粉入口（21）、所述反应仓（20）的排渣口（27）、以及所述第一通孔（23）均位于所述气固反应腔室（24）上；

所述气体收集仓（50）的仓壁上开设有第二通孔（51），所述第二通孔（51）用于供所述气固反应腔室（24）中的气体进入所述气体收集仓（50）；所述反应仓（20）的气体出口（28）位于所述气体收集仓（50）上。

8.根据权利要求7所述的煤加氢气化装置，其特征在于，所述气体收集仓（50）包括竖向设置的环状挡壁（52），所述环状挡壁（52）顶部和底部分别连接于所述反应仓（20）的顶壁（25）和底壁（29），所述第二通孔（51）位于所述环状挡壁（52）上。

9.根据权利要求8所述的煤加氢气化装置，其特征在于，所述第二通孔（51）的数量为多个，且多个所述第二通孔（51）沿所述环状挡壁（52）的整周布置。

10.根据权利要求7所述的煤加氢气化装置，其特征在于，所述气体收集仓（50）上的气体出口（28'）位于所述气体收集仓（50）的顶壁上，所述炉体（10）上的气体出口（15'）靠近所述炉体（10）的顶部侧设置；或者

所述气体收集仓（50）上的气体出口（28）位于所述气体收集仓（50）的底壁上，所述炉体（10）上的气体出口（15）靠近所述炉体（10）的底部侧设置。

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