CN1935943A - 一种煤加氢反应装置及其工业应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤加氢反应装置及其工业应用。所述煤加氢反应装置包括气流床(4)和鼓泡床(18)以及煤浆循环泵(21)和换热器(22)、(23)组成，所说的气流床(4)及鼓泡床(18)共含于同一圆筒形内衬耐火材料的壳体(3)中，气流床(4)在上，鼓泡床(18)在下。本发明的装置和方法，能够用于一个年产500万吨油品的直接液化，日处理煤量为4万余吨，H2的传递速率加快，煤浆可多次进入反应器，能够防止沉淀发生，操作控制灵活方便，通过喷嘴自身的交叉射流和对置敷设喷嘴而形成的撞击流能很好的实现浆体雾化和雾滴与H2的混合。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤直接液化反应装置及其应用。
背景技术
煤直接液化是煤制油的技术之一，德国鲁尔煤公司(Kohleoel)、日本新能源产业技术开发机构(NEDOL)、美国HRI公司、EXXON公司都进行了大量研发工作。国内神华集团有限责任公司(关于煤直接液化工艺，ZL200410070249.6)、煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院(关于煤直接液化反应器，ZL03102672.9)和中国科学院山西煤炭化学研究所(关于煤直接液化催化剂，ZL98102883.7)等单位也在本领域进行了研究，鉴于经济和技术原因，目前尚无法实现大规模的工业化生产，不能满足代生产企业对年产≥500万吨油品规模的煤直接液化技术的需求。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一种煤加氢反应装置及其工业应用，以满足煤直接液化领域发展的需要。
本发明用于煤直接液化制备油品的加氢反应装置包括气流床和鼓泡床以及煤浆循环泵和换热器组成；
所说的气流床及鼓泡床共含于同一圆筒形内衬耐火材料的壳体中，气流床在上，鼓泡床在下；
所说的气流床包括：
设置在气流床高度的同一水平面或若干个水平面沿壳体周边上的以及或设置在气流床顶部的喷嘴室；
设置在喷嘴室中的喷嘴；
设置在气流床下端的设有出口的锥底；
所说的喷嘴选自设有第一通道、第二通道和第三通道的三通道喷嘴；
所说的鼓泡床包括：
设置在鼓泡床中与所说的出口相连接的导气管；
设置在导气管下端的引流筒；
设置在鼓泡床中部的、鼓泡床与导气管之间的破泡板，用于破除鼓泡床中气流产生的气泡；
设置在鼓泡床上部的、鼓泡床与导气管之间的捕沫板，用于消除气相或者气泡夹带的浆体；
设置在所说的锥底下方的尾气出口；
设置在破泡板上方和尾气出口处的捕沫器，用于进一步消除气相或者气泡夹带的浆体，捕沫器下部设有浆体出口；
设置在鼓泡床下侧部的浆体出口；
设置在鼓泡床底部的排灰口；
所说的煤浆循环泵的入口通过管线与浆体出口相连接，煤浆循环泵的出口通过管线与换热器的入口相连接，换热器的出口通过管线与喷嘴相连接；
本发明上述的煤加氢反应装置可以用于煤加氢直接液化，制备油品，其应用方法包括如下步骤：
将煤浆、催化剂和循环溶剂送入喷嘴第二通道，将H2送入喷嘴的第一和第三通道，煤浆、催化剂和循环溶剂在氢气流作用下雾化，粒径30～200μm，颗粒悬浮于氢气流中，再与对置喷嘴流股撞击，实现煤浆与H2的进一步混合，在催化剂作用下，煤粉在气流床中，进行加氢反应，生成油品；
尚未转化的煤浆和H2经导气管，通过引流筒引流后，进入鼓泡床继续进行加氢反应，尾气经捕沫板，进入捕沫器，经尾气出口排出，进入后续工段，净化加压后，可循环利用；
反应产生的煤灰，含部分催化剂、煤浆等自鼓泡床底部排灰口排出，可用于锅炉燃料或者气流床气化制氢的原料；
加氢后生产的液态烃及煤浆、催化剂经浆体出口排出，部分作为产品，送往后续的分离工段，收集所需要的产品，以及回收H2；部分泵送至气流床，循环，以进一步提高煤液化转化率。
气流床和鼓泡床的操作压力为20～30MPa，操作温度为400～500℃，反应物料在气流床中的滞留时间为1～80分钟，反应物料在鼓泡床中的滞留时间为1～100分钟。
所说的催化剂是铁系煤直接液化催化剂，催化剂的重量含量为煤浆量的1～5％；
所说的循环溶剂是液态烃经后续的分离工段分离出的馏程220～500℃的塔底产物。
本发明的装置和方法，能够用于一个年产500万吨油品的直接液化，日处理煤量为4万余吨，具有如下技术优势：
(1)加氢反应为非均相传递过程，即H2自气相主体对流扩散至煤浆表面，再通过分子扩散越过气相滞流膜，达到煤浆表面，再通过分子扩散越过液相滞流膜，才能达到煤粒表面，在催化剂以及合适的温度、压力作用下最终完成加氢反应，完成从煤向油品的转化。上述传递过程速率与诸多因素有关，但与传质表面成正比，本发明提出的由气流床和鼓泡床组成的复合床反应器将使传质表面增加数百倍，无疑将极大的加快传递速率，亦即加快H2反应速率。
(2)本发明公开的反应器是一个循环反应器，为提高煤浆的转化率，煤浆可多次进入反应器。
(3)在鼓泡床下部，导气管的外测设置引流筒，当H2气流流过时，将引起浆体内循环，防止沉淀发生。
(4)操作控制十分灵活方便。
(5)通过喷嘴自身的交叉射流和对置敷设而形成的撞击流能很好的实现浆体雾化和雾滴与H2的混合。
附图说明
图1为加氢反应装置结构示意图。
图2为图1的A-A向剖视图。
图3为喷嘴结构示意图。
图4为图3的B-B向剖视图。
具体实施方式
参见图1和图2，本发明用于煤直接液化制备油品的加氢反应装置包括气流床4和鼓泡床18以及煤浆循环泵21和换热器22、23组成；
所说的气流床4及鼓泡床18共含于同一圆筒形内衬耐火材料20的壳体3中，气流床4在上，鼓泡床1 8在下，两者共轴线。
所说的气流床4包括：
设置在气流床高度的同一水平面或若干个水平面沿壳体周边的喷嘴室1以及或设置在气流床顶部的喷嘴室19；
设置在喷嘴室1和喷嘴室19中的喷嘴2；
所说的喷嘴室1中喷嘴2的位置，沿壳体周边第一排喷嘴2的水平面距气流床上端喷嘴室距离为H，其与气流床的内径D的比值H/D应为0.5～2。每一水平面上沿周边设置偶数个喷嘴，喷嘴室1与喷嘴2共轴线，每一对喷嘴共轴线与气流床的轴线垂直且相距180度。
所说的喷嘴室19中可以设置若干个喷嘴2，喷嘴2的轴线与气流床4的轴线平行。
喷嘴室1和喷嘴室19固接于壳体3上；
设置在气流床下端的设有出口10的锥底5；
所说的喷嘴2选自设有第一通道201、第二通道202和第三通道203的三通道喷嘴，如图3和图4所示，优选采用发明人提出的授权专利ZL95111750.5中所描述的喷嘴；
所说的鼓泡床18包括：
设置在鼓泡床中与所说的出口10相连接的导气管8；
设置在导气管8下端的引流筒7；
设置在鼓泡床18中部的、鼓泡床与导气管8之间的破泡板12；
设置在鼓泡床18上部的、鼓泡床与导气管8之间的捕沫板13；
设置在所说的锥底5下方的尾气出口11；
设置在破泡板13上部和尾气出口11处的捕沫器14和15，可采用丝网；
设置在捕沫器14下的浆体出口孔17；
设置在捕沫器15下的浆体出口孔16；
设置在鼓泡床18下侧部的浆体出口6；
设置在鼓泡床18底部的排灰口9；
所说的煤浆循环泵21的入口通过管线与浆体出口6相连接，煤浆循环泵21的出口通过管线与换热器22、23的入口相连接，换热器22、23的出口通过管线与喷嘴2相连接。
实施例1
一个年产500万吨油品的超大型加氢反应装置，日处理煤量为4.2万吨，反应器内直径为6500mm，气流床高48m，鼓泡床高40m，共计总高98m。
采用专利ZL95111750.5中所描述的喷嘴，设有单排喷嘴，共8个，喷嘴2的水平面距气流床上端喷嘴室距离H为6500mm；
在制浆单元煤与循环溶剂、催化剂(催化剂量为煤重量的1～5％)混磨，产品固体粒径≯200μm，煤浆重量浓度为50％，过筛后泵送至加氢反应装置，经过喷嘴2的第二通道202进入加氢反应装置，氢气(总流量为1400000Nm3/h)经过喷嘴2的第一通道201和喷嘴2的第三通道203进入加氢反应装置，完成交叉射流雾化，再经过撞击流雾化，最终雾滴直径30～200μm(平均直径为110μm)，在气流床反应器中，在300bar、460℃下，停留60分钟进行加氢反应。自气流床出口的介质经导气管进入鼓泡床，在其中停留50分钟。
所说的循环溶剂为液态烃经后续的分离工段分离出的馏程220～470℃的塔底产物，催化剂为铁系煤直接液化催化剂；
出鼓泡床，煤液化转化率可达72％，部分作为产品进入分离单元，回收氢气、循环溶剂、精制油品；余量循环。
Claims (10)
1.一种煤加氢反应装置，其特征在于，包括气流床(4)和鼓泡床(18)以及煤浆循环泵(21)和换热器(22)、(23)组成；
所说的气流床(4)及鼓泡床(18)共含于同一圆筒形内衬耐火材料(20)的壳体(3)中，气流床(4)在上，鼓泡床(18)在下；
所说的气流床(4)包括：
设置在气流床高度的同一水平面或若干个水平面沿壳体周边的喷嘴室(1)以及或设置在气流床顶部的喷嘴室(19)；
设置在喷嘴室(1)、(19)中的喷嘴(2)；
设置在气流床下端的设有出口(10)的锥底(5)；
所说的鼓泡床(18)包括：
设置在鼓泡床中与所说的出口(10)相连接的导气管(8)；
设置在导气管(8)下端的引流筒(7)；
设置在鼓泡床(18)中部的、鼓泡床与导气管(8)之间的破泡板(12)；
设置在鼓泡床(18)上部的、鼓泡床与导气管(8)之间的捕沫板(13)；
设置在所说的锥底(5)下方的尾气出口(11)；
设置在破泡板(13)上部和尾气出口(11)处的捕沫器(14)、(15)；
设置在捕沫器(14)下部的浆体出口孔(17)；
设置在捕沫器(15)下部的浆体出口孔(16)；
设置在鼓泡床(18)下侧部的浆体出口(6)；
设置在鼓泡床(18)底部的排灰口(9)。
2.根据权利要求1所述的煤加氢反应装置，其特征在于，气流床(4)及鼓泡床(18)共轴线。
3.根据权利要求1所述的煤加氢反应装置，其特征在于，所说的喷嘴室(1)中喷嘴(2)的位置，沿壳体周边第一排喷嘴(2)的水平面距气流床上端喷嘴室距离为H，其与气流床的内径D的比值H/D为0.5～2。
4.根据权利要求3所述的煤加氢反应装置，其特征在于，每一水平面上沿周边设置偶数个喷嘴，每一对喷嘴共轴线与气流床的轴线垂直且相距180度，喷嘴(2)置于喷嘴室(1)中且二者共轴线。
5.根据权利要求1所述的煤加氢反应装置，其特征在于，所说的喷嘴室(19)中可以设置若干个喷嘴(2)，喷嘴(2)的轴线与气流床(4)的轴线平行。
6.根据权利要求1所述的煤加氢反应装置，其特征在于，所说的喷嘴(2)选自设有第一通道(201)、第二通道(202)和第三通道(203)的三通道喷嘴。
7.根据权利要求4～6任一项所述的煤加氢反应装置，其特征在于，所说的喷嘴(2)选自专利ZL95111750.5中所描述的喷嘴。
8.根据权利要求1～7任一项所述的煤加氢反应装置的应用，其特征在于，用于煤加氢直接液化，制备油品。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，应用方法包括如下步骤：
将煤浆、催化剂和循环溶剂组成的浆体送入喷嘴第二通道，将H2送入喷嘴的第一和第三通道，浆体在氢气流作用下雾化，粒径30～200μm，颗粒悬浮于氢气流中，再与对置喷嘴流股撞击，实现煤浆与H2的一步混合，在催化剂作用下，煤浆在气流床中，进行加氢反应，生成油品；
尚未转化的煤浆和H2经出口(10)及导气管(8)，通过引流筒(7)引流后，进入鼓泡床继续进行加氢反应，尾气经捕沫板，进入捕沫器，经尾气出口排出；
过程产生的煤灰，含部分催化剂、煤浆等自鼓泡床底部排灰口排出；
加氢后生产的液态烃及煤浆、催化剂经浆体出口(6)排出，部分作为产品，送往后续的分离工段，收集所需要的产品，以及回收H2；部分泵送至气流床，循环，以进一步提高煤液化转化率。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，气流床和鼓泡床的操作压力为20～30MPa，操作温度为400～500℃，反应物料在气流床中的滞留时间为1～80分钟，反应物料在鼓泡床中的滞留时间为1～100分钟，所说的催化剂为铁系煤直接液化催化剂，催化剂的重量含量为煤浆量的1～5％；
所说的循环溶剂为液态烃经后续的分离工段分离出的馏程220～500℃的塔底产物。
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