CN201260961Y - 一种新型反应釜 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型反应釜，包括反应釜本体和设置在反应釜本体上的搅拌器，所述搅拌器的搅拌轴和搅拌桨置于反应釜本体内部，所述搅拌轴的上部设有与反应釜连通的吸气孔，其下部设有与吸气孔相连通的出气孔。本实用新型具有如下优点：可以提高反应体系中的气含率、提高反应物的转化率并减少生焦、结构简单、操作方便。可用于气－液或气－液－固反应。

Description

一种新型反应釜

技术领域

本实用新型涉及一种新型反应釜，尤其涉及一种用于气液或气液固反应的新型反应釜，具体可广泛应用于煤直接液化加氢过程、氧化反应、重油加氢反应、发酵过程、以及污水处理等反应过程。

背景技术

煤炭是世界上最丰富的固体矿物燃料，广泛分布于世界各地。从煤炭被发现并利用以来，人们一般把固体原煤进行燃烧以产生热，进而用于取暖、发电或作为动力等，只有一少部分进一步加工精制。但是，人们在以固体原煤形式燃烧时，有以下缺点：其一，煤燃烧过程中会产生大量的有害气体如SO₂、氮氧化物以及粉尘，污染环境、造成大面积酸雨，危害地球生态环境。其二，原煤中的灰分、水分、热值、燃烧特性等随着产地的不同而有很大的差别，例如，南方的煤中水分含量高、北方煤田的煤中水分含量低，褐煤中的灰分含量高、无烟煤等中的灰分相对低些。各种用煤设备对于煤的性质有一定的要求，例如，德士古煤气发生炉对于煤中水分含量要求很低。煤质的不同就限制了煤清洁利用的广泛性与经济性。其三，煤本身化学结构极为复杂，煤的分子结构是以单环、双环、三环等环状芳烃，特别是由稠环芳烃或杂环芳烃的大分子组成，这种环状结构的大分子化学性质稳定，很难发生裂解或裂化反应，因此，煤的液化难于实现工业化。

随着可开采石油资源的日益减少，同时由于国际政治因素的影响，多方面的原因造成油价不断上涨。人们企图将储量丰富的煤转变成便于运输和物理性质以及燃烧特性如同石油的液体燃料，也就是煤的间接或直接液化技术。

煤直接液化反应器是煤直接液化工艺中最为关键设备之一。煤液化反应单元的形式以及各种设备的组合在很大程度上决定煤直接液化工艺的先进性与实用性。反应器内构件的设计优劣将与催化剂性能一道体现出所采用的煤液化工艺的水平。由于加氢过程存在着气液固三相状态，反应器设计的关键是要使反应进料(气、液、固三相)有效地接触，防止煤中矿物质与催化剂在反应器内发生偏流；以及由于加氢反应是一个放热反应需要考虑移走部分反应热量，以保证生产安全。目前世界上的煤直接液化工艺采用的反应器分多种，德国和日本开发的煤直接液化新工艺仍采用平推流反应器(又称三相鼓泡床反应器)，混合程度较低，在反应器中易产生固相沉积。HTI(Haematologic Technologies Inc.)的早期工艺采用固、液、气三相沸腾床反应器，增加了反应物与催化剂之间的接触，使反应器内物料分布均衡，有利于加氢液化反应的进行。HTI后期工艺又采用了外循环方式加大油煤浆的混合程度，促使固、液、气三相充分接触，但因没有大规模中试和工业化生产，循环泵的磨损和固液分布需要经过长时间的实际考验，而且，实践经验证明外循环泵不能实现长时间运转。

当前煤直接液化反应器的开发热点是内循环三相浆态反应器(内环流反应器)，但由于油煤浆各组分的密度差相对较大，煤中矿物质和未转化的煤密度远大于液化溶剂，一般的内循环反应器因循环动力不够，也难以避免反应器内固体颗粒沉降问题。因此，改善反应器内气-液-固循环状况，防止煤液化加氢反应器内固体颗粒沉降，增加加氢反应活性，是煤液化新型反应器开发的重点，也是现代煤炭直接液化所需要研究的关键技术之一。

通常，在气-液或气-液-固反应中，反应体系的温度容易控制(及时移走或移入热量)、气-液或气-液-固的有效混合、气体和固体颗粒在液相的良好分散、流体的高速轴向流动以及较高的传质速率是反应器的重要性能，特别是对于传质是总反应控制步骤或涉及液相和固相催化剂的反应过程，为加快反应速率，就必须采用某种形式的机械搅拌，以提高传质速率和相间混合。

中国专利CN2547391Y公开了一种具有上下双向排料功能的环流反应器。它主要采用在反应器内部设置环流筒和在反应器底部设置切向进料口的方法，既具有传统上流式反应器气含率高、反应容积利用率高的优点，又消除了传统环流反应器容易结焦的缺点。但由于采用了环流反应器，可能也会产生结焦现象，且反应器结构复杂。

中国专利CN200940132Y公开了一种煤直接液化反应器，它是由气流床与鼓泡床共同包含于同一个圆筒形内衬耐火材料的壳体中，气流床在上，鼓泡床在下。其优点在于复合床使传质表面增加数百倍，加快传递速率；其次，煤浆可以多次进入反应器；最后，喷嘴可形成撞击流从而可以很好地实现浆体雾化和雾滴与氢气的混合。但其缺点在于，煤浆多次进入反应器时，仍不可避免地使用循环泵。

中国专利CN1435275A公开了一种多级环流反应器，其特征在于在传统的鼓泡式反应器的基础上提出并发展了一种多级环流反应器，能够解决传统内环流反应器环隙气含率低、反应效率低的缺陷，能够提高传质效果。其缺点可能在于反应器内的内构件和气体分布器过于复杂，对于煤直接液化这样涉及液体溶剂和固体原料和催化剂的复杂反应体系来讲，也难以避免固体颗粒在反应器内的沉降和生焦问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种可以提高气体在反应体系中的气含率、提高反应物的转化率并减少生焦的结构简单、操作方便的新型反应釜。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种新型反应釜，包括反应釜本体和设置在反应釜本体上的搅拌器，所述搅拌器的搅拌轴和搅拌桨置于反应釜本体内部，所述搅拌轴的上部设有与反应釜连通的吸气孔，其下部设有与吸气孔相连通的出气孔。

所述搅拌轴由实心搅拌轴和中空搅拌轴组成，所述实心搅拌轴和中空搅拌轴之间通过管箍联接，管箍上设有同中空搅拌轴相连通的吸气孔，所述中空搅拌轴的自由端设有搅拌桨，所述出气孔置于中空搅拌轴的下部，优选地，所述出气孔设置于搅拌桨上。

所述的中空搅拌轴的下端通过轴套固定于反应釜本体的底部。

所述吸气孔垂直沿轴向设置，所述吸气孔以螺旋状沿轴向设置。

所述的反应釜本体的高与其内径之比为3-12，所述的中空搅拌轴的直径与反应釜本体的内径之比为0.02-0.5，优选为0.05-0.3，最优选为0.08-0.15。

本实用新型提供的新型反应釜是一种具有上进料下排料方式的具有自吸式气体内环流装置的反应釜。该反应釜具有以下优点：

(1)传统反应釜在高速旋转时液体会产生弯月面，而本实用新型在中空搅拌轴上设置有吸气孔和与其相连通的出气孔，可有效避免弯月面的产生。这样，随着搅拌轴的不停转动，液体在反应釜内部的轴向运动要远远高于传统搅拌轴反应釜内液体的轴向运动。反应釜内部各处湍流程度差别不大，气含率分布均匀。同时，由于搅拌轴的旋转，沿反应釜轴向的各个区域内气泡和固体颗粒分布均匀。由于气体在反应釜内做内环流运动，气液或气液固充分接触混合，因此气体在液相中的溶解度提高。

(2)中空搅拌轴为中空结构，其上部设有吸气孔，下部设有搅拌桨。当中空搅拌轴旋转时，由于离心力的作用，搅拌桨具有将液面上的气体重新吸入并分散于液相的特殊功能，具有分散进气、固体颗粒的功能，减小反应体系在长时间后的结焦，从而可以提高气体在气液-固反应体系中的气含率，大幅度提高气-液-固反应体系的传热、传质。气体在反应釜内快速进行内环流运动，气-液或气-液-固混合良好，反应釜内无死角，传质速率高；流体内部的轴向运动加强，流体与反应釜壁热交换良好，反应釜内温度分布均匀，不会发生反应釜内局部飞温问题；同时，气体和固体颗粒在整个反应体系均匀分布，气含率提高，固含率更为均匀，固体颗粒不会在任何部位发生积累，达到了减少生焦的目的。

(3)该反应釜包括反应釜本体和中空搅拌轴，而传统内环流反应釜需要设置导流筒、内构件和气体分布器等组件，因此本实用新型结构更为简单。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型优选实施方式结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步的说明。

参照图1，一种新型反应釜，包括反应釜本体5和设置在反应釜本体5上的搅拌器，反应釜本体5的上部设有物料进口2和气体出口3，下部设有物料出口6。所述搅拌器的搅拌轴和搅拌桨8置于反应釜本体内部，所述搅拌轴的上部设有与反应釜连通的数个吸气孔7，其下部设有与吸气孔7相连通的数个出气孔13，所述吸气孔7垂直沿轴向设置，吸气孔7还可以螺旋状沿轴向设置。所述的中空搅拌轴4的下端通过轴套9固定于反应釜本体5的底部所述的反应釜本体5的高与其内径之比为3-12。所述的中空搅拌轴4的直径与反应釜本体5的内径之比为0.02-0.5，优选为0.05-0.3，最优选为0.08-0.15。

参照图2，本实用新型优选方式的搅拌轴是由实心搅拌轴10和中空搅拌轴4组成，所述实心搅拌轴10和中空搅拌轴4之间通过管箍11联接，管箍11上设有同中空搅拌轴4相连通的吸气孔7，所述中空搅拌轴4的自由端设有搅拌桨8，所述出气孔13置于中空搅拌轴的下部，优选为出气孔13设置于搅拌桨上。

下面结合煤直接液化对本实用新型作进一步的说明。

用南昌红燕煤制样公司制造的HY98-B型煤制样粉碎机把内蒙东胜产的褐煤粉碎，然后用ZDS-200顶击式标准振筛机对粉碎后的煤进行筛分，取粒度小于160目和200目煤粉进行直接液化实验。内蒙产的褐煤的分析结果如表1所示。

表1  内蒙产的褐煤的分析数据

 

分析水％	灰分％	挥发分％	固定碳％	高位发热量MJ/Kg	低位发热量MJ/Kg	全硫％	碳％	氢％	氮％	氧％
											5.94	19.84	20.50	53.72	23.59	22.88	1.60	61.1	2.79	0.69	8.06

将150g粒度小于160目褐煤、300g四氢萘混合均匀，得浆状混合物；将所述的浆状混合物从物料进口2导入到内容积为1000ml的本实用新型的反应釜中，反应釜内经氮气置换后，从气体进口1向反应釜本体内充入氢气，氢气的起始压力为5MPa；然后关闭气体进口1、物料进口2、气体出口3和物料出口6，将反应温度升高到400℃、反应体系总压为10.5MPa的条件下，反应60min。其中反应釜内搅拌器的搅拌转速为800rpm，中空搅拌轴4旋转时，由于离心力的作用，反应釜内的部分气体自吸气孔7进入中空搅拌轴4中，并通过搅拌桨8上的出气孔13分散于液相中。因而搅拌过程中液相中的气泡12以抛物线状溢出液面，液体在反应釜内部的轴向运动要远远高于传统搅拌轴反应釜内液体的轴向运动。反应釜内部各处湍流程度差别不大，气含率分布均匀，因而可以减小反应体系在长时间后的结焦，从而可以提高气体在气-液-固反应体系中的气含率，大幅度提高气-液-固反应体系的传热、传质。反应结束后，打开气体出口3，排出反应尾气；打开物料出口6，得到反应产物。

Claims (10)

1. 【权利要求1】一种新型反应釜，包括反应釜本体(5)和设置在反应釜本体(5)上的搅拌器，所述搅拌器的搅拌轴和搅拌桨(8)置于反应釜本体内部，其特征在于，所述搅拌轴的上部设有与反应釜连通的吸气孔(7)，其下部设有与吸气孔(7)相连通的出气孔(13)。
2. 【权利要求2】根据权利要求1所述的反应釜，其特征在于，所述搅拌轴由实心搅拌轴(10)和中空搅拌轴(4)组成，所述实心搅拌轴(10)和中空搅拌轴(4)之间通过管箍(11)联接，管箍(11)上设有同中空搅拌轴(4)相连通的吸气孔(7)，所述中空搅拌轴(4)的自由端设有搅拌桨(8)，所述出气孔(13)置于中空搅拌轴的下部。
3. 【权利要求3】根据权利要求2所述的反应釜，其特征在于所述的中空搅拌轴(4)的下端通过轴套(9)固定于反应釜本体(5)的底部。
4. 【权利要求4】根据权利要求1-3所述的任一反应釜，其特征在于，所述出气孔(13)设置于搅拌桨上。
5. 【权利要求5】根据权利要求1-3所述的任一反应釜，其特征在于，所述吸气孔(7)垂直沿轴向设置。
6. 【权利要求6】根据权利要求5所述的反应釜，其特征在于，所述吸气孔(7)以螺旋状沿轴向设置。
7. 【权利要求7】根据权利要求1所述的反应釜，其特征在于，所述的反应釜本体(5)的高与其内径之比为3-12。
8. 【权利要求8】根据权利要求1或7所述的反应釜，其特征在于，所述的中空搅拌轴(4)的直径与反应釜本体(5)的内径之比为0.02-0.5。
9. 【权利要求9】根据权利要求8所述的反应釜，其特征在于，所述的中空搅拌轴(4)的直径与反应釜本体(5)的内径之比为0.05-0.3。
10. 【权利要求10】根据权利要求9所述的反应釜，其特征在于，所述的中空搅拌轴(4)的直径与反应釜本体(5)的内径之比为0.08-0.15。

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