CN201598265U - 一种煤液化反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种煤液化反应器，该反应器包括排料口(1)、上封头(3)、循环杯(4)、循环管(5)、筒体(6)、分配盘(8)、下封头(9)、进料口(11)、循环物料出口(12)、排料管(16)；所述的排料口(1)设置在上封头(3)上，排料口(1)下端连接排料管(16)，所述的循环杯(4)上端杯口在上封头(3)内，下端连接循环管(5)，循环管(5)连接反应器底部的循环物料出口(12)，所述的循环管(5)设置在筒体(6)内，所述的分配盘(8)设置在下封头(9)上方，所述的进料口(11)设置在反应器底部下封头(9)下方。与现有技术相比，本实用新型具有可提高物料在反应器内的流速，防止沉积产生等优点。

Description

一种煤液化反应器

技术领域

本实用新型涉及煤化工领域，特别是煤直接液化的核心设备液化反应器，尤其是涉及一种用于气-液-固三相共存且固含量很高(在40％以上)的反应条件下的反应器。

背景技术

以煤代油是我国一项非常重要的能源政策，煤炭直接液化技术对摆脱我国石油短缺的局面具有十分重要的意义。煤制油技术是一种清洁高效的煤利用技术，符合国家提高能源效益和降低排放污染的要求，可以保障国家石油安全，其推广应用的前景十分广阔。

在煤的直接液化工艺中，液化反应器是整个液化过程的核心设备，目前已开发的煤直接液化工艺中，液化反应器多采用鼓泡床反应器或强制循环悬浮床反应器，其中鼓泡床反应器存在气泡分布不均匀，并有气泡短路现象，气含率偏高，反应器有效容积偏小，流体流动紊乱，沿轴向表观液速较小。悬浮床反应器是近十几年来开发的新型设备，悬浮床反应器是通过位于反应器底部的外循环泵使液相在反应器内进行循环，达到全返混反应器模式。它能大大提高气液固三相的传热和传质效率。但是煤浆加氢过程中物料的固含量高，反应器内容易发生聚集或结焦现象，特别是在底部、壁面，顶部及有内构件的部位，严重影响反应器的正常运行。

中国专利200510097409.0中所述煤直接液化磁力刮刀环流反应器，其特征包括内外筒结构，物料从内筒底部的孔板分布器进入，沿中心管内上升，达到筒顶后，通过中心筒和外筒的环间向下流动，而后在底部封头进入中心筒上流，形成环流。环流的动力靠煤浆进入口动能、氢气的浮力和中心筒内外流的密度差，依靠循环流速度和湍动强度，防止煤浆在反应器内结焦，并依靠磁力引导筒内刮刀清除外筒内壁的结焦。磁力刮刀除焦，限制了反应器的材质必须是没有磁性的材料。这大大限制了适用范围。而且刮刀依靠磁力引导遇到沉积的块状物料时可能出现脱落，影响反应器内物料的流动。

中国专利01233568.1中所述反应器为上下两个环形筒的反应器，上筒直径和长度大于内筒，物料从位于下环筒的孔板分布器进入反应器。依靠上下两个环流使得反应器内物料处于全返混状态，反应后物料从底部排料口排出。对于煤直接液化等高固含量的三相物料环流强度不够，容易沉积到下环流在反应器底部形成沉积，需要定时排料消除反应器沉积的影响。但煤液化是高温高压反应条件的反应，定时排料对反应器外部切断设备要求高，且操作有一定的危险性。

在煤直接液化的工艺中，反应物料煤浆中固体颗粒煤粉含量在40％以上，反应温度在450℃以上，反应压力在20MPa左右，易在反应器内发生沉积或结焦现象，特别是在底部、壁面，顶部及有内构件的部位，严重时影响反应器的正常运行，并导致装置运行的不稳定。

发明内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种可提高物料在反应器内的流速，防止沉积产生的煤液化反应器。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种煤液化反应器，其特征在于，该反应器包括排料口1、上封头3、循环杯4、循环管5、筒体6、分配盘8、下封头9、进料口11、循环物料出口12、排料管16；所述的排料口1设置在上封头3上，排料口1下端连接排料管16，所述的循环杯4上端杯口在上封头3内，下端连接循环管5，循环管5另一端连接设置在反应器底部的循环物料出口12，所述的循环管5设置在筒体6内，所述的分配盘8设置在下封头9上方，所述的进料口11设置在反应器底部下封头9下方。

所述的上封头3的截面呈半圆形，所述的循环杯4的截面呈漏斗形，循环杯4上沿位于上封头3半圆线以上。

所述的循环管5外，周向设置穿过循环杯4的测温组件2。

所述的筒体6上部与上封头3间设置循环杯4，循环杯4与反应器内壁间设有间隙。

所述的分布盘8上周向均布设有多个分布器7。

所述的分布器7设有3-8个，分布器7上设有帽罩72，分布器7内设有升气管73。

所述的进料口11上设置锥形帽分布器10。

所述的排料管16伸入反应器内，排料管16下端开有均布的矩形缝，缝隙数为3-5个，缝隙长为0.85-0.95倍的排料管16伸入反应器内的深度。

与现有技术相比，本实用新型反应器具有以下优点：

(1)反应器采用循环杯循环管结构，可以实现反应期内的物料处于全返混状态，传热与传质效果优越。

(2)反应器循环杯和排料管的结构形式和相对位置的布置，可以保持物料在循环杯内分离，反应器顶部气层稳定，使得循环杯内充满液体，也可以保证物料不断的冲刷反应器顶部，防止在反应器顶部和循环杯内沉积结焦。

(3)反应器采用二次分配，反应器分配盘采用合理的结构，保证物料均匀流动，气液分界面稳定，避免在分配盘上下结焦和筒体上出现挂壁。

附图说明

图1为本实用新型反应器的结构示意图；

图2为本实用新型反应器循环部分的结构示意图；

图3为本实用新型反应器分布器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

如图1-3所示，本实用新型煤液化反应器，该反应器包括排料口1、测温组件2、上封头3、循环杯4、循环管5、筒体6、分布器7、分配盘8、下封头9、锥形帽分布器10、进料口11、循环物料出口12、紧固组件13、密封垫14、连接块15、排料管16；所述的排料口1设置在上封头3上，排料口1下端连接排料管16，上封头3的截面呈半圆形，所述的循环杯4的截面呈漏斗形，循环杯上端杯口在上封头3内，下端连接循环管5，循环管5另一端连接设置在反应器底部的循环物料出口12，所述的循环管5设置在筒体6内，循环管5外周向设置穿过循环杯4的测温组件2，筒体6上部与上封头3间设置循环杯4，循环杯4与反应器内壁间设有间隙，所述的分配盘8设置在下封头9上方，分布盘8上周向均布设有多个分布器7，分布器7可设3-8个，分布器7上设有帽罩72，帽罩72顶部通过螺栓螺母及垫片71固定，分布器7内设有升气管73，所述的进料口11设置在反应器底部下封头9下方，进料口11上设置锥形帽分布器10，分配盘8横设于反应器下部，由紧固组件13进行紧固，分配盘8周边设有密封垫14，所述的循环管5上设有连接块15，所述的排料管16伸入反应器内，排料管16下端开有均布的矩形缝，缝隙数为3-5个，缝隙长为0.85-0.95倍的排料管16伸入反应器内的深度。

反应器采用底部进料口11进料，进料口11出口装有锥形帽分配器10，物料进入反应器下部后通过分配盘8上的帽罩分布器7进行再分配。在高温高压的条件下，在反应器中段煤粉进行加氢反应，通过漏斗形循环杯4和循环筒体6的间隙进入反应器上部，反应生成气在反应器上部形成气层，起到缓冲液体作用，并从排料管16排出，剩余物料在循环杯4内实现气液分离。气体和气化的轻质油等由于比重轻，在循环杯3内被分离，部分未完全反应物由于压差作用也从排料口1排出，大部分未完全反应物重组分通过分离后进入循环杯4底部，通过与之相连的循环管5进入反应器底部，从循环物料排出口12排出反应器，通过出口管路进入循环泵，再被循环泵压回与新鲜补充物料混合后进入反应器继续反应。反应器循环管5外，周向布置一组热电偶测温2，热电偶上部可以穿过反应器循环杯4。

作为优选实施方式，在反应器筒体上部与上封头间设置循环杯4，反应器内径为D，循环杯4外壁与反应器内壁的间距r为0.01～0.03D，所设置的循环杯4上沿位于反应器上封头半圆线以上，距离排料管16的距离H₁为0.12～0.25D，最佳距离为0.14～0.16D。这种结构即可以保证物料在反应器循环杯4内实现分离，未完全反应物料循环利用，强化物料返混效果，防止在循环杯内沉积结焦。排料管16伸入反应器内的深度H₂为0.30～0.50D，排料管16下端开有均布的矩形缝，缝隙数N₁为3～5，缝隙长度H₃为0.55～0.95H₂。保证在反应器顶部形成气体层，反应物料通过循环杯4和筒体6的缝隙后也可不断冲刷到反应器顶部，防止在此沉积。

作为优选实施方式，反应器进料采用两次分配，第一次在进料管出口11采用锥形帽分布器或帽罩分布器10进行初次分配，使得进入反应器的气体以小气泡上升，降低对气液界面的扰动；物料通过反应器分布盘8进行二次分配，分布盘8上周向均布有帽罩分布器7，分布器的个数N₂为3～8，在满足流量、流速限制的条件下，选择尽量少的帽罩分布器，提高物料的流速，增加液体在分布盘8上的搅动作用，防止在分布盘8上沉积结焦。分布器帽罩72到分布盘8的距离h为2-15mm。分布器7的升气管73下端开有矩形缝隙，缝隙数N₃为3～10，由于生气管的结构使得分布盘8下方形成一个气体层，保护分布盘8，防止在其下方有煤浆沉积，气液界面稳定，防止煤浆挂壁沉积结焦。

实施例1

含固量为45％煤浆的进料量为640kg/h，氢气进料量为700Nm³/h，两物料在管道内混合后进入本实用新型设计的煤液化反应器。反应器底部进料口相接的是锥形帽分布器，混合物料进入后进行一次分布，从周向均匀进入反应器下封头。反应器分布盘上均布五个帽罩分布器，分布器升气管均匀开有5条矩形缝隙，帽罩到分布盘的距离h为7.2mm；物料从反应器进料口进入，通过锥形帽分布器保证没有大的气泡扰动气液界面，通过分布盘和分布器的机构在分布盘下方形成气层，物料通过分布盘后均匀的上升，在450℃，20MP的条件下在反应器内反应。反应器内径D为410mm，循环杯与反应器内壁间距r为7.2mm，循环杯到排料管距离H₁为58mm，排料管伸入反应器内的深度H₂为150mm，其上开有四条矩形缝隙，缝隙的长度H₃为90mm。反应后通过循环杯和反应器筒体形成的间隙，反应气在反应器顶部形成一个气层并由排出口排出，部分未反应的物料在循环杯内实现分离，液固相重组分经过循环管，通过循环物料排出口至循环泵。在反应器的进料口与新鲜进料混合后再次进入反应器。经过一个试验周期的运行后，拆检反应器，原先存在的沉积现象消失，反应器的内壁、分布盘、循环杯等处均无沉积现象。

Claims (8)

1.一种煤液化反应器，其特征在于，该反应器包括排料口(1)、上封头(3)、循环杯(4)、循环管(5)、筒体(6)、分配盘(8)、下封头(9)、进料口(11)、循环物料出口(12)、排料管(16)；所述的排料口(1)设置在上封头(3)上，排料口(1)下端连接排料管(16)，所述的循环杯(4)上端杯口在上封头(3)内，下端连接循环管(5)，循环管(5)另一端连接设置在反应器底部的循环物料出口(12)，所述的循环管(5)设置在筒体(6)内，所述的分配盘(8)设置在下封头(9)上方，所述的进料口(11)设置在反应器底部下封头(9)下方。

2.根据权利要求1所述的一种煤液化反应器，其特征在于，所述的上封头(3)的截面呈半圆形，所述的循环杯(4)的截面呈漏斗形。

3.根据权利要求1所述的一种煤液化反应器，其特征在于，所述的循环管(5)外，周向设置穿过循环杯(4)的测温组件(2)。

4.根据权利要求1所述的一种煤液化反应器，其特征在于，所述的筒体(6)上部与上封头(3)内设置循环杯(4)，循环杯(4)与反应器内壁间设有间隙。

5.根据权利要求1所述的一种煤液化反应器，其特征在于，所述的分布盘(8)上周向均布设有多个分布器(7)。

6.根据权利要求5所述的一种煤液化反应器，其特征在于，所述的分布器(7)设有3-8个，分布器(7)上设有帽罩(72)，分布器(7)内设有升气管(73)。

7.根据权利要求1所述的一种煤液化反应器，其特征在于，所述的进料口(11)上设置锥形帽分布器(10)。

8.根据权利要求1所述的一种煤液化反应器，其特征在于，所述的排料管(16)伸入反应器内，排料管(16)下端开有均布的矩形缝，缝隙数为3-5个，缝隙长为0.85-0.95倍的排料管(16)伸入反应器内的深度。

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