CN207002649U - 喷嘴及煤加氢气化反应系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种喷嘴及煤加氢气化反应系统，其中，该喷嘴包括：两端开口的第一壳体和等离子体产生装置；第一壳体置于煤加氢气化炉的内部，第一壳体的第一端与煤加氢气化炉的气体入口相连通，第一壳体的第二端为自由端；等离子体产生装置置于煤加氢气化炉的外部且与气体入口相连通，等离子体产生装置用于接收含氢气体，并使含氢气体产生具有预设温度的等离子体，以及将等离子体输送至煤加氢气化炉内。本实用新型中，等离子体产生装置产生的等离子体能够满足煤加氢气化反应对氢气温度的要求，无需消耗部分氢气以加热氢气，大大节省了氢气的消耗量，设备投资少，节约成本；此外，氢气等离子体的反应活性更强，进一步促进煤加氢气化反应。

Description

喷嘴及煤加氢气化反应系统

技术领域

本实用新型涉及煤气化技术领域，具体而言，涉及一种喷嘴及煤加氢气化反应系统。

背景技术

目前，煤气化技术能够将煤转化为煤气和焦油，再对煤气和焦油进行充分利用，有效地提高了煤的利用价值，缓解了对石油和天然气的需求。在煤气化技术中较为常用的一种技术是煤加氢气化，煤加氢气化是煤与过量的氢气在一定的温度和压力下进行气化反应生成富甲烷的合成气、轻质油品和清洁半焦的过程。

为了更好地促进煤加氢气化反应的发生，通常在煤加氢气化炉前设置高温高压的氢气加热炉。在加热炉内通过过量的氢气与适量的氧气燃烧，以消耗部分氢气为代价将剩余的氢气加热到所需的较高温度，再将加热后的氢气输送至煤加氢气化炉中与煤层碰撞发生煤加氢气化反应。这种通过加热炉加热氢气的方法虽然能够使得氢气的温度满足煤加氢气化反应所需的反应温度，但是，消耗了部分原料氢气，大大增加了工艺成本。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型提出了一种喷嘴，旨在解决现有技术中煤加氢气化反应中加热氢气时造成氢气消耗量大的问题。本实用新型还提出了一种煤加氢气化反应系统。

一个方面，本实用新型提出了一种喷嘴，该喷嘴包括：两端开口的第一壳体和等离子体产生装置；其中，第一壳体置于煤加氢气化炉的内部，第一壳体的第一端与煤加氢气化炉的气体入口相连通，第一壳体的第二端为自由端；等离子体产生装置置于煤加氢气化炉的外部且与气体入口相连通，等离子体产生装置用于接收含氢气体，并使含氢气体产生具有预设温度的等离子体，以及将等离子体输送至煤加氢气化炉内。

进一步地，上述喷嘴中，等离子体产生装置包括：一端开口一端封闭的第二壳体、阴极体、阳极体和供电装置；其中，第二壳体置于煤加氢气化炉的外部，并且，第二壳体的开口端与气体入口相连通，第二壳体的侧壁开设有进气口；阳极体设置于第一壳体内，阴极体连接于第二壳体的内壁；供电装置的正极与阳极体相连接，供电装置的负极与阴极体相连接，供电装置用于为阳极体和阴极体供电以使含氢气体产生等离子体。

进一步地，上述喷嘴中，等离子体产生装置还包括：线圈；其中，第一壳体为导电体，线圈缠绕于第一壳体的外壁，第一壳体的内壁为阳极体；第二壳体的开口端的位置与第一壳体的第一端的位置相对应且均与气体入口相连通；阴极体的第一端与第一壳体的内部空间相对应，供电装置的正极与线圈相连接，供电装置的负极与阴极体的第二端相连接，供电装置用于为线圈和阴极体供电以使阴极体与第一壳体的内壁之间产生电弧，电弧用于电离含氢气体以产生等离子体。

进一步地，上述喷嘴中，阴极体的第二端穿设于第二壳体的封闭端且置于第二壳体的外部。

进一步地，上述喷嘴中，等离子体产生装置还包括：绝缘的支撑体；其中，阴极体通过支撑体与第二壳体的内壁相连接。

进一步地，上述喷嘴中，第一壳体的截面为圆形，第一壳体具有预设直径。

本实用新型中，通过等离子体产生装置使得输送至煤加氢气化炉内的含氢气体产生具有预设温度的等离子体，该等离子体能够满足煤加氢气化反应对氢气温度的要求，进而使得氢气等离子体更好地与煤进行煤加氢气化反应，与现有技术中通过消耗氢气来加热氢气以为煤加氢气化反应提供热量的方式相比较，无需消耗部分氢气以加热氢气，大大节省了氢气的消耗量，解决了现有技术中煤加氢气化反应中加热氢气时造成氢气消耗量大的问题，还可以大幅度提高反应温度，并且，等离子产生装置相较于现有技术中的加热炉设备，设备投资少，节约成本；此外，等离子体产生装置产生的氢气等离子体的反应活性相较于氢气更强，能够进一步促进煤加氢气化反应，使得煤加氢气化反应得到的油品更轻质化，附加值更高。

另一方面，本实用新型还提出了一种煤加氢气化反应系统，该系统包括：煤加氢气化炉和上述任一种的喷嘴；其中，煤加氢气化炉开设有气体入口；喷嘴的第一壳体置于煤加氢气化炉的内部，并且，第一壳体的第一端与气体入口相连通；喷嘴的等离子体产生装置置于煤加氢气化炉的外部且与气体入口相连通。

进一步地，上述煤加氢气化反应系统中，气体入口至少为两个，喷嘴至少为两个，各喷嘴与各气体入口一一对应设置。

进一步地，上述煤加氢气化反应系统中，各气体入口分别开设于煤加氢气化炉的顶壁和/或靠近顶壁的侧壁。

进一步地，上述煤加氢气化反应系统中，位于同一圆周的各气体入口沿圆周方向均匀分布。

进一步地，上述煤加氢气化反应系统还包括：净化分离装置和膜分离装置；其中，煤加氢气化炉开设有气体出口，气体出口通过净化分离装置与膜分离装置的入口相连接，净化分离装置用于对煤加氢气化炉中产生的合成气进行净化，膜分离装置的入口用于接收净化后的合成气；膜分离装置的出口与等离子体产生装置相连接，膜分离装置的出口用于将合成气中分离出的氢气输送至等离子体产生装置。

进一步地，上述煤加氢气化反应系统还包括：压力调节装置和氢氧燃料电池；其中，膜分离装置的出口还通过压力调节装置与氢氧燃料电池的氢气入口相连接，膜分离装置的出口还用于将合成气中分离出的氢气输送至压力调节装置中，压力调节装置用于调节氢气的压力，并将调压后的氢气输送至氢氧燃料电池；氢氧燃料电池用于与供电装置相连接，利用氢气产生电能，并将电能供应给供电装置。

本实用新型中，通过等离子体产生装置产生的具有预设温度的等离子体能够满足煤加氢气化反应对氢气温度的要求，进而使得氢气等离子体更好地与煤进行煤加氢气化反应，与现有技术中通过消耗氢气来加热氢气以为煤加氢气化反应提供热量的方式相比较，无需消耗部分氢气以加热氢气，大大节省了氢气的消耗量，还可以大幅度提高反应温度，并且，等离子产生装置相较于现有技术中的加热炉设备，设备投资少，节约成本，同时，氢气等离子体的反应活性相较于氢气更强，能够进一步促进煤加氢气化反应，使得煤加氢气化反应得到的油品更轻质化，附加值更高，同时降低煤加氢气化炉的内壁耐温要求，便于煤加氢气化炉内壁材质的选择。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的喷嘴的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的煤加氢气化反应系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

喷嘴实施例：

参见图1，图1为本实用新型实施例提供的喷嘴的结构示意图。如图所示，喷嘴可以包括：第一壳体1和等离子体产生装置2。其中，第一壳体1的两端均为开口端。第一壳体1置于煤加氢气化炉的内部，第一壳体1的第一端(图1所示的右端)与煤加氢气化炉的气体入口相连通，第一壳体1的第二端(图1所示的左端)为自由端。优选的，第一壳体1的第一端的位置与气体入口的位置相对应。

本领域技术人员应该理解，煤加氢气化炉开设有气体入口和煤粉入口，气体入口用于接收氢气，煤粉入口用于接收煤粉。氢气与煤粉在一定的反应温度和反应压力下进行气化反应，生成富甲烷的合成气、轻质油品和清洁半焦。

等离子体产生装置2置于煤加氢气化炉的外部且与气体入口相连通，则等离子体产生装置2与第一壳体1相连通。等离子体产生装置2用于接收含氢气体，并使含氢气体产生具有预设温度的等离子体，以及将等离子体通过第一壳体1输送至煤加氢气化炉内。具体实施时，含氢气体可以为包括氢气、氩气、氮气等单元素气体的混合气体，且氢含量高于90％，等离子体产生装置2可以采用电弧放电、射频放电等方式使得含氢气体产生具有预设温度的等离子体，只要等离子体产生装置2能够产生具有预设温度的等离子体即可，本实施例对此不做任何限制。具体实施时，预设温度可以根据实际情况来确定，只要能够满足煤加氢气化炉对氢气温度的要求即可，本实施例对此不做任何限制。

可以看出，本实施例中，通过等离子体产生装置2使得输送至煤加氢气化炉内的含氢气体产生具有预设温度的等离子体，该等离子体能够满足煤加氢气化反应对氢气温度的要求，进而使得氢气等离子体更好地与煤进行煤加氢气化反应，与现有技术中通过消耗氢气来加热氢气以为煤加氢气化反应提供热量的方式相比较，无需消耗部分氢气以加热氢气，大大节省了氢气的消耗量，解决了现有技术中煤加氢气化反应中加热氢气时造成氢气消耗量大的问题，还可以大幅度提高反应温度，并且，等离子产生装置相较于现有技术中的加热炉设备，设备投资少，节约成本；此外，等离子体产生装置2产生的氢气等离子体的反应活性相较于氢气更强，能够进一步促进煤加氢气化反应，使得煤加氢气化反应得到的油品更轻质化，附加值更高。

继续参见图1，上述实施例中，等离子体产生装置2可以包括：第二壳体21、阴极体22、阳极体和供电装置24。其中，第二壳体21的一端开口一端封闭，第二壳体21置于煤加氢气化炉的外部，并且，第二壳体21的开口端(图1所示的左端)与气体入口相连通，以使第二壳体21与第一壳体1相连通。优选的，第二壳体21的开口端的位置与气体入口的位置相对应。第二壳体21的侧壁开设有进气口211，该进气口211用于接收含氢气体。

阳极体设置于第一壳体1内，阳极体可以采用任意材料制作而成，本实施例对此不做任何限制。

阴极体22设置于第二壳体21内，具体地，阴极体22与第二壳体21的内壁相连接，以使阴极体22在第二壳体21内保持稳定。阴极体22可以采用银-钨材料或者铈-钨材料或者钍-钨材料制作而成，当然也可以采用其他的材料，本实施例对此不做任何限制。

供电装置24的正极与阳极体相连接，供电装置24的负极与阴极体22相连接，供电装置24用于为阳极体和阴极体22供电以使含氢气体产生等离子体。具体实施时，阳极体与阴极体22在供电后可以通过任意一种方式使得含氢气体产生等离子体，本实施例对此不做任何限制。

可以看出，本实施例中，通过在第一壳体1内设置阳极体，在第二壳体21内设置阴极体，供电装置24为阳极体和阴极体进行供电以使含氢气体产生等离子体，结构简单，便于实施。

继续参见图1，上述实施例中，等离子体产生装置2产生等离子体的方式有很多种，在本实施例中仅仅以电弧放电的方式进行介绍。如图1所示，等离子体产生装置2还可以包括：线圈23。其中，第一壳体1为导电体，线圈23置于煤加氢气化炉内，并且，线圈23缠绕于第一壳体1的外壁，第一壳体的内壁作为阳极体。优选的，第一壳体1的材质为碳化硅材质或不锈钢材质。

第二壳体21的开口端的位置与第一壳体1的第一端的位置相对应且均与气体入口的位置相对应，以及，第二壳体21的开口端与第一壳体1的第一端均与气体入口相连通，以使第一壳体1与第二壳体21通过气体入口相连通。

第二壳体21为绝缘体，阴极体22连接于第二壳体21的内壁，阴极体22的第一端(图1所示的左端)与第一壳体1的内部空间相对应，则阴极体22的第一端朝向第一壳体1的内部空间。

供电装置24的正极与线圈23相连接，供电装置24的负极与阴极体22的第二端(图1所示的右端)相连接，供电装置24用于为线圈23和阴极体22供电以使阴极体22与第一壳体1的内壁之间产生电弧，电弧用于电离含氢气体以产生等离子体。该供电装置24可以提供直流电。由于电弧放电时，阴极体22与阳极体之间需要具有一定的空间，所以，阴极体22的第一端与第一壳体1的内部空间应具有预设距离，该预设距离可以根据实际情况来确定，本实施例对此不做任何限制。在本实施例中，阴极体22的第一端正对应于气体入口处，即阴极体22的第一端正好与第一壳体1的第一端处相对齐。

具体实施时，为了使得供电装置24的负极更好地与阴极体22的第二端相连接，可以是，阴极体22的第二端穿设于第二壳体21的封闭端(图1所示的右端)且置于第二壳体21的外部，即，阴极体22的第二端伸出第二壳体21的封闭端，供电装置24的负极与阴极体22置于第二壳体21外的部分相连接。供电装置24的正极通过导线与线圈23相连接，该导线可以穿设于煤加氢气化炉的顶壁或侧壁。

工作时，含氢气体由第二壳体21侧壁的进气口211输送至第二壳体21内，同时，供电装置24为线圈23和阴极体22供电，使得阴极体22与第一壳体1的内壁之间产生电弧，通过高频火花引燃电弧，电弧将第二壳体21内的含氢气体加热到3000℃-5000℃，进而使得含氢气体部分或者全部电离。含氢气体原子内的电子在高温下脱离原子核的吸引，使得含氢气体呈离子状态存在，形成高温的等离子体，等离子体由第一壳体1的第二端喷出形成等离子体火焰，输送至煤加氢气化炉内。在煤加氢气化炉内，氢气等离子体与煤进行煤加氢气化反应，生成富甲烷的合成气、轻质油品和清洁半焦。

可以看出，本实施例中，等离子体产生装置2是通过电弧放电的方式产生等离子体，并且，将第一壳体1的内壁作为阳极，结构简单，易于实施，能够确保等离子体的温度，保证煤加氢气化反应的顺利进行，无需消耗氢气。

继续参见图1，上述实施例中，等离子体产生装置2还可以包括：支撑体25。其中，支撑体25为绝缘体。阴极体22通过支撑体25与第二壳体21的内壁相连接，具体地，支撑体25可以设置于第二壳体21的封闭端处，支撑体25将阴极体22与第二壳体21的内壁连接在一起。当阴极体22为柱状体，第二壳体21为圆形时，支撑体25为圆环状，支撑体25套设于阴极体22的外壁，并且，支撑体25的内壁与阴极体22的外壁相连接，支撑体25的外壁与第二壳体21的内壁相连接。

可以看出，本实施例中，通过设置绝缘的支撑体25，能够更好地对阴极体22进行支撑固定，确保阴极体22的稳定工作。

继续参见图1，上述各实施例中，第一壳体1的截面为圆形，第一壳体1具有预设直径，以保证第一壳体1的内壁作为阳极的电极效果。该预设直径可以根据实际情况来确定，本实施例对此不做任何限制。优选的，第一壳体1的直径为3-5cm。

第一壳体1具有预设壁厚，该预设壁厚以保证第一壳体1的内壁作为阳极的电极效果，使得第一壳体1更好地导电。具体实施时，该预设壁厚可以根据实际情况来确定，本实施例对此不做任何限制。

综上所述，本实施例中，等离子体产生装置2使得输送至煤加氢气化炉内的含氢气体产生具有预设温度的等离子体，该等离子体能够满足煤加氢气化反应对氢气温度的要求，进而使得氢气等离子体更好地与煤进行煤加氢气化反应，无需消耗部分氢气以加热氢气，大大节省了氢气的消耗量，还可以大幅度提高反应温度，并且，等离子产生装置相较于现有技术中的加热炉设备，设备投资少，节约成本；此外，等离子体产生装置2产生的氢气等离子体的反应活性相较于氢气更强，能够进一步促进煤加氢气化反应，使得煤加氢气化反应得到的油品更轻质化，附加值更高。

煤加氢气化反应系统实施例：

本实施例还提出了一种煤加氢气化反应系统。参见图2，图2为本实用新型实施例提供的煤加氢气化反应系统的结构示意图。如图所示，该煤加氢气化反应系统包括：煤加氢气化炉3和上述任一种喷嘴。其中，煤加氢气化炉3开设有气体入口31。喷嘴的第一壳体1置于煤加氢气化炉3的内部，并且，第一壳体1的第一端与气体入口31相连通，喷嘴的等离子体产生装置2置于煤加氢气化炉3的外部且与气体入口31相连通。其中，喷嘴的具体实施过程参见上述说明即可，本实施例在此不再赘述。

具体实施时，煤加氢气化炉3还开设有煤粉入口32，该煤粉入口32用于接收煤粉，气体入口31用于接收氢气。氢气与煤粉在一定的反应温度和反应压力下进行气化反应，生成富甲烷的合成气、轻质油品和清洁半焦。

可以看出，本实施例中，通过等离子体产生装置2产生的具有预设温度的等离子体能够满足煤加氢气化反应对氢气温度的要求，进而使得氢气等离子体更好地与煤进行煤加氢气化反应，与现有技术中通过消耗氢气来加热氢气以为煤加氢气化反应提供热量的方式相比较，无需消耗部分氢气以加热氢气，大大节省了氢气的消耗量，还可以大幅度提高反应温度，并且，等离子产生装置相较于现有技术中的加热炉设备，设备投资少，节约成本，同时，氢气等离子体的反应活性相较于氢气更强，能够进一步促进煤加氢气化反应，使得煤加氢气化反应得到的油品更轻质化，附加值更高，同时降低煤加氢气化炉3的内壁耐温要求，便于煤加氢气化炉内壁材质的选择。

上述实施例中，由于等离子体产生装置2对氢气加热产生的是局部高温，也就是说，仅仅第一壳体1的第二端处输出的等离子体的温度较高，该处的氢气等离子体直接与煤进行煤加氢气化反应，则使得煤加氢气化炉3内的温度只有局部高温。为了保障煤加氢气化反应过程中氢气等离子体与煤粉的碰撞混合反应效果，防止煤粉被单一方向的喷嘴喷出的气流吹散到温度较低的煤加氢气化炉3的内壁上，进而导致部分煤粉不能完全参与反应进而降低煤粉转化率的现象发生，因此，气体入口31至少为两个，喷嘴至少为两个，各喷嘴与各气体入口31一一对应设置。具体地，煤加氢气化炉3至少开设两个气体入口31，喷嘴的数量与气体入口31的数量相同，并且，每个气体入口31处均对应一个喷嘴。优选的，各气体入口31以煤粉入口32为中心对称设置，相应的，各喷嘴也是以煤粉入口32为中心对称设置。

可以看出，本实施例中，通过煤加氢气化炉3至少开设两个气体入口31，喷嘴与气体入口31一一对应，通过多个喷嘴喷出的高温氢气以提高煤加氢气化炉3内的整体温度，结构简单，便于实施。

上述实施例中，各气体入口31分别开设于煤加氢气化炉3的顶壁和/或靠近顶壁的侧壁。具体地，各气体入口31可以开设于煤加氢气化炉3的顶壁，也可以开设于煤加氢气化炉3靠近顶壁的侧壁，还可以是，煤加氢气化炉3的顶壁和靠近顶壁的侧壁均开设有气体入口31。相应的，由于喷嘴与气体入口31一一对应，所以，各喷嘴分别开设于煤加氢气化炉3的顶壁和/或靠近顶壁的侧壁。这样，不仅能够使得加热后的氢气更好地与煤进行煤加氢气化反应，并且，由于煤加氢气化炉3的反应区位于煤加氢气化炉3的顶部和上半部，所以，能够更好地控制煤加氢气化炉3的反应区的温度。当然，也可以根据实际情况，在煤加氢气化炉3的任意位置均可以开设气体入口31，喷嘴与气体入口31一一对应设置。

上述实施例中，位于同一圆周的各气体入口31沿圆周方向均匀分布。具体地，无论是各气体入口31开设于煤加氢气化炉3的顶壁还是靠近顶壁的侧壁上，只要至少两个气体入口31位于煤加氢气化炉3的同一圆周上，则各气体入口31沿煤加氢气化炉3的圆周方向均匀分布。这样，一方面，能够遵循压力容器尽量少开孔的原则，减少煤加氢气化炉3的气体入口31的开口率；另一方面，能够保障煤加氢气化炉3内温度均匀分布，进而便于控制气化产物的组成及质量。优选的，位于同一圆周的气体入口31的数量为2-5个。每个气体入口31处均对应一个喷嘴。

参见图2，上述各实施例中，煤加氢气化反应系统可以包括：净化分离装置4和膜分离装置5。其中，煤加氢气化炉3开设有气体出口33，气体出口33通过净化分离装置4与膜分离装置5的入口51相连接。煤加氢气化炉3的气体出口33用于将煤与氢气进行煤加氢气化反应产生的合成气输出至净化分离装置4。净化分离装置4用于对合成气进行净化处理，得到净化后的合成气，并将净化后的合成气输送至膜分离装置5。膜分离装置5的入口51用于接收净化后的合成气。

膜分离装置5用于将净化后的合成气中的氢气分离出来。膜分离装置5的出口与等离子体产生装置2相连接，膜分离装置5的出口用于将分离出的氢气输送至等离子体产生装置2。具体地，净化后的合成气包括：氢气和富甲烷气体，膜分离装置5将合成气中的氢气与富甲烷气体进行分离。膜分离装置5的出口与等离子体产生装置2中第二壳体21的进气口211相连接，膜分离装置5的出口用于将分离出的氢气输送至第二壳体21内。

膜分离装置5可以为气体膜分离装置，优选的，膜分离装置5为压差式膜分离装置，该压差式膜分离装置是利用压差将氢气和富甲烷气体进行分离。具体实施时，压差式膜分离装置是以0.5-3MPa的压差对净化后的合成气进行分离的，当然，也可以采用其他的压差对净化后的合成气进行分离，该压差可以根据实际情况来确定，本实施例对此不做任何限制。

具体实施时，膜分离装置5设置有第一出口52和第二出口53，膜分离装置5的第一出口52与等离子体产生装置2中的第二壳体21的进气口211相连接，膜分离装置5的第二出口53与合成气储罐13相连接，膜分离装置5的第二出口53用于将分离出的富甲烷气体输送至合成气储罐13中。合成气储罐13可以将富甲烷气体通过对外供气系统对外供气。

具体实施时，膜分离装置5的第一出口52与第二壳体21的进气口211之间还应设置有氢气压缩机8，氢气压缩机8用于对氢气进行增压，得到高压的氢气，再将高压氢气输送至第二壳体21内。这是因为，合成气经过净化分离装置4后温度和压力都会降低，为了使得膜分离装置5输出的分离后的氢气满足煤加氢气化炉3内压力的要求，则通过氢气压缩机8对氢气进行增压。

具体实施时，煤加氢气化炉3的底部开设有物料出口34，该物料出口34用于将煤加氢气化反应产生的半焦输出。该物料出口34可以通过管道与半焦收集罐9相连通，则半焦可以通过管道输送至半焦收集罐9中。

具体实施时，净化分离装置4可以包括：旋风除尘器41、除尘过滤器42和洗涤塔43。其中，煤加氢气化炉3的气体出口33依次通过旋风除尘器41、除尘过滤器42和洗涤塔43与膜分离装置5的入口51相连通。煤加氢气化炉3的气体出口33输出的合成气中往往携带有半焦、粉尘和气相油品，并且，该合成气具有高温高压。旋风除尘器41用于接收该合成气，并对该合成气进行初级除尘，使得合成气与半焦和粉尘进行分离，半焦和粉尘由旋风除尘器41的固体出口输出，分离后的合成气由旋风除尘器41的气体出口输送至除尘过滤器42。除尘过滤器42进一步对合成气进行过滤除尘，分离出的半焦和粉尘由除尘过滤器42的固体出口输出，分离后的合成气由除尘过滤器42的气体出口输送至洗涤塔43。其中，旋风除尘器41的固体出口和除尘过滤器42的固体出口均可以通过管道与半焦收集罐9相连通，分离出的半焦和粉尘可以输送至半焦收集罐9中。洗涤塔43对接收到的合成气进行水冷降温，使得合成气中的油品冷凝，冷凝后的油品跟随水进入油水分离器10，油水分离器10将油品中的粗油和废水进行分离，粗油输送至粗油收集罐11，废水输送至废水处理装置12做进一步净化处理，净化处理后的废水达到循环水要求后返回洗涤塔43循环使用。洗涤塔43输出的合成气即为干净的合成气，并且，此时，合成气的温度已经降低，洗涤塔43将该合成气输送至膜分离装置5中。

可以看出，本实施例中，通过膜分离装置5将煤加氢气化炉3产生的合成气中氢气进行分离出来，再将氢气供应给喷嘴的等离子体产生装置2进行加热，进而再将加热后的氢气输送至煤加氢气化炉3内进行煤加氢气化反应，使得氢气能够循环利用，大大节约了氢气的消耗，充分利用了能源，提高了能源利用率。

继续参见图2，上述各实施例中，煤加氢气化反应系统还可以包括：压力调节装置6和氢氧燃料电池7。其中，膜分离装置5的出口还通过压力调节装置6与氢氧燃料电池7的氢气入口相连接，膜分离装置5的出口还用于将净化后的合成气中分离出的氢气输送至压力调节装置6中，压力调节装置6用于调节氢气的压力，并将调压后的氢气输送至氢氧燃料电池7。具体地，膜分离装置5还设置有第三出口54，该第三出口54与压力调节装置6的入口相连接，压力调节装置6的出口与氢氧燃料电池7的氢气入口相连接。

具体实施时，压力调节装置6可以为3-6.5MPa的氢气缓冲罐，该氢气缓冲罐用于调整氢气压力，以使氢气的压力降低至0.05-0.5MPa。当然，压力调节装置6也可以为其他的装置，并且，压力调节装置6将氢气的压力降低至预设压力值，该预设压力值可以根据实际情况来确定，本实施例对此不做任何限制。

本领域技术人员应该理解，氢氧燃料电池7设置有氢气入口和氧气入口，氢气入口用于接收氢气，氧气入口用于接收空气或氧气。氢气和氧气分别通入氢氧燃料电池7的阳极和阴极，氢气和氧气在电极的催化剂的作用下，通过电解质生成水。这时，在阳极上有多余的电子而带负电作为氢氧燃料电池7的负极，在阴极上由于缺少电子而带正电作为氢氧燃料电池7的正极。

氢氧燃料电池7用于与供电装置相连接，利用氢气产生电能，并将电能供应给供电装置。具体地，氢氧燃料电池7的正极与负极分别与供电装置24相连接，则氢氧燃料电池7中负极的电子沿外部电路移向正极，形成电流回路。供电装置用于存储电能，并将电能供应给用电设备，该用电设备可以为仪表及其他运转设备，该供电装置也可以为等离子体产生装置2中的供电装置24。

具体实施时，膜分离装置5分离出的氢气一部分通过第一出口52输送至第二壳体21内，氢气中的另一部分通过第三出口54经压力调节装置6输送至氢氧燃料电池7中，则膜分离装置5与第二壳体21所在的管路，与膜分离装置5、压力调节装置6和氢氧燃料电池7所在的管路为并联管路。

可以看出，本实施例中，将膜分离装置5分离出的氢气部分输送至氢氧燃料电池7中，以产生电能，该电能可以供应给等离子体产生装置2，也可以供应给其他的用电设备，能够有效地减轻煤加氢气化工艺的电力负荷或者对外部电力供应装置的依赖程度，降低煤加氢气化工艺的电力消耗，充分利用能源。

具体实施时，煤加氢气化反应生成的合成气中存在少量的一氧化碳和二氧化碳，而一氧化碳会使得氢氧燃料电池7中的催化剂中毒失效，二氧化碳能与氢氧燃料电池7中的碱性燃料电池中一定浓度的氢氧化钾水溶液电解质反应生成碳酸钾，降低氢氧燃料电池7的性能。因此，当膜分离装置5采用压差式膜分离装置时，应控制压差式膜分离装置的分离压差，保证分离出的氢气的纯度以及所含的一氧化碳和二氧化碳均在可接受范围内。一般而言，氢气中的一氧化碳和二氧化碳含量合计要低于1％(体积比)。

需要说明的是，本实用新型中的喷嘴及煤加氢气化反应系统的原理相同，相关之处可以相互参照。

综上所述，本实施例中，等离子体产生装置2产生的具有预设温度的等离子体能够满足煤加氢气化反应对氢气温度的要求，进而使得氢气等离子体更好地与煤进行煤加氢气化反应，无需消耗部分氢气以加热氢气，大大节省了氢气的消耗量，还可以大幅度提高反应温度，并且，等离子产生装置相较于现有技术中的加热炉设备，设备投资少，节约成本，同时，氢气等离子体的反应活性相较于氢气更强，能够进一步促进煤加氢气化反应，使得煤加氢气化反应得到的油品更轻质化，附加值更高，同时降低煤加氢气化炉3的内壁耐温要求，便于煤加氢气化炉内壁材质的选择。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种喷嘴，其特征在于，包括：两端开口的第一壳体(1)和等离子体产生装置(2)；其中，

所述第一壳体(1)置于煤加氢气化炉的内部，所述第一壳体(1)的第一端与所述煤加氢气化炉的气体入口相连通，所述第一壳体(1)的第二端为自由端；

所述等离子体产生装置(2)置于所述煤加氢气化炉的外部且与所述气体入口相连通，所述等离子体产生装置(2)用于接收含氢气体，并使含氢气体产生具有预设温度的等离子体，以及将所述等离子体输送至所述煤加氢气化炉内。

2.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述等离子体产生装置(2)包括：一端开口一端封闭的第二壳体(21)、阴极体(22)、阳极体和供电装置(24)；其中，

所述第二壳体(21)置于所述煤加氢气化炉的外部，并且，第二壳体(21)的开口端与所述气体入口相连通，所述第二壳体(21)的侧壁开设有进气口(211)；

所述阳极体设置于所述第一壳体(1)内，所述阴极体(22)连接于所述第二壳体(21)的内壁；

所述供电装置(24)的正极与所述阳极体相连接，所述供电装置(24)的负极与所述阴极体(22)相连接，所述供电装置(24)用于为所述阳极体和所述阴极体(22)供电以使所述含氢气体产生所述等离子体。

3.根据权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，所述等离子体产生装置(2)还包括：线圈(23)；其中，

所述第一壳体(1)为导电体，所述线圈(23)缠绕于所述第一壳体(1)的外壁，所述第一壳体(1)的内壁为所述阳极体；

所述第二壳体(21)的开口端的位置与所述第一壳体(1)的第一端的位置相对应且均与所述气体入口相连通；

所述阴极体(22)的第一端与所述第一壳体(21)的内部空间相对应，所述供电装置(24)的正极与所述线圈(23)相连接，所述供电装置(24)的负极与所述阴极体(22)的第二端相连接，所述供电装置(24)用于为所述线圈(23)和所述阴极体(22)供电以使所述阴极体(22)与所述第一壳体(1)的内壁之间产生电弧，所述电弧用于电离所述含氢气体以产生所述等离子体。

4.根据权利要求3所述的喷嘴，其特征在于，所述阴极体(22)的第二端穿设于所述第二壳体(21)的封闭端且置于所述第二壳体(21)的外部。

5.根据权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，所述等离子体产生装置(2)还包括：绝缘的支撑体(25)；其中，

所述阴极体(22)通过所述支撑体(25)与所述第二壳体(21)的内壁相连接。

6.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述第一壳体(1)的截面为圆形，所述第一壳体(1)具有预设直径。

7.一种煤加氢气化反应系统，包括：煤加氢气化炉(3)，其特征在于，还包括：如权利要求1至6中任一项所述的喷嘴；其中，

所述煤加氢气化炉(3)开设有气体入口(31)；

所述喷嘴的第一壳体(1)置于所述煤加氢气化炉(3)的内部，并且，所述第一壳体(1)的第一端与所述气体入口(31)相连通；

所述喷嘴的等离子体产生装置(2)置于所述煤加氢气化炉(3)的外部且与所述气体入口(31)相连通。

8.根据权利要求7所述的煤加氢气化反应系统，其特征在于，

所述气体入口(31)至少为两个，所述喷嘴至少为两个，各所述喷嘴与各所述气体入口(31)一一对应设置。

9.根据权利要求8所述的煤加氢气化反应系统，其特征在于，

各所述气体入口(31)分别开设于所述煤加氢气化炉(3)的顶壁和/或靠近所述顶壁的侧壁。

10.根据权利要求8或9所述的煤加氢气化反应系统，其特征在于，

位于同一圆周的各所述气体入口(31)沿圆周方向均匀分布。

11.根据权利要求7所述的煤加氢气化反应系统，其特征在于，还包括：净化分离装置(4)和膜分离装置(5)；其中，

所述煤加氢气化炉(3)开设有气体出口(33)，所述气体出口(33)通过所述净化分离装置(4)与所述膜分离装置(5)的入口相连接，所述净化分离装置(4)用于对所述煤加氢气化炉(3)中产生的合成气进行净化，所述膜分离装置(5)的入口用于接收净化后的所述合成气；

所述膜分离装置(5)的出口与所述等离子体产生装置(2)相连接，所述膜分离装置(5)的出口用于将所述合成气中分离出的氢气输送至所述等离子体产生装置(2)。

12.根据权利要求11所述的煤加氢气化反应系统，其特征在于，还包括：压力调节装置(6)和氢氧燃料电池(7)；其中，

所述膜分离装置(5)的出口还通过所述压力调节装置(6)与所述氢氧燃料电池(7)的氢气入口相连接，所述膜分离装置(5)的出口还用于将所述合成气中分离出的氢气输送至所述压力调节装置(6)中，所述压力调节装置(6)用于调节所述氢气的压力，并将调压后的所述氢气输送至所述氢氧燃料电池(7)；

所述氢氧燃料电池(7)用于与供电装置相连接，利用所述氢气产生电能，并将所述电能供应给所述供电装置。