CN214300009U - 煤加氢气化炉以及煤加氢气化系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种煤加氢气化炉以及煤加氢气化系统，煤加氢气化炉包括：第一反应区，其设于所述煤加氢气化炉的上部区域，用于发生半焦贫氧气化反应；第二反应区，其设于煤加氢气化炉的下部区域，用于发生粉煤加氢热反应；其中，所述第一反应区与所述第二反应区之间设有一缩口，缩口为倒立的空心圆台结构，各所述反应区的内径与所述缩口的最小内径之间具有预设比值，所述缩口的侧壁与所述煤加氢气化炉的轴线之间具有预设角度。通过耦合半焦贫氧气化与粉煤加氢热转化过程，在煤加氢气化炉中实现了原料煤的分级转化过程，利用了半焦贫氧气化过程反应放热为粉煤加氢热转化过程提供反应所需热量，提高系统能效，降低了氢气的消耗，实现粉煤分级利用。
Description
技术领域
本实用新型属于煤气化技术领域，具体涉及一种煤加氢气化炉以及煤加氢气化系统。
背景技术
以煤为主的能源结构短期内不会改变，随着环境污染问题日益严重，发展煤的高效洁净利用技术具有深远的意义。
煤的分质梯级利用是根据煤炭结构特征和反应性特征选择合适转化途径，实现煤炭高效清洁利用的方法。煤在一定的氢气压力和温度条件下快速升温发生热转化，可生成轻质芳烃油品、甲烷以及固体清洁半焦，是实现煤炭分质梯级利用的重要途径之一。
煤加氢快速升温过程是一个吸热反应，现有技术中依靠燃烧氢气跟粉煤混合来实现快速升温，该过程增加了煤加氢热转化过程的氢气消耗量，降低了系统整体的能源转化效率。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种煤加氢气化炉以及煤加氢气化系统，以解决现有技术中存在的煤加氢热转化过程的氢气消耗量增加，降低了系统整体的能源转化效率等问题。
在第一方面，本申请提供一种煤加氢气化炉，包括：
第一反应区，其设于所述煤加氢气化炉的上部区域，可用于发生半焦贫氧气化反应；
第二反应区，其设于煤加氢气化炉的下部区域，用于发生粉煤加氢热转化反应；
其中，所述第一反应区与所述第二反应区之间设有一缩口，所述缩口为倒立的空心圆台结构，各所述反应区的内径与所述缩口的最小内径具有预设比值，所述缩口的侧壁与所述煤加氢气化炉的轴线具有预设角度。优选地，各所述反应区的内径/所述缩口的最小内径>2/1。
优选地，所述缩口侧壁与所述煤加氢气化炉的轴线之间的预设角度为30°至40°。
优选地，所述第二反应区内靠近所述缩口的位置设置有若干粉煤加氢热转化喷嘴。
优选地，所述第一反应区的顶部设有一进料口，所述第二反应区的底部设有一排渣口；
所述第二反应区的轴向中部开设有一气固排出口，以排出半焦和反应气；
所述第二反应区内，靠近所述气固排出口的上方设有一激冷环，所述激冷环可用于向所述第二反应区内喷射激冷气，使所述激冷气喷口相对位置的温度小于700℃。
在第二方面，本申请提供一种煤加氢气化系统，包括反应装置、气固分离装置以及分离回收装置；
所述反应装置包括以上所述的煤加氢气化炉及其底部连通的排渣锁斗；
所述反应装置与所述气固分离装置连通，所述煤加氢气化炉中产生的半焦和反应气进入所述气固分离装置中，在所述气固分离装置中分离出的半焦能够再次输送至所述煤加氢气化炉中；
所述气固分离装置与所述分离回收装置连通，所述气固分离装置将除尘后的所述反应气输送至所述分离回收装置中；
所述分离回收装置与所述反应装置连通，所述分离回收装置从所述反应气中分离出芳烃油品以及氢气，一部分所述氢气用于输送至所述煤加氢气化炉中，另一部分所述氢气与分离后的所述反应气经甲烷化合成反应以合成甲烷。
优选地，所述气固分离装置包括依次连通的旋风分离器、半焦收集罐以及变压锁斗；
所述旋风分离器分别与所述第二反应区的气固排出口和一过滤器连通；
所述过滤器与所述半焦收集罐连通，以将其收集的半焦输送至所述半焦收集罐中；
所述变压锁斗与所述第一反应区的进料口连通，以将其内的半焦输送至所述第一反应区中。
优选地，所述变压锁斗经加压向所述第一反应区中输送半焦，且所述变压锁斗的输送气压大于所述第一反应区的气压。
优选地，所述分离回收装置包括：
气体分离装置，所述气体分离装置与所述气固分离装置的过滤器连通，经过过滤后的所述反应气输送至所述气体分离装置中，并经冷却以及分离后得到芳烃油品以及氢气；
所述气体分离装置还连通一压缩机，以将氢气输送至所述第二反应区上的各粉煤加氢热转化喷嘴；
甲烷化装置，所述甲烷化装置可用于接收所述气体分离装置中的部分氢气以及分离后的反应气进行甲烷化合成反应。
优选地，所述压缩机将氢气输送至所述第二反应区上的各粉煤加氢热转化喷嘴后，所述第二反应区内的氢气与粉煤的质量比为0.2-0.4。
本申请具有的有益效果：
本申请提供的煤加氢气化炉以及煤加氢气化系统，通过耦合半焦贫氧气化与粉煤加氢热转化过程，在煤加氢气化炉中实现了原料煤的分级转化过程，利用了半焦贫氧气化过程反应放热为粉煤加氢热转化过程提供反应所需热量，提高系统能效，降低了氢气的消耗，实现粉煤分级利用。
附图说明
通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1是根据本实用新型实施例第一方面提供的煤加氢气化炉的简易结构示意图；
图2是根据本实用新型实施例第二方面提供的煤加氢气化系统的简易结构示意图。
其中，Ⅰ-第一反应区，Ⅱ-第二反应区；
S1-反应装置，S2-气固分离装置，S3-分离回收装置；
1-煤加氢气化炉，2-粉煤加氢热转化喷嘴，3-进料口，4-气固排出口，5-排渣口，6-排渣锁斗，7-旋风分离器，8-半焦收集罐，9-变压锁斗，10-过滤器，11-气体分离装置，12-压缩机，13-激冷环，14-甲烷化装置。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本实用新型的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
参考图1，在第一方面，本申请提供一种煤加氢气化炉，包括：第一反应区Ⅰ，其设于煤加氢气化炉1的上部区域，可用于发生半焦贫氧气化反应；第二反应区Ⅱ，其设于煤加氢气化炉1的下部区域，可用于发生粉煤加氢热转化反应；其中，第一反应区Ⅰ与第二反应区Ⅱ之间设有一缩口，缩口为倒立的空心圆台结构，各反应区的内径与缩口的最小内径之间具有预设比值，缩口的侧壁与煤加氢气化炉1的轴线之间具有预设角度。
在本实施例中，各反应区的内径/缩口的最小内径>2/1，应当理解的是，第一反应区Ⅰ的内径L1与缩口的内径L2的比值>2，设置的缩口能够将两个反应区部分分割，同时起到整流的作用。
在本实施例中，缩口侧壁与煤加氢气化炉1的轴线之间的预设角度α为30°至40°，参考图1和图2，设置的缩口呈漏斗状。
在本实施例中，第二反应区Ⅱ内靠近缩口的位置设置有若干粉煤加氢热转化喷嘴2。即在缩口的下方设置有若干粉煤加氢热转化喷嘴2，优选的是，粉煤加氢热转化喷嘴2的设置数量为4个，4个粉煤加氢热转化喷嘴2沿着第二反应区Ⅱ的内壁面的周向均匀的设置。
开车初始状态，粉煤经进料口3喷入粉煤，通过粉煤代替半焦，在第一反应区Ⅰ内发生半焦贫氧气化反应，控制第一反应区Ⅰ内的温度为1200℃至1500℃。同时粉煤加氢热转化喷嘴2可用于向第二反应区Ⅱ内注入粉煤，控制第二反应区Ⅱ的温度为800℃至1000℃。
在本实施例中，第一反应区Ⅰ的顶部设有一进料口3，第二反应区Ⅱ的底部设有一排渣口5；进料口3为半焦贫氧气化喷嘴，在开车的初始阶段由于没有产生半焦，进料口3喷入粉煤代替半焦，第二反应区Ⅱ产生的灰渣经排渣口5排出。
第二反应区Ⅱ的轴向中部开设有一气固排出口4，以排出半焦和反应气。第二反应区Ⅱ内，靠近气固排出口4的上方设有一激冷环13，激冷环13可用于向第二反应区Ⅱ内喷射激冷气，使激冷气喷口相对位置的温度小于700℃。以终止加氢热转化反应，控制产物组成，半焦随反应气由中部的气固出口排出煤加氢气化炉1。
设置的煤加氢气化炉1，第一反应区Ⅰ发生半焦贫氧气化反应，第二反应区Ⅱ发生粉煤加氢热转化反应，两个反应区通过缩口区分开，目的是防止氢气浓度过高条件下，过多燃烧氢气，影响半焦的贫氧气化反应，同时造成耗氧量的提高。
参考图1和图2，在第二方面，本申请提供一种煤加氢气化系统，包括反应装置S1、气固分离装置S2以及分离回收装置S3。
反应装置S1包括如以上的煤加氢气化炉1和排渣锁斗6，煤加氢气化炉1的底部排渣口5与排渣锁斗6连通，第二反应区Ⅱ中半焦发生贫氧气化后产生灰渣，应当理解的是，灰渣的密度较大(约为12001800kg/m3-1800kg/m3)，与之相比，粉煤经加氢热转化后所产生的半焦，因含有大量的空隙结构，其堆密度较小(约为180kg/m3-250kg/m3)，因此，依靠重力作用，灰渣将会在第二反应区Ⅱ的底部聚集，并经过底部的排渣口5进入排渣锁斗6，然后排出该系统。
反应装置S1与所述气固分离装置S2连通，煤加氢气化炉1中产生的半焦和反应气进入气固分离装置S2中，气固分离装置S2中分离出的半焦再次输送至第一反应区Ⅰ中，以及将除尘后的反应气输送至分离回收装置S3中。
气固分离装置S2包括依次连通的旋风分离器7、半焦收集罐8以及变压锁斗9，旋风分离器7分别与第二反应区Ⅱ的气固排出口4和一过滤器10，过滤器10与半焦收集罐8连通以将收集的半焦输送至半焦收集罐8中，变压锁斗9与第一反应区Ⅰ的进料口3连通以将半焦输送至第一反应区Ⅰ中。
旋风分离器7能够将第二反应区Ⅱ中半焦和反应器由气固出口排出，其中，超过80％的半焦被捕集进入半焦收集罐8中，未被旋风分离器7捕捉的少量半焦会进入到过滤器10中，从而进行精除尘，经过过滤器10收集到的半焦送入到半焦收集罐8中。
应当理解的是，半焦贫氧气化后产物灰渣比重大，无法被气体夹带出煤加氢气化炉1，而加氢热转化过程产生的半焦，密度低，气体跟随性强。因此，加氢热转化产物半焦和气态产物经气固排出口被旋风分离器7收集，而半焦贫氧气化灰渣由气化炉底部排出。
在半焦收集罐8中，将半焦按照一定的时序输送入到变压锁斗9中。变压锁斗9会加压将半焦向第一反应区Ⅰ中输送，且变压锁斗9的输送气压大于第一反应区Ⅰ的气压。半焦从进料口3输送至第一反应区Ⅰ，随着开车时间的延长，半焦逐渐替代开车初始阶段加入的粉煤，进而发生贫氧气化反应。进料口3会随同半焦将氧气和水蒸气输送至第一反应区Ⅰ内进行反应，以生成高温气体。
经过除尘后的含油气体进入到分离回收装置S3，分离回收装置S3经过分离得到芳烃油品以及氢气，一部分氢气用于输送至第二反应区Ⅱ中，另一部分氢气与分离后的反应气经甲烷化合成反应以合成甲烷。
在本实施例中，分离回收装置S3包括：气体分离装置11，气体分离装置11与气固分离装置S2的过滤器10连通，经过过滤后的反应气输送至气体分离装置11中，并经冷却以及分离后得到芳烃油品以及氢气；气体分离装置11还连通一压缩机12，以将部分氢气输送至第二反应区Ⅱ上的各粉煤加氢热转化喷嘴2；甲烷化装置14，甲烷化装置14可用于接收气体分离装置11中的部分氢气以及分离后的反应气进行甲烷化合成反应。
在本实施例中，压缩机12将氢气输送至第二反应区Ⅱ上的各粉煤加氢热转化喷嘴2后，该位置区间内的氢气浓度会提高，优选的是，使第二反应区Ⅱ内的氢气与粉煤的质量比为0.2-0.4。
在第二反应区Ⅱ设置的多个粉煤加氢热转化喷嘴2，粉煤加氢热转化喷嘴2可以同时通入粉煤和氢气，从而增加了区域内氢气的含量，提高该部分的氢气气压，一方面易于粉煤快速分散和升温，另一方面强化了加氢热转化过程，提高产物中油气产率和总体碳转化率。
在气体分离装置11分离出的部分氢气与CO以及甲烷等调整好氢碳比后输送至甲烷化装置14中，进行甲烷化合成反应，合成的甲烷作为产品气体。甲烷化合成反应使得该系统中甲烷的产率得到提高，提高了系统的经济性。
本申请提供的煤加氢气化炉以及煤加氢气化系统，通过耦合半焦贫氧气化与粉煤加氢热转化过程，在煤加氢气化炉1中实现了原料煤的分级转化过程，利用了半焦贫氧气化过程反应放热为粉煤加氢热转化过程提供反应所需热量，提高系统能效，降低了氢气的消耗，实现粉煤分级利用。
应当说明的是，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。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种煤加氢气化炉，其特征在于，包括：
第一反应区，其设于煤加氢气化炉的上部区域，用于发生半焦贫氧气化反应；
第二反应区，其设于煤加氢气化炉的下部区域，用于发生粉煤加氢热转化反应；
其中，所述第一反应区与所述第二反应区之间设有一缩口，所述缩口为倒立的空心圆台结构，各所述反应区的内径与所述缩口的最小内径具有预设比值，所述缩口的侧壁与所述煤加氢气化炉的轴线具有预设角度。
2.根据权利要求1所述的煤加氢气化炉，其特征在于，各所述反应区的内径/所述缩口的最小内径>2/1。
3.根据权利要求1所述的煤加氢气化炉，其特征在于，所述缩口侧壁与所述煤加氢气化炉的轴线之间的预设角度为30°至40°。
4.根据权利要求1所述的煤加氢气化炉，其特征在于，所述第二反应区内靠近所述缩口的位置设置有若干粉煤加氢热转化喷嘴。
5.根据权利要求1所述的煤加氢气化炉，其特征在于，所述第一反应区的顶部设有一进料口，所述第二反应区的底部设有一排渣口；
所述第二反应区的轴向中部开设有一气固排出口，以排出半焦和反应气；
所述第二反应区内，靠近所述气固排出口的上方设有一激冷环，所述激冷环用于向所述第二反应区内喷射激冷气，使激冷气喷口相对位置的温度小于700℃。
6.一种煤加氢气化系统，其特征在于，包括反应装置、气固分离装置以及分离回收装置；
所述反应装置包括煤加氢气化炉及其底部连通的排渣锁斗；
所述反应装置与所述气固分离装置连通，所述煤加氢气化炉中产生的半焦和反应气进入所述气固分离装置中，在所述气固分离装置中分离出的半焦能够再次输送至所述煤加氢气化炉中；
所述气固分离装置与所述分离回收装置连通，所述气固分离装置将除尘后的所述反应气输送至所述分离回收装置中；
所述分离回收装置与所述反应装置连通，所述分离回收装置从所述反应气中分离出芳烃油品以及氢气，一部分所述氢气用于输送至所述煤加氢气化炉中，另一部分所述氢气与分离后的所述反应气经甲烷化合成反应以合成甲烷；
其中，所述煤加氢气化炉包括第二反应区和第一反应区。
7.根据权利要求6所述的煤加氢气化系统，其特征在于，所述气固分离装置包括依次连通的旋风分离器、半焦收集罐以及变压锁斗；
所述旋风分离器分别与所述第二反应区的气固排出口和一过滤器连通；
所述过滤器与所述半焦收集罐连通，以将其收集的半焦输送至所述半焦收集罐中；
所述变压锁斗与所述第一反应区的进料口连通，以将其内的半焦输送至所述第一反应区中。
8.根据权利要求7所述的煤加氢气化系统，其特征在于，所述变压锁斗经加压向所述第一反应区中输送半焦，且所述变压锁斗的输送气压大于所述第一反应区的气压。
9.根据权利要求6所述的煤加氢气化系统，其特征在于，所述分离回收装置包括：
气体分离装置，所述气体分离装置与所述气固分离装置的过滤器连通，经过过滤后的所述反应气输送至所述气体分离装置中，并经冷却以及分离后得到芳烃油品以及氢气；
所述气体分离装置还连通一压缩机，以将氢气输送至所述第二反应区上的各粉煤加氢热转化喷嘴；
甲烷化装置，所述甲烷化装置用于接收所述气体分离装置中的部分氢气以及分离后的反应气进行甲烷化合成反应。
Priority Applications (1)
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| CN202022381930.XU CN214300009U (zh) | 2020-10-23 | 2020-10-23 | 煤加氢气化炉以及煤加氢气化系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202022381930.XU CN214300009U (zh) | 2020-10-23 | 2020-10-23 | 煤加氢气化炉以及煤加氢气化系统 |
Publications (1)
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|---|---|
| CN214300009U true CN214300009U (zh) | 2021-09-28 |
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ID=77839666
Family Applications (1)
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| CN202022381930.XU Active CN214300009U (zh) | 2020-10-23 | 2020-10-23 | 煤加氢气化炉以及煤加氢气化系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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2020
- 2020-10-23 CN CN202022381930.XU patent/CN214300009U/zh active Active
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