CN217578781U - 一种煤浆加热反应装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种煤浆加热反应装置，属于煤化工领域，其包括煤浆立式加热炉、分液器、气液罐、PSA气体分离装置、CO压缩机、水泵和煤粉和重油搅拌煤浆容器；煤浆立式加热炉的入口分别与CO压缩机、水泵和煤粉和重油搅拌煤浆容器相连接；CO压缩机用于提供CO原料，水泵用于提供水蒸汽，煤粉和重油搅拌煤浆容器用于煤浆原料；煤浆立式加热炉中设置有立式加热流管；分液器的入口与煤浆立式加热炉的出口相连，将产物中的CH1经进入气液罐中；气液罐的顶部设置有气体出口，用于将CO和CO2排出到PSA气体分离装置中；PSA气体分离装置与CO压缩机相连，用于将CO循环至CO压缩机中。本实用新型解决了煤浆在加热炉管内的气、液、固分层和结焦问题。
Description
技术领域
本实用新型是关于煤化工领域，特别是关于一种煤浆加热反应装置。
背景技术
我国总的能源特征是“高煤、少油、有气”。我国煤炭资源丰富，石油资源短缺，为了保障国家能源安全，把煤转变为液体基础油，称为人造石油。煤制油已成为我国能源战略的一个重要趋势，“煤制油”的学术称谓是煤液化，即以煤炭为原料，在一定温度的压强环境以及催化剂作用下，通过一系列加氢反应生成液态油(芳烃/烷烃)的转化过程。煤浆加氢工艺的总体相对苛刻，高温、高压且工艺介质为煤粉与催化剂、溶剂按比例配成煤浆，工艺介质中有煤粉固态颗粒的存在也有固体Fes颗粒催化剂的存在，煤浆的固体颗粒在加热炉管加热反应不完全时会造成堵塞，反应温度过高时会使管内结焦而报废，导到煤制油装置中的设备在设计上存在一定的难度。
人造石油是用固体(如油页岩，煤，油砂等可燃矿物)、液体(如焦油)或气体(如一氧化碳，氢)燃料加工得到的类似于天然石油的液体燃料。
中国人造石油工业在50年代发展较快，主要是以油页岩为原料经低温干馏得到页岩油，再经加工得到各种轻质燃料油。辽宁抚顺及广东茂名是中国重要的人造石油生产基地。油、及油砂等可燃矿物经过加工得到的一类液体燃料。主要成分为各种烃类，并含有氧、氮、硫等非烃化合物。
现有技术中，大多采用将固体煤研磨至200目的煤粉与重油混合成为煤浆在煤浆加热反应炉内加热反应生成CH1液体基础油——人造石油。
煤浆加热炉的作用是在煤浆进入反应器前，把煤浆加热到接近反应温度，煤浆在加热炉内的升温幅度达300℃左右。煤浆加热炉是人造石油的关键设备，长期运行尤为重要，而工艺介质的特殊性(煤浆加热炉加热介质为煤粉溶剂按比例配成煤浆)导致其在高温下发生气－液－固分层及结焦问题是煤浆加热反应炉常见的问题，煤浆结焦造成加热炉管堵塞而报废。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种煤浆加热反应装置，其能够解决煤浆在加热炉管内的气、液、固分层和结焦问题。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种煤浆加热反应装置，包括煤浆立式加热炉、分液器、气液罐、PSA气体分离装置、CO压缩机、水泵和煤粉和重油搅拌煤浆容器；
所述煤浆立式加热炉的入口分别与所述CO压缩机、所述水泵和所述煤粉和重油搅拌煤浆容器相连接；所述CO压缩机用于提供CO原料，所述水泵用于提供水蒸汽，所述煤粉和重油搅拌煤浆容器用于煤浆原料；所述煤浆立式加热炉中设置有立式加热流管；
所述分液器的入口与所述煤浆立式加热炉的出口相连，将产物中的CH1经进入所述气液罐中；
所述气液罐的顶部设置有气体出口，用于将CO和CO2排出到所述PSA气体分离装置中；
所述PSA气体分离装置与所述CO压缩机相连，用于将CO循环至所述CO压缩机中。
在本实用新型的一实施方式中，所述立式加热流管为上下弯折的U形管结构，在所述煤浆立式加热炉中从左至右地布置。
在本实用新型的一实施方式中，所述煤浆立式加热炉上还设置有燃烧机，用于为所述立式加热流管提供热量。
在本实用新型的一实施方式中，所述煤浆立式加热炉1的出口处还设置有烟道废热利用装置。
在本实用新型的一实施方式中，所述分液器的底部设置有重油出口，用于与所述煤粉和重油搅拌煤浆容器相连。
在本实用新型的一实施方式中，所述分液器的出口处设置有回流器和冷却器。
与现有技术相比，根据本实用新型的一种煤浆加热反应装置，采用立管式加热结构，煤浆在加热炉内加热时气、液、固三相良好接触生成热稳定性优良的CH1液体产物，煤浆在加热炉内受极端高温800℃不生焦、不结焦。
附图说明
图1是根据本实用新型一实施方式的一种煤浆加热反应装置的示意图；
图2是根据本实用新型一实施方式的一种煤浆加热反应装置的立式加热流管的示意图；
图3是现有技术中采用的盘管式加热炉的示意图。
主要附图标记说明：
1、煤浆立式加热炉，2、燃烧机，3、立式加热流管，4、烟道废热利用装置，5、分液器，6、回流器，7、冷却器，8、气液罐，9、PSA气体分离装置，10、CO压缩机，11、水泵，12、煤浆泵，13、煤粉和重油搅拌煤浆容器。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1所示，根据本实用新型优选实施方式的一种煤浆加热反应装置，其能够保证煤浆在加热炉内加热时的气、液、固三相的良好接触，以生成热稳定性优良的CH1液体人造石油产物，使得煤浆在加热炉内受极端高温(800℃)时不生焦、不结焦。
该煤浆加热反应装置包括煤浆立式加热炉1、分液器5、气液罐8、PSA气体分离装置9、CO压缩机10、水泵11和煤粉和重油搅拌煤浆容器13。
煤浆立式加热炉1的入口分别与CO压缩机10、水泵11和煤粉和重油搅拌煤浆容器13相连接，用于接收反应的原料。CO压缩机10用于提供CO原料，水泵11用于提供水蒸汽(H2O)，煤粉和重油搅拌煤浆容器13用于提供搅拌好的由煤粉和重油组成的煤浆原料。煤粉和重油搅拌煤浆容器13中的煤浆通过煤浆泵12泵送至煤浆立式加热炉1。
具体地，如图2所示，煤浆立式加热炉1中设置有立式加热流管3，并非是图3所示的传统的盘管式加热炉，在盘管式加热炉中，气、液、固体物质在管内分层，受热会结焦。立式加热流管3为上下弯折的U形管结构，在煤浆立式加热炉1中从左至右地布置，而采用本实用新型的立式加热炉采用U型管，气、液、固体物质在管内接触不分层。这样设计能够使得在加热炉内加热时气、液、固三相能够良好地接触。煤浆立式加热炉1的内壁上设置有FeO催化剂层。
煤浆立式加热炉1上还设置有燃烧机2，用于为立式加热流管3提供热量，进而为整个反应提供热量。煤浆立式加热炉1的出口处还设置有烟道废热利用装置4，能够吸收产物的热量，用于加热热水进而预热原料，达到回收利用的目的。
在该煤浆立式加热炉1中，能够进行以下反应：
CO+H2O→CO2+H2
10CH0.87+2O→2CO+H0.7+8CH1
其中，上述反应式中2O是原料煤的成分。CO和H2O进入煤浆立式加热炉1与煤浆在煤浆立式加热炉1内发生反应，在极端温度下煤浆在有氢气的存在下加氢配对生成稳定的耐高温的CH1和CO、CO2产物。
本实用新型中使用的煤浆是由200目煤粉和重油按照1∶2的质量比调和而成，重油是传热介质，要求沸点＞460℃以上。煤浆经过煤浆立式加热炉1进行加热时，CO和H2O也经过煤浆立式加热炉1进行加热，其中，要求CO气体的纯度大于90％。在高温(指煤浆加热炉内火焰温度在456℃－460℃之间)下CO和H2O与煤浆立式加热炉1的内壁上的FeO催化剂层接触生成CO2和H2，煤浆在煤浆立式加热炉1内加热与CO2和H2接触反应生成了2CO+H0.7气体和8CH1液体，H0.7在终端最终形成为氢气，未反应的固体产物从煤浆立式加热炉1的出口流入分液器5。
分液器5用于对煤浆立式加热炉1的高温产物进行气液分离，把高温产物分离出气液两相，重油在分离器底部，进而将产物中的重油分离出来，轻质CH1送入气液罐8中。分液器5中还设置有搅拌器，该搅拌器的作用是对高温产物进行搅拌降温。
具体地，分液器5的出口处设置有回流器6，其用于将高温产物的温度控制在200℃以内，进而进一步地对重油进行分离。分液器5的底部设置有重油出口，从分液器5底部分离出来的重油输送到煤粉和重油搅拌煤浆容器13中，与煤粉混合搅拌成煤浆，重油得到循环使用。
分液器5的出口处还通过冷却器7与气液罐8相连，进而通过气液罐8分离出气体和液体。液体为CH1，通过气液罐8底部的液体出口排出；气体为CO和CO2，通过气液罐8顶部的气体出口排出到PSA气体分离装置9中。
本实用新型中，高温产物经分液器5出口的回流器6和冷却器7冷却成轻质液体和气体。
PSA气体分离装置9用于对气体进行分离，分离出CO和CO2，其中，CO循环至CO压缩机10中与水蒸气一起进入到煤浆立式加热炉1中，CO2可以经后续收集可以利用，不向外排放。
因此，从气液罐8分离出的气－液体，气体CO和CO2经气液罐8的顶部出口经PSA气体分离装置9分离出CO2和CO，CO循环至CO压缩机10与水蒸气进入煤浆立式加热炉1。而CH1液体人造石油从气液罐8的底部输出至油库，进行保存。
前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (6)
1.一种煤浆加热反应装置，其特征在于，包括煤浆立式加热炉、分液器、气液罐、PSA气体分离装置、CO压缩机、水泵和煤粉和重油搅拌煤浆容器；
所述煤浆立式加热炉的入口分别与所述CO压缩机、所述水泵和所述煤粉和重油搅拌煤浆容器相连接；所述CO压缩机用于提供CO原料，所述水泵用于提供水蒸汽，所述煤粉和重油搅拌煤浆容器用于煤浆原料；所述煤浆立式加热炉中设置有立式加热流管；
所述分液器的入口与所述煤浆立式加热炉的出口相连，将产物中的液体送入所述气液罐中；
所述气液罐的顶部设置有气体出口，用于将CO和CO2排出到所述PSA气体分离装置中；
所述PSA气体分离装置与所述CO压缩机相连，用于将CO循环至所述CO压缩机中。
2.如权利要求1所述的煤浆加热反应装置，其特征在于，所述立式加热流管为上下弯折的U形管结构，在所述煤浆立式加热炉中从左至右地布置。
3.如权利要求1所述的煤浆加热反应装置，其特征在于，所述煤浆立式加热炉上还设置有燃烧机，用于为所述立式加热流管提供热量。
4.如权利要求1所述的煤浆加热反应装置，其特征在于，所述煤浆立式加热炉的出口处还设置有烟道废热利用装置。
5.如权利要求1所述的煤浆加热反应装置，其特征在于，所述分液器的底部设置有重油出口，用于与所述煤粉和重油搅拌煤浆容器相连。
6.如权利要求1所述的煤浆加热反应装置，其特征在于，所述分液器的出口处设置有回流器和冷却器。
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