一種煤加氫反應裝置及其工業應用的製作方法

2023-05-28 02:23:31 2

專利名稱：一種煤加氫反應裝置及其工業應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種煤直接液化反應裝置及其應用。
背景技術：
煤直接液化是煤制油的技術之一，德國魯爾煤公司(Kohleoel)、日本新能源產業技術開發機構(NEDOL)、美國HRI公司、EXXON公司都進行了大量研發工作。國內神華集團有限責任公司(關於煤直接液化工藝，ZL200410070249.6)、煤炭科學研究總院北京煤化工研究分院(關於煤直接液化反應器，ZL03102672.9)和中國科學院山西煤炭化學研究所(關於煤直接液化催化劑，ZL98102883.7)等單位也在本領域進行了研究，鑑於經濟和技術原因，目前尚無法實現大規模的工業化生產，不能滿足代生產企業對年產≥500萬噸油品規模的煤直接液化技術的需求。

發明內容
本發明需要解決的技術問題是公開一種煤加氫反應裝置及其工業應用，以滿足煤直接液化領域發展的需要。
本發明用於煤直接液化製備油品的加氫反應裝置包括氣流床和鼓泡床以及煤漿循環泵和換熱器組成；所說的氣流床及鼓泡床共含於同一圓筒形內襯耐火材料的殼體中，氣流床在上，鼓泡床在下；所說的氣流床包括設置在氣流床高度的同一水平面或若干個水平面沿殼體周邊上的以及或設置在氣流床頂部的噴嘴室；設置在噴嘴室中的噴嘴；設置在氣流床下端的設有出口的錐底；
所說的噴嘴選自設有第一通道、第二通道和第三通道的三通道噴嘴；所說的鼓泡床包括設置在鼓泡床中與所說的出口相連接的導氣管；設置在導氣管下端的引流筒；設置在鼓泡床中部的、鼓泡床與導氣管之間的破泡板，用於破除鼓泡床中氣流產生的氣泡；設置在鼓泡床上部的、鼓泡床與導氣管之間的捕沫板，用於消除氣相或者氣泡夾帶的漿體；設置在所說的錐底下方的尾氣出口；設置在破泡板上方和尾氣出口處的捕沫器，用於進一步消除氣相或者氣泡夾帶的漿體，捕沫器下部設有漿體出口；設置在鼓泡床下側部的漿體出口；設置在鼓泡床底部的排灰口；所說的煤漿循環泵的入口通過管線與漿體出口相連接，煤漿循環泵的出口通過管線與換熱器的入口相連接，換熱器的出口通過管線與噴嘴相連接；本發明上述的煤加氫反應裝置可以用於煤加氫直接液化，製備油品，其應用方法包括如下步驟將煤漿、催化劑和循環溶劑送入噴嘴第二通道，將H2送入噴嘴的第一和第三通道，煤漿、催化劑和循環溶劑在氫氣流作用下霧化，粒徑30～200μm，顆粒懸浮於氫氣流中，再與對置噴嘴流股撞擊，實現煤漿與H2的進一步混合，在催化劑作用下，煤粉在氣流床中，進行加氫反應，生成油品；尚未轉化的煤漿和H2經導氣管，通過引流筒引流後，進入鼓泡床繼續進行加氫反應，尾氣經捕沫板，進入捕沫器，經尾氣出口排出，進入後續工段，淨化加壓後，可循環利用；
反應產生的煤灰，含部分催化劑、煤漿等自鼓泡床底部排灰口排出，可用於鍋爐燃料或者氣流床氣化制氫的原料；加氫後生產的液態烴及煤漿、催化劑經漿體出口排出，部分作為產品，送往後續的分離工段，收集所需要的產品，以及回收H2；部分泵送至氣流床，循環，以進一步提高煤液化轉化率。
氣流床和鼓泡床的操作壓力為20～30MPa，操作溫度為400～500℃，反應物料在氣流床中的滯留時間為1～80分鐘，反應物料在鼓泡床中的滯留時間為1～100分鐘。
所說的催化劑是鐵系煤直接液化催化劑，催化劑的重量含量為煤漿量的1～5％；所說的循環溶劑是液態烴經後續的分離工段分離出的餾程220～500℃的塔底產物。
本發明的裝置和方法，能夠用於一個年產500萬噸油品的直接液化，日處理煤量為4萬餘噸，具有如下技術優勢(1)加氫反應為非均相傳遞過程，即H2自氣相主體對流擴散至煤漿表面，再通過分子擴散越過氣相滯流膜，達到煤漿表面，再通過分子擴散越過液相滯流膜，才能達到煤粒表面，在催化劑以及合適的溫度、壓力作用下最終完成加氫反應，完成從煤向油品的轉化。上述傳遞過程速率與諸多因素有關，但與傳質表面成正比，本發明提出的由氣流床和鼓泡床組成的複合床反應器將使傳質表面增加數百倍，無疑將極大的加快傳遞速率，亦即加快H2反應速率。
(2)本發明公開的反應器是一個循環反應器，為提高煤漿的轉化率，煤漿可多次進入反應器。
(3)在鼓泡床下部，導氣管的外測設置引流筒，當H2氣流流過時，將引起漿體內循環，防止沉澱發生。
(4)操作控制十分靈活方便。
(5)通過噴嘴自身的交叉射流和對置敷設而形成的撞擊流能很好的實現漿體霧化和霧滴與H2的混合。


圖1為加氫反應裝置結構示意圖。
圖2為圖1的A-A向剖視圖。
圖3為噴嘴結構示意圖。
圖4為圖3的B-B向剖視圖。
具體實施例方式
參見圖1和圖2，本發明用於煤直接液化製備油品的加氫反應裝置包括氣流床4和鼓泡床18以及煤漿循環泵21和換熱器22、23組成；所說的氣流床4及鼓泡床18共含於同一圓筒形內襯耐火材料20的殼體3中，氣流床4在上，鼓泡床1 8在下，兩者共軸線。
所說的氣流床4包括設置在氣流床高度的同一水平面或若干個水平面沿殼體周邊的噴嘴室1以及或設置在氣流床頂部的噴嘴室19；設置在噴嘴室1和噴嘴室19中的噴嘴2；所說的噴嘴室1中噴嘴2的位置，沿殼體周邊第一排噴嘴2的水平面距氣流床上端噴嘴室距離為H，其與氣流床的內徑D的比值H/D應為0.5～2。每一水平面上沿周邊設置偶數個噴嘴，噴嘴室1與噴嘴2共軸線，每一對噴嘴共軸線與氣流床的軸線垂直且相距180度。
所說的噴嘴室19中可以設置若干個噴嘴2，噴嘴2的軸線與氣流床4的軸線平行。
噴嘴室1和噴嘴室19固接於殼體3上；設置在氣流床下端的設有出口10的錐底5；
所說的噴嘴2選自設有第一通道201、第二通道202和第三通道203的三通道噴嘴，如圖3和圖4所示，優選採用發明人提出的授權專利ZL95111750.5中所描述的噴嘴；所說的鼓泡床18包括設置在鼓泡床中與所說的出口10相連接的導氣管8；設置在導氣管8下端的引流筒7；設置在鼓泡床18中部的、鼓泡床與導氣管8之間的破泡板12；設置在鼓泡床18上部的、鼓泡床與導氣管8之間的捕沫板13；設置在所說的錐底5下方的尾氣出口11；設置在破泡板13上部和尾氣出口11處的捕沫器14和15，可採用絲網；設置在捕沫器14下的漿體出口孔17；設置在捕沫器15下的漿體出口孔16；設置在鼓泡床18下側部的漿體出口6；設置在鼓泡床18底部的排灰口9；所說的煤漿循環泵21的入口通過管線與漿體出口6相連接，煤漿循環泵21的出口通過管線與換熱器22、23的入口相連接，換熱器22、23的出口通過管線與噴嘴2相連接。
實施例1一個年產500萬噸油品的超大型加氫反應裝置，日處理煤量為4.2萬噸，反應器內直徑為6500mm，氣流床高48m，鼓泡床高40m，共計總高98m。
採用專利ZL95111750.5中所描述的噴嘴，設有單排噴嘴，共8個，噴嘴2的水平面距氣流床上端噴嘴室距離H為6500mm；在製漿單元煤與循環溶劑、催化劑(催化劑量為煤重量的1～5％)混磨，產品固體粒徑≯200μm，煤漿重量濃度為50％，過篩後泵送至加氫反應裝置，經過噴嘴2的第二通道202進入加氫反應裝置，氫氣(總流量為1400000Nm3/h)經過噴嘴2的第一通道201和噴嘴2的第三通道203進入加氫反應裝置，完成交叉射流霧化，再經過撞擊流霧化，最終霧滴直徑30～200μm(平均直徑為110μm)，在氣流床反應器中，在300bar、460℃下，停留60分鐘進行加氫反應。自氣流床出口的介質經導氣管進入鼓泡床，在其中停留50分鐘。
所說的循環溶劑為液態烴經後續的分離工段分離出的餾程220～470℃的塔底產物，催化劑為鐵系煤直接液化催化劑；出鼓泡床，煤液化轉化率可達72％，部分作為產品進入分離單元，回收氫氣、循環溶劑、精製油品；餘量循環。
權利要求
1.一種煤加氫反應裝置，其特徵在於，包括氣流床(4)和鼓泡床(18)以及煤漿循環泵(21)和換熱器(22)、(23)組成；所說的氣流床(4)及鼓泡床(18)共含於同一圓筒形內襯耐火材料(20)的殼體(3)中，氣流床(4)在上，鼓泡床(18)在下；所說的氣流床(4)包括設置在氣流床高度的同一水平面或若干個水平面沿殼體周邊的噴嘴室(1)以及或設置在氣流床頂部的噴嘴室(19)；設置在噴嘴室(1)、(19)中的噴嘴(2)；設置在氣流床下端的設有出口(10)的錐底(5)；所說的鼓泡床(18)包括設置在鼓泡床中與所說的出口(10)相連接的導氣管(8)；設置在導氣管(8)下端的引流筒(7)；設置在鼓泡床(18)中部的、鼓泡床與導氣管(8)之間的破泡板(12)；設置在鼓泡床(18)上部的、鼓泡床與導氣管(8)之間的捕沫板(13)；設置在所說的錐底(5)下方的尾氣出口(11)；設置在破泡板(13)上部和尾氣出口(11)處的捕沫器(14)、(15)；設置在捕沫器(14)下部的漿體出口孔(17)；設置在捕沫器(15)下部的漿體出口孔(16)；設置在鼓泡床(18)下側部的漿體出口(6)；設置在鼓泡床(18)底部的排灰口(9)。
2.根據權利要求1所述的煤加氫反應裝置，其特徵在於，氣流床(4)及鼓泡床(18)共軸線。
3.根據權利要求1所述的煤加氫反應裝置，其特徵在於，所說的噴嘴室(1)中噴嘴(2)的位置，沿殼體周邊第一排噴嘴(2)的水平面距氣流床上端噴嘴室距離為H，其與氣流床的內徑D的比值H/D為0.5～2。
4.根據權利要求3所述的煤加氫反應裝置，其特徵在於，每一水平面上沿周邊設置偶數個噴嘴，每一對噴嘴共軸線與氣流床的軸線垂直且相距180度，噴嘴(2)置於噴嘴室(1)中且二者共軸線。
5.根據權利要求1所述的煤加氫反應裝置，其特徵在於，所說的噴嘴室(19)中可以設置若干個噴嘴(2)，噴嘴(2)的軸線與氣流床(4)的軸線平行。
6.根據權利要求1所述的煤加氫反應裝置，其特徵在於，所說的噴嘴(2)選自設有第一通道(201)、第二通道(202)和第三通道(203)的三通道噴嘴。
7.根據權利要求4～6任一項所述的煤加氫反應裝置，其特徵在於，所說的噴嘴(2)選自專利ZL95111750.5中所描述的噴嘴。
8.根據權利要求1～7任一項所述的煤加氫反應裝置的應用，其特徵在於，用於煤加氫直接液化，製備油品。
9.根據權利要求8所述的應用，其特徵在於，應用方法包括如下步驟將煤漿、催化劑和循環溶劑組成的漿體送入噴嘴第二通道，將H2送入噴嘴的第一和第三通道，漿體在氫氣流作用下霧化，粒徑30～200μm，顆粒懸浮於氫氣流中，再與對置噴嘴流股撞擊，實現煤漿與H2的一步混合，在催化劑作用下，煤漿在氣流床中，進行加氫反應，生成油品；尚未轉化的煤漿和H2經出口(10)及導氣管(8)，通過引流筒(7)引流後，進入鼓泡床繼續進行加氫反應，尾氣經捕沫板，進入捕沫器，經尾氣出口排出；過程產生的煤灰，含部分催化劑、煤漿等自鼓泡床底部排灰口排出；加氫後生產的液態烴及煤漿、催化劑經漿體出口(6)排出，部分作為產品，送往後續的分離工段，收集所需要的產品，以及回收H2；部分泵送至氣流床，循環，以進一步提高煤液化轉化率。
10.根據權利要求9所述的應用，其特徵在於，氣流床和鼓泡床的操作壓力為20～30MPa，操作溫度為400～500℃，反應物料在氣流床中的滯留時間為1～80分鐘，反應物料在鼓泡床中的滯留時間為1～100分鐘，所說的催化劑為鐵系煤直接液化催化劑，催化劑的重量含量為煤漿量的1～5％；所說的循環溶劑為液態烴經後續的分離工段分離出的餾程220～500℃的塔底產物。
全文摘要
本發明公開了一種煤加氫反應裝置及其工業應用。所述煤加氫反應裝置包括氣流床(4)和鼓泡床(18)以及煤漿循環泵(21)和換熱器(22)、(23)組成，所說的氣流床(4)及鼓泡床(18)共含於同一圓筒形內襯耐火材料的殼體(3)中，氣流床(4)在上，鼓泡床(18)在下。本發明的裝置和方法，能夠用於一個年產500萬噸油品的直接液化，日處理煤量為4萬餘噸，H
文檔編號B01J19/26GK1935943SQ20061003080
公開日2007年3月28日 申請日期2006年9月6日 優先權日2006年9月6日
發明者於遵宏, 代正華, 陳雪莉, 王興軍, 王亦飛, 於廣鎖, 王輔臣 申請人:華東理工大學