一种新型粉煤热解加氢反应器及热解加氢反应方法

摘要

本发明属于粉煤热解加氢反应装置及工艺技术领域，具体涉及一种新型粉煤热解加氢反应器及热解加氢反应方法。本发明主要解决了现有煤制油设备存在造价费用高、热能回收利用率低、原材料利用率低、浪费严重、污染严重及煤制油方法存在反应条件要求苛刻和油收率低的技术问题。本发明采用的技术方案为：一种新型粉煤热解加氢反应器，包括设有粉煤喷嘴的反应室、至少1个设有工艺烧嘴的转换炉、与转换炉数目相同的合成气喷嘴、急冷室、一级分离器、至少两个恒力吊、二级分离器和三级分离器。本发明具有结构简单、节能环保、能耗低、热能回收利用率高和煤提油率高的优点。

说明书

技术领域

本发明属于粉煤热解加氢反应装置及工艺技术领域，具体涉及一种新型粉 煤热解加氢反应器及热解加氢反应方法。

背景技术

国内煤制油技术主要以直接液化或间接液化。直接液化反应条件相对较苛 刻，德国老工艺液化压力甚至高达70MPa，现代工艺也在17～30MPa，液化温度 420～470℃。煤种适用范围窄，直接液化主要适用于褐煤、长焰煤、气煤、不粘 煤、弱粘煤等年轻煤。出液化反应器的产物组成复杂，液、固两相混合物由于 粘度较高，分离相对较困难。直接液化吨煤耗水大于10吨，氢耗量大，一般在 6～10％，工艺过程中不仅要补充大量新氢，还需要循环油作供氢溶剂，使装置 的生产能力降低；间接液化吨煤耗水大于8吨，油收率低，反应物均为气相， 设备体积庞大，投资高，运行费用高；目标产品的选择性较低，合成副产物较 多；正构链烃的范围可从C1～C100,随合成温度降低，重烃类产量增大，轻 烃类产量减少。目前大多数煤制油设备的提油率不高，设备造价费用高，热能 回收利用率低，原材料利用率低，耗水严重，浪费严重，污染严重，经济效益 不明显。

发明内容

本发明的目的是解决现有煤制油设备存在造价费用高、热能回收利用率低、 原材料利用率低、浪费严重、污染严重及煤制油方法存在反应条件要求苛刻和 油收率低的技术问题，提供一种新型粉煤热解加氢反应器及热解加氢反应方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种新型粉煤热解加氢反应器，包括设有粉煤喷嘴的反应室、至少1个设 有工艺烧嘴的转换炉、与转换炉数目相同的合成气喷嘴、急冷室、一级分离器、 至少两个恒力吊、二级分离器和三级分离器，所述转换炉的出气口与合成气喷 嘴的进气口连接，合成气喷嘴的出气口与设置在反应室侧壁中部的进气口连接， 反应室设在急冷室的顶部且使反应室的出料口与急冷室的进料口连接，一级分 离器设在急冷室的底部且使急冷室的出料口与一级分离器的进料口连接，由反 应室、转换炉、急冷室和一级分离器组成加氢反应分离装置，至少两个恒力吊 设在加氢反应分离装置的底部用以平衡加氢反应分离装置，一级分离器的出气 口与二级分离器的进气口连接，二级分离器的出气口与三级分离器的进气口连 接，一级分离器、二级分离器和三级分离器的出料口与半焦系统的进料口连接。

所述转换炉为两个以上时，转换炉均匀设在反应室的四周。

所述合成气喷嘴的轴线与反应室进气口水平线的夹角为15度。

所述急冷室的内壁中设有水冷室，水冷室的出水口设在急冷室侧壁的上部， 水冷室的进水口设在急冷室侧壁的下部。

所述急冷室的侧壁上设有加氢减温喷嘴。

所述急冷室的环隙处设有测温点。

一种使用所述新型粉煤热解加氢反应器进行粉煤热解加氢反应的方法，包 括以下步骤：

1)原煤送入研磨和干燥系统，制得粒度小于90微米、水分含量小于3％、 温度在100～105℃的煤粉；

2)由天然气、氧气组成的混合气体经工艺烧嘴送入转换炉(2)内燃烧， 产生1400～1600℃的高温气体并与通过氢气口进入转换炉(2)内的氢气混合成 温度为1100～1400℃的混合气体，送入反应室(1)做热解源，混合气体压力为 2.0～4.4MPa；

3)将步骤1)制得的煤粉用氮气加压至2.8～5.0Mpa经粉煤喷嘴喷入反应室 (1)中，在1100～1400℃的热解源的作用下，煤粉发生快速热解，热解温度控 制在600～1000℃，反应室(1)压力控制在2.0～4.0MPa，控制反应过程停留时 间小于1S；

4)热解反应后的混合物进入急冷室(4)，加入氢气减温至350～600℃以防 止二次反应，反应终止；所述氢气输送压力为2.4～4.8MPa；

5)反应终止的混合物从急冷室(4)进入一级分离室(3)进行一级分离， 经一级分离室(3)分离出50～100微米以上的半焦进入半焦系统进行气提冷却， 由一级分离室(3)排出的油气混合物进入二级分离室(6)，二级分离室(6) 分离出5～50微米以上的半焦进入半焦系统进行气提冷却，由二级分离室(6) 排出的油气混合物进入三级分离室(7)，三级分离室(7)分离出5微米以下的 半焦进入半焦系统进行气提冷却，由三级分离室(7)排出含尘量小于0.01％油 气混合物送入油气冷却系统。

与背景技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明所述新型粉煤热解加氢反应器反应时间短，反应过程停留时间小 于1S，二次反应仅仅数秒内实现，反应器处理能力大，对于氢气的压力和温度 要求不是很高，远比煤直接气化温度要低，故对材料要求降低，设备投资省；

2)省去了催化剂炼油工艺，减少了催化剂对产油的影响，降低了催化剂在 生产过程中费用的投入和对设备材质的考虑；

3)传统工艺中耗水量主要为循环冷却水和参与工艺反应的水，参与工艺反 应的水主要是与半焦反应生成碳氧化物和氢气；而本发明中这部分碳全部缩聚 转化为产物焦炭，并不与水参与反应，且本发明氢气来自自产干馏气中CH₄氧 化和后续系统回收利用氢气，无需水参与反应得到氢气，因此，本发明耗水仅 为循环冷却水，耗水量较少，不产生污水；

4)本发明所述新型粉煤热解加氢反应器的急冷室为水冷壁形式，回收粉煤 热解后的大部分热能，以产生大量蒸汽减少能耗，提高了经济效益；

5)本发明实质是将原料煤中原有的挥发分大部提出转化为液态产物，在氢 气气氛中，产生的游离氢使煤热解产物和煤进一步热解生成的大分子集团稳定 下来，促进了低分子产物的形成，减缓了热缩聚生成固相产物的进程；同时， 由转换炉加入的氢气，参与到转化反应中，增加了碳转化率，同时也提高了液 体产物的产率，因此，产油率高；

6)在原有煤制油生产中，直接或间接工艺都是将煤变成合成气再制油，原 料浪费严重，本发明实质是煤在热解过程中挥发分大部提出转化为液态产物， 将煤中水分、氢、氧、氮、硫脱除，提高煤的发热量煤的利用效率得到提高， 实现煤的梯级利用从而提高经济效益；

7)由于本发明工艺过程无水参与反应，减少了碳氧化物的产生(尤其是 CO₂)；且整个工艺过程是一个还原过程(如加氢或添加氢分子)，而不产生 CO₂，因此，CO2排放低。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实施例中的一种新型粉煤热解加氢反应器，包括设有粉煤 喷嘴的反应室1、2个设有工艺烧嘴的转换炉2、2个合成气喷嘴8、急冷室4、 一级分离器3、两个恒力吊5、二级分离器6和三级分离器7，所述2个转换炉 2对称的设在反应室1的两侧，转换炉2的出气口与合成气喷嘴8的进气口连接， 合成气喷嘴8的出气口与设置在反应室1侧壁中部的进气口连接，且使合成气 喷嘴8的轴线与反应室1进气口水平线的夹角为15度，反应室1设在急冷室4 的顶部且使反应室1的出料口与急冷室4的进料口连接，所述急冷室4的内壁 中设有水冷室，水冷室的出水口402设在急冷室4侧壁的上部，水冷室的进水 口401设在急冷室4侧壁的下部，在急冷室4的侧壁上设有加氢减温喷嘴10， 在急冷室4的环隙处设有测温点11，一级分离器3设在急冷室4的底部且使急 冷室4的出料口与一级分离器3的进料口连接，由反应室1、转换炉2、急冷室 4和一级分离器3组成加氢反应分离装置，两个恒力吊5设在加氢反应分离装置 的底部用以平衡加氢反应分离装置，一级分离器3的出气口与二级分离器6的 进气口连接，二级分离器6的出气口与三级分离器7的进气口连接，一级分离 器3、二级分离器6和三级分离器7的出料口与半焦系统的进料口连接。

一种使用本实施例所述的新型粉煤热解加氢反应器进行粉煤热解加氢反应 的方法，包括以下步骤：

1)原煤送入研磨和干燥系统，制得粒度小于90微米、水分含量小于3％、 温度在100～105℃的煤粉；

2)由天然气、氧气组成的混合气体经工艺烧嘴送入转换炉(2)内燃烧， 产生1400℃的高温气体并与通过氢气口进入转换炉(2)内的氢气混合成温度为 1100℃的混合气体，送入反应室(1)做热解源，混合气体压力为2.0MPa；

3)将步骤1)制得的煤粉用氮气加压至2.8Mpa经粉煤喷嘴喷入反应室(1) 中，在1100℃的热解源的作用下，煤粉发生快速热解，热解温度控制在600℃， 反应室(1)压力控制在2.0MPa，控制反应过程停留时间小于1S；

4)热解反应后的混合物进入急冷室(4)，加入氢气减温至350℃以防止二 次反应，反应终止，所述氢气输送压力为2.4MPa；

5)反应终止的混合物从急冷室(4)进入一级分离室(3)进行一级分离， 经一级分离室(3)分离出50～100微米以上的半焦进入半焦系统进行气提冷却， 由一级分离室(3)排出的油气混合物进入二级分离室(6)，二级分离室(6) 分离出5～50微米以上的半焦进入半焦系统进行气提冷却，由二级分离室(6) 排出的油气混合物进入三级分离室(7)，三级分离室(7)分离出5微米以下的 半焦进入半焦系统进行气提冷却，由三级分离室(7)排出含尘量小于0.01％油 气混合物送入油气冷却系统。

实施例2

本实施例中的新型粉煤热解加氢反应器和实施例1中的新型粉煤热解加氢 反应器相同。

一种使用本实施例所述的新型粉煤热解加氢反应器进行粉煤热解加氢反应 的方法，包括以下步骤：

1)原煤送入研磨和干燥系统，制得粒度小于90微米、水分含量小于3％、 温度在100～105℃的煤粉；

2)由天然气、氧气组成的混合气体经工艺烧嘴送入转换炉(2)内燃烧， 产生1600℃的高温气体并与通过氢气口进入转换炉(2)内的氢气混合成温度为 1400℃的混合气体，送入反应室(1)做热解源，混合气体压力为4.4MPa；

3)将步骤1)制得的煤粉用氮气加压至5.0Mpa经粉煤喷嘴喷入反应室(1) 中，在1400℃的热解源的作用下，煤粉发生快速热解，热解温度控制在1000℃， 反应室(1)压力控制在4.0MPa，控制反应过程停留时间小于1S；

4)热解反应后的混合物进入急冷室(4)，加入氢气减温至600℃以防止二 次反应，反应终止，所述氢气输送压力为4.8MPa；

5)反应终止的混合物从急冷室(4)进入一级分离室(3)进行一级分离， 经一级分离室(3)分离出50～100微米以上的半焦进入半焦系统进行气提冷却， 由一级分离室(3)排出的油气混合物进入二级分离室(6)，二级分离室(6) 分离出5～50微米以上的半焦进入半焦系统进行气提冷却，由二级分离室(6) 排出的油气混合物进入三级分离室(7)，三级分离室(7)分离出5微米以下的 半焦进入半焦系统进行气提冷却，由三级分离室(7)排出含尘量小于0.01％油 气混合物送入油气冷却系统。

实施例3

本实施例中的新型粉煤热解加氢反应器和实施例1中的新型粉煤热解加氢 反应器相同。

一种使用本实施例所述的新型粉煤热解加氢反应器进行粉煤热解加氢反应 的方法，包括以下步骤：

1)原煤送入研磨和干燥系统，制得粒度小于90微米、水分含量小于3％、 温度在100～105℃的煤粉；

2)由天然气、氧气组成的混合气体经工艺烧嘴送入转换炉(2)内燃烧， 产生1500℃的高温气体并与通过氢气口进入转换炉(2)内的氢气混合成温度为 1300℃的混合气体，送入反应室(1)做热解源，混合气体压力为3MPa；

3)将步骤1)制得的煤粉用氮气加压至4Mpa经粉煤喷嘴喷入反应室(1) 中，在1300℃的热解源的作用下，煤粉发生快速热解，热解温度控制在800℃， 反应室(1)压力控制在3MPa，控制反应过程停留时间小于1S；

4)热解反应后的混合物进入急冷室(4)，加入氢气减温至500℃以防止二 次反应，反应终止，所述氢气输送压力为3.5MPa；

5)反应终止的混合物从急冷室(4)进入一级分离室(3)进行一级分离， 经一级分离室(3)分离出50～100微米以上的半焦进入半焦系统进行气提冷却， 由一级分离室(3)排出的油气混合物进入二级分离室(6)，二级分离室(6) 分离出5～50微米以上的半焦进入半焦系统进行气提冷却，由二级分离室(6) 排出的油气混合物进入三级分离室(7)，三级分离室(7)分离出5微米以下的 半焦进入半焦系统进行气提冷却，由三级分离室(7)排出含尘量小于0.01％油 气混合物送入油气冷却系统。

上述实施例中的转换炉2还可以设置两个以上，转换炉2均匀设在反应室1 的四周。