一种粉煤热解制油制天然气用反应器

摘要

一种粉煤热解制油制天然气用反应器，涉及煤气化和热解技术，解决现有流化床热解设备庞大，生产能力小，油品产率低，油气含尘量高的技术问题。本发明包括：水冷壁气化室、煤加氢热解反应室、旋风分离器，水冷壁气化室设有制氢原料入口，水冷壁气化室内设水冷壁，并与渣池连通，中部设有均压氮气环管，渣池上方设有水浴环；水冷壁气化室通过缩径输气管与煤加氢热解反应室连通，煤加氢热解反应室顶部设有煤粉喷嘴、下部设有冷却剂喷嘴、底部与旋风分离器连通，旋风分离器底部连接半焦收集装置、顶部连接粗油气后续净化处理系统。本发明用于煤制油制气，具有设计合理，结构紧凑，产品油气洁净，油品产率高的优点。

说明书

技术领域

本发明属于煤气化和热解技术领域，具体涉及一种粉煤热解制油/天然气用 反应器。

背景技术

随着国民经济的快速发展，我国石油消费量迅速增长。石油属于国家战略 安全物资，而我国又是石油资源相对缺乏的国家，为了减少对进口石油的依赖， 我国正在实施多元化能源战略。发展洁净煤技术是实施国家能源多元化战略的 对策之一。其中，粉煤热解技术因方法相对简单、投资较低，是一种具有竞争 力的洁净煤技术。

国内外典型的煤热解工艺包括外热立式炉工艺、内热立式炉工艺、美国的 Garrett工艺和TOSCOAL工艺、日本的煤快速热解工艺、德国的LR工艺、澳大 利亚的流化床快速热解工艺、前苏联3TX(ETCh)—175工艺、中国的流化床热 解工艺、DG工艺和多段回转炉工艺等。

现有流化床热解工艺是以粉煤为原料，气体作为流化介质对粉煤进行流化 热解，其不足之处一是油品的产率很低，通常只有3～6％，二是受除尘技术的限 制，油品中含尘量较高，后续加工处理难度很大。另外，现有热解技术基本都 为常压、低温操作，设备尺寸大，装置生产能力低，经济性较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种粉煤热解制油制天然气 用反应器，解决现有流化床热解设备庞大，生产能力小，油品产率低，油气含 尘量高的技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种粉煤热解制油制天然气用反应器，包括：水冷壁气化室、煤加氢热解 反应室、旋风分离器，所述水冷壁气化室顶部设有制氢原料氧气和煤粉的入口， 所述水冷壁气化室内设水冷壁，所述水冷壁下面经通道与渣池连通，所述水冷 壁气化室内壁为耐火砖，所述水冷壁气化室中部用耐火砖砌成隔离墙，在所述 隔离墙顶部设有均压氮气环管，所述渣池上方设有水浴环，所述水冷壁气化室 中部连通缩径输气管，所述缩径输气管与所述煤加氢热解反应室连通，所述煤 加氢热解反应室顶部设有煤粉喷嘴，所述煤加氢热解反应室下部侧面设有冷却 剂喷嘴，所述煤加氢热解反应室底部与所述旋风分离器连通，所述旋风分离器 底部连接半焦收集装置，所述旋风分离器顶部连接粗油气后续净化处理系统。

进一步，所述均压氮气环管上设有数百个氮气喷吹孔。

进一步，所述水浴环上设有数十个倾斜大角度雾化喷头。

本发明的工作过程：

作为制氢原料的氧气和气力输送的煤粉一同送入水冷壁气化炉，燃烧后制 得高温、高氢气浓度、高流速的热解用合成气；合成气喷入渣池进行除渣和冷 却后，以极快的气速喷入煤加氢热解反应室，和煤粉在几毫秒钟内完成深度加 氢热解反应；热解反应产物在1～2秒后立刻被冷却剂(可以用水蒸汽或下游返 回的合成气)冷却，抑制了二次副反应的发生；冷却后的热解产物进入旋风分 离器后，固体颗粒受离心力的作用被甩到器壁上，约98％的半焦从气体中被分离， 分离下来的半焦作为产品，外送其它装置使用；出旋风分离器顶部的粗油气则 视下游要求，进行后续净化处理后用于下游生产油品/天然气。

本发明具有以下优点和有益效果：

本发明从功能上整合了顶喷下行水激冷式水冷壁气化炉、煤加氢热解反应 室、旋风分离器，使设备和相关管道、仪表、阀门的直接投资明显降低。

本发明的反应器内壁采用耐火砖砌成，具有易于加工、蓄热能力强，防止 外壁超温的优点。

本发明在较高压力下操作，有利于提高生产能力。

本发明用于煤制油制气技术领域，具有设计合理，结构紧凑，产品油气洁 净，油品产率高的优点。

附图说明

图1是一种粉煤热解制油制天然气用反应器的结构示意图；

图2是图1的A-A剖面图(均压氮气环管的剖面图)；

图3是图1的B-B剖面图(水浴环的剖面图)；

图4是图1的C-C剖面图(旋风分离器的剖面图)。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描 述的实施例仅仅是本发明一部分，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人 员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护范围。

如图1、2、3、4所示，一种粉煤热解制油制天然气用反应器，包括：水冷 壁气化室1、煤加氢热解反应室9、旋风分离器11，所述水冷壁气化室1顶部设 有制氢原料氧气和煤粉的入口，所述水冷壁气化室1内设水冷壁2，所述水冷壁 2下面经通道与渣池6连通，所述水冷壁气化室1内壁为耐火砖3，所述水冷壁 气化室1中部用耐火砖砌成隔离墙12，在所述隔离墙顶部设有均压氮气环管4， 所述渣池6上方设有水浴环5，所述水冷壁气化室1中部连通缩径输气管7，所 述缩径输气管与所述煤加氢热解反应室9连通，所述煤加氢热解反应室9顶部 设有煤粉喷嘴8，所述煤加氢热解反应室9下部侧面设有冷却剂喷嘴10，所述 煤加氢热解反应室9底部与所述旋风分离器11连通，所述旋风分离器11底部 连接半焦收集装置，所述旋风分离器11顶部连接粗油气后续净化处理系统。

所述均压氮气环管4上设有数百个氮气喷吹孔。

所述水浴环5上设有数十个倾斜大角度雾化喷头。

水冷壁气化室1采用顶喷下行水激冷式结构，可以适应各种煤种，甚至可 以轻易处理各种灰熔点高于1500度的劣质煤，符合我国煤种繁杂、煤质波动较 大的实际情况，可大幅提高装置的在线率，实现工厂的长周期运行。

水冷壁气化室1以煤和氧气为原料，直接在炉内燃烧，发生不完全氧化反 应生成熔融态渣和以CO+H2为主要组成的合成气，一同向下流动进入渣池6，液 态渣落入渣池水后，急冷固化碎裂成小渣粒，沉降后从气化室底部排出，合成 气则上行被水浴环5喷入的喷淋水抑尘，冷却后送去煤加氢热解反应室9。

水冷壁气化室1内件为水冷壁2结构，煤在室内燃烧后，可燃部分生成合 成气，而无法燃烧的物质(即通常所说的灰分)则在高温下熔化为液态，可以 均匀地分布在水冷壁内表面，形成保护性的渣层，实现以渣抗渣的目的，液态 渣在重力作用下流入渣池6。

渣池6采用镍基钢材制造而成，除了能应对约1400度的高温含氢合成气外， 还用于隔离耐火砖和渣池水，使耐火砖免于在高温红热状态下接触液态水后发 生破裂，影响耐火砖的使用寿命。

为防止气化室上部超温，气化室中部用耐火砖砌成隔离墙12用于隔热，为 避免隔离墙上下压差过大导致破损，在隔离墙顶部设有均压氮气环管4用于向 环隙内通入氮气，保证隔离墙上下压差正常。

均压氮气环管4上设有数百个氮气喷吹孔(见图1的A-A剖面图)，用于保 证在充入氮气时气量不会过大或流量不均匀，造成隔离墙局部破损。

合成气在出渣池6时被一股来自水浴环5的雾状水喷淋抑尘、冷却，通过 喷淋，可有效减少合成气中夹带的灰量，对热解后的产出的半焦产品的品质影 响较小，有利于半焦的应用。

水浴环5上设有数十个倾斜的大角度雾化喷头(见图1的B-B剖面图)，用 于确保喷出的水完全呈雾状，在和高温合成气接触后立即可蒸发成气态，不会 在液态水被夹带，在接触到红热的耐火材料后使耐火材料因骤冷发生破裂，影 响设备使用寿命。

冷却后的合成气在流经输气段时，由于输气段设计为逐渐缩径结构，因而 合成气的流速会迅速加快，可以缩短停留时间、抑制热解副反应的发生。

煤粉通过气力输送，经煤粉喷嘴8喷入煤加氢热解反应室9，和合成气进行 快速加氢热解反应。反应后立即被合成气喷嘴10喷入的冷却剂(可以用水蒸汽 或下游返回的合成气)冷却，降温后送去旋风分离器11进行气固分离。

被激冷后的带煤粉合成气沿切线方向(见图1的C-C剖面图)进入旋风分 离器11，气流中夹带的煤粉在离心力的作用下，超过98％的煤粉被甩到旋风分 离器壁上，落入旋风分离器底部的半焦收集装置，作为产品送出界外；而除尘 后的粗油气则视下游要求，进行后续净化处理后用于下游生产油品。

本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理 解，上述实施例不限于前述的细节，而应在权利要求所限定的范围内广泛地解 释，因此落入权利要求或其等效范围内的变化和改型都应为权利要求所涵盖。