專利名稱：一種急速氫裂解煉制煤的反應(yīng)器設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種急速氫裂解煉制煤的反應(yīng)器設(shè)備。
本實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述不足，經(jīng)發(fā)明人多年長(zhǎng)期從事煤煉制的開(kāi)發(fā)研究以及工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，開(kāi)發(fā)提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單獨(dú)特，操作方便靈活，安全可靠，高效，不用外來(lái)氫的急速氫裂解煉制煤的反應(yīng)器設(shè)備。
本實(shí)用新型提供的急速氫裂解煉制煤的反應(yīng)器設(shè)備。其特征在于包括圓筒體1，圓筒體頂為半圓頂5，該半圓頂中心進(jìn)料口處上方設(shè)有進(jìn)料裝置7，圓筒體底部為圓錐體6，其錐底中心出口處設(shè)灰分排出裝置20；熱氣進(jìn)料噴嘴層8為1-2層，設(shè)在反應(yīng)器設(shè)備頂上部環(huán)形圓面上；環(huán)行葉片式冷流噴嘴層9為2-4層，設(shè)在圓筒體中下部環(huán)形圓截面上；產(chǎn)物排出管19設(shè)在圓錐體中心處，其一端管口大約設(shè)置在與圓錐體上端面中心處，另一端與產(chǎn)物后處理裝置相連；所述進(jìn)料裝置7包括進(jìn)料管10中心設(shè)一根可旋轉(zhuǎn)軸11，該軸下端為離心分配盤12，上端與皮帶驅(qū)動(dòng)裝置15相連，在其下方設(shè)磁耦合裝置13，在進(jìn)料管的一側(cè)磁耦合裝置的下方設(shè)有冷空氣進(jìn)料調(diào)節(jié)閥門14，在另一側(cè)空氣進(jìn)料閥下方設(shè)有給煤螺桿傳動(dòng)裝置16，在該給煤螺桿傳動(dòng)裝置遠(yuǎn)端與傳動(dòng)裝置相連，并設(shè)有磁耦合裝置13，其精細(xì)煤粉入口處設(shè)有兩空氣保險(xiǎn)閥門17，兩保險(xiǎn)閥之間設(shè)有空氣進(jìn)料調(diào)節(jié)閥21；在所述灰分排出裝置上設(shè)有兩險(xiǎn)閥門17。
按照本實(shí)用新型提供的急速氫裂解煉制煤的反應(yīng)器設(shè)備中，所述反應(yīng)器設(shè)備圓筒體由三層組成，內(nèi)層2與外層3為不銹鋼板層，中間層為絕熱耐火材料層4，由此三層構(gòu)成一個(gè)絕熱隔離層，使反應(yīng)器設(shè)備成為絕熱式反應(yīng)器設(shè)備，其熱量不易傳導(dǎo)出設(shè)備外，有利于熱量充分利用，促進(jìn)氫裂解反應(yīng)溫度的提高與保持高溫反應(yīng)。不銹鋼內(nèi)層內(nèi)表面光滑，有利于固體煤顆粒料流動(dòng)，不易結(jié)焦，提高開(kāi)工率周期。
所述反應(yīng)器設(shè)備尺寸或稱圓筒體長(zhǎng)徑比(指內(nèi)圓筒體長(zhǎng)徑比)主要取決于煉制煤的體積(能力)，所選用煤的種類以及氫裂解煉制煤反應(yīng)各參數(shù)例如停留時(shí)間等，一般為本2-5∶1，優(yōu)選3-4∶1。
所述進(jìn)料裝置7是精細(xì)煤粉及空氣的傳動(dòng)控制裝置，通過(guò)其進(jìn)料管固定在圓筒體半圓頂中心進(jìn)料口上，進(jìn)料管中心有一根可旋轉(zhuǎn)的軸，軸的下端有一個(gè)離心分配盤位于半圓頂內(nèi)，軸的上端與馬達(dá)皮帶驅(qū)動(dòng)裝置相連，中心軸通過(guò)馬達(dá)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速通常3000轉(zhuǎn)/分，由于中心軸的旋轉(zhuǎn)使得軸下端的離心分配盤高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生強(qiáng)大離心力，使由進(jìn)料管流向反應(yīng)器的固體精細(xì)煤粉和空氣在進(jìn)入反應(yīng)器的上部反應(yīng)區(qū)時(shí)形成混合充分分布均勻的物料旋流，分布于整個(gè)反應(yīng)器上部的反應(yīng)區(qū)內(nèi)，及時(shí)與來(lái)自熱氣進(jìn)料噴嘴層的一氧化碳(CO)和氫(H2)的混合熱氣充分接觸，進(jìn)行急速氫裂解反應(yīng)。該進(jìn)料裝置的兩磁耦合裝置主要起到密封作用，防止帶壓的精細(xì)煤粉及空氣在壓力下泄露于裝置外，所述磁耦合裝置為市售通用裝置。所述給煤螺桿傳動(dòng)裝置為市售已知裝置，依靠螺桿單向旋轉(zhuǎn)推進(jìn)壓力將精細(xì)煤粉在壓力下不斷連續(xù)推向進(jìn)料管，形成旋流向下推進(jìn)，與來(lái)自空氣進(jìn)料調(diào)節(jié)閥的空氣在高速旋轉(zhuǎn)軸的作用下進(jìn)行充分混合進(jìn)入反應(yīng)器的上部反應(yīng)區(qū)。所述設(shè)置在精細(xì)煤粉進(jìn)入口處的兩保險(xiǎn)閥起到使精細(xì)煤粉只能進(jìn)不能外溢。當(dāng)一個(gè)保險(xiǎn)閥打開(kāi)時(shí)另一個(gè)保險(xiǎn)閥就關(guān)閉，精細(xì)煤粉就進(jìn)料，經(jīng)一段時(shí)間間隔，兩保險(xiǎn)閥轉(zhuǎn)向，一個(gè)保險(xiǎn)閥關(guān)閉，另一保險(xiǎn)閥打開(kāi)，精細(xì)煤粉進(jìn)入給煤螺桿傳動(dòng)裝置，從而使精細(xì)煤粉周期性不斷供料。
所述精細(xì)煤粉是指其粒度為200目左右(0.074mm)，水分含量小于1％的精細(xì)煤粉。所述原煤沒(méi)有嚴(yán)格限制，可以采用各種煙煤或褐煤等。為了防止進(jìn)料系統(tǒng)中精細(xì)煤粉的過(guò)氧化并有助于輸送，一般采用帶惰性氣體如氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)或用帶壓氮?dú)鈱⒕?xì)煤粉密封于給料裝置系統(tǒng)中備用，精細(xì)煤粉的進(jìn)料壓力大于3.56Mpa(500psi)，優(yōu)選為4.27Mpa(600psi)。
所述熱氣進(jìn)料噴嘴是指熱的CO和H2的混合氣進(jìn)料噴嘴，該熱氣進(jìn)料噴嘴在反應(yīng)器的頂上部設(shè)置1層或2層噴嘴。若一層噴嘴設(shè)在圓筒體半圓頂中心進(jìn)料管周圍環(huán)行圓面上，與反應(yīng)器中心垂直線成45度左右角；若設(shè)2層一層設(shè)在圓筒體半圓頂中心進(jìn)料管周圍環(huán)行圓面上，與反應(yīng)器中心垂直線成45度角，另一層設(shè)在圓筒體上部靠近半圓頂處，該層噴嘴與反應(yīng)器中心垂直線成90度角，優(yōu)選兩層噴嘴均布錯(cuò)開(kāi)排列。每層噴嘴的數(shù)目一般設(shè)有3個(gè)以上噴嘴，3個(gè)以上的噴嘴在環(huán)形圓面上分布為均等分布。通過(guò)熱氣進(jìn)料噴嘴的熱的CO和H2混合氣在反應(yīng)器的頂上部整個(gè)空間形成環(huán)流，與精細(xì)煤粉和空氣的混合環(huán)流充分接觸，進(jìn)行急速氫裂解反應(yīng)。
所述熱的CO和H2的混合氣是來(lái)自部分氧化裝置進(jìn)行部分氧化反應(yīng)得到的高溫CO和H2的混合氣體或來(lái)自本反應(yīng)器設(shè)備排出氣經(jīng)氣體純化分離回收的富甲烷/CO循環(huán)混合氣為原料在部分氧化裝置中進(jìn)行部分氧化反應(yīng)得到的高溫CO和H2的混合氣體(部分氧化裝置和部分氧化反應(yīng)是已知技術(shù)例如Ford，Bacon及Davis技術(shù)和裝置)，來(lái)自部分氧化裝置的熱的CO和H2的混合氣體溫度大約為1093-1427℃(2000-2600°F)，通過(guò)熱氣進(jìn)料噴嘴層噴入反應(yīng)器上部反應(yīng)區(qū)形成的環(huán)流與來(lái)自精細(xì)煤粉進(jìn)料裝置的精細(xì)煤粉與空氣的混合旋流充分接觸，迅速進(jìn)行急速氫裂解反應(yīng)，急速氫裂解反應(yīng)大約649-1038℃(1200-1900°F)，優(yōu)選為760-871℃(1400-1600°F)溫度，短的停留時(shí)間例如毫秒級(jí)，一般5-100毫秒，優(yōu)選為30-90毫秒，更優(yōu)選為30-60毫秒，停留時(shí)間與精細(xì)煤粉的進(jìn)料速度以及反應(yīng)器設(shè)備結(jié)構(gòu)及環(huán)形葉片式冷流噴嘴設(shè)置位置等諸因素有關(guān)。選擇最佳停留時(shí)間，進(jìn)行氫裂解反應(yīng)，煤中有機(jī)大分子特別芳環(huán)或稠環(huán)間化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，產(chǎn)生帶有自由基的烴斷片或碎片或炭。氫裂解反應(yīng)隨著加熱速率增加而增加，在高的加熱速率如104-105°F/S速率下，精細(xì)煤粉與加熱速率之間達(dá)到熱平衡大約需要18-25毫秒，從熱平衡角度出發(fā)，加熱速率高，停留時(shí)短，有利于精細(xì)煤粉的急速氫裂解反應(yīng)，煤中的揮發(fā)物質(zhì)或芳環(huán)分子間的鍵的斷裂速率遠(yuǎn)大于氫裂解后烴的或芳環(huán)的斷片重新進(jìn)行縮合反應(yīng)速率，氫裂解的活性中間體的自由基能迅速被煤氫裂解釋放的氫和環(huán)境氫(指導(dǎo)入反應(yīng)堆器的氫源或氫給予氣體)所覆蓋，有效防止縮合反應(yīng)，而且抑制氫裂解一次產(chǎn)物進(jìn)一步深度裂解，降低炭和氣體生成；同時(shí)以揮發(fā)產(chǎn)物存在的氮和硫釋放率達(dá)到最大程度，最終氫裂解產(chǎn)物朝有利于輕質(zhì)油，除去氮和硫方向發(fā)展。反之在低的加熱速率和較長(zhǎng)停留時(shí)間，不利于氫裂解反應(yīng)，而有利于縮合反應(yīng)，生成重質(zhì)粘稠烴油，低碳轉(zhuǎn)化和大量氣體產(chǎn)物。
所述葉片式環(huán)形冷流噴嘴裝置在反應(yīng)器設(shè)備的圓筒體中下部耐火材料層環(huán)狀圓面中(如圖2)，一般為2-4層環(huán)形葉片式冷流噴嘴層，優(yōu)選為2-3層，相鄰兩層噴嘴層優(yōu)選均等交錯(cuò)排列。每層噴嘴至少2個(gè)均勻分布設(shè)置在環(huán)形管出口處，并設(shè)有導(dǎo)向葉片20，使冷流物料輕質(zhì)餾分通過(guò)環(huán)形管的導(dǎo)向葉片按照所預(yù)定方向進(jìn)入反應(yīng)器設(shè)備的冷卻區(qū)內(nèi)形成一個(gè)均勻霧狀環(huán)流與氫裂解反應(yīng)產(chǎn)物充分接觸，迅速吸收熱量，使反應(yīng)產(chǎn)物迅速降至700℃左右，并且有效控制氫裂解反應(yīng)停留時(shí)間于最佳停留時(shí)間30-40毫秒，經(jīng)2級(jí)或多級(jí)循環(huán)輕油作驟冷介質(zhì)使最終反應(yīng)產(chǎn)物溫度371℃(700°F)以下，終止反應(yīng)。
所述產(chǎn)物排出管設(shè)置在圓錐體中上部，一端管口在圓錐體中心平面處，并通過(guò)鋼條與圓錐體相連而固定在圓錐體中心處，由于反映器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)獨(dú)特，精細(xì)煤粉經(jīng)過(guò)氫裂解反應(yīng)后，產(chǎn)物在反應(yīng)器中呈環(huán)流，離心作用使氫裂解反應(yīng)中產(chǎn)生的炭粒或未反應(yīng)的煤粉等灰分撒向反應(yīng)器壁邊落向圓錐體底部出口而周期性排出設(shè)備外，而處理高溫的氣體和/或汽體產(chǎn)物經(jīng)中心產(chǎn)物排出管導(dǎo)出，進(jìn)入后處理裝置，經(jīng)純化分離得到各產(chǎn)物如半焦、各種油餾分，尤其是輕油餾分，富甲烷/CO混合氣等。
圖2為環(huán)形葉片式冷流噴嘴層剖面示意圖。圖中代號(hào)1圓筒體2外層3內(nèi)層4耐火材料層5半圓頂6圓錐體7進(jìn)料裝置8熱氣進(jìn)料噴嘴層9環(huán)形葉片式冷流噴嘴層10進(jìn)料管11旋轉(zhuǎn)軸12離心分離盤13磁耦合裝置14冷空氣進(jìn)料調(diào)節(jié)閥門15馬達(dá)皮帶驅(qū)動(dòng)裝置16給煤螺桿驅(qū)動(dòng)裝置17保險(xiǎn)閥(a，b)18空氣進(jìn)料調(diào)節(jié)閥門19產(chǎn)物排出管20導(dǎo)向葉片本實(shí)用新型用下列工業(yè)實(shí)施例結(jié)合附圖
來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不限于實(shí)施例實(shí)施例反應(yīng)設(shè)備類型 急速氫裂解煉制煤的反應(yīng)器設(shè)備反應(yīng)設(shè)備煉制煤的能力 1000噸/日反應(yīng)設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸反應(yīng)設(shè)備圓筒體1內(nèi)徑(米) 0.80反應(yīng)設(shè)備圓筒體1高度(米) 3.2熱的CO和H2混合氣噴嘴層8(層) 2環(huán)形葉片式冷流噴嘴層9(層) 2煉制煤的品種 PRB/wyodoek熱值(Btu/IB) 830012900水分含量(％) 31.03.8硫(％)0.5 4.0揮發(fā)物(％)31.440.0固定碳(％)32.847.3灰分(％) 4.8 9.1氫裂解反應(yīng)溫度(760-871℃(1400-1600°F)760-871℃(1400-1600°F)停留時(shí)間(ms) 30-40 30-40產(chǎn)物油餾分(t) 175 236半焦(凈，t) 383 419方法加熱用半焦(t) 96 52濕甲醇(t) 86 67.5油半焦?jié){燃料(1+2+4)t 644 722.5氨(t) 5.5 5.5硫(t) 6.5 16.5甲醇(t) 3952.5石腦油(t) 2314BTX(t) 3845附加值因子(石油＝1.44) 1.93 1.65熱效率(％) 8882有機(jī)硫除去率(％)9286有機(jī)氮除去率(％)6060本實(shí)用新型提供的急速氫裂解煉制煤的氫裂解反應(yīng)器設(shè)備的特點(diǎn)為1.設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單獨(dú)特，操作簡(jiǎn)便靈活，安全可靠，高效，適應(yīng)性強(qiáng)，反應(yīng)器設(shè)備投資低。
2.不用外來(lái)氫，氫裂解產(chǎn)率高，碳轉(zhuǎn)化率高，半焦，油餾分可直接用作燃料或化工原料或油半焦?jié){燃料可用管道輸送或船裝，用戶使用方便，成本低熱值高。
3.煤中氮除去率達(dá)到一個(gè)新的水平60％，煤中硫除去率達(dá)90％，是經(jīng)濟(jì)與環(huán)境兼優(yōu)的雙重特征。
4.產(chǎn)物的附加值因子高達(dá)1.9(褐煤)，石油為1.44，經(jīng)濟(jì)效益高。
權(quán)利要求1.一種急速氫裂解煉制煤的反應(yīng)器設(shè)備，其特征在于包括圓筒體(1)，該圓筒體頂為半圓頂(5)，半圓頂中心進(jìn)料口處上方設(shè)有進(jìn)料裝置(7)，圓筒體底部為圓錐體(6)，其錐體中心出口處設(shè)灰分排出裝置(20)；熱氣進(jìn)料噴嘴層(8)為1-2層，設(shè)在反應(yīng)器設(shè)備頂上部環(huán)形圓面上；環(huán)形葉片式冷流噴嘴層(9)為2-4層，設(shè)在圓筒體中下部環(huán)形圓截面上；產(chǎn)物排出管(19)設(shè)在圓錐體中心處，其一端管口設(shè)在圓錐體上端面中心處，另一端與產(chǎn)物后處理裝置相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的急速氫裂解煉制煤的反應(yīng)器設(shè)備，其特征在于圓筒體為三層結(jié)構(gòu)組成，內(nèi)層(2)與外層(3)為不銹鋼層，中間層為絕緣耐火材料層(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的急速氫裂解煉制煤的反應(yīng)器設(shè)備，其特征在于所述進(jìn)料裝置(7)包括進(jìn)料管(10)中心設(shè)一根可旋轉(zhuǎn)軸(11)，該軸下端為離心分配盤(12)，上端與皮帶驅(qū)動(dòng)裝置(15)相連，在其下方設(shè)有磁耦合裝置(13)，在進(jìn)料管的一側(cè)磁耦合裝置的下方設(shè)有冷空氣進(jìn)料調(diào)節(jié)閥(14)，在另一側(cè)空氣進(jìn)料調(diào)節(jié)閥下方設(shè)有給煤螺桿傳動(dòng)裝置(16)，在該給煤螺桿傳動(dòng)裝置遠(yuǎn)端與傳動(dòng)裝置相連，并設(shè)有磁耦合裝置(13)，其精細(xì)煤粉入口處設(shè)有兩空氣保險(xiǎn)閥(17)，兩保險(xiǎn)閥間設(shè)有空氣調(diào)節(jié)閥(21)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的急速氫裂解煉制煤的反應(yīng)器設(shè)備，其特征在于所述灰分排出裝置設(shè)有兩保險(xiǎn)閥(17)及空氣調(diào)節(jié)閥(21)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的急速氫裂解煉制煤的反應(yīng)器設(shè)備，其特征在于所述圓筒體長(zhǎng)徑比為2-5∶1。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種急速氫裂解煉制煤的反應(yīng)器設(shè)備，其特征在于包括圓筒體1，該圓筒體頂為半圓頂5，半圓頂中心進(jìn)料口處上方設(shè)有進(jìn)料裝置7，圓筒體底部為圓錐體6，其錐體中心出口處設(shè)灰分排出裝置20；熱氣進(jìn)料噴嘴層8為1－2層，設(shè)在反應(yīng)器設(shè)備頂上部環(huán)形圓面上；環(huán)形葉片式冷流噴嘴層9為2－4層，設(shè)在圓筒體中下部環(huán)形圓截面上；產(chǎn)物排出管19設(shè)在圓錐體中心處，其一端管口設(shè)在圓錐體上端面中心處，另一端與產(chǎn)物后處理裝置相連；該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單獨(dú)特，操作方便靈活，安全可靠、高效，無(wú)需外來(lái)氫的急速裂解煉制煤的反應(yīng)器設(shè)備。
文檔編號(hào)C10G1/00GK2603086SQ0320402
公開(kāi)日2004年2月11日 申請(qǐng)日期2003年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月11日
發(fā)明者王逢旦, 王祖納, 芮素生 申請(qǐng)人:王逢旦