一种煤的液化方法及其反应器设备技术

本发明专利技术涉及一种煤的液化方法及其反应器设备，该方法在所述反应器设备中，由水煤浆或油煤浆与处于反应状态的ＣＯ、ＣＨ＃－［４］和空气混合气接触，于６００－１１００℃，压力２．０－５．０，停留时间３０－３００进行液化反应，液化反应产物与冷却液进行骤冷至４００－４５０℃，汽体液化产物经产品回收系统分离回收得各种液体产品。本发明专利技术提供的反应设备确保液化反应顺利进行。该方法和设备结构简单独特、操作简便、高效，经济和环保兼优的采用水煤浆的新一代煤的液化方法。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一种煤的液化方法及其反应器设备
本专利技术涉及一种煤的液化方法及其反应器设备，特别是涉及一种采用水煤浆或油煤浆的煤的液化新方法及其反应器设备
技术介绍
世界三大基本能源来自固体矿物燃料煤、石油及天然气。煤是世界上最丰富的固体矿物燃料，分布在世界各国，例如中国、北美、澳洲、南非、俄罗斯、欧洲等有大量贮藏和开采，  然而人们一直以固体原煤形式用作燃料，很少进行加工炼制，不像石油和天然气在使用之前进行加工处理及炼制产生适合各种用途的油品和燃料气，大大增加了附加值，所以被人们广泛使用。至所以煤仍以它固体原煤形式一直被沿用至今主要原因煤是固体，不象石油和天然气易加工炼制及运输；原煤中含有大量硫和氮之类杂质，以原煤形式用作燃料时，产生大量有害气体及杂质，污染环境，造成大面积酸雨，危害人类生存环境。固体原煤中杂质含量、水份、物理特性、热值和燃烧特性等随着不同国家和地区，不同煤品种差别很大，使用必须小心选择，例如电厂用煤要与电厂锅炉相匹配，还要有除去硫、含氮化合物及除尘设备等，这就限制了使用煤的广泛性和经济性。除此之外，还在于煤本身化学结构极其复杂，煤中分子是以单环、双环、三环等环状芳烃，特别是稠环芳烃或杂环芳烃的大分子组成，这种环状结构大分子结构稳定，很难裂解，要在苛刻条件下，如高温高压下进行裂解或脱挥发份；而且煤中碳氢比小，例如天然气(甲烷)碳氢比4，石油约为2∶1，而煤约为1∶1，所以煤裂解必须依靠外部提供大量氢或氢给予体，否则只能得到焦碳，少量焦油和焦炉气。随着可开采石油资源日益减少，油价不断上涨，人们企图将贮藏丰富-->的煤转变成便于运输和热值高可与石油比美的合成液体燃料，开发煤的液化技术。在早期，开发煤的液化技术需要大量投入，还需要大量外部供应昂贵的氢和氧，氢不是来自煤本身，此外还伴随着产生大量CO2的温室气体，所以成本高，效率低。例如美国专利5336395公开一种煤液化的方法，该方法分两部进行，首先将煤与CO和水混合，在高温高压下进行预处理，然后将预处理过的煤与溶剂和催化剂存在下，在更高温度和氢气压力下进行液化得液体产物，该方法技术复杂，条件苛刻，需要外部供应大量氢及高压高温设备，投资大，成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术中存在的不足之处，经专利技术人长期从事煤的液化和炼制技术及设备的开发研究，以及工业化生产实践，开发提供一种操作简便、高效、经济和环保兼优的采用水煤浆或油煤浆的煤的液化新方法。本专利技术的另一目的提供一种结构简单独特，操作简便，高效煤的液化反应器设备。本专利技术提供的煤的液化新方法，包括：1.CO、富含CH4气经混合器按化学计算量与空气混合均匀进入煤的液化反应器设备的反应区；2.在煤的液化反应器设备中，水煤浆或油煤浆在反应区内与上述步骤1的混合气进行快速高温液化，其中水煤浆或油煤浆中水或油的含量为水煤浆或油煤浆总重量的30-60％，液化温度为600-1100℃，优选为700-900℃，反应压力为2.0-5.0Mpa，优选为3.0-4.0Mpa，停留时间为30-300毫秒，优选为100-200毫秒；3.液化反应产物在骤冷区与来自雾化喷嘴层的冷却液充分接触，骤冷至400-450℃终止反应，固体物料由反应器设备在锥形底部排出口排出，汽体物料经导管导出，送入产品回收系统，经分-->离纯化得液体产品，其中部分液体油馏份如轻油馏份或重油馏份，如果需要返回煤液化反应器设备中作为冷却液，气体产物回收再利用。按照本专利技术提供的煤的液化方法中，所述水煤浆或油煤浆是由各种各样的原煤如烟煤褐煤等的氢裂解炼制煤的副产物，或者由上述各种原煤的精细煤颗，一般将原煤粉碎到20％小于200目脱灰除硫的精细煤颗，按一定比例水或油如轻油馏分配置而成，其中水或油为水煤浆或油煤浆总重量的30-60％，水是提供煤液化所需的重要氢源。这种水煤浆或油煤浆已除去硫的产物。硫含量已＜1％至0.1％，原料比较干净，使液化反应容易，操作简便，设备简单，省去或简化脱硫脱灰设备。所述混合气是按化学计算量的CO、富含甲烷气体例如甲烷气或天然气或沼气与空气的混合气体，其中氧和CH4/CO的摩尔比约0.3-1.25，优选为0.5-0.75(以甲烷和CO体积比为1∶1计)，混合气在煤液化反应器设备的顶上部反应区内，甲烷与O2进行反应，生成CO或CO2、氢，并放出大量热，……(1)……(2)为了控制反应向有利于生成CO和H2的反应方向发展，控制氧的平衡所需量，即空气量，使反应自始至终按照反应(1)式进行，将反应式(2)的反应降到最低程度，即产生大量H2和CO，又不断放出热量，使反应区温度至700-1100℃，与此同时，CO与来自水煤浆中的水进行反应，生成H2，并放出大量热，总之上述反应几乎同时进行提供大量煤液化所需H2及热量使煤液化顺利进行。本专利技术提供的煤液化反应器设备确保完成上述反应是至关重要-->的，它与煤液化整个工艺密切相关，因此CH4、CO与空气的混合气经过设在进料口正下方的分布盘，使混合气均匀分布在反应器上部整个空间，进行CH4与O2的转变反应，产生高达700-1100℃的高温，瞬间与水煤浆或油煤浆接触进行热交换，大量水汽化产生蒸汽，与CO反应，产生H2，并放出热量，能迅速达到煤液化所需温度。同时通过设在反应器设备上的多层环形雾化喷嘴层的雾化喷嘴与水平或一角度，而且上下两层各喷嘴交叉排布，呈立体空间状，因此使进入反应器的水煤浆或油煤浆呈旋流状雾化分布于整个反应区，与处于高温反应状态CH4与O2的反应气体形成煤汽雾帘混合均匀，充分接触，能以104-105°F/秒加热速率进行热交换升温，在极短时间内迅速达到煤液化温度700-1100℃，进行液化反应，短的停留时间一般30-300毫秒，优选为100-200毫秒，选择最佳停留时间，进行煤液化反应，煤中有机大分子特别芳环或稠环间化学键发生断裂，产生带有自由基的烃断片或碎片或炭。煤液化反应随着加热速度增加而增加，在高的加热速率如104-105°F/S速率下，精细煤颗与加热速率之间达到热平衡大约需要18-25毫秒，从热平衡角度出发，加热速率高，停留时短，有利于精细煤粉的急速液化反应，水煤浆中的水迅速汽化，产生大量蒸汽，在高温下，迅速与CO反应生成H2，作为煤液化时的氢源。煤中的挥发物质或芳环分子间的键的断裂速率大于裂解后烃的或芳环的断片重新进行缩合反应速率，裂解的活性中间体的自由基能迅速被上述反应释放的氢所覆盖，有效防止缩合反应，而且有利于煤裂解一次产物进一步裂解，降低在足够活性氢源存在下重质油馏分的生成；同时以挥发产物存在的氮和硫释放率达到最大程度，最终煤裂解液化产物朝有利于轻质油，进一步除去氮和硫方向发展。所述煤液化反应压力大约为2.0-5.0Mpa，优选为3.0-4.0Mpa，通过控制反应压力同时控制物料如水煤浆，混合气的进料速率，一定程度控制反应物料在反应器中的停留时间，总之它由反应器设备结构、容积(能力)，反应条件如温度、压力、物料进料速率和进料量等因素密切相关，也就是-->说本专利技术的煤液化工艺与煤液化反应器设备密切相关，由于反应器设备结构独特，保证煤液化反应达到最优程度。按照本专利技术提供的煤的液化方法中，所述骤冷是将煤液化反应产物向下流动时，与来自设置在煤液化反应器设备中下部的多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤的液化方法，包括 １）将ＣＯ、富含ＣＨ↓［４］气经混合器按化学计算量与空气混合均匀进入煤的液化反应器设备的反应区； ２）在煤的液化反应器设备中，水煤浆或油煤浆在反应区内与上述步骤１的混合气进行快速高温液化，其中水煤浆或油煤浆中水或油的含量为水煤浆或油煤浆总重量的３０－６０％，液化温度为６００－１１００℃，反应压力为２．０－５．０Ｍｐａ，停留时间为３０－３００毫秒； ３）液化反应产物在骤冷区与来自雾化喷嘴层的冷却液充分接触，骤冷至４００－４５０℃，终止反应；固体物料由反应器设备的锥形底部排出口排出，汽体物料经导管导出，送入产品回收系统，经分离回收得各液体产品。

【技术特征摘要】
1、一种煤的液化方法，包括1)将CO、富含CH4气经混合器按化学计算量与空气混合均匀进入煤的液化反应器设备的反应区；2)在煤的液化反应器设备中，水煤浆或油煤浆在反应区内与上述步骤1的混合气进行快速高温液化，其中水煤浆或油煤浆中水或油的含量为水煤浆或油煤浆总重量的30-60％，液化温度为600-1100℃，反应压力为2.0-5.0Mpa，停留时间为30-300毫秒；3)液化反应产物在骤冷区与来自雾化喷嘴层的冷却液充分接触，骤冷至400-450℃，终止反应；固体物料由反应器设备的锥形底部排出口排出，汽体物料经导管导出，送入产品回收系统，经分离回收得各液体产品。2、根据权利要求1的煤的液化方法，其中所述煤液化温度700-900℃，反应压力3.0-4.0Mpa，停留时间100-200毫秒，冷却液为水、油馏份及其混合液。3、一种煤液化反应器设备，其特征在于包括一外圆筒体(1)和一个内圆筒体(2)，内外圆筒体间有一内腔(3)，内腔上段为水煤浆或油煤浆的通道内腔(3a)，下段为冷却液通道内腔(3b)；圆顶(4)，圆顶中心上方设有混合器(5)，通过管线与反应器相...

【专利技术属性】
技术研发人员：王逢旦，王祖纳，芮素生，
申请(专利权)人：王逢旦，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]