一种煤的液化反应器设备制造技术

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连，圆顶中心下方设有分配盘（１０），底部为圆锥形固体排出口（６），在圆锥体上端截面中心处设产物导出管（７），其一端管口设在与圆锥体上端截面中心处（７ａ），另一端（７ｂ）与产物后处理设备相连；圆筒体上部设１－４层水煤浆或油煤浆物料环形喷嘴层（８），每层喷嘴数为４－６０个喷嘴，均匀分布在环形圆截面上，上下层喷嘴交叉排列，呈立体空间状；圆筒体中下部设至少一层冷却液进料环形喷嘴层（９），每层喷嘴层的喷嘴数为４－６０个喷嘴，均匀分布在环形圆截面上，上下层喷嘴交叉排列呈立体空间状；反应器设备长径比为１－５。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种煤的液化反应器设备，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
本技术的目的在于克服上述现有技术中存在的不足之处，经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，开发提供一种结构简单独特，操作简便，高效煤的液化反应器设备。本技术提供的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，内圆筒体和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，其下段为冷却液通道内腔3b；内外圆筒体有一个共同圆顶4，圆顶中心上方设有混合器5，通过管线与反应器相连；圆顶中心下方设有分配盘10，反应器底部为圆锥形固体排出口6，在圆锥体上端截面中心处设有气或汽体液化产物导出管7，其一端管口设在与圆锥体上端截面中心处7a，另一端7b与液体产物后处理设备相连；在反应器圆筒体上部设1-4层水煤浆或油煤浆物料环形喷嘴层8，优选为2层，每层喷嘴层的喷嘴数目可以相同或不同，为4-60个喷嘴，均匀分布在环形圆截面上，与水平面呈一倾斜角，上下层喷嘴交叉排列，呈立体空间状，在反应器圆筒体中下部设至少一层冷却液进料环形喷嘴层9，优选为2层，每层喷嘴层的喷嘴数目可以相同或不同，为4-60个喷嘴，均匀分布在环形圆截面上，上下层喷嘴交叉排列，呈立体空间状；反应器设备长径比(指内径)为1-5，优选1∶3-4。按照本技术提供的煤液化反应器设备中，所述内圆筒体和外圆筒体间内腔设上下内腔，上腔为水煤浆或油煤浆的进料通道，水煤浆或油煤浆经由设在上内腔环形圆截面上的雾化喷嘴层进入反应器设备的反应区，呈雾化旋流状充满于整个反应区，与经设在反应器物料入口处下方的分布盘分布均匀后处于高温反应状态的CO、富含CH4气体和空气的反应混合气在反应区上部充分接触；下腔为冷却液的进料通道，冷却液由设在下内腔内的环形雾化喷嘴层进入反应器设备的冷却区内呈雾化旋流状与煤液化反应产物充分接触。所述水煤浆或油煤浆环形雾化喷嘴层为1-4层，优选为2层，每层喷嘴层为4-60个喷嘴，优选为4-12个喷嘴，均匀分布在环形圆截面上，喷嘴数的多少与生产能力、喷嘴尺寸及反应参数有密切关系。如果需要可与水平面呈一倾斜角，一般10-40°角，每层喷嘴数可以相同或不同，通常上层喷嘴层数目多于下层喷嘴数，上下层的喷嘴交叉排列分布呈立体空间状，使由喷嘴层的喷嘴喷出的水煤浆或油煤浆呈雾化旋流状分布在整个反应区内，保证处于高温反应状态的CO、CH4和空气混合气进行不断反应，同时与水煤浆汽化的水蒸气充分接触，同时进行着CH4和O2、CO与水蒸汽反应，产生H2和放出大量热。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，既空气量，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既产生大量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， 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，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100-240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，精细煤粉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体生成；同时以挥发产物存在的氮和硫释放率达到的最大程度，最终煤裂解液化产物朝有利于轻质油，除去氮和硫方向发展。所述冷却环形喷嘴层至少为一层，优选为二层，每层喷嘴数目可以相同或不同，为4-60个，均匀分布在环形圆截面上，喷嘴数的多少与所用反应器的生产能力、喷嘴尺寸及冷却工艺密切本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【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：实用新型
国别省市：