一种用于煤直接液化的反应釜及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种用于煤直接液化的反应釜及其应用，所述的反应釜包括反应釜本体和设置在反应釜本体上的搅拌器，所述搅拌器的搅拌轴和搅拌桨置于反应釜本体内部，所述搅拌轴的上部设有与反应釜连通的吸气孔，其下部设有与吸气孔相连通的出气孔。本发明专利技术还公开了一种利用上述反应釜进行煤直接液化的方法。使用本发明专利技术提供的反应釜进行煤直接液化时，与采用普通的反应釜进行煤直接液化相比，煤转化率与可溶于正己烷成分的收率能够提高５％左右，大大提高了煤的转化率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于煤直接液化的反应釜，本专利技术还涉及一种利用该反应釜进行煤直接 液化的方法，具体讲可以使包括低品质的褐煤和高品质烟煤的多种煤种直接加氢液化的方法
技术介绍
煤炭是世界上最丰富的固体矿物燃料，广泛分布于世界各地。从煤炭被发现并利用以来 ，人们一般把固体原煤进行燃烧以产生热，进而用于取暖、发电或作为动力等，只有一少部分进一步加工精制。但是，人们在以固体原煤形式燃烧时，有以下缺点其一，煤燃烧过程 中会产生大量的有害气体如S02、氮氧化物以及粉尘，污染环境、造成大面积酸雨，危害地 球生态环境。其二，原煤中的灰分、水分、热值、燃烧特性等随着产地的不同而有很大的差 别，例如，南方的煤中水分含量高、北方煤田的煤中水分含量低，褐煤中的灰分含量高、无 烟煤等中的灰分相对低些。同时，各种用煤设备对于煤的性质有一定的要求，例如，德士古 煤气发生炉对于煤中水分含量要求很低。煤质的不同就限制了煤清洁利用的广泛性与经济性 。其三，煤本身化学结构极为复杂，煤的分子结构是以单环、双环、三环等环状芳烃，特别 是由稠环芳烃或杂环芳烃的大分子组成，这种环状结构的大分子化学性质稳定，很难发生裂 解或裂化反应，因此，煤的直接液化难于实现工业化。随着可开采石油资源的日益减少，同时由于国际政治因素的影响，多方面的原因造成油 价不断上涨。人们企图将储量丰富的煤转变成便于运输和物理性质以及燃烧特性如同石油的 液体燃料，也就是煤的间接或直接液化技术。煤直接液化反应器是煤直接液化工艺中最为关键设备之一。煤液化反应单元的形式以及 各种设备的组合在很大程度上决定煤直接液化工艺的先进性与实用性。反应器内构件的设计 优劣将与催化剂性能一道体现出所采用的煤液化工艺的水平。由于加氢过程存在着气-液-固 三相状态，反应器设计的关键是要使反应进料(气、液、固三相)有效地接触，防止煤中矿 物质与催化剂在反应器内发生偏流；以及由于加氢反应是一个放热反应需要考虑移走部分反 应热量，以保证生产安全。目前世界上的煤直接液化工艺采用的反应器分多种，德国和日本 开发的煤直接液化新工艺仍采用平推流反应器(又称三相鼓泡床反应器)，混合程度较低，在反应器中易产生固相沉积。HTI (Haematologic Technologies !n)的早期工艺采用固、液、气三相沸腾床反应器，增加了反应物与催化剂之间的接触，使反应器内物料分布均 衡，有利于加氢液化反应的进行。HTI后期工艺又采用了外循环方式加大油煤浆的混合程度 ，促使固、液、气三相充分接触，但因没有大规模中试和工业化生产，循环泵的磨损和固液 分布需要经过长时间的实际考验，而且，实践经验证明外循环泵不能实现长时间运转。当前煤直接液化反应器的开发热点是内循环三相浆态反应器(内环流反应器)，但由于 油煤浆各组分的密度差相对较大，煤中矿物质和未转化的煤密度远大于液化溶剂， 一般的内 循环反应器因循环动力不够，也难以避免反应器内固体颗粒沉降问题。因此，改善反应器内 气-液-固循环状况，防止煤液化加氢反应器内固体颗粒沉降，增加加氢反应活性，是煤液化 新型反应器开发的重点，也是现代煤炭直接液化所需要研究的关键技术之一。通常，在气-液或气-液-固反应中，反应体系的温度容易控制(及时移走或移入热量) 、气-液或气-液-固的有效混合、气体和固体颗粒在液相的良好分散、流体的高速轴向流动 以及较高的传质速率是反应器的重要性能，特别是对于传质是总反应控制步骤或涉及液相和 固相催化剂的反应过程，为加快反应速率，就必须采用某种形式的机械搅拌，以提高传质速 率和相间混合。中国专利CN2547391Y公开了一种具有上下双向排料功能的环流反应器。它主要采用在反 应器内部设置环流筒和在反应器底部设置切向进料口的方法，既具有传统上流式反应器气含 率高、反应容积利用率高的优点，又消除了传统环流反应器容易结焦的缺点。但由于采用了 环流反应器，可能也会产生结焦现象，且反应器结构复杂。中国专利CN200940132Y公开了一种煤直接液化反应器，它是由气流床与鼓泡床共同包含 于同一个圆筒形内衬耐火材料的壳体中，气流床在上，鼓泡床在下。其优点在于复合床使传 质表面增加数百倍，加快传递速率；其次，煤浆可以多次进入反应器；最后，喷嘴可形成撞 击流从而可以很好地实现浆体雾化和雾滴与氢气的混合。但其缺点在于，煤浆多次进入反应 器时，仍不可避免地使用循环泵。中国专利CN1435275A公开了一种多级环流反应器，其特征在于在传统的鼓泡式反应器的 基础上提出并发展了一种多级环流反应器，能够解决传统内环流反应器环隙气含率低、反应 效率低的缺陷，能够提高传质效果。其缺点可能在于反应器内的内构件和气体分布器过于复 杂，对于煤直接液化这样涉及液体溶剂和固体原料和催化剂的复杂反应体系来讲，也难以避 免固体颗粒在反应器内的沉降和生焦问题
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可以提高气体在反应体系中的气含率、提高反应物的转化率 并减少生焦的结构简单、操作方便的用于煤液化的反应釜。本专利技术的另一目的在于提供一种利用上述反应釜进行煤直接液化方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术的专利技术人在现有技术的基础上进行了大量的研究和创造性 的劳动，研制出了一种可以提高气体在反应体系中的气含率、提高反应物的转化率并减少生 焦的结构简单、操作方便的用于煤液化的反应釜，其包括反应釜本体和设置在反应釜本体上 的搅拌器，所述搅拌器的搅拌轴和搅拌桨置于反应釜本体内部，所述搅拌轴的上部设有与反 应釜连通的吸气孔，其下部设有与吸气孔相连通的出气孔。所述搅拌轴由实心搅拌轴和中空搅拌轴组成，所述实心搅拌轴和中空搅拌轴之间通过管 箍联接，管箍上设有同中空搅拌轴相连通的吸气孔，所述中空搅拌轴的自由端设有搅拌桨， 所述出气孔置于中空搅拌轴的下部，优选地，所述出气孔设置于搅拌桨上。所述的中空搅拌轴的下端通过轴套固定于反应釜本体的底部。所述吸气孔垂直沿轴向设置，所述吸气孔以螺旋状沿轴向设置。所述的反应釜本体的高与其内径之比为3-12 ，所述的中空搅拌轴的直径与反应釜本体的 内径之比为O. 02-0. 5，优选为O. 05-0. 3，最优选为0.08-0.15。 一种利用上述反应釜进行煤直接液化的方法，包括下述步骤将煤粉和溶剂从反应釜的物料进口泵入反应釜中，氢气从反应釜的气体入口压入到经氮 气置换的反应釜的上层空间，氢气的起始压力为2 — 10Mpa，开启反应釜的搅拌器，在温度为 400-45(TC条件下反应60-90分钟后，液固产物从反应釜底部的物料出口排出，气体从反应釜 上部的气体出口排出。所述的煤粉与溶剂的重量比为30-50 : 50-150，所述的煤粉为褐煤，次烟煤或烟煤。 所述的溶剂为四氢萘、加氢蒽油、催化裂化渣油或煤直接液化产物中的高馏分组分。 本专利技术中的干基煤和干燥无灰基煤均是是中华人民共和国国家标准GB3715-91规定的煤 质及煤分析有关术语。本专利技术提供的煤直接液化方法中，所述的煤粉可以为不同品质的原煤如褐煤或烟煤等的 细颗粒， 一般将原煤粉碎到筛分到小于160目(约为100um)的煤粉组成。按比例与溶剂混 合在一起，其中溶剂起到供氢和传递氢的作用。所述的溶剂也称为煤液化循环溶剂，是指在配制煤浆工序中作为溶剂使用，尔后，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于煤直接液化的反应釜，其特征在于所述的反应釜包括反应釜本体（５）和设置在反应釜本体（５）上的搅拌器，所述搅拌器的搅拌轴和搅拌桨（８）置于反应釜本体内部，所述搅拌轴的上部设有与反应釜连通的吸气孔（７），其下部设有与吸气孔（７）相连通的出气孔（１３）。

【技术特征摘要】
1.一种用于煤直接液化的反应釜，其特征在于所述的反应釜包括反应釜本体(5)和设置在反应釜本体(5)上的搅拌器，所述搅拌器的搅拌轴和搅拌桨(8)置于反应釜本体内部，所述搅拌轴的上部设有与反应釜连通的吸气孔(7)，其下部设有与吸气孔(7)相连通的出气孔(13)。2 根据权利要求l所述的反应釜，其特征在于所述搅拌轴由实心搅拌 轴(10)和中空搅拌轴(4)组成，所述实心搅拌轴(10)和中空搅拌轴(4)之间通过管箍 (11)联接，管箍(11)上设有同中空搅拌轴(4)相连通的吸气孔(7)，所述中空搅拌轴 (4)的自由端设有搅拌桨(8)，所述出气孔(13)置于中空搅拌轴的下部。3 根据权利要求2所述的反应釜，其特征在于所述的中空搅拌轴(4 )的下端通过轴套(9)固定于反应釜本体(5)的底部。4 根据权利要求l-3所述的任一反应釜，其特征在于所述出气孔(13 )设置于搅拌桨上。5 根据权利要求l-3所述的任一反应釜，其特征在于所述吸气孔(7 )垂直沿轴向设置。6 根据权利要求5所述的反应釜，其特征在于所述吸气孔(7)以螺 旋状沿轴向设置。7 根据权利要求l所述的反应釜，其特征在于所述的反应釜本体(5 )的高与其内径之比为3-12。8 根据权利要求1或7所述的反应釜，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖钢，侯晓峰，闫涛，
申请(专利权)人：汉能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]