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，包括反应釜本体、置于反应釜本体内部的搅拌轴和搅拌桨及置于反应釜本体内部并与外界相连通的吸气管，所述搅拌桨位于搅拌轴的自由端，所述搅拌轴上还设有自吸式搅拌桨，所述自吸式搅拌桨位于搅拌桨的上方，所述搅拌轴上部设有与反应釜连通的吸气孔，所述自吸式搅拌桨上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７％左右，有时甚至高达１５％，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
煤炭是我国能源安全的基石，长期以来，人们一般以固体原煤形式用于锅炉燃烧，不像 石油和天然气在使用之前进行加工精制以生产适合各种用途的油品和燃料气，以提高其附加 值。煤炭利用的附加值很低，因此我国的煤炭利用效率远不及日本、美国等发达国家。同时 ，原煤中含有大量的硫及氮等杂质元素，以原煤形式作为燃料燃烧时，产生大量有害气体如so2、氮氧化物及粉尘，造成环境污染，危害人类生存环境。其次，固体原煤中杂质含量、水分、物理特性、热值和燃烧特性等随着煤产地的不同而差别很大，例如南方煤田的含水量 高、北方煤田的含水量低，褐煤的热值低些、烟煤无烟煤的热值高，煤质的差别就限制了煤 清洁利用的广泛性和经济性。除此之外，煤本身化学结构极其复杂，煤分子主要是以单环、 双环、三环等环状芳烃，特别是由稠环芳烃或杂环芳烃等大分子组成，这种环状分子结构化 学性质稳定，很难发生裂化或裂解反应。然而，随着可开采石油资源的日益减少，油价不断上涨，人们从上世纪初开始研究的煤 炭液化技术在上世纪七十年代后重新受到重视，人们企图将贮藏丰富的煤转变成便于运输和 与石油媲美的合成液体燃料。同时，随着我国国民经济的高速增长，对于石油的依赖越来越 高，煤炭液化技术成为保障我国国家能源安全的重要战略之一。煤直接液化技术将丰富的煤 炭资源转化为石油替代产品，既能缓解石油紧张状况，又能高效利用煤炭资源，同时也能满 足我国经济高速发展对石油的增长需求。煤液化反应器是煤直接液化工艺中最为关键设备之一，由于煤液化一般是在高温、高压 和临氢环境下进行，且进入到反应器的物料中往往含有硫和氮等杂质元素，将与氢气反应生 成具有腐蚀性和刺激性气味的硫化氢和氨，因此煤液化反应器需要耐高温、高压和耐腐蚀。 另外，由于加氢液化是一个放热反应，其反应热较大，因此也需要保证气-液-固三相之间的 快速传热、传质，如此苛刻的使用条件给反应器设计和制造带来很大难度。目前煤直接液化工艺采用的反应器多为单一鼓泡床、流化床或带强制循环的环流反应器等。这些单一反应器 很难同时满足轻质液化产品需要较短的停留时间、难液化煤和重质液化产品需要较长的停留 时间、气相氢气在气-液-固三相反应体系中需要有较高的传质速率以及较长的反应时间等要 求。目前，世界上悬浮床加氢所用的反应器，多为物料下进上出的上流式反应器，同时在反 应器底部添加有排焦口，反应过程中生成的焦会附着在催化剂或煤粉颗粒上，并随其一起排 出反应器外。但由于生成的焦比较粘稠，在反应器的高温环境中，沉积在反应器底部的焦粒 就会跟高分散的催化剂颗粒或未反应的煤粉一起聚结成块，无法排出反应器，最终也会堵塞 反应器。为了将生成的焦排出反应器， 一般采用循环泵的方法来提高反应器内的液体物料的 线速度，从而将生成的焦举升到反应器的上部出口。这种采用循环泵的方法仍然存在着问题 ，因为对于循环泵来说，循环物料中的气体含量越低，其线速度越高，而反应液体中气含量 越高，煤液化反应的速度越快，这就与循环泵中物流中气含量越低越有利于循环泵的操作产 生矛盾。另一问题是无法保证外循环泵能在高温、高压下连续长周期运转， 一旦循环泵出现 故障，生成的焦将迅速沉积到反应器底部，造成整套装置必须停车。传统的内环流反应器从改变物料的循环方式考虑，依靠环流筒的作用来提高液体在反应 器中的线速度，进而提高液体对固体颗粒的提升力，将焦举升到反应器顶部出口。但传统的 内环流反应器不能彻底解决悬浮床反应器在加氢裂化过程中焦炭在底部聚集问题。另外，传 统的内环流反应器存在着如下缺点(l)液体线速度高必然会造成物料返混，使进入反应器 中的新鲜原料，有一部分未完全反应就从顶部出料口排出，煤粉的转化率低；(2)液体线速 度高造成氢气上升速度也快，氢气在液相中的气含率就较低，加氢效果差；(3)液体线速度 高造成相同条件下物料停留时间变短，煤粉的转化率低；(4)环流筒外壁与反应器内壁间的 液体原料中的氢气较少，生焦现象严重；(5)传统的环流反应器上部有气液分离区，内壁容 易结焦；(6)传统的环流反应器上部为气液分离区，反应器的有效容积仅为反应器体积的 70-80%。中国专利CN2547391Y提供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提供了一种煤直接液化反应器，是由气流床与鼓泡床共同含于同 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积增加了数百倍，加快传质速率；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，仍不可避免地使用外循环泵。
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，包括反应釜本体、置于反应釜本体内部的 搅拌轴和搅拌桨及置于反应釜本体内部并与外界相连通的吸气管，所述搅拌桨位于搅拌轴的 自由端，所述搅拌轴上还设有自吸式搅拌桨，所述自吸式搅拌桨位于搅拌桨的上方，所述搅拌 轴上部设有与反应釜连通的吸气孔，所述自吸式搅拌桨上设有与吸气孔相连通的出气孔。所 述搅拌桨优选为推进式搅拌桨。所述自吸式搅拌桨包括内圆环和外圆环，内圆环、外圆环之间设有叶片；所述内圆环同 中空搅拌轴紧配合，内圆环上设有与中空搅拌轴上的吸气孔相连通的出气孔。所述搅拌轴由实心搅拌轴a、中空搅拌轴和实心搅拌轴b组成，所述吸气孔和自吸式搅拌 桨之间的搅拌轴为中空搅拌轴，所述自吸式搅拌桨与搅拌桨之间的搅拌轴为实心搅拌轴a，实 心搅拌轴b的上端固定于反应釜本体的顶部，下端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。所述吸气管的出口端穿过所述反应釜本体并置于搅拌桨的下端。所述的实心搅拌轴a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，且以螺旋状沿轴向分布。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O. 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，反应釜经氮气置换后，从反应釜的吸 气管向反应釜本体内充入氢气，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，包括反应釜本体（５）、置于反应釜本体（５）内部的搅拌轴和搅拌桨（８）及置于反应釜本体（５）内部并与外界相连通的吸气管（１），所述搅拌桨（８）位于搅拌轴的自由端，其特征在于所述搅拌轴上还设有自吸式搅拌桨（１４），所述自吸式搅拌桨（１４）位于搅拌桨（８）的上方，所述搅拌轴上部设有与反应釜连通的吸气孔（７），所述自吸式搅拌桨（１４）上设有与吸气孔（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，包括反应釜本体(5)、置于反应釜本体(5)内部的搅拌轴和搅拌桨(8)及置于反应釜本体(5)内部并与外界相连通的吸气管(1)，所述搅拌桨(8)位于搅拌轴的自由端，其特征在于所述搅拌轴上还设有自吸式搅拌桨(14)，所述自吸式搅拌桨(14)位于搅拌桨(8)的上方，所述搅拌轴上部设有与反应釜连通的吸气孔(7)，所述自吸式搅拌桨(14)上设有与吸气孔(7)相连通的出气孔(13)。2.根据权利要求l所述的反应釜，其特征在于所述自吸式搅拌桨(14 )包括内圆环(17)和外圆环(16)，内圆环(17)、外圆环(16)之间设有叶片(18); 所述内圆环(16)同中空搅拌轴(4)紧配合，内圆环(17)上设有与中空搅拌轴(4)上的 吸气孔(7)相连通的出气孔(13)。3.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a (10)、中空搅拌轴(4)和实心搅拌轴b (15)组成，所述吸气孔(7)和自吸式搅拌桨 (14)之间的搅拌轴为中空搅拌轴(4)，所述自吸式搅拌桨(14)与搅拌桨(8)之间的搅 拌轴为实心搅拌轴a (10)，实心搅拌轴b (15)的上端固定于反应釜本体(5)的顶部，下端 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)。4.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管(1 )的出口端穿过所述反应釜本体并置于搅拌桨(8)的下端。5.根据权利要求l-3所述的任一反应釜，其特征在于所述搅拌桨(8 )为推进式搅拌桨。6.根据权利要求4所述的反应釜，其特征在于所述的...

【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]