内部换热式加氢气化炉制造技术

本实用新型专利技术涉及一种内部换热式加氢气化炉，通过在位于外炉筒(3)内的内炉筒(9)的外壁上设置用于预热原料氢气的换热管(4)，吸收部分高温合成气的热量和/或部分气化反应热，实现对原料氢气的预热，从而减少氢气热损，提高系统热效率，减少原料氢气加热设备的功率负荷和物质消耗。实现气化反应区内反应温度的均匀，保证甲烷的产率，避免BTX在高温下分解，提高BTX收率。对气化炉的外炉筒起到一定的隔热作用，延长气化炉的使用寿命。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种内部换热式加氢气化炉。
技术介绍
随着城市化进程的加快和环保要求的提高，对天然气的需求逐年增加。2009年我国天然气消费量为874. 5亿Nm3，缺口达40亿Nm3。据预测，2020年我国天然气需求量将达到2500亿Nm3，而同期天然气产量仅为800亿Nm3，可购700亿Nm3，缺口达1000亿Nm3。天然气资源的短缺不仅影响我国经济的可持续发展，而且将造成我国能源供给的安全隐患。煤制天然气技术是弥补我国天然气资源短缺的有效手段。常规煤制天然气技术通常采用高温煤气化(100(TC以上)、水煤气变换、低温甲醇洗和甲烷化等多个升温、降温的工艺流程，投 资较大、能效较低。煤的加氢气化是指煤与氢气在一定温度和高压下反应生成甲烷的过程。在气化阶段氢气可与碳直接反应生成甲烷，因而得到富含甲烷的合成气和轻质焦油。加氢气化生成的合成气中甲烷含量高、热效率高，同时能够很好的解决CO2的减排问题。加氢气化的特点为反应温度主要集中在800 1000°C，低于传统煤气化技术需要的温度；反应压力较高，一般在7 IOMpa ;停留时间较短，一般在几秒至几十秒；主要产物为甲烷，同时副产附加值较高的BTX (即苯、甲苯、二甲苯的混合物)。较高压力下，要使得加氢气化反应能够发生，通常需要将原料氢气加热到一定的温度。同时，加氢气化反应是放热反应过程，反应温度会随反应的进行不断升高，高温不利于甲烷的生成，同时BTX在高温下也会发生二次副反应。因而，需要采取一定的措施将反应温度控制在一定的温度范围，保障反应的进行，并控制反应的温度。2010年公开的中国专利申请CN101657525A、名称为“由煤制备天然气代用品的系统和方法”中提出了一种加氢气化反应器。其加氢气化反应具体实现过程如下来自电解水的氢气和氧气，经过高压蒸汽预热后，再经过水冷却的氢气燃烧器加热后进入加氢气化器，与常温进入到反应器内的煤粉发生加氢气化反应，生成以甲烷为主的合成气体。然而，在该专利申请中，最初的氢气和氧气均采用高压蒸汽预热，这样的预热方式需要额外增加用于提供高压蒸汽的设备等成本，而且蒸汽预热后的气体能够升高的温度有限，所以在后续气化器入口的氢气燃烧器中就需要燃烧大量的氢气和氧气来提供足够热量来加热氢气，才能达到加氢气化反应需要的温度。另外，加氢气化反应整体是放热反应，而加氢气化器内无任何控温措施，容易导致加氢气化反应器内温度升高，会抑制甲烷的生成，并伴有大量的二次副反应发生，不利于副产BTX的生成。
技术实现思路
针对以上现有加氢气化反应器存在的问题，本技术的目的在于提供一种新型内部换热式加氢气化炉，利用气化炉内的反应热，通过换热管换热将原料氢气(H2)预热到一定的温度，从而降低用于加热原料氢气的氢气燃烧器中的氢气和氧气的用量，同时，换热过程吸收部分反应热，能够维持反应区温度均一和恒定，保证较高的甲烷产率和BTX收率，降低合成气出口温度，便于气化炉内壁和外壁的选材和延长装置的使用寿命。为此，本技术提供了一种内部换热式加氢气化炉，其特征在于，所述内部换热式加氢气化炉包括圆筒形内炉筒，其下端开口，上端与喷嘴部连接，所述喷嘴部设置有进煤喷嘴和至少一个氢气喷嘴；圆筒形外炉筒，所述外炉筒的上端与所述喷嘴部密封连接，所述外炉筒的下端封闭以形成底部，并且所述底部设置有排渣口，在所述外炉筒(3)的中上部或者中部设置有合成气出口；以及换热管，所述换热管具有用于原料氢气进入的氢气入口和用于经预热后的原料氢气排出的氢气出口，其中，所述外炉筒的直径大于所述内炉筒的直径，并且所述内炉筒的长度小于所述外炉筒的长度以将所述内炉筒密封地套接在所述外炉筒内，所述换热管附着在所述内炉 筒的外壁上。在一个优选实施方式中，所述换热管是环形盘管或竖管，或者所述换热管通过焊接或者缠绕方式而固定在所述内炉筒的外壁上，或者所述换热管的管材为不锈钢、铜管或招管，或者所述换热管的外径为10 30mm,厚度为0. 25 I. Omm的,或者所述换热管彼此之间的距离为2 5mm。在一个优选实施方式中，所述外炉筒的上部具有小于其下部的直径，以在所述外炉筒的下部形成扩大段。在一个优选实施方式中，所述内炉筒的下部具有小于其上部的直径，以在所述内炉筒上部形成扩大段。在一个优选实施方式中，所述氢气入口的位置低于所述氢气出口的位置。在一个优选实施方式中，所述加氢气化炉具有均勻分布在所述进煤喷嘴周围的多个氢气喷嘴。在一个优选实施方式中，所述进煤喷嘴的中心线与所述内炉筒和所述外炉筒的中心线重合。在一个优选实施方式中，在所述外炉筒的内壁上设置有耐火衬层。在一个进一步优选实施方式中，所述耐火衬层包括设置在所述外炉筒的内壁与所述内炉筒之间的硅铝酸棉层、莫来石层和刚玉层，并且所述刚玉层面向所述换热管。在一个优选实施方式中，所述内炉筒的下部与所述外炉筒之间设置有气体挡板，并且所述合成气出口设置在所述气体挡板的下方。本技术的内部换热式加氢气化炉，通过在位于外炉筒内的内炉筒的外壁上设置用于预热原料氢气的换热管，吸收部分高温合成气的热量和/或部分气化反应热，实现对原料氢气的预热，从而减少氢气热损，提高系统热效率，减少原料氢气加热设备的功率负荷和物质消耗。实现气化反应区内反应温度的均匀，保证甲烷的产率，避免BTX在高温下分解，提高BTX收率。对气化炉的外炉筒起到一定的隔热作用，延长气化炉的使用寿命。附图说明图I采用间壁换热的加氢气化炉的纵向剖视图；图2采用内炉筒外环形盘管换热的加氢气化炉的纵向剖视图；以及图3采用内炉筒外竖管换热的加氢气化炉的纵向剖视图。具体实施方式下面将结合附图详细地描述根据本技术的内部换热式加氢气化炉，应当理解，这些描述仅用于举例说明本技术的目的而不用于限制。本技术的内部换热式加氢气化炉可以用于煤加氢气化生成富含甲烷的合成气。例如，如图I所示，本技术的内部换热式加氢气化炉包括圆筒形内炉筒9，其下端开口，上端与喷嘴部连接(例如焊接)在一起，喷嘴部设置有进煤喷嘴I和至少一个氢气喷嘴2或者12 ;圆筒形外炉筒3，其上端与喷嘴部通过法兰密封连接，下端封闭以形成底部，在所 述底部上设置有排渣口 7，在所述外炉筒3的中上部或者中部设置有合成气出口 11 ;以及换热管4，所述换热管4具有用于原料氢气进入的氢气入口 5和用于经预热后的原料氢气排出的氢气出口 10，其中，所述外炉筒3的直径大于所述内炉筒9的直径，并且所述内炉筒9的长度小于所述外炉筒3的长度以将所述内炉筒9密封地套接在所述外炉筒3内，并且其中所述换热管4附着在所述内炉筒9的外壁上。优选地，所述内部换热式加氢气化炉的进煤喷嘴I和氢气喷嘴，例如优选两个，甚至更优选四个氢气喷嘴都设置在喷嘴部(例如如图I所示的圆弧形喷嘴部)上。优选地，进煤喷嘴I的中心线与圆筒形加氢气化炉的内炉筒9和外炉筒3的中心线重合，多个例如四个氢气喷嘴均匀分布在该进煤喷嘴I的四周。反应区8以圆筒形气化炉的内炉筒9为边界，紧邻气化炉的外炉筒3内侧是保温层，以减少气化炉内炉筒9的热量损失，同时降低气化炉外炉筒3的温度。可替换地，内炉筒9的下部具有小于其上部的直径，以在所述内炉筒9上部形成扩大段。气化炉的外炉筒3的内壁优选设置耐火衬层，例如堆砌三层耐火衬层，其衬层材料在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内部换热式加氢气化炉，其特征在于，所述内部换热式加氢气化炉包括：圆筒形内炉筒(9)，其下端开口，上端与喷嘴部连接，所述喷嘴部设置有进煤喷嘴(1)和至少一个氢气喷嘴(2，12)；圆筒形外炉筒(3)，所述外炉筒(3)的上端与所述喷嘴部密封连接，所述外炉筒(3)的下端封闭以形成底部，并且所述底部设置有排渣口(7)，在所述外炉筒(3)的中上部或者中部设置有合成气出口(11)；以及换热管(4)，所述换热管(4)具有用于原料氢气进入的氢气入口(5)和用于经预热后的原料氢气排出的氢气出口(10)，其中，所述外炉筒(3)的直径大于所述内炉筒(9)的直径，并且所述内炉筒(9)的长度小于所述外炉筒(3)的长度以将所述内炉筒(9)密封地套接在所述外炉筒(3)内，所述换热管(4)附着在所述内炉筒(9)的外壁上。

【技术特征摘要】
1.ー种内部换热式加氢气化炉，其特征在于，所述内部换热式加氢气化炉包括 圆筒形内炉筒(9)，其下端开ロ，上端与喷嘴部连接，所述喷嘴部设置有进煤喷嘴(I)和至少ー个氢气喷嘴(2，12)； 圆筒形外炉筒(3)，所述外炉筒(3)的上端与所述喷嘴部密封连接，所述外炉筒(3)的下端封闭以形成底部，并且所述底部设置有排渣ロ(7)，在所述外炉筒(3)的中上部或者中部设置有合成气出口(11);以及 换热管(4)，所述换热管(4)具有用于原料氢气进入的氢气入口(5)和用于经预热后的原料氢气排出的氢气出口(10)， 其中，所述外炉筒⑶的直径大于所述内炉筒(9)的直径，并且所述内炉筒(9)的长度小于所述外炉筒(3)的长度以将所述内炉筒(9)密封地套接在所述外炉筒(3)内，所述换热管(4)附着在所述内炉筒(9)的外壁上。2.根据权利要求I所述的内部换热式加氢气化炉，其特征在于，所述换热管(4)是环形盘管或竖管，或者所述换热管(4)通过焊接或者缠绕方式而固定在所述内炉筒(9)的外壁上，或者所述换热管(4)的管材为不锈钢、铜管或铝管，或者所述换热管(4)的外径为10 30mm,厚度为0. 25 I. Omm的,或者所述换热管(4)彼此之间的距离为2 5mm。3.根据权利要求I所述的内部换热式加氢气化炉,其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪国庆，马丽荣，毕继诚，崔鑫，周三，
申请(专利权)人：新奥科技发展有限公司，
类型：实用新型
国别省市：