專利名稱:一種煤液化反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型涉及煤化工領(lǐng)域,特別是煤直接液化的核心設(shè)備液化反應(yīng)器,尤其是涉及一種用于氣-液-固三相共存且固含量很高(在40%以上)的反應(yīng)條件下的反應(yīng)器。
背景技術(shù):
以煤代油是我國一項非常重要的能源政策,煤炭直接液化技術(shù)對擺脫我國石油短 缺的局面具有十分重要的意義。煤制油技術(shù)是一種清潔高效的煤利用技術(shù),符合國家提高 能源效益和降低排放污染的要求,可以保障國家石油安全,其推廣應(yīng)用的前景十分廣闊。在煤的直接液化工藝中,液化反應(yīng)器是整個液化過程的核心設(shè)備,目前已開發(fā)的 煤直接液化工藝中,液化反應(yīng)器多采用鼓泡床反應(yīng)器或強(qiáng)制循環(huán)懸浮床反應(yīng)器,其中鼓泡 床反應(yīng)器存在氣泡分布不均勻,并有氣泡短路現(xiàn)象,氣含率偏高,反應(yīng)器有效容積偏小,流 體流動紊亂,沿軸向表觀液速較小。懸浮床反應(yīng)器是近十幾年來開發(fā)的新型設(shè)備,懸浮床反 應(yīng)器是通過位于反應(yīng)器底部的外循環(huán)泵使液相在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行循環(huán),達(dá)到全返混反應(yīng)器模 式。它能大大提高氣液固三相的傳熱和傳質(zhì)效率。但是煤漿加氫過程中物料的固含量高, 反應(yīng)器內(nèi)容易發(fā)生聚集或結(jié)焦現(xiàn)象,特別是在底部、壁面,頂部及有內(nèi)構(gòu)件的部位,嚴(yán)重影 響反應(yīng)器的正常運行。中國專利200510097409. 0中所述煤直接液化磁力刮刀環(huán)流反應(yīng)器,其特征包括 內(nèi)外筒結(jié)構(gòu),物料從內(nèi)筒底部的孔板分布器進(jìn)入,沿中心管內(nèi)上升,達(dá)到筒頂后,通過中心 筒和外筒的環(huán)間向下流動,而后在底部封頭進(jìn)入中心筒上流,形成環(huán)流。環(huán)流的動力靠煤漿 進(jìn)入口動能、氫氣的浮力和中心筒內(nèi)外流的密度差,依靠循環(huán)流速度和湍動強(qiáng)度,防止煤漿 在反應(yīng)器內(nèi)結(jié)焦,并依靠磁力引導(dǎo)筒內(nèi)刮刀清除外筒內(nèi)壁的結(jié)焦。磁力刮刀除焦,限制了反 應(yīng)器的材質(zhì)必須是沒有磁性的材料。這大大限制了適用范圍。而且刮刀依靠磁力引導(dǎo)遇到 沉積的塊狀物料時可能出現(xiàn)脫落,影響反應(yīng)器內(nèi)物料的流動。中國專利01233568. 1中所述反應(yīng)器為上下兩個環(huán)形筒的反應(yīng)器,上筒直徑和長 度大于內(nèi)筒,物料從位于下環(huán)筒的孔板分布器進(jìn)入反應(yīng)器。依靠上下兩個環(huán)流使得反應(yīng)器 內(nèi)物料處于全返混狀態(tài),反應(yīng)后物料從底部排料口排出。對于煤直接液化等高固含量的三 相物料環(huán)流強(qiáng)度不夠,容易沉積到下環(huán)流在反應(yīng)器底部形成沉積,需要定時排料消除反應(yīng) 器沉積的影響。但煤液化是高溫高壓反應(yīng)條件的反應(yīng),定時排料對反應(yīng)器外部切斷設(shè)備要 求高,且操作有一定的危險性。在煤直接液化的工藝中,反應(yīng)物料煤漿中固體顆粒煤粉含量在40%以上,反應(yīng)溫 度在450°C以上,反應(yīng)壓力在20MPa左右,易在反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生沉積或結(jié)焦現(xiàn)象,特別是在底 部、壁面,頂部及有內(nèi)構(gòu)件的部位,嚴(yán)重時影響反應(yīng)器的正常運行,并導(dǎo)致裝置運行的不穩(wěn)定。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷,提供一種可提高物料在反應(yīng)器內(nèi)的流速,防止沉積產(chǎn)生的煤液化反應(yīng)器。本實用新型的目的可以通過以下 技術(shù)方案來實現(xiàn)一種煤液化反應(yīng)器,其特征在 于,該反應(yīng)器包括排料口 1、上封頭3、循環(huán)杯4、循環(huán)管5、筒體6、分配盤8、下封頭9、進(jìn)料 口 11、循環(huán)物料出口 12、排料管16 ;所述的排料口 1設(shè)置在上封頭3上,排料口 1下端連接 排料管16,所述的循環(huán)杯4上端杯口在上封頭3內(nèi),下端連接循環(huán)管5,循環(huán)管5另一端連 接設(shè)置在反應(yīng)器底部的循環(huán)物料出口 12,所述的循環(huán)管5設(shè)置在筒體6內(nèi),所述的分配盤8 設(shè)置在下封頭9上方,所述的進(jìn)料口 11設(shè)置在反應(yīng)器底部下封頭9下方。所述的上封頭3的截面呈半圓形,所述的循環(huán)杯4的截面呈漏斗形,循環(huán)杯4上沿 位于上封頭3半圓線以上。所述的循環(huán)管5外,周向設(shè)置穿過循環(huán)杯4的測溫組件2。所述的筒體6上部與上封頭3間設(shè)置循環(huán)杯4,循環(huán)杯4與反應(yīng)器內(nèi)壁間設(shè)有間 隙。所述的分布盤8上周向均布設(shè)有多個分布器7。所述的分布器7設(shè)有3-8個,分布器7上設(shè)有帽罩72,分布器7內(nèi)設(shè)有升氣管73。所述的進(jìn)料口 11上設(shè)置錐形帽分布器10。所述的排料管16伸入反應(yīng)器內(nèi),排料管16下端開有均布的矩形縫,縫隙數(shù)為3-5 個,縫隙長為0. 85-0. 95倍的排料管16伸入反應(yīng)器內(nèi)的深度。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實用新型反應(yīng)器具有以下優(yōu)點(1)反應(yīng)器采用循環(huán)杯循環(huán)管結(jié)構(gòu),可以實現(xiàn)反應(yīng)期內(nèi)的物料處于全返混狀態(tài),傳 熱與傳質(zhì)效果優(yōu)越。(2)反應(yīng)器循環(huán)杯和排料管的結(jié)構(gòu)形式和相對位置的布置,可以保持物料在循環(huán) 杯內(nèi)分離,反應(yīng)器頂部氣層穩(wěn)定,使得循環(huán)杯內(nèi)充滿液體,也可以保證物料不斷的沖刷反應(yīng) 器頂部,防止在反應(yīng)器頂部和循環(huán)杯內(nèi)沉積結(jié)焦。(3)反應(yīng)器采用二次分配,反應(yīng)器分配盤采用合理的結(jié)構(gòu),保證物料均勻流動,氣 液分界面穩(wěn)定,避免在分配盤上下結(jié)焦和筒體上出現(xiàn)掛壁。
圖1為本實用新型反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖;圖2為本實用新型反應(yīng)器循環(huán)部分的結(jié)構(gòu)示意圖;圖3為本實用新型反應(yīng)器分布器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖1-3所示,本實用新型煤液化反應(yīng)器,該反應(yīng)器包括排料口 1、測溫組件2、上 封頭3、循環(huán)杯4、循環(huán)管5、筒體6、分布器7、分配盤8、下封頭9、錐形帽分布器10、進(jìn)料口 11、循環(huán)物料出口 12、緊固組件13、密封墊14、連接塊15、排料管16;所述的排料口 1設(shè)置 在上封頭3上,排料口 1下端連接排料管16,上封頭3的截面呈半圓形,所述的循環(huán)杯4的 截面呈漏斗形,循環(huán)杯上端杯口在上封頭3內(nèi),下端連接循環(huán)管5,循環(huán)管5另一端連接設(shè)置 在反應(yīng)器底部的循環(huán)物料出口 12,所述的循環(huán)管5設(shè)置在筒體6內(nèi),循環(huán)管5外周向設(shè)置穿過循環(huán)杯4的測溫組件2,筒體6上部與上封頭3間設(shè)置循環(huán)杯4,循環(huán)杯4與反應(yīng)器內(nèi)壁 間設(shè)有間隙,所述的分配盤8設(shè)置在下封頭9上方,分布盤8上周向均布設(shè)有多個分布器7, 分布器7可設(shè)3-8個,分布器7上設(shè)有帽罩72,帽罩72頂部通過螺栓螺母及墊片71固定, 分布器7內(nèi)設(shè)有升氣管73,所述的進(jìn)料口 11設(shè)置在反應(yīng)器底部下封頭9下方,進(jìn)料口 11上 設(shè)置錐形帽分布器10,分配盤8橫設(shè)于反應(yīng)器下部,由緊固組件13進(jìn)行緊固,分配盤8周邊 設(shè)有密封墊14,所述的循環(huán)管5上設(shè)有連接塊15,所述的排料管16伸入反應(yīng)器內(nèi),排料管 16下端開有均布的矩形縫,縫隙數(shù)為3-5個,縫隙長為0. 85-0. 95倍的排料管16伸入反應(yīng) 器內(nèi)的深度。 反應(yīng)器采用底部進(jìn)料口 11進(jìn)料,進(jìn)料口 11出口裝有錐形帽分配器10,物料進(jìn)入反 應(yīng)器下部后通過分配盤8上的帽罩分布器7進(jìn)行再分配。在高溫高壓的條件下,在反應(yīng)器 中段煤粉進(jìn)行加氫反應(yīng),通過漏斗形循環(huán)杯4和循環(huán)筒體6的間隙進(jìn)入反應(yīng)器上部,反應(yīng)生 成氣在反應(yīng)器上部形成氣層,起到緩沖液體作用,并從排料管16排出,剩余物料在循環(huán)杯4 內(nèi)實現(xiàn)氣液分離。氣體和氣化的輕質(zhì)油等由于比重輕,在循環(huán)杯3內(nèi)被分離,部分未完全反 應(yīng)物由于壓差作用也從排料口 1排出,大部分未完全反應(yīng)物重組分通過分離后進(jìn)入循環(huán)杯 4底部,通過與之相連的循環(huán)管5進(jìn)入反應(yīng)器底部,從循環(huán)物料排出口 12排出反應(yīng)器,通過 出口管路進(jìn)入循環(huán)泵,再被循環(huán)泵壓回與新鮮補(bǔ)充物料混合后進(jìn)入反應(yīng)器繼續(xù)反應(yīng)。反應(yīng) 器循環(huán)管5外,周向布置一組熱電偶測溫2,熱電偶上部可以穿過反應(yīng)器循環(huán)杯4。作為優(yōu)選實施方式,在反應(yīng)器筒體上部與上封頭間設(shè)置循環(huán)杯4,反應(yīng)器內(nèi)徑為 D,循環(huán)杯4外壁與反應(yīng)器內(nèi)壁的間距r為0.01 0. 03D,所設(shè)置的循環(huán)杯4上沿位于反應(yīng)器 上封頭半圓線以上,距離排料管16的距離H1為0. 12 0. 25D,最佳距離為0. 14 0. 16D。 這種結(jié)構(gòu)即可以保證物料在反應(yīng)器循環(huán)杯4內(nèi)實現(xiàn)分離,未完全反應(yīng)物料循環(huán)利用,強(qiáng)化 物料返混效果,防止在循環(huán)杯內(nèi)沉積結(jié)焦。排料管16伸入反應(yīng)器內(nèi)的深度H2為0. 30 0. 50D,排料管16下端開有均布的矩形縫,縫隙數(shù)N1為3 5,縫隙長度H3為0. 55 0. 95H2。 保證在反應(yīng)器頂部形成氣體層,反應(yīng)物料通過循環(huán)杯4和筒體6的縫隙后也可不斷沖刷到 反應(yīng)器頂部,防止在此沉積。作為優(yōu)選實施方式,反應(yīng)器進(jìn)料采用兩次分配,第一次在進(jìn)料管出口 11采用錐形 帽分布器或帽罩分布器10進(jìn)行初次分配,使得進(jìn)入反應(yīng)器的氣體以小氣泡上升,降低對氣 液界面的擾動;物料通過反應(yīng)器分布盤8進(jìn)行二次分配,分布盤8上周向均布有帽罩分布器 7,分布器的個數(shù)N2為3 8,在滿足流量、流速限制的條件下,選擇盡量少的帽罩分布器,提 高物料的流速,增加液體在分布盤8上的攪動作用,防止在分布盤8上沉積結(jié)焦。分布器帽 罩72到分布盤8的距離h為2-15mm。分布器7的升氣管73下端開有矩形縫隙,縫隙數(shù)N3 為3 10,由于生氣管的結(jié)構(gòu)使得分布盤8下方形成一個氣體層,保護(hù)分布盤8,防止在其 下方有煤漿沉積,氣液界面穩(wěn)定,防止煤漿掛壁沉積結(jié)焦。實施例1含固量為45%煤漿的進(jìn)料量為640kg/h,氫氣進(jìn)料量為700Nm3/h,兩物料在管道內(nèi) 混合后進(jìn)入本實用新型設(shè)計的煤液化反應(yīng)器。反應(yīng)器底部進(jìn)料口相接的是錐形帽分布器, 混合物料進(jìn)入后進(jìn)行一次分布,從周向均勻進(jìn)入反應(yīng)器下封頭。反應(yīng)器分布盤上均布五個 帽罩分布器,分布器升氣管均勻開有5條矩形縫隙,帽罩到分布盤的距離h為7. 2mm ;物料 從反應(yīng)器進(jìn)料口進(jìn)入,通過錐形帽分布器保證沒有大的氣泡擾動氣液界面,通過分布盤和分布器的機(jī)構(gòu)在分布盤下方形成氣層,物料通過分布盤后均勻的上升,在450°C,20MP的條件下在反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)。反應(yīng)器內(nèi)徑D為410mm,循環(huán)杯與反應(yīng)器內(nèi)壁間距r為7. 2mm,循環(huán) 杯到排料管距離H1為58mm,排料管伸入反應(yīng)器內(nèi)的深度H2為150mm,其上開有四條矩形縫 隙,縫隙的長度氏為90_。反應(yīng)后通過循環(huán)杯和反應(yīng)器筒體形成的間隙,反應(yīng)氣在反應(yīng)器 頂部形成一個氣層并由排出口排出,部分未反應(yīng)的物料在循環(huán)杯內(nèi)實現(xiàn)分離,液固相重組 分經(jīng)過循環(huán)管,通過循環(huán)物料排出口至循環(huán)泵。在反應(yīng)器的進(jìn)料口與新鮮進(jìn)料混合后再次 進(jìn)入反應(yīng)器。經(jīng)過一個試驗周期的運行后,拆檢反應(yīng)器,原先存在的沉積現(xiàn)象消失,反應(yīng)器 的內(nèi)壁、分布盤、循環(huán)杯等處均無沉積現(xiàn)象。
權(quán)利要求一種煤液化反應(yīng)器,其特征在于,該反應(yīng)器包括排料口(1)、上封頭(3)、循環(huán)杯(4)、循環(huán)管(5)、筒體(6)、分配盤(8)、下封頭(9)、進(jìn)料口(11)、循環(huán)物料出口(12)、排料管(16);所述的排料口(1)設(shè)置在上封頭(3)上,排料口(1)下端連接排料管(16),所述的循環(huán)杯(4)上端杯口在上封頭(3)內(nèi),下端連接循環(huán)管(5),循環(huán)管(5)另一端連接設(shè)置在反應(yīng)器底部的循環(huán)物料出口(12),所述的循環(huán)管(5)設(shè)置在筒體(6)內(nèi),所述的分配盤(8)設(shè)置在下封頭(9)上方,所述的進(jìn)料口(11)設(shè)置在反應(yīng)器底部下封頭(9)下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤液化反應(yīng)器,其特征在于,所述的上封頭(3)的截面呈 半圓形,所述的循環(huán)杯(4)的截面呈漏斗形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤液化反應(yīng)器,其特征在于,所述的循環(huán)管(5)外,周向 設(shè)置穿過循環(huán)杯(4)的測溫組件(2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤液化反應(yīng)器,其特征在于,所述的筒體(6)上部與上封 頭(3)內(nèi)設(shè)置循環(huán)杯(4),循環(huán)杯(4)與反應(yīng)器內(nèi)壁間設(shè)有間隙。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤液化反應(yīng)器,其特征在于,所述的分布盤(8)上周向均 布設(shè)有多個分布器(7)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種煤液化反應(yīng)器,其特征在于,所述的分布器(7)設(shè)有3-8 個,分布器(7)上設(shè)有帽罩(72),分布器(7)內(nèi)設(shè)有升氣管(73)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤液化反應(yīng)器,其特征在于,所述的進(jìn)料口(11)上設(shè)置 錐形帽分布器(10)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤液化反應(yīng)器,其特征在于,所述的排料管(16)伸入反 應(yīng)器內(nèi),排料管(16)下端開有均布的矩形縫,縫隙數(shù)為3-5個,縫隙長為0. 85-0. 95倍的排 料管(16)伸入反應(yīng)器內(nèi)的深度。
專利摘要本實用新型涉及一種煤液化反應(yīng)器,該反應(yīng)器包括排料口(1)、上封頭(3)、循環(huán)杯(4)、循環(huán)管(5)、筒體(6)、分配盤(8)、下封頭(9)、進(jìn)料口(11)、循環(huán)物料出口(12)、排料管(16);所述的排料口(1)設(shè)置在上封頭(3)上,排料口(1)下端連接排料管(16),所述的循環(huán)杯(4)上端杯口在上封頭(3)內(nèi),下端連接循環(huán)管(5),循環(huán)管(5)連接反應(yīng)器底部的循環(huán)物料出口(12),所述的循環(huán)管(5)設(shè)置在筒體(6)內(nèi),所述的分配盤(8)設(shè)置在下封頭(9)上方,所述的進(jìn)料口(11)設(shè)置在反應(yīng)器底部下封頭(9)下方。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實用新型具有可提高物料在反應(yīng)器內(nèi)的流速,防止沉積產(chǎn)生等優(yōu)點。
文檔編號C10G1/06GK201598265SQ20092021380
公開日2010年10月6日 申請日期2009年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者蘭建華, 劉鋒, 李克健, 李永倫, 楊葛靈, 王國棟, 章序文, 高山松 申請人:神華煤制油研究中心有限公司