CN110835553B - 加氢气化方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种加氢气化方法，其采用加氢气化炉进行加氢气化，所述加氢气化炉包括炉体和内导流筒，所述炉体具有合成气出口、反应室和位于所述反应室下方的半焦暂存室，所述内导流筒的入口端与所述反应室的下端连接，所述合成气出口位于所述内导流体的出口端的上方，所述方法包括：在靠近所述入口端一侧的所述内导流筒内部，用第一激冷流体将来自所述反应室的加氢反应物的温度降至第一温度；在靠近所述内导流筒的出口端一侧的所述内导流筒与所述炉体之间，用第二激冷流体将自所述内导流筒下端流出的合成气体的温度降至第二温度，以终止气相反应。本发明的加氢气化方法可以防止油品过度加氢裂解，提高油品产率。

Description

加氢气化方法

技术领域

本发明属于煤转化技术领域，尤其涉及一种加氢气化方法。

背景技术

粉煤加氢气化是煤和氢气在中温高压条件反应生成富甲烷合成气、高附加值芳烃油品和高热值半焦的过程。煤与氢气的反应中，首先煤发生自身脱挥发分反应生成活性半焦，其挥发分加氢生成甲烷，活性半焦一部分与氢气反应生成甲烷，另一部分未参与反应的活性半焦失活生成惰性半焦，惰性半焦与氢气反应比较难。加氢气化一次反应是脱挥发分和部分活性半焦加氢的反应。煤脱挥发分的产物焦油以及烷烃等与氢气发生二次反应。其中二次反应包括，焦油加氢裂解，烷烃和不饱和烃加氢产生甲烷。煤发生自身脱挥发分的一次反应和脱挥发分的产物以及烷烃等与氢气的二次反应时间较短，基本上可在15s完成反应过程。一次反应中的活性半焦加氢过程是放热反应，且反应速率较慢，为了增加甲烷产率，现有技术一般采用降低反应温度和增加反应停留时间来促进活性半焦加氢产生甲烷过程，增加甲烷产率，但停留时间过长会导致二次反应中的芳烃油品过度裂解，导致油品产率降低。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种加氢气化方法，以防止油品过度加氢裂解，提高油品产率。

本发明实施例提供一种加氢气化方法，其采用加氢气化炉进行加氢气化，所述加氢气化炉包括炉体和内导流筒，所述炉体具有合成气出口、反应室和位于所述反应室下方的半焦暂存室，所述内导流筒的入口端与所述反应室的下端连接，所述合成气出口位于所述内导流体的出口端的上方，所述方法包括：

在靠近所述入口端一侧的所述内导流筒内部，用第一激冷流体将来自所述反应室的加氢反应物的温度降至第一温度；

在靠近所述内导流筒的出口端一侧的所述内导流筒与所述炉体之间，用第二激冷流体将自所述内导流筒下端流出的合成气体的温度降至第二温度，以终止气相反应。

可选的，所述第一温度为750～900℃。

可选的，所述第二温度不高于650℃。

可选的，所述第一激冷流体的喷射方向向所述内导流筒的下端一侧倾斜；所述第一激冷流体的喷射点在周向上均匀分布。

可选的，所述第一激冷流体的喷射方向与水平方向的夹角为20°～40°

可选的，所述第一激冷流体的射流速度为10～20m/s。

可选的，所述第一激冷流体的喷射位置在轴向上距离所述内导流筒的入口端1～1.5D，其中D为所述内导流筒的内径。

可选的，所述内导流筒的长度是其内径的3-4倍，以使所述第一激冷流体与所述加氢反应物混合均匀。

可选的，所述第二激冷流体为饱和水，所述饱和水经雾化与所述合成气体进行混合，将所述合成气体的温度降至第二温度；所述第二激冷流体的喷射点在周向上均匀分布。

可选的，所述第二激冷流体的喷射位置在轴向上距离所述内导流筒的出口端0.7-0.9D，径向距离所述内导流筒0.2～0.5L，其中D为所述内导流筒的内径，L为所述内导流筒在径向上至所述炉体的距离。

本发明实施例提供的加氢气化方法中，对加氢反应物进行两步激冷，其中，在内导流筒的入口端用第一激冷流体对加氢反应物进行一次激冷，使加氢反应物的温度由在反应室内的反应温度降至第一温度，有利于活性半焦进一步加氢气化生成甲烷。在内导流筒的出口端用第二激冷流体进行二次激冷，将惯性分离的合成气体的温度降低至第二温度，终止反应，防止油品过度加氢裂解。

应当理解，前面的一般描述和以下详细描述都仅是示例性和说明性的，而不是用于限制本发明。

本发明中描述的技术的各种实现或示例的概述，并不是所公开技术的全部范围或所有特征的全面公开。

附图说明

在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对本发明的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。

图1为本发明实施例的加氢气化方法采用的加氢气化炉的一实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例采用的加氢气化炉的一实施例的第一激冷流体的喷射头的布局的示意图；

图3为本发明实施例采用的加氢气化炉的一实施例的第一激冷流体的喷射头的结构的示意图；

图4为本发明实施例的加氢气化方法采用的加氢气化炉的一实施例的结构示意图；

图5为本发明实施例采用的加氢气化炉的一实施例的第二激冷流体的喷射机构的结构的示意图。

附图标记：

1-反应室；2-喷射头；3-内导流筒；4-合成气出口；5-第二激冷流体喷射机构；51-饱和水分配腔；52-雾化喷头；6-炉体；7-半焦暂存室。

具体实施方式

为了使得本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

为了保持本发明实施例的以下说明清楚且简明，本发明省略了已知功能和已知部件的详细说明。

加氢气化采用加氢气化炉进行。图1为本发明实施例的加氢气化方法采用的加氢气化炉的一实施例的结构示意图。参见图1，加氢气化炉包括炉体6和内导流筒3，炉体6具有合成气出口4、反应室1和位于反应室1下方的半焦暂存室7，内导流筒3的入口端与反应室1的下端连接，合成气出口4位于内导流体的出口端的上方。

煤在反应室1内进行加氢气化反应，首先煤发生自身脱挥发分生成活性半焦，挥发分与氢气反应生成甲烷，煤中活性半焦一部分与氢气反应生成甲烷，另一部分未参与反应的活性半焦失活生成惰性半焦。煤脱挥发分的产物焦油以及烷烃等与氢气会进一步发生二次裂解反应生成甲烷。反应后的高温混合产物(加氢反应物)进入反应室1下部连接的内导流筒3内，在此，活性半焦加氢产甲烷。反应物从内导流下部的出口喷出，由于半焦与合成气存在密度差，在惯性分离作用下，大部分半焦会继续向下运动到半焦暂存室7中，最终从气化炉底部出口排向下一单元。半焦排出气化炉之前，活性半焦还会继续和氢气进一步发生加氢产甲烷过程，此过程一定程度上增加了整体的碳转化率和甲烷产率，提高了加氢气化整体工艺的经济性。通过初步的惯性分离，高温反应物中的合成气会夹带少量半焦折返向上运动，从气化炉合成气出口44流出气化炉进入下一单元。

本发明实施例提供了一种加氢气化方法，该方法采用上述的加氢气化炉对煤进行加氢气化。参见图1，本发明实施例的加氢气化方法包括：

在靠近入口端一侧的内导流筒3内部，用第一激冷流体将来自反应室1的加氢反应物的温度降至第一温度；

在靠近内导流筒3的出口端一侧的内导流筒3与炉体6之间，用第二激冷流体将自内导流筒3下端流出的合成气体的温度降至第二温度，以终止气相反应。

本发明实施例提供的加氢气化方法中，对加氢反应物进行两步激冷，其中，在内导流筒3的入口端用第一激冷流体对加氢反应物进行一次激冷，使加氢反应物的温度由在反应室1内的反应温度降至第一温度，有利于活性半焦进一步加氢气化生成甲烷。在内导流筒3的出口端用第二激冷流体进行二次激冷，将惯性分离的合成气体的温度降低至第二温度，终止反应，防止油品过度加氢裂解。

本发明实施例中，反应室1内的反应温度为900～1000℃。高温反应物由反应室1进入与反应室1下端连接的内导流筒3，活性半焦在内导流筒3内进一步加氢气化生成甲烷。活性半焦加氢气化生成甲烷放热，会使反应物的温度进一步提高，影响活性半焦加氢气化生成甲烷的正向反应过程。本发明实施例中，在内导流筒3的入口端对高温反应物一次激冷，将反应物的温度降低，有利于活性半焦进一步加氢气化生成甲烷的正向反应过程。

本发明实施例中，第一激冷流体可以选择合成气或者该流程的后***中被净化后的粗煤气等。

一些实施例中，对高温反应物一次激冷，将反应物的温度降至第一温度的具体取值范围可以是750～900℃。通过一次激冷，将反应物的温度降至750～900℃，可以保证反应物的进一步反应，而且消除了反应放热，使反应温度过高，影响活性半焦加氢气化生成甲烷的正向反应过程问题。通过一次激冷，将反应物的温度降至750～900℃，有利于活性半焦加氢气化生成甲烷的正向反应过程，提高产率。

本发明实施例中，第一激冷流体的喷射点在周向上均匀分布。参见图2，可以通过在内导流筒3内设置多个喷射头2，多个喷射头2在轴向上均匀分布，从而实现第一激冷流体在内导流筒3内多点喷射，且多个喷射点(喷射头2)在周向上均匀分布。第一激冷流体的喷射点在周向上均匀分布，可以使第一激冷流体与反应物混合更加均匀，激冷效果好。第一激冷流体的喷射点(喷射头2)可以是2个或两个以上。示例性实施例中，第一激冷流体的喷射点的个数为偶数，多个喷射点两两相对设置。多个喷射点两两相对设置，通过对射冲击，使激冷流体与反应物混合更均匀，激冷效果好。当然，第一激冷流体的喷射点的个数也可以为奇数。

本发明实施例中，第一激冷流体可以是径向喷射。依靠回流和卷吸流与反应室1下来的平推流的高温反应物混合均匀，降低反应物的温度。例如，四个喷射点两两相对设置。

一些实施例中，参见图3，第一激冷流体的喷射方向向内导流筒3的下端一侧倾斜。本发明实施例中，第一激冷流体的喷射方向向下倾斜，与水平方向呈一定的夹角α。可以减小第一激冷流体喷射后形成向上的流股扰乱上部反应流场，避免影响上部反应室1内的反应过程。通过第一激冷流体的喷射方向向内导流筒3的下端一侧倾斜，即使有一小流股上移运动，但影响区域也非常小，不会对上部的反应室1造成不利影响。

一些实施例中，第一激冷流体的喷射方向与水平方向的夹角α为20°～40°。例如，第一激冷流体的喷射方向与水平方向的夹角α可以是30°。

本发明实施例中，第一激冷流体的射流速度影响激冷效果。示例性实施例中，第一激冷流体的射流速度为10～20m/s。例如，第一激冷流体的射流速度为12m/s、15m/s、16m/s、18m/s等。

本发明实施例中，在靠近内导流筒3的入口端用第一激冷流体进行一次激冷。示例性实施例中，第一激冷流体的喷射位置在轴向上距离内导流筒3的入口端1～1.5D，其中D为内导流筒3的内径。在内导流筒3内，距离内导流筒3的入口端1～1.5D的位置进行一次激冷，可以使反应室1内的高温反应物进入内导流筒3后尽快冷却，提高活性半焦加氢产生甲烷的产率。而不会影响到反应室1内的反应。

本发明实施例中，为了使活性半焦在内导流筒3中进一步反应，反应物应具有足够高的温度。另外，活性半焦加氢气化生成甲烷为放热反应。因此，从内导流筒3的出口喷出的反应物的温度仍然很高，在由合成气出口4排出之前，芳烃油品会进一步裂解，导致油品产率降低，从而降低加氢气化的经济性。本发明实施例中，在靠近内导流筒3的出口端一侧的，内导流筒3与炉体6之间的环状空间内进行二次激冷，使合成气体的温度降至第二温度，终止气相反应。可以避免芳烃油品进一步裂解。参见图2和图5，可以通过设置在环状空间内的第二激冷流体喷射机构5在环状空间内喷射第二激冷流体进行二次激冷。

第二激冷流体与内导流筒3外壁面相接触，对内导流筒3金属壁面进行冷却降温，间接对内导流筒3中的高温反应物降温。第二激冷流体撞击内导流筒3金属外壁后会形成扩散的卷吸流，与流经环状空间的高温合成气直接接触，使合成气体的温度降至第二温度，终止气相反应。由于惯性分离，大部分半焦向下运动至半焦暂存室7，不用进入二次激冷区，二次激冷只需对合成气体冷却，大大降低了第二激冷流体的用量。

一些实施例中，第二温度不高于650℃。二次激冷将合成气体的温度降至650℃以下，即可避免芳烃油品裂解过度。当然，该实施例并不排除将合成气体的温度降至其他具体数值，本领域技术人员在该实施例的提示下，可以进行调整。

本发明实施例中，内导流筒3应该具有足够的长度，保证第一激冷流体与反应物混合均匀。示例性实施例中，内导流筒3的长度是其内径D的3-4倍。3-4D的长度，可以使第一激冷流体与加氢反应物混合均匀，内导流筒3出口处的温度分布基本一致。

一些实施例中，第二激冷流体为饱和水，饱和水经雾化与合成气体进行混合，将合成气体的温度降至第二温度。激冷源选择饱和水，可以利用雾化喷头52的雾化过程将饱和水雾化成小液滴，然后和合成气体进行混合，将合成气体低至650℃以内，以便终止反应，防止油品过度加氢裂解。采用饱和水作为第二激冷流体，可以降低第二激冷流体的使用量，从而降低第二激冷流体的压缩功，提高经济性。

一些实施例中，参见图1、图4和图5，可以通过将雾化喷头52等在周向上均匀分布，实现第二激冷流体的喷射点在周向上均匀分布。第二激冷流体的喷射点在周向上均匀分布，可以使第二激冷流体与合成气体混合更加均匀，激冷效果好。第二激冷流体的喷射点(例如设置的雾化喷头52)可以是2个或两个以上。参见图4和图5，可以是在内导流筒3的外侧环向空间设置饱和水分配腔51，饱和水分配腔51轴向高度设在距内导流筒3出口端上方0.7-0.9D位置，D为内导流筒3的内径。例如可以是0.8D。径向上可以是在外环中间位置。环状的饱和水分配腔51上均匀设有m2个雾化喷头52。设置的多个雾化喷头52可将雾化后的饱和水均匀分散在内导流筒3外环，更有利于将出气化炉出口的高温反应物混合均匀。示例性实施例中，m2≥20个。雾化喷头52向下设置，可以使向下喷射的第二激冷流体与向上的合成气体撞击，混合均匀。

一些实施例中，第二激冷流体的喷射位置在轴向上距离内导流筒3的出口端0.8D，D为内导流筒3的内径。距离内导流筒3的出口端0.8D的位置进行二次激冷，可以使高温反应物喷出内导流筒3前，先被间接冷却，惯性分离后的合成气体可以被迅速冷却至终止气相反应的温度，避免过度裂解。

一些实施例中，内导流筒3的出口端还可以连接有喇叭形的扩散头。

一些实施例中，第二激冷流体的喷射位置径向至内导流筒3的距离为0.2～0.5L，L为内导流筒3在径向上至炉体6的距离。例如图1中所示的，第二激冷流体的喷射位置(雾化喷头52)径向至内导流筒3的距离为0.3L。再例如，图4中所示的，第二激冷流体的喷射位置(饱和水分配腔51)径向至内导流筒3的距离为0.5L。第二激冷流体的喷射位置径向距离内导流筒3的0.2～0.5L，既可以使第二激冷流体与内导流筒3外壁面相接触，对内导流筒3金属壁面进行冷却降温，间接对内导流筒3中的高温反应物降温。并且，第二激冷流体撞击内导流筒3金属外壁后会形成扩散的卷吸流，与流经环状空间的高温合成气直接接触，使合成气体的温度降至第二温度，终止气相反应。

以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。

Claims (8)

1.一种加氢气化方法，其采用加氢气化炉进行加氢气化，所述加氢气化炉包括炉体和内导流筒，所述炉体具有合成气出口、反应室和位于所述反应室下方的半焦暂存室，所述内导流筒的入口端与所述反应室的下端连接，所述合成气出口位于所述内导流筒的出口端的上方，所述方法包括：

在靠近所述入口端一侧的所述内导流筒内部，用第一激冷流体将来自所述反应室的加氢反应物的温度降至第一温度，有利于活性半焦进一步加氢气化生成甲烷，所述第一温度为750～900℃；

在靠近所述内导流筒的出口端一侧的所述内导流筒与所述炉体之间，用第二激冷流体将自所述内导流筒下端流出的合成气体的温度降至第二温度，以终止气相反应，所述第二温度不高于650℃。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一激冷流体的喷射方向向所述内导流筒的下端一侧倾斜；所述第一激冷流体的喷射点在周向上均匀分布。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一激冷流体的喷射方向与水平方向的夹角为20°～40°。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一激冷流体的射流速度为10～20m/s。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一激冷流体的喷射位置在轴向上距离所述内导流筒的入口端1～1.5D ，其中D为所述内导流筒的内径。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内导流筒的长度是其内径的3-4倍，以使所述第一激冷流体与所述加氢反应物混合均匀。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二激冷流体为饱和水，所述饱和水经雾化与所述合成气体进行混合，将所述合成气体的温度降至第二温度；所述第二激冷流体的喷射点在周向上均匀分布。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二激冷流体的喷射位置在轴向上距离所述内导流筒的出口端0.7-0.9D，径向距离所述内导流筒0.2～0.5L，其中D为所述内导流筒的内径，L为所述内导流筒在径向上至所述炉体的距离。

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