CN214115448U - 一种煤加氢气化反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种煤加氢气化反应器,包括：壳体、煤粉输送管道及设置在所述壳体内的氢气输送管道；所述煤粉输送管道的出口端与所述壳体的顶部相连通，且沿竖直方向伸入所述壳体的内部；所述氢气输送管道环设于所述壳体内壁，且所述氢气输送管道上开设有若干氢气喷射口，用以向所述壳体内喷射氢气，以使氢气与煤粉混合。本实用新型中，通过在壳体顶部设置煤粉进口，与煤粉输送管道连通；在壳体内部环设氢气输送管道，煤粉输送管道和氢气输送管道独立设置，能有效增加煤粉的输送量和氢气的输送量，在不增加反应器开孔数量的情况下，满足了工业规模反应器的规模处理量需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及煤气化技术领域，具体而言，涉及一种煤加氢气化反应器。
背景技术
煤加氢气化的反应器采用的烧嘴多数是一体化的烧嘴，氢气管道与煤粉管道都集中做成一体式，煤粉管道采用密相输送，输送量受限，因此这种一体式烧嘴在工业放大过程中一般是通过增加烧嘴数量的形式来提高反应器的规模，但是，由于加氢气化是中高压7-10MPa，中高温800-1000℃下操作，对于这种中高温的压力容器，一般是要求尽量减少开孔数量，以减少泄露风险。因此，如何在不增加烧嘴开孔数量的情况下，增大反应器的规模处理量，满足千吨级乃至更大工业化规模生产的反应器需求是目前需要解决的主要问题。
发明内容
鉴于此，本实用新型提出了一种煤加氢气化反应器，旨在解决现有煤加氢气化反应器中单管道煤粉输送量受限的问题。
本实用新型提出了一种煤加氢气化反应器，包括：壳体、煤粉输送管道及设置在所述壳体内的氢气输送管道；其中，所述煤粉输送管道的出口端与所述壳体的顶部相连通，且沿竖直方向伸入所述壳体的内部；所述氢气输送管道环设于所述壳体内壁，且所述氢气输送管道上开设有若干氢气喷射口，用以向所述壳体内喷射氢气，以使氢气与煤粉混合。
进一步地，上述煤加氢气化反应器中，所述煤粉输送管道伸入所述壳体内的长度与所述煤粉输送管道的内径之比为1:2~1:4。
进一步地，上述煤加氢气化反应器中，所述煤粉输送管道位于所述壳体内部的管段的底端与所述氢气输送管道所处平面之间的垂直距离与所述煤粉输送管道的内径之比为1:1~1:5。
进一步地，上述煤加氢气化反应器中，所述煤粉输送管道位于所述壳体内部的管段为竖直管段，所述竖直管段与所述氢气输送管道的环形外壁之间形成一以所述竖直管段的中轴线为旋转轴，以所述竖直管段的顶点与所述氢气输送管道外壁周向上各点之间的连线为母线的圆锥区域，所述旋转轴与所述母线之间的夹角为30-60℃。
进一步地，上述煤加氢气化反应器中，所述氢气输送管道包括：氢气环管和沿所述氢气环管的周向分布的多个氢气支管；其中，所述氢气环管和各所述氢气支管均平行于所述壳体的横截面设置；所述氢气环管朝向壳体中心的一侧开设有若干氢气喷射口，各所述氢气支管的进口与所述氢气环管上对应的氢气喷射口连通，且各所述氢气支管的出口朝向所述壳体中心设置。
进一步地，上述煤加氢气化反应器中，所述壳体内部还设置有氧气输送管道；所述氧气输送管道环设于所述壳体内壁，且所述氧气输送管道上开设有若干氧气喷射口，用以向所述壳体内喷射氧气，以使氢气与氧气发生燃烧反应。
进一步地，上述煤加氢气化反应器中，所述氧气输送管道包括：氧气环管和沿所述氧气环管的周向分布的多个氧气支管；其中，所述氧气环管平行于所述壳体的横截面设置，且所述氧气环管朝向壳体中心的一侧开设有若干氧气喷射口；各所述氧气支管的进口与所述氧气环管上对应的氧气喷射口连通，各所述氧气支管自所述氧气环管所在的平面向所述氢气输送管道倾斜设置，且各所述氧气支管的出口朝向所述壳体中心设置。
进一步地，上述煤加氢气化反应器中，每个所述氢气支管的长度与该氢气支管的内径之比为1:10~1:50；和/或每个所述氧气支管的长度与该氧气支管的内径之比为1:10~1:50。
进一步地，上述煤加氢气化反应器中，所述氧气环管与所述氢气环管之间的垂直距离与所述氧气环管的内径比为1:1~1:5。
进一步地，上述煤加氢气化反应器中，各所述氧气支管与各所述氢气支管一一对应设置，且每个所述氢气支管与对应的所述氧气支管之间的夹角为40-70°。
本实用新型提供的煤加氢气化反应器，通过在壳体顶部设置煤粉进口，与煤粉输送管道连通；在壳体内部环设氢气输送管道，煤粉输送管道和氢气输送管道独立设置，能有效增加煤粉的输送量和氢气的输送量，在不增加反应器开孔数量的情况下，满足了工业规模反应器的规模处理量需求。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本实用新型实施例提供的煤加氢气化反应器的剖面结构示意图；
图2为本实用新型实施例中氢气输送管道的俯视图；
图3为本实用新型实施例中氧气输送管道的俯视图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
参阅图1，本实用新型实施例的煤加氢气化反应器包括：壳体1、煤粉输送管道2和设置在壳体1内的氢气输送管道3；其中，所述煤粉输送管道2的出口端与所述壳体1的顶部相连通，且沿竖直方向伸入所述壳体1的内部；所述氢气输送管道3环设于所述壳体1内壁，且所述氢气输送管道3上开设有若干氢气喷射口，用以向所述壳体1内喷射氢气，以使氢气与煤粉混合。
具体而言，壳体1的顶部和底部可以为椭圆形，中部为圆柱状筒体。壳体1顶部中心可以开设有煤粉入口，煤粉输送管道2的一端与称重螺旋给料机5连通，一端与壳体1顶部的煤粉入口连通。通过调整螺旋给料机的螺旋管直径及螺旋转速、煤粉管道直径等，可以实现远高于密相输送的煤粉输送量。
氢气输送管道3沿壳体1的内壁环设于壳体1内，氢气输送管道3位于煤粉输送管道2的下方，以向壳体1内喷射氢气，使得氢气与煤粉输送管道2输入的煤粉混合并发生反应。
优选的，所述煤粉输送管道2伸入所述壳体1内的长度与所述煤粉输送管道2的内径之比为1:2~1:4。
更优选的，所述煤粉输送管道2位于所述壳体1内部的管段的底端与所述氢气输送管道3所处平面之间的垂直距离与所述煤粉输送管道2的内径之比为1:1~1:5。
进一步优选的，所述煤粉输送管道2位于所述壳体1内部的管段为竖直管段，所述竖直管段与所述氢气输送管道3的环形外壁之间形成一以所述竖直管段的中轴线为旋转轴，以所述竖直管段的顶点与所述氢气输送管道3外壁周向上各点之间的连线为母线的圆锥区域，所述旋转轴与所述母线之间的夹角为30-60℃，便于通过煤粉输送管道2进入壳体1的煤粉能以一定发散的形状与从氢气输送管道3喷出的氢气相碰撞，并能使得氢气流与煤粉流碰撞时，还能保持一定的速度和力度，能够更好地实现对煤粉的冲击和混合，有效促进煤粉与氢气的充分接触和反应。
氢气输送管道3与壳体1外部的氢气总管30连通，进入壳体1外部的氢气总管30的高压原料氢气会预先加热到一定温度，以方便高压热氢气遇到氧气时能自发燃烧，加热方式可选直接加热或间接换热，此处不做具体限定。
上述显然可以得出，本实施例中提供的煤加氢气化反应器，通过在壳体顶部设置煤粉进口，与煤粉输送管道连通；在壳体内部环设氢气输送管道，煤粉输送管道和氢气输送管道独立设置，能有效增加煤粉的输送量和氢气的输送量，在不增加反应器开孔数量的情况下，满足了工业规模反应器的规模处理量需求。
参阅图2，上述实施例中，所述氢气输送管道3包括：氢气环管31和沿所述氢气环管31的周向分布的多个氢气支管32；其中，所述氢气环管31和各所述氢气支管32均平行于所述壳体1的横截面设置；所述氢气环管31朝向壳体1中心的一侧开设有若干氢气喷射口，各所述氢气支管32的进口与所述氢气环管31上对应的氢气喷射口连通，且各所述氢气支管32的出口朝向所述壳体1中心设置。
具体而言，氢气环管31和氢气支管32均与水平面平行设置，各氢气支管32在环管上均匀对称设置，以便于各氢气支管32喷出的氢气形成对撞作用，并对下落的煤粉形成撞击分散作用，充分分散反应器中部的煤粉，提高煤粉和氢气混合的均匀程度，增加煤粉与氢气的接触面积，促进煤气化反应的发生并提高反应程度。
优选的，每个所述氢气支管32的长度与该氢气支管32的内径之比为1:10~1:50，可以在节省氢气输送管道3的材料的同时能够很好地限定氢气的喷射角度和方向。
结合图1和图3，上述各实施例中，所述壳体1内部还设置有氧气输送管道4；所述氧气输送管道4环设于所述壳体1内壁，且所述氧气输送管道4上开设有若干氧气喷射口，用以向所述壳体1内喷射氧气，以使氢气与氧气发生燃烧反应。
具体而言，氧气输送管道4可以设置在氢气输送管道3的外部、上方或下方。优选的，氧气输送管道4位于氢气输送管道3的上方，即氧气输送管道4位于煤粉输送管道2的下方，氢气输送管道3位于氧气输送管道4的下方。氧气输送管道4与壳体1外部的氧气总管40连通，以将进入外部氧气总管40的高压常温氧气输送至壳体1内。
继续参阅图3，所述氧气输送管道4包括：氧气环管41和沿所述氧气环管41的周向分布的多个氧气支管42；其中，所述氧气环管41平行于所述壳体1的横截面设置，且所述氧气环管41朝向壳体1中心的一侧开设有若干氧气喷射口；各所述氧气支管42的进口与所述氧气环管41上对应的氧气喷射口连通，各所述氧气支管42自所述氧气环管41所在的平面向氢气输送管道3倾斜设置，且各所述氧气支管42的出口朝向所述壳体1中心设置。
具体而言，氧气环管41与氢气环管31平行设置，各氧气支管42在氧气环管41上均匀对称设置，且各氧气支管42自壳体1的横截面向氢气输送管道3倾斜设置，以便于氧气与氢气迅速混合。
优选的，所述氧气环管41与所述氢气环管31之间的垂直距离与所述氧气环管41的内径比为1:1~1:5，可以有效减少由氧气输送管道4喷出的氧气流扩散及与煤粉接触的可能性，减少碳氧化物的产生，提高有效气的产率。
更优选的，各所述氧气支管42与各所述氢气支管32一一对应设置，且每个所述氢气支管32与对应的所述氧气支管42之间的夹角为40-70°，以便于氧气能与进入壳体1的氢气快速发生燃烧反应并加热剩余的氢气，减少氧气与煤粉的接触及碳氧化物的生成，提高气化反应有效气的产率。
进一步优选的，每个所述氧气支管42的长度与该氧气支管42的内径之比为1:10~1:50，可以在节省氧气支管42长度的同时能够很好地限定氧气的喷射角度和方向。
本实施例中，壳体1侧壁设置有气相产物出口11、壳体1底部设置有固体产物出口12，壳体1内，氧气与氢气燃烧再次加热剩余的氢气形成高温氢气，高温氢气与进入反应器的煤粉发生气化反应，反应后生成的气相产物由气相产物出口11排出反应器，固体产物由壳体1底部的固体产物出口12排出。
综上，本实用新型提供的煤加氢气化反应器，通过在壳体顶部设置煤粉进口，与煤粉输送管道连通；在壳体内部环设氢气输送管道，煤粉输送管道和氢气输送管道独立设置，能有效增加煤粉的输送量和氢气的输送量，在不增加反应器开孔数量的情况下，满足了工业规模反应器的规模处理量需求；进一步的，在壳体内还设置氧气输送管道，使得氧气与氢气燃烧产生的热量加热剩余的氢气，减少氧气与煤粉的接触及碳氧化物的生成，提高了气化反应有效气的产率。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种煤加氢气化反应器，其特征在于，包括：壳体、煤粉输送管道及设置在所述壳体内的氢气输送管道；其中，
所述煤粉输送管道的出口端与所述壳体的顶部相连通，且沿竖直方向伸入所述壳体的内部；
所述氢气输送管道环设于所述壳体内壁，且所述氢气输送管道上开设有若干氢气喷射口，用以向所述壳体内喷射氢气，以使氢气与煤粉混合。
2.根据权利要求1所述的煤加氢气化反应器，其特征在于，所述煤粉输送管道伸入所述壳体内的长度与所述煤粉输送管道的内径之比为1:2~1:4。
3.根据权利要求1所述的煤加氢气化反应器，其特征在于，所述煤粉输送管道位于所述壳体内部的管段的底端与所述氢气输送管道所处平面之间的垂直距离与所述煤粉输送管道的内径之比为1:1~1:5。
4.根据权利要求1所述的煤加氢气化反应器，其特征在于，所述煤粉输送管道位于所述壳体内部的管段为竖直管段，所述竖直管段与所述氢气输送管道的环形外壁之间形成一以所述竖直管段的中轴线为旋转轴，以所述竖直管段的顶点与所述氢气输送管道外壁周向上各点之间的连线为母线的圆锥区域，所述旋转轴与所述母线之间的夹角为30-60℃。
5.根据权利要求1所述的煤加氢气化反应器，其特征在于，所述氢气输送管道包括：氢气环管和沿所述氢气环管的周向分布的多个氢气支管；其中，
所述氢气环管和各所述氢气支管均平行于所述壳体的横截面设置；
所述氢气环管朝向壳体中心的一侧开设有若干氢气喷射口，各所述氢气支管的进口与所述氢气环管上对应的氢气喷射口连通，且各所述氢气支管的出口朝向所述壳体中心设置。
6.根据权利要求5所述的煤加氢气化反应器，其特征在于，所述壳体内部还设置有氧气输送管道；
所述氧气输送管道环设于所述壳体内壁，且所述氧气输送管道上开设有若干氧气喷射口，用以向所述壳体内喷射氧气，以使氢气与氧气发生燃烧反应。
7.根据权利要求6所述的煤加氢气化反应器，其特征在于，所述氧气输送管道包括：氧气环管和沿所述氧气环管的周向分布的多个氧气支管；其中，
所述氧气环管平行于所述壳体的横截面设置，且所述氧气环管朝向壳体中心的一侧开设有若干氧气喷射口；
各所述氧气支管的进口与所述氧气环管上对应的氧气喷射口连通，各所述氧气支管自所述氧气环管所在的平面向所述氢气输送管道倾斜设置，且各所述氧气支管的出口朝向所述壳体中心设置。
8.根据权利要求7所述的煤加氢气化反应器，其特征在于，每个所述氢气支管的长度与该氢气支管的内径之比为1:10~1:50；和/或每个所述氧气支管的长度与该氧气支管的内径之比为1:10~1:50。
9.根据权利要求7所述的煤加氢气化反应器，其特征在于，所述氧气环管与所述氢气环管之间的垂直距离与所述氧气环管的内径比为1:1~1:5。
10.根据权利要求7所述的煤加氢气化反应器，其特征在于，各所述氧气支管与各所述氢气支管一一对应设置，且每个所述氢气支管与对应的所述氧气支管之间的夹角为40-70°。
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