本發(fā)明涉及一種多級內(nèi)熱旋風式粉煤加氫熱解反應裝置及其工藝，屬于粉煤熱解技術領域。
背景技術：
我國能源結構的特點是“富煤、貧油、少氣”，煤炭在今后一個時期內(nèi)仍將是我國的主要能源。西部地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展需要新型煤化工產(chǎn)業(yè)來支撐。
在煤炭開采及后續(xù)加工過程中將產(chǎn)生40%的粒徑小于10mm的粉煤，這部分煤炭目前主要作為燃料使用。由于沒有從煤炭中提取像酚、萘等十分有用的化學組分和煤焦油而直接作為燃料燃燒，實際上這是一種能源的浪費。
國家《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中，明確提出了“煤炭高效清潔開發(fā)利用”。粉煤的熱解提油同時生產(chǎn)潔凈煤是煤炭高效清潔開發(fā)利用的方向。
在煤炭熱解方面，以塊狀煤炭熱解技術（如焦化）已經(jīng)成熟并得到廣泛應用。但低成本、環(huán)境友好的粉煤熱解提油同時生產(chǎn)潔凈煤的技術正在研發(fā)之中，比如：美國開發(fā)的COED工藝、TOSCOAL工藝、Garrett半焦固體熱載體工藝，前蘇聯(lián)開發(fā)的ETCH-175工藝，日本開發(fā)的快速熱解工藝，澳大利亞開發(fā)的CSIRO快速熱解工藝；我國大連理工大學開發(fā)的DG工藝、煤炭科學研究總院開發(fā)的MRF工藝和外熱內(nèi)旋式熱解技術、慶華集團新疆和豐能源化工有限公司開發(fā)的KH工藝和KH-GAS技術、中美新能源技術研發(fā)（山西）有限公司開發(fā)的耦合式粉煤加氫熱解與氣化一體化工藝和實現(xiàn)了工業(yè)化的西安三瑞實業(yè)有限公司開發(fā)的外熱式回轉爐工藝、河南龍成集團有限公司開發(fā)的旋轉床熱解工藝。但是上述現(xiàn)有工藝存在生產(chǎn)裝置不易放大、傳熱效率低、設備材質(zhì)要求高、流程復雜等問題。
技術實現(xiàn)要素：
為解決現(xiàn)有技術存在的技術問題，本發(fā)明提供了一種傳熱傳質(zhì)效率高、設備選材要求低、工藝流程短、設備少而簡單、生產(chǎn)操作靈活、安全可靠性高的多級內(nèi)熱旋風式粉煤加氫熱解反應裝置及其工藝。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案為多級內(nèi)熱旋風式粉煤加氫熱解反應裝置，包括多級反應器，所述多級反應器的底部出焦口與一段半焦冷卻器相連接，所述多級反應器的底部進氣口與煤氣加熱爐相連接，所述多級反應器的頂部出氣口與粗煤氣除塵器相連接，所述粗煤氣除塵器的出氣口與廢熱鍋爐相連接，所述粗煤氣除塵器的底部與多級反應器相連接，所述廢熱鍋爐的頂部出氣口與噴淋洗滌塔相連接，廢熱鍋爐的底部與焦油分離器相連接，所述噴淋洗滌塔的出氣口與氣液分離器相連接，噴淋洗滌塔和氣液分離器的底部均與焦油分離器相連接，所述氣液分離器的頂部連接有凈煤氣管道，所述凈煤氣管道上設置有煤氣風機和煤氣支管，所述煤氣支管與一段半焦冷卻器內(nèi)的換熱管相連接，所述一段半焦冷卻器的換熱管與煤氣加熱爐內(nèi)的煤氣換熱管相連接。
優(yōu)選的，所述一段半焦冷卻器的底部還連接有二段半焦冷卻器。
優(yōu)選的，所述多級反應器主要由多個用于氣固分離的旋風式反應器串聯(lián)構成，所述旋風式反應器的數(shù)量為3-5個。
優(yōu)選的，所述旋風式反應器的內(nèi)壁設置有隔熱耐磨襯里。
多級內(nèi)熱旋風式粉煤加氫熱解反應裝置的熱解反應工藝，按照以下步驟進行，
a、煤炭經(jīng)破碎形成原料粉煤，經(jīng)干燥脫水加入到多級反應器內(nèi)；
b、煤氣經(jīng)煤氣加熱爐加熱后進入多級反應器與原料粉煤接觸，并發(fā)生熱解反應，生成粗煤氣和高溫半焦；
c、粗煤氣隨向上流動的高溫煤氣一并進入煤氣除塵器進行除塵，除塵后的粗煤氣進入廢熱鍋爐與脫鹽水換熱降溫后進入噴淋洗滌塔，脫鹽水形成低壓蒸汽，在廢熱鍋爐中被降溫粗煤氣產(chǎn)生的煤焦油與水的混合物進入煤焦油分離器；煤氣除塵器除塵回收的煤粉塵返回多級反應器；進入噴淋洗滌塔的粗煤氣在來自系統(tǒng)的冷焦油的噴淋洗滌作用下降溫冷凝，粗煤氣中的煤焦油、水和塵轉變?yōu)橐后w落入噴淋洗滌塔底部；從噴淋洗滌塔上部排出后粗煤氣進入煤氣氣液分離器進一步進行氣液分離轉變?yōu)閮裘簹?，凈煤氣?jīng)煤氣風機升壓后送入一段半焦冷卻器內(nèi)，進行熱交換并作為循環(huán)氣使用，多余的凈煤氣送入煤氣系統(tǒng)；煤氣氣液分離器分離出的煤焦油和水的混合物與來自噴淋洗滌塔底部含塵的煤焦油和水的混合物一并進入煤焦油分離器，在煤焦油分離器中煤焦油與水、塵分離，潔凈的煤焦油排出系統(tǒng)，含塵廢水排出系統(tǒng)；
d、高溫半焦進入一段半焦冷卻器與循環(huán)煤氣換熱后進入二段半焦冷卻器與脫鹽水換熱降至常溫后的冷半焦排出系統(tǒng)，脫鹽水在二段半焦冷卻器中與高溫半焦換熱轉變?yōu)榈蛪赫羝?/p>
優(yōu)選的，所述步驟a中煤粉的粒徑小于10mm，且進過脫水處理后煤粉中的水分含量小于2%，。
優(yōu)選的，所述步驟b中煤氣加熱爐的加熱溫度為750-800℃，多級反應器中的熱解溫度為550-600℃，熱解壓力為常壓～4.0MPa，熱解時間20～30min。
優(yōu)選的，所述步驟c中粗煤氣中的粉塵含量小于200mg/m3，最大粒徑小于15um。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下技術效果：本發(fā)明以氣固旋風分離技術為基礎，以粉煤在多級反應器中器被含有氫氣的高溫煤氣加熱發(fā)生熱解，同時產(chǎn)出半焦這種潔凈煤，還能有效地解決了現(xiàn)有工藝生產(chǎn)裝置不易放大、傳熱效率低、設備材質(zhì)要求高、流程復雜等問題，并具有“傳熱傳質(zhì)效率高、設備選材要求低、工藝流程短、設備少而簡單、生產(chǎn)操作靈活、安全可靠性高”等優(yōu)點。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明所要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
如圖1所示，多級內(nèi)熱旋風式粉煤加氫熱解反應裝置，包括多級反應器1，多級反應器1的底部出焦口與一段半焦冷卻器2相連接，多級反應器1的底部進氣口與煤氣加熱爐3相連接，多級反應器1的頂部出氣口與粗煤氣除塵器4相連接，粗煤氣除塵器4的出氣口與廢熱鍋爐5相連接，粗煤氣除塵器4的底部與多級反應器1相連接，廢熱鍋爐5的頂部出氣口與噴淋洗滌塔6相連接，廢熱鍋爐5的底部與焦油分離器7相連接，噴淋洗滌塔6的出氣口與氣液分離器8相連接，噴淋洗滌塔6和氣液分離器8的底部均與焦油分離器7相連接，氣液分離器8的頂部連接有凈煤氣管道9，凈煤氣管道9上設置有煤氣風機10和煤氣支管11，煤氣支管11與一段半焦冷卻器2內(nèi)的換熱管相連接，一段半焦冷卻器2的換熱管與煤氣加熱爐3內(nèi)的煤氣換熱管相連接，一段半焦冷卻器2的底部還連接有二段半焦冷卻器12。
其中，多級反應器主要由多個用于氣固分離的旋風式反應器串聯(lián)構成，旋風式反應器的數(shù)量為3-5個，且旋風式反應器的內(nèi)壁設置有隔熱耐磨襯里。
具體的熱解反應工藝為：煤炭經(jīng)破碎成粒徑小于10mm的原料粉煤，經(jīng)干燥脫水使水分降低到2%以下進入原料緩沖倉內(nèi)，原料粉煤加入到多級反應器1的第一級反應器中。
粉煤在多級反應器1中自上向下流動，與自下向上流動的高溫煤氣直接接觸進行熱交換。粉煤在向下流動過程中，被加熱到550～600℃發(fā)生熱解，生成粗煤氣和高溫半焦，多級反應器中的熱解壓力為常壓～4.0MPa，熱解時間20～30min。
粗煤氣隨向上流動的高溫煤氣一并進入煤氣除塵器除4塵后，經(jīng)煤氣除塵器除塵后的粗煤氣中的粉塵含量小于200mg/m3，最大粒徑小于15um，除塵后的粗煤氣進入廢熱鍋爐5與脫鹽水換熱降溫后進入噴淋洗滌塔6，在廢熱鍋爐5中被降溫粗煤氣產(chǎn)生的煤焦油與水的混合物進入煤焦油分離器7。煤氣除塵器4除塵回收的煤粉塵返回反應系統(tǒng)。
進入噴淋洗滌塔6的粗煤氣在來自系統(tǒng)的冷焦油的噴淋洗滌作用下降溫冷凝，粗煤氣中的煤焦油、水和塵轉變?yōu)橐后w落入噴淋洗滌塔底部。從噴淋洗滌塔上部排出后粗煤氣進入煤氣氣液分離器8進一步進行氣液分離轉變?yōu)閮裘簹?，凈煤氣?jīng)煤氣風機10升壓后作為循環(huán)煤氣使用，多余的凈煤氣送入煤氣系統(tǒng)。
煤氣氣液分離器8分離出的煤焦油和水的混合物與來自噴淋洗滌塔6底部含塵的煤焦油和水的混合物一并進入煤焦油分離器7。在煤焦油分離器7中煤焦油與水、塵分離，潔凈的煤焦油排出系統(tǒng)，含塵廢水排出系統(tǒng)。
從多級反應器1中第三級反應器排出的高溫半焦進入一段半焦冷卻器2與循環(huán)煤氣換熱后進入二段半焦冷卻器12與脫鹽水換熱降至常溫后的冷半焦排出系統(tǒng)。
來自煤氣風機10的循環(huán)煤氣在一段半焦冷卻器2中與高溫半焦換熱后進入煤氣加熱爐3被加熱到750～800℃轉變?yōu)楦邷孛簹?，高溫煤氣從多級反應?的第三級反應器的上部進入，并在多級反應器1中自下向上流動，在流動過程中將所攜帶的熱量傳遞給自上而下的原料粉煤。原料粉煤被加熱到550～600℃發(fā)生熱解，生成粗煤氣和高溫半焦。
其中，脫鹽水在廢熱鍋爐5中與粗煤氣換熱轉變?yōu)榈蛪赫羝?。脫鹽水在二段半焦冷卻器12中與高溫半焦換熱轉變?yōu)榈蛪赫羝?/p>
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包在本發(fā)明范圍內(nèi)。