CN107286969B - 一种基于填充床粉煤热解的热解炉、热解装置和热解工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于填充床粉煤热解的热解炉、热解装置和热解工艺，包括原料煤仓和热解炉；原料煤仓通过落料管设置在热解炉顶端，原料煤仓顶部有落煤口，热解炉由上至下依次设有炉顶空间、填充床层和炉底空间三部分；填充床层由上至下依次设有分料层、填充层和布气层，分料层包括多个相互平行安装在热解炉炉壁上的扇形布料器，填充层包括多个安装在热解炉炉壁上的条形栅格，炉底空间顶端设置四个一级燃烧器，一级燃烧器下部设置分隔墙，分隔墙墙体中内装有二级燃烧器，热解炉的下方设有热半焦冷却器，热半焦冷却器的下方设置有旋转排焦机。实现了中/低温分步热解，显著提高焦油产率，降低了半焦挥发分，提高了半焦固定碳含量。

Description

一种基于填充床粉煤热解的热解炉、热解装置和热解工艺

技术领域

本发明属于煤化工(及油页岩)热解领域，具体涉及一种基于填充床粉煤热解的热解炉、热解装置和热解工艺。

背景技术

如何实现煤的清洁高效利用，加强煤炭分质利用，拓展化工原料来源，形成与传统石化产业互为补充，是我国现代煤化工产业发展的重要方向。煤炭分质利用是将煤通过中/低温煤热解技术，将煤炭热解为气态(煤气)、液态(中/低温煤焦油)和固态(半焦)，再根据其各自不同的理化性质，结合周边原料供给和项目布局状况，进行分质转化利用，梯级延伸加工，生产大宗化工原料和各类精细化学品。

我国煤炭分质转化利用产业起步较早，上世纪90年代末期就有一些小型示范项目开始生产运行。近年来，重点科研机构及专业院校对煤炭分质清洁转化利用领域关键技术的研发和工艺优化，并取得了丰硕的研究成果。但仍然缺乏技术可靠，处理规模大，投资见效快，技术优势明显的工艺技术和炉型可供生产企业选择。目前国内煤热解工艺技术应用最早，分布地域最广，建设规模最大的是在德国鲁奇低温碳化工艺基础上发展起来的内热式直立炉，该炉型以30～80mm的块煤为原料，采用自产煤气为燃料，通过内燃内热的方式加热原煤发生热解反应。其显著优点是：工艺过程简单，煤种适应范围广。缺点是：单炉规模小，跑冒滴漏严重，煤气有效组分低，产品半焦指标不稳定。同时由于使用块煤作为原料，而目前我国煤炭开采均采用综合采煤机械化技术，使其块煤产量不足开采总量的40％，市场块煤价格长期居高不下，促使半焦价格更高，难以将半焦规模化推广与应用。同时为了让其热解产物支持后续的相互转化，使煤气向化工发展，焦油向精化发展，半焦向材料发展，因此需要一种多产煤气，多产焦油，半焦质量均衡，投资省效率高，自动化水平高，环保节能的工艺技术及装置，同时原料煤粒径要小且来源广泛，单炉规模超过20万吨半焦/年新型热解技术和炉型。

专利CN105838402A提供了一种制备兰炭的低温干馏炉，其特征在于，包括原煤入料口，原煤入料口下方连接干馏炉；所述干馏炉包括炉内从上到下设置的干馏段和冷却段；所述干馏段内从上至下设置有集气伞、方便气体流通的导气伞装置，导气伞装置下方设置通入空气和煤气混合气体的布气伞装置；所述冷却炉段内从上至下设置通入冷却水的喷淋管装置，喷淋管装置下方设置使兰炭均匀出料的推焦机装置。该发明专利使用了30mm以下的原料煤，并在干馏炉段内从上至下设置有多层使原煤均匀分散的导气伞装置，导气伞装置下方设置有通入空气和煤气的布气伞装置。该发明对30mm以下原料煤床层透气性差，气流上升阻力大的问题没有解决方案。

专利CN101691493A提供了一种外燃内热式煤干馏炉，从上至下依次为：用来对原料煤进行干燥处理的干燥段，并在干燥处理的同时得到冷烟气；用来对经过干燥处理的原料煤进行干馏处理的干馏段，原料煤经过干馏处理后形成干馏产品；通过通入上述冷烟气、用来对所述干馏段中产出的干馏产品进行冷却处理的冷却段；将所述干燥段产生的所述冷烟气导通至所述冷却段的冷烟气管道。该发明采用外燃内热的方式，自产的煤气作为加热用燃料，具有热解油气出口温度高，热效率低，燃料消耗量大，剩余煤气量少，空气用来助燃，煤气热值低的缺点，难以对其热解产物进行联产转化。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供了一种基于填充床粉煤热解的热解炉、热解装置和热解工艺，改变原有的颗粒物料自然堆积过程，使其实现松散填充，均匀分料布气，降低了床层气流阻力，使气固两相融合传热，进而实现了中/低温分步热解，显著提高焦油产率，降低了半焦挥发分，提高了半焦固定碳含量。同时富氧燃烧降低了煤气中无效组分氮气的含量，提高了煤气的热值，使煤气在后续的加工利用工艺过程中提高了效率，降低了能耗。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于填充床粉煤热解的热解炉，包括原料煤仓、热解炉、热半焦冷却器和旋转排焦机；所述的原料煤仓通过落料管设置在热解炉顶端，原料煤仓顶部有供原料煤进入的落煤口，热解炉由上至下依次设置有炉顶空间、填充床层和炉底空间三部分；所述的填充床层分为上部的分料层，中部的填充层和下部的布气层，分料层包括多个相互平行安装在热解炉炉壁上的扇形布料器，多个扇形布料器呈正三角形排列，扇形布料器排列的正三角形的顶端垂直对应落料管的管口，分料层下方设置有填充层，填充层包括多个安装在热解炉炉壁上的条形栅格，多个条形栅格以多层网格阵列排布，填充层下方设置有布气层，布气层包括单层平行间隔排布的多个“人”字形气体分布器，“人”字形气体分布器平行排布两两间隔距离为150～400mm，其间隔空间为干馏煤下移通道，炉底空间顶端设置四个一级燃烧器，一级燃烧器由设在热解炉炉外的燃烧室和炉内的导焰管组成，一级燃烧器下部设置分隔墙，分隔墙将热解炉炉底空间的腔体分隔成四个体积相同的条形空间，分隔墙墙体中内装有二级燃烧器，二级燃烧器上设置有导气管，导气管底部均匀间隔排布有条形缝出气口，条形缝出气口为内大外小的楔形，热解炉的下方设置有热半焦冷却器，热半焦冷却器的下方设置有旋转排焦机。

所述的原料煤仓内设置有在进料过程中使原料煤颗粒均匀装填的内构件，该内构件由多个同轴线重合的方管形导流筒组成，导流筒从内向外顶端依次阶梯形下移；落料管在进入热解炉顶板前由中心线对称分叉形成两个子落料管，两个子料管由热解炉顶板进入热解炉内部并向下延伸，进入热解炉的子落料管内横向设置有供子落料管左右两侧的热解油气互通的贯穿的腰圆形通气孔，子落料管管口的短边与热解炉体内壁相贴，子落料管管口的长边分别设置有防止原料煤颗粒滚动的篦料板，篦料板与子落料管管口夹角为37～45度，篦料板上部设置有用于喷淋用的多个喷嘴，子落料管管口以下为热解炉的填充床层，扇形布料器排列的正三角形的顶端垂直对应子落料管的管口。

所述的篦料板包括挡板和两个作为支撑的倾斜板；所述的子落料管管口上设置有两个倾斜板，两个倾斜板中间设置多个间距为20～30mm，高度为100～300mm的挡板，挡板平行于重垂线，挡板与挡板之间形成的间隙是热解油气逸出填充床层的通道。

所述的条形栅格包括T形栅格或“工”形栅格，填充层包括多个安装在热解炉炉壁上的T形栅格，多个T形栅格以多层网格阵列排布，T形栅格由水平的翼板和垂直的腹板焊接而成，水平翼板上设置有平行排列的缺口，每个矩形缺口处对应的垂直腹板上开有U型缺口，水平翼板的缺口与垂直腹板的U型缺口垂直交叉，形成一个空穴；水平翼板上的缺口倾斜夹角为15～90度夹角，垂直腹板表面设置刺钉，多个高程变化布置T型栅格角度，每个高程设置两层相互平行错位放置的T型栅格；每层两个相邻的水平T型栅格设置200mm～800mm间距，同高程相邻两层T型栅格水平错置，上下T型栅格间距100mm～400mm，相邻高程的T型栅格旋转45度，相邻高程的T型栅格之间间距200mm～800mm。

所述的T型栅格根据其水平翼板上的缺口形状的不同分为H型、S型和N型，水平翼板上的缺口倾斜夹角为90度和45度，所述的T型栅格两端包裹含锆型硅酸铝纤维毡，包裹含锆型硅酸铝纤维毡后的T型栅格安装在热解炉炉壁上。

所述的“人”字形气体分布器包括人字形顶盖；所述的人字形顶盖两侧设置有多块钢板错层错位插空搭接而成的斜侧板，错位插空可形成排列有序的通气孔，斜侧板底端连接翼板，斜侧板两个相对的翼板形成喇叭形开口，喇叭形开口为上升气流入口，斜侧板夹角为30～45度；

燃烧室设置有氧入口、燃料气入口、点火器和火焰监测器，导焰管为单跨梁结构，横跨炉体内腔，且导焰管为空芯导焰管，导焰管截面为五边形，导焰管截面的几何中心设置圆形的火焰通道，空芯导焰管底部设置条形缝出气口，并与火焰通道相连，导焰管为碳化硅制成，其结构为倒V形壳体，底部缺口处设置楔形砖，楔形砖与倒置V形壳体构成圆形空芯的导焰管，楔形砖与倒置V形壳体采用高温胶粘接而成，楔形砖为上小下大，楔形砖与楔形砖之间留有3～30mm间隙，该间隙为高温气体的出气口，二级燃烧器为管道式燃烧器，分隔墙顶端设置有五边形的顶帽，顶帽顶端为三角形，三角形的两斜面夹角≥45度，顶帽的底部连接用于支撑顶帽用的分隔墙墙体，且该分隔墙墙体宽度小于顶帽宽度60～180mm，二级燃烧器的导气管贯穿整个顶帽。

一种基于所述的热解炉的基于填充床粉煤热解的热解装置，包括热解炉、旋流分离器、煤气风机、套管冷却器、电捕焦油器和间冷器；所述的热解炉上方通过落料管设置有原料煤仓，热解炉下方设置有热半焦冷却器，热半焦冷却器的下方设置有旋转排焦机，旋转排焦机下方还设置有钢带机，所述的热解炉的炉顶侧面设置有出气口，热解炉的出气口上连接有旋流分离器，旋流分离器与煤气风机相连，煤气风机与套管冷却器相连，套管冷却器与电捕焦油器相连，电捕焦油器与间冷器相连。

所述的旋流分离器包括进气口、进液口、排气口、壳体和排液口，壳体侧面设置有进气口，壳体上设置有进液口和排气口，壳体底端设置有排液口，壳体顶部设置有导气管，导气管中插入一管内旋流雾化喷头，内旋流雾化喷头插入至旋流分离器直管段下部，内旋流雾化喷头由进液管和管端的内旋流喷头组成，内旋流喷头内设置旋转导叶，内旋流喷头喷出液滴的喷流角度范围为60～170度。

一种基于所述的热解装置的基于填充床粉煤热解的热解工艺，包括以下步骤：

1)0～30mm的原料煤经由原料煤仓顶部的落煤口进入原料煤仓，在内构件的作用下使其原料煤在进料的过程中均匀装填，原料煤在原料煤仓内进行缓冲停留后，经原料煤仓楔形料斗底部设置的落料管进入热解炉，原料煤由落料管连接的子落料管的管口处进入填充床层上部的分料层，使用焦油氨水混合液或氨水对篦料板下方的原料煤表面进行喷淋，增加其原料煤颗粒之间的黏度，进入填充床层顶部分料层的原料煤颗粒首先经由正三角形排列的扇形布料器进行分散布料，原料煤颗粒经由扇形布料器之间的间隙下移，使其由子落料管管口下移的原料煤沿热解炉截面分散开来；

2)进入填充床层中部填充层的原料煤颗粒在T形栅格的作用下，使进入床层中部的原料煤颗粒垂直向下移动的同时发生绕动，在填充床层内，底部渗透而上的热载气与原料煤发生热量交换，原料煤温度逐步升高至500～600℃而发生低温热解反应，原料煤中的挥发分逸出，并与热载气混合继续上升穿透填充床层到达炉顶空间；完成低温热解反应的干馏煤向下移动进入填充床层下部的布气层，使其上升的热载气经由布气层的“人”字形气体分布器底部开口进入，沿“人”字形气体分布器顶部出气口导入至“人”字形气体分布器的顶部干馏煤床层内；

3)经低温热解后的干馏煤继续下移至一级燃烧器，一级燃烧器为富氧外燃方式，富氧燃烧一般值采用纯度≥40％的氧气为助燃介质的燃烧，富氧和煤气在一级燃烧器内燃烧产生的1200～1450℃高温热载气经一级燃烧器的导焰管的火焰通道进入热解炉内部，并经与其相连通的条形缝出气口进入热解炉内，喷出的热载气与底部上升的气流混合后温度为980～1100℃，并沿一级燃烧器的导焰管两侧壁向上渗透进入向下移动的床层；经初步干馏后的干馏煤依然存在重质挥发分，重质挥发分的存在需要进一步的提高温度，因此干馏煤向下移动进入二级燃烧器；二级燃烧器为贫氧内燃方式，贫氧燃烧一般值采用氧纯度≤8％的氧气、二氧化碳混合气为助燃介质的燃烧，贫氧和煤气在预混器中快速混合，混合后的混合燃料进入二级燃烧器内部，并由二级燃烧器出气口排出，排出的混合燃料气遇到热半焦而发生燃烧，没有和煤气发生燃烧的氧气组分与热半焦在其半焦表面发生半焦贫氧部分燃烧过程，并释放大量的热，使半焦颗粒温度快速提升至700～800℃，燃烧产生的600～750℃热烟气向上渗透与一级燃烧产生的热载气混合后作为低温热解的热载气，为其反应提供热量；完成热解反应的固体半焦在分隔墙空间内向下移动，离开热解炉进入热半焦冷却器中，进入热半焦冷却器中的半焦与除盐水间接换热，将其冷却至80～100℃后由旋转排焦机排出，排出的半焦经喷洒清水调节湿度后由钢带机输送至装置外；

4)渗流逸出填充床层的热解油气进入炉顶空间内，其温度为90～200℃，压力为100～500Pa，后由经炉顶侧面的出气口进入旋流分离器，旋流分离器中由顶部进入的70～85℃循环氨水与旋转气体实现垂直对冲，经分离后的煤气依次经煤气风机、套管冷却器，电捕焦油器和间冷器净化处理后，一部分作为燃料气回用，一部分作为产品外送。

步骤4)之后还包括：经分离后的焦油氨水采用公知的方法进行油水沉降分离，分离出的氨水一部分循环至旋流分离器，一部分富余氨水进行除油、脱酚、蒸氨和生化处理，分离得到的焦油作为产品外送。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的基于填充床粉煤热解的热解炉、热解装置和热解工艺，本发明通过优化设置的内构件，改变原有的颗粒物料自然堆积过程，使其实现松散填充，均匀分料布气，降低了床层气流阻力，使气固两相融合传热；同时设置两级加热，富氧燃烧与贫氧燃烧结合，外燃内热与内燃内热结合，低温干馏与中温干馏结合，进而实现中/低温分步热解，显著提高焦油产率，降低了半焦挥发分，提高了半焦固定碳含量。同时富氧燃烧降低了煤气中无效组分氮气的含量，提高了煤气的热值，使煤气在后续的加工利用工艺过程中提高了效率，降低了能耗。

附图说明

图1为填充床粉煤热解工艺流程图。其中图中物料代号S1为原料煤，S2为油水混合液，S3为富氧，S4为空气，S5为除盐水，S6为蒸汽，S7为半焦，S8为循环氨水，S9为洗涤后煤气，S10焦油氨水，S11为加压后煤气，S12为初冷后煤气，S13为电捕后煤气，S14焦油氨水混合物，S15为产品煤气，S16为燃料气。图中设备代号1为原料煤仓，2为落料管，3为热解炉，4为喷嘴，5为热半焦冷却器，6为转旋排焦机，7为钢带机，8为旋流分离器，9为煤气风机，10为套管冷却器，11为电捕焦油器，12为间冷器。

图2为单组填充床粉煤热解炉结构图。其中图中设备代号1为原料煤仓，2为落料管，3为热解炉，4为喷嘴，5为热半焦冷却器，6为旋转排焦机，7为钢带机，8为旋流分离器，11为原料煤仓内构件，21为落料管，22为子落料管，23为通气孔，24为篦料板，31为扇形布料器，32A为T型栅格旋转0度，32B为T型栅格旋转45度，32C为T型栅格旋转90度，32D为T型栅格旋转135度，32D为T型栅格旋转360度，33为“人”字形气体分布器，34为一级燃烧器导焰管，35为顶帽，36为二级燃烧器导气管，37为分隔墙，38为支撑墙。同时F1为炉顶空间，F2为填充床层，F3为炉底空间。

图3为子落料管和篦料板结构示意图，其中21为落料管，22为子落料管，23为通气孔，24为篦料板，31为扇形布料器。

图4为分料器结构示意图，其中31为扇形布料器。

图5为填充床结构示意图，其中32A为T型栅格旋转0度，32B为T型栅格旋转45度，32C为T型栅格旋转90度，32D为T型栅格旋转135度，32E为T型栅格旋转360度。

图6为S型、N型和H型T形条栅结构示意图，其中T1为空穴，T2为水平翼板，T3为垂直腹板。

图7为布气器结构示意图，其中，33为“人”字形气体分布器，331为人字形顶盖，332为斜侧板，333为通气孔，334为翼板。

图8为炉底空间内部构件示意图，其中34为一级燃烧器导焰管，35为顶帽，36为二级燃烧器导气管，37为分隔墙，38为支撑墙。

图9为一级燃烧器的火焰管结构示意图，其中341为V形壳体，342为楔形砖，343为火焰通道，344为条形缝出气口。

图10二级燃烧器的导气管结构示意图，其中361为管道燃烧器，362为导气管，363为出气口。

图11为旋流分离器结构示意图，其中81为进气口，82为进液口，83为排气口，84为壳体，85为排液口。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参见图1至图11，一种基于填充床粉煤热解的热解炉，包括原料煤仓、热解炉、热半焦冷却器和旋转排焦机；所述的原料煤仓通过落料管设置在热解炉顶端，原料煤仓顶部有供原料煤进入的落煤口，热解炉由上至下依次设置有炉顶空间、填充床层和炉底空间三部分；所述的填充床层分为上部的分料层，中部的填充层和下部的布气层，分料层包括多个相互平行安装在热解炉炉壁上的扇形布料器，多个扇形布料器呈正三角形排列，扇形布料器排列的正三角形的顶端垂直对应落料管的管口，分料层下方设置有填充层，填充层包括多个安装在热解炉炉壁上的条形栅格，多个条形栅格以多层网格阵列排布，填充层下方设置有布气层，布气层包括单层平行间隔排布的多个“人”字形气体分布器，“人”字形气体分布器平行排布两两间隔距离为150～400mm，其间隔空间为干馏煤下移通道，炉底空间顶端设置四个一级燃烧器，一级燃烧器由设在热解炉炉外的燃烧室和炉内的导焰管组成，一级燃烧器下部设置分隔墙，分隔墙将热解炉炉底空间的腔体分隔成四个体积相同的条形空间，分隔墙墙体中内装有二级燃烧器，二级燃烧器上设置有导气管，导气管底部均匀间隔排布有条形缝出气口，条形缝出气口为内大外小的楔形，热解炉的下方设置有热半焦冷却器，热半焦冷却器的下方设置有旋转排焦机。

其中，所述的原料煤仓内设置有在进料过程中使原料煤颗粒均匀装填的内构件，该内构件由多个同轴线重合的方管形导流筒组成，导流筒从内向外顶端依次阶梯形下移；落料管在进入热解炉顶板前由中心线对称分叉形成两个子落料管，两个子料管由热解炉顶板进入热解炉内部并向下延伸，进入热解炉的子落料管内横向设置有供子落料管左右两侧的热解油气互通的贯穿的腰圆形通气孔，子落料管管口的短边与热解炉体内壁相贴，子落料管管口的长边分别设置有防止原料煤颗粒滚动的篦料板，篦料板与子落料管管口夹角为37～45度，篦料板上部设置有用于喷淋用的多个喷嘴，子落料管管口以下为热解炉的填充床层，扇形布料器排列的正三角形的顶端垂直对应子落料管的管口。

所述的篦料板包括挡板和两个作为支撑的倾斜板；所述的子落料管管口上设置有两个倾斜板，两个倾斜板中间设置多个间距为20～30mm，高度为100～300mm的挡板，挡板平行于重垂线，挡板与挡板之间形成的间隙是热解油气逸出填充床层的通道。

所述的条形栅格包括T形栅格或“工”形栅格，填充层包括多个安装在热解炉炉壁上的T形栅格，多个T形栅格以多层网格阵列排布，T形栅格由水平的翼板和垂直的腹板焊接而成，水平翼板上设置有平行排列的缺口，每个矩形缺口处对应的垂直腹板上开有U型缺口，水平翼板的缺口与垂直腹板的U型缺口垂直交叉，形成一个空穴；水平翼板上的缺口倾斜夹角为15～90度夹角，垂直腹板表面设置刺钉，多个高程变化布置T型栅格角度，每个高程设置两层相互平行错位放置的T型栅格；每层两个相邻的水平T型栅格设置200mm～800mm间距，同高程相邻两层T型栅格水平错置，上下T型栅格间距100mm～400mm，相邻高程的T型栅格旋转45度，相邻高程的T型栅格之间间距200mm～800mm。

其中，所述的T型栅格根据其水平翼板上的缺口形状的不同分为H型、S型和N型，水平翼板上的缺口倾斜夹角为90度和45度，所述的T型栅格两端包裹含锆型硅酸铝纤维毡，包裹含锆型硅酸铝纤维毡后的T型栅格安装在热解炉炉壁上。

所述的“人”字形气体分布器包括人字形顶盖；所述的人字形顶盖两侧设置有多块钢板错层错位插空搭接而成的斜侧板，错位插空可形成排列有序的通气孔，斜侧板底端连接翼板，斜侧板两个相对的翼板形成喇叭形开口，喇叭形开口为上升气流入口，斜侧板夹角为30～45度；

燃烧室设置有氧入口、燃料气入口、点火器和火焰监测器，导焰管为单跨梁结构，横跨炉体内腔，且导焰管为空芯导焰管，导焰管截面为五边形，导焰管截面的几何中心设置圆形的火焰通道，空芯导焰管底部设置条形缝出气口，并与火焰通道相连，导焰管为碳化硅制成，其结构为倒V形壳体，底部缺口处设置楔形砖，楔形砖与倒置V形壳体构成圆形空芯的导焰管，楔形砖与倒置V形壳体采用高温胶粘接而成，楔形砖为上小下大，楔形砖与楔形砖之间留有3～30mm间隙，该间隙为高温气体的出气口，二级燃烧器为管道式燃烧器，分隔墙顶端设置有五边形的顶帽，顶帽顶端为三角形，三角形的两斜面夹角≥45度，顶帽的底部连接用于支撑顶帽用的分隔墙墙体，且该分隔墙墙体宽度小于顶帽宽度60～180mm，二级燃烧器的导气管贯穿整个顶帽。

参见图1，一种基于所述的热解炉的基于填充床粉煤热解的热解装置，包括热解炉3、旋流分离器8、煤气风机9、套管冷却器10、电捕焦油器11和间冷器12；所述的热解炉3上方通过落料管设置有原料煤仓，热解炉3下方设置有热半焦冷却器，热半焦冷却器的下方设置有旋转排焦机，旋转排焦机下方还设置有钢带机7，所述的热解炉的炉顶侧面设置有出气口，热解炉的出气口上连接有旋流分离器8，旋流分离器8与煤气风机9相连，煤气风机9与套管冷却器10相连，套管冷却器10与电捕焦油器11相连，电捕焦油器11与间冷器12相连。其中，所述的旋流分离器包括进气口81、进液口82、排气口83、壳体84和排液口85，壳体84侧面设置有进气口81，壳体上设置有进液口82和排气口83，壳体84底端设置有排液口85，壳体84顶部设置有导气管，导气管中插入一管内旋流雾化喷头，内旋流雾化喷头插入至旋流分离器直管段下部，内旋流雾化喷头由进液管和管端的内旋流喷头组成，内旋流喷头内设置旋转导叶，内旋流喷头喷出液滴的喷流角度范围为60～170度。

具体的，参见图1至图11，本发明的填充床粉煤热解炉由原料煤仓、热解炉、热半焦冷却器和旋转排焦机四部分组成。

原料煤仓1设置在热解炉3顶端，原料煤仓1顶部有供原料煤S1进入的落煤口，原料煤仓内设置了在进料过程中使其原料煤颗粒均匀装填的原料煤仓内构件11，该内构件由多个同轴线重合的方管形导流筒组成，导流筒从内向外顶端依次阶梯形下移。由落煤口进入的原料煤受导流筒约束由中心位置开始依次向外围导流筒装填。导流筒约束可防止原料煤下落过程中形成大型锥堆而使大小原料煤颗粒发生离析。原料煤在原料煤仓内进行缓冲停留后，经原料煤仓底部设置的落料管进入热解炉。

热解炉由上至下依次设置有炉顶空间、填充床层、炉底空间三部分。落料管在进入热解炉顶板前由中心线对称分叉形成两个子落料管，两个子落料管由热解炉顶板进入热解炉内部并向下延伸，该空腔区域可供逸出床层的热解油气汇合，进入热解炉的子落料管内横向设置贯穿的腰圆形通气孔，供子落料管左右两侧的热解油气互通。子落料管口的短边与热解炉体内壁相贴，子落料管口的长边分别设置防止原料煤颗粒滚动的篦料板。篦料板与子落料管口夹角为37～45度，其中，篦料板一端连接在子落料管口上，另一端倾斜向下延伸至热解炉内壁或篦料板末端。篦料板由两个倾斜板为支撑中间设置多个间距为20～30mm，高度为100～300mm的挡板，挡板平行于重垂线，并沿倾斜板排列。当原料煤由子落料管口向下移动时，在子料管口的正下方由下落的原料煤形成一个锥堆形，锥堆形上表面上持续下落的原料煤颗粒会沿倾斜的锥面滚动而发生原料煤大小颗粒的自然离析。设置篦料板，紧贴在锥堆的倾斜锥面上，挡板插入锥堆表面的原料煤层，使其沿锥堆表面下移的原料煤颗粒在篦料板的挡板阻挡下而缓慢移动，不发生滚动。而挡板与挡板之间形成的间隙是热解油气逸出填充床层的通道。篦料板上部设置有用于喷淋用的多个喷嘴，使用焦油氨水混合液对篦料板下方的原料煤表面进行均匀喷淋，使其在填充床层表面人工形成一层水膜层，水膜层有效的将其原料煤表面进行润湿，并增加其原料煤颗粒之间的黏度，防止填充床上表面的原料煤携带的粉尘随上升的热解油气漂浮，而污染焦油煤气。

子落料管口以下为热解炉的填充床层，该填充床层分为上部的分料层，中部的填充层，下部的布气层。分料层由多个正三角形排列的相互平行的扇形布料器进行分散布料，其排列的正三角形的顶端垂直对应子落料管的管口。原料煤颗粒经子落料管管口分别进入分料层的正三角形排列的相互平行的扇形布料器形成的交错形空隙内，使其原料煤颗粒由子落料管管口一点分散成若干条形，均匀覆盖热解炉横截面。分料层下方设置有填充层，填充床层设置多个T形栅格，多个T形栅格以多层网格阵列排布，T形栅格由水平的翼板和垂直的腹板焊接而成，水平翼板上设置有平行排列的矩形缺口，每个矩形缺口处对应的垂直腹板上开有U型缺口，水平上的缺口与垂直上的缺口垂直交叉，形成一个空穴。水平翼板上的缺口倾斜夹角为15～90度夹角，优选的夹角为90度和45度。水平翼板提供支撑其上部原料煤颗粒的重量，同时在水平翼板上由原料煤颗粒形成料锥，料堆初次使用形成后就不会消失，下移的原料煤由料锥表面滑落，并随其下移速度的快慢料锥大小不断的发生变化。空穴处向下移动原料煤颗粒，为底部气流提供上升的通道。垂直腹板表面设置刺钉，增加垂直腹板表面粗糙度，增强垂直腹板与原料煤接触时的边壁效应，使自下而上的气体经垂直腹板向上引导。T型栅格插入热解炉矩形横截面，并且多个高程变化布置T型栅格角度。每个高程设置两层相互平行错位放置的T型栅格。每层两个相邻的水平T型栅格设置200mm～800mm间距。同高程相邻两层T型栅格水平错置，上下T型栅格间距100mm～400mm。相邻高程的T型栅格旋转45度。T型格栅的两端插入热解炉的墙壁。防止热解炉墙壁与T型栅格受热后膨胀差增大，在其T型栅格两端包裹含锆型硅酸铝纤维毡用于热胀收缩。以上所述的同高程设置的两层平行错位放置的T型栅格，根据其水平翼板上的水平缺口形状的不同，分为H型、S型和N型。也可将T型栅格替换为“工”形栅格。填充层下方设置有布气层，布气层设置“人”字形气体分布器，“人”字形气体分布器为单层平行间隔排布，“人”字形气体分布器平行排布两两间隔距离为150～400mm，其间隔空间为干馏煤下移通道“人”字形气体分布器由人字形顶盖331，人字形顶盖两侧设置有多块钢板错层错位插空搭接而成的斜侧板332，错层实现固体物料沿斜侧板表面移动时不沿通气孔333下落，错位插空可形成排列有序的通气孔。斜侧板底端连接翼板334，翼板334用于对斜侧板底端进行结构补强，斜侧板两个相对的翼板形成的喇叭形开口为上升气流入口。上升气流经喇叭形开口进入“人”字形气体分布器内部汇合后，由斜侧板上的通气口进入向下移动固体物料空隙中。优选的斜侧板夹角为30～45度。

填充床层下部为炉底空间，炉底空间顶端设置四个一级燃烧器，一级燃烧器由设在热解炉炉外的燃烧室和热解炉炉内的导焰管组成。燃烧室设置有氧入口、燃料气入口、点火器、火焰监测器等。燃烧室燃烧产生的高温烟气进入导焰管，导焰管为单跨梁结构，横跨炉体内腔。导焰管截面为五边形，导焰管截面的几何中心设置有圆形的火焰通道343，空芯导焰管底部设置条形缝出气口344，并与火焰通道343相连。导焰管为碳化硅制成，其结构为倒V形壳体341，底部缺口处设置楔形砖342，楔形砖342与倒置V形壳体341构成圆形空芯的导焰管，楔形砖与倒置V形壳体采用高温胶粘接而成。楔形砖与楔形砖之间留有3～30mm间隙，该间隙为高温气体的出口，即条形缝出气口。由于楔形砖为上小下大，形成的间隙也是如此，当高温气体由出气口喷入热解炉内时，形成一个扇形。有利于高温气体分散。由于导焰管壳体将原煤分割，在其底部形成V形空间，由导焰管出气口喷出的高温气体在上述的V形空间内与上升气流混合后，进入原料煤间隙进行传热。

一级燃烧器下部设置分隔墙，分隔墙将其方形热解炉底部的腔体分隔成四个体积相同的条形空间。分隔墙顶端设置五边形的顶帽，顶帽顶端为三角形，两斜面夹角≥45度，使其由此下落的干馏煤一部分在斜面上长期停留，同时下移的干馏煤与停留在斜面上的干馏煤产生滑动摩擦，而不与顶帽直接摩擦，从而提高顶帽的使用寿命。顶帽的底部设置二级燃烧器。二级燃烧器为内装在分隔墙墙体中的管道式燃烧器。管道燃烧器的导气管贯穿整个顶帽，径向底侧设置条形缝出气口，条形缝出气口为内大外小的楔形。出气口沿导气管底部均匀间隔排布。顶帽的底部连接用于支撑顶帽用的分隔墙墙体，且该墙体宽度小于顶帽宽度60～180mm，其目的在于满足支撑强度要求的同时，增加分隔空间的体积，有利于延长热半焦的停留时间。

完成热解反应而生产的固体半焦在分隔墙空间内向下移动，离开热解炉进入热半焦冷却器中。进入热半焦冷却器中的半焦与除盐水间接换热，将其后冷却至80～100℃后由旋转排焦机排出，排出的半焦经喷洒清水调节湿度后由钢带机输送至装置外。

渗流逸出填充床层的热解油气进入炉顶空间内，后经由炉顶空间侧面的出气口进入旋流分离器。旋流分离器采用强化对流原理，在其旋流分离器顶部导气管中插入一管内旋流雾化喷头，内旋流雾化喷头插入至旋流分离器直管段下部，内旋流雾化喷头，由进液管和管端的内旋流雾化喷头组成，内旋流雾化喷头内设置旋转导叶，由进液管进入的液体到达喷头时，在喷头内的旋转导叶的作用下，进行分散雾化成小液滴，喷出液滴的喷流角度范围为60～170度，喷头喷射出的液滴与在旋流器内旋转分离的油气垂直对冲，与上升进入导气管的煤气逆流接触，在上述过程中气体中携带的焦油雾滴、粉尘与喷射出的液滴发生碰撞并且融合，发生了传质、传热过程，液滴体积不断增长，最终在旋转气流的离心力作用下，由底部出液口排出。

本发明具有以下优点：

1、热解炉填充床层采用多层网格状布置的条形栅格，实现均匀分料、松散填充、均匀布气。

2、两级管道燃烧器分级加热，富氧燃烧与贫氧燃烧结合，外燃内热与内燃内热结合，低温干馏与中温干馏结合进而实现中/低温分步热解。

3、床层顶部出气，无集气伞设置，增加床层顶部表面积，降低油气穿透床层表面气流速度，防止热解油气带尘。

4、原煤子落料管口两侧设置篦料板，防止原料煤颗粒下移过程中沿锥形倾斜面滚动而出现大小颗粒离析。

5、炉顶喷淋焦渣氨水混合物，对填充床层表面的原料煤颗粒进行增黏，防止上升气流携带原料煤中的粉尘。

6、热解炉炉体侧壁出气，并设置强化对流油气分离器，实现热解油气快速冷却快速分离。

本发明提供的一种基于所述的热解装置的基于填充床粉煤热解的热解工艺，包括以下步骤：

1)0～30mm的原料煤经由原料煤仓顶部的落煤口进入原料煤仓，在内构件的作用下使其原料煤在进料的过程中均匀装填，原料煤在原料煤仓内进行缓冲停留后，经原料煤仓楔形料斗底部设置的落料管进入热解炉，原料煤S1由落料管2连接的子落料管21的管口处进入填充床层上部的分料层31，使用焦油氨水混合液S2或氨水对篦料板24下方的原料煤S1表面进行喷淋，增加其原料煤S1颗粒之间的黏度，进入填充床层顶部分料层的原料煤S1颗粒首先经由正三角形排列的扇形布料器进行分散布料，原料煤颗粒经由扇形布料器之间的间隙下移，使其由子落料管21管口下移的原料煤沿热解炉3截面分散开来；

2)进入填充床层中部填充层的原料煤颗粒在T形栅格的作用下，使进入床层中部的原料煤颗粒垂直向下移动的同时发生绕动，在填充床层内，底部渗透而上的热载气与原料煤发生热量交换，原料煤温度逐步升高至500～600℃而发生低温热解反应，原料煤中的挥发分逸出，并与热载气混合继续上升穿透填充床层到达炉顶空间；完成低温热解反应的干馏煤向下移动进入填充床层下部的布气层，使其上升的热载气经由布气层的“人”字形气体分布器底部开口进入，沿“人”字形气体分布器顶部出气口导入至“人”字形气体分布器的顶部干馏煤床层内；

3)经低温热解后的干馏煤继续下移至一级燃烧器，一级燃烧器为富氧外燃方式，富氧燃烧一般值采用纯度≥40％的氧气为助燃介质的燃烧，富氧和煤气在一级燃烧器内燃烧产生的1200～1450℃高温热载气经一级燃烧器的导焰管35的火焰通道进入热解炉内部，并经与其相连通的条形缝出气口进入热解炉3内，喷出的热载气与底部上升的气流混合后温度为980～1100℃，并沿一级燃烧器的导焰管两侧壁向上渗透进入向下移动的床层；经初步干馏后的干馏煤依然存在重质挥发分，重质挥发分的存在需要进一步的提高温度，因此干馏煤向下移动进入二级燃烧器；二级燃烧器为贫氧内燃方式，贫氧燃烧一般值采用氧纯度≤8％的氧气、二氧化碳混合气为助燃介质的燃烧，贫氧和煤气在预混器中快速混合，混合后的混合燃料进入二级燃烧器内部，并由二级燃烧器出气口排出，排出的混合燃料气遇到热半焦而发生燃烧，没有和煤气发生燃烧的氧气组分与热半焦在其半焦表面发生半焦贫氧部分燃烧过程，并释放大量的热，使半焦颗粒温度快速提升至700～800℃，燃烧产生的600～750℃热烟气向上渗透与一级燃烧产生的热载气混合后作为低温热解的热载气，为其反应提供热量；完成热解反应的固体半焦在分隔墙空间内向下移动，离开热解炉进入热半焦冷却器中，进入热半焦冷却器中的半焦与除盐水间接换热，将其冷却至80～100℃后由旋转排焦机排出，排出的半焦经喷洒清水调节湿度后由钢带机输送至装置外；

4)渗流逸出填充床层的热解油气进入炉顶空间内，其温度为90～200℃，压力为100～500Pa，后由经炉顶侧面的出气口进入旋流分离器，旋流分离器中由顶部进入的70～85℃循环氨水与旋转气体实现垂直对冲，经分离后的煤气依次经煤气风机、套管冷却器，电捕焦油器和间冷器净化处理后，一部分作为燃料气回用，一部分作为产品外送。

步骤4)之后还包括：经分离后的焦油氨水采用公知的方法进行油水沉降分离，分离出的氨水一部分循环至旋流分离器，一部分富余氨水进行除油、脱酚、蒸氨和生化处理，分离得到的焦油作为产品外送。

具体的，本发明的工艺过程为：

0～30mm的原料煤经由原料煤仓顶部的落煤口进入原料煤仓，原料煤仓内设置了在进料过程中使其原料煤颗粒均匀装填的内构件。原料煤在原料煤仓内进行缓冲停留后，经原料煤仓楔形料斗底部设置的落料管进入热解炉。落料管在进入热解炉顶板前由中心线对称分叉形成两个子落料管，两个子落料管由热解炉顶板进入热解炉内部并向下延伸，形成一个可供上升气流混合的炉顶空间。

子落料管口以下为填充床热解炉的床层，该填充床层分为上部分料层，中部填充层，下部布气层。原料煤由子落料管管口处进入填充床上部的分料层，子落料管口两侧分别设置防止原料煤颗粒滚动的篦料板，篦料板上部设置有用于喷淋用的喷头，使用焦油氨水混合液或氨水对篦料板下方原料煤表面进行喷淋，增加其原料煤颗粒之间的黏度，防止填充床上表面的原料煤粉尘随上升的热解油气漂浮。进入填充床顶部分料层的原料煤颗粒首先经由正三角形排列的扇形布料器进行分散布料，原料煤颗粒经由扇形布料器之间的间隙下移，使其由子落料管口下移的原料煤沿热解炉截面分散开来。填充床中部的填充床层设置T形栅格，T形栅格为多层网格矩阵式排布，使进入床层中部的原料煤颗粒垂直向下移动的同时发生绕动，而实现松散填充，均匀透气，促进原煤颗粒均匀加热目的。在以上所述的填充床中部的填充床层内，底部渗透而上的热载气与原料煤发生热量交换，原料煤温度逐步升高至500～600℃而发生低温热解反应，煤中的挥发分逸出，并与热载气混合继续上升穿透填充床层到达炉顶空间。完成低温热解反应的干馏煤向下移动进入填充床层下部的布气层。填充床下部的布气层设置“人”字形气体分布器，使其上升的热载气经由“人”字形气体分布器底部开口进入，沿“人”字形分布器顶部出气口导入至人字形分布器的顶部干馏煤床层内，“人”字形气体分布器平行排布两两间隔，其间隔空间为干馏煤下移通道。

经低温热解后的干馏煤继续下移至一级燃烧器，一级燃烧器为富氧外燃方式。富氧燃烧一般值采用纯度≥40％的氧气为助燃介质的燃烧，富氧燃烧因氮气含量少，比空气助燃时烟气的黑度大得多，且火焰传播速度快，火焰温度高辐射系数大，对原料煤辐射加强。富氧和煤气在两端的外部设置的燃烧器内燃烧产生的1200～1450℃高温热载气经一级燃烧器的导焰管的火焰通道进入热解炉内部，并经与其相连通的条形缝出气口进入热解炉3内，喷出的热载气与底部上升的气流混合后温度为980～1100℃，并沿一级燃烧器的导焰管两侧壁向上渗透进入向下移动的床层。经初步干馏后的干馏煤依然存在重质挥发分，重质挥发分的存在需要进一步的提高温度，因此干馏煤向下移动进入二级燃烧器。二级燃烧器为贫氧内燃方式。贫氧燃烧一般值采用氧纯度≤8％的氧气、二氧碳混合气为助燃介质的燃烧。贫氧燃烧可降低燃料气与贫氧比率，提高效率，降低燃烧产生的温度高点带来的不利影响。二级燃烧器为内装在分隔墙墙体中的管道式燃烧器，径向底侧设置条形缝出气口。贫氧和煤气在两端的外部设置的预混器中快速混合，混合后的混合燃料进入管道燃烧器内部，并由管道燃烧器出气口排出，排出的混合燃料气遇到热半焦而发生燃烧，没有和煤气发生燃烧的氧气组分与热半焦在其半焦表面发生半焦贫氧部分燃烧过程，并释放大量的热，使半焦颗粒温度快速提升至700～800℃实现了中温热解，燃烧产生的600～750℃热烟气向上渗透与一级燃烧产生的热载气混合后作为低温热解的热载气，为其反应提供热量。

分隔墙将其方形热解炉底部的腔体分隔成四个体积相同的条形空间，即生产半焦规模达20～40万吨的热解炉。完成热解反应的固体半焦在分隔墙空间内向下移动，离开热解炉进入热半焦冷却器中。进入热半焦冷却器中的半焦与除盐水间接换热，将其冷却至80～100℃后由旋转排焦机排出，排出的半焦经喷洒清水调节湿度后由钢带机输送至装置外。

渗流逸出填充床层的热解油气进入炉顶空间内，其温度为90～200℃，压力为100～500Pa，后由经炉顶侧面的出气口进入旋流分离器。旋流分离器采用强化对流原理，由顶部进入的70～85℃循环氨水与旋转气体实现垂直对冲，强化传质、传热作用。使热解油气达到快速冷却快速分离的目的。经分离后的煤气依次经煤气风机、套管冷却器，电捕焦油器和间冷器净化处理后，一部分作为燃料气回用一部分作为产品外送。经分离后的焦油氨水采用公知的方法进行油水沉降分离，分离出的氨水一部分循环至旋流分离器，一部分富余氨水进行除油、脱酚、蒸氨和生化处理，分离得到的焦油作为产品外送。

进一步具体的：

表1为具体实施例中采用的热解煤性质。

表1原料煤工业分析及粒径分布表

实施例1：

以神木柠条塔煤矿的粉煤为原料煤S1，经由原料煤仓1顶部的落煤口进入原料煤仓1内，原料煤S1在原料煤仓1内进行缓冲停留后，由原料煤仓1的楔形料斗底部设置的落料管2进入热解炉3。原料煤S1由落料管2连接的子落料管21的管口处进入填充床上部的分料层31，子落料管21的管口两侧分别设置防止原料煤颗粒滚动的篦料板24，篦料板24上部设置有用于喷淋用的喷头4，使用焦油氨水混合液S2对篦料板24下方的原料煤S1表面进行喷淋，增加其原料煤S1颗粒之间的黏度。进入填充床顶部分料层的原料煤S1颗粒经由扇形布料器31之间的间隙下移，使其由子落料管21管口下移的原料煤沿热解炉3截面分散开来。

热解炉中部的填充床层设置H型T形栅格，T形栅格为多层网格矩阵式排布，使进入床层中部的原料煤S1颗粒垂直向下移动的同时发生绕动，而实现松散填充，均匀透气，促进原料煤S1颗粒均匀加热。在以上所述的填充床中部的填充床层内，底部渗透而上的热载气与原料煤S1发生热量交换，原料煤温度逐步升高至550℃而发生低温热解反应，煤中的挥发分逸出，并与热载气混合继续上升穿透填充床层到达炉顶空间。完成低温热解反应的干馏煤向下移动进入填充床层下部的布气层。使其上升的热载气经由“人”字形气体分布器33底部开口进入，沿“人”字形气体分布器33顶部出气口导入至人字形气体分布器33的顶部干馏煤床层内。

经低温热解后的干馏煤继续下移至一级燃烧器，一级燃烧器为富氧外燃方式。采用纯度60％的氧气S3为助燃介质，富氧S3和燃料气S15在两端的外部设置的燃烧器内燃烧产生的1350℃高温热载气经一级燃烧器的导焰管34的火焰通道进入热解炉内部，并经与其相连通的条形缝出气口进入热解炉3内，喷出的热载气与底部上升的气流混合后温度为1050℃，并沿一级燃烧器的导焰管34两侧壁向上渗透进入向下移动的床层。干馏煤向下移动进入二级燃烧器。二级燃烧器为贫氧内燃方式。采用氧纯度8％的氧气S14为助燃介质的燃烧。贫氧S4和燃料气S15在两端的外部设置的预混器中快速混合，混合后的混合燃料进入管道燃烧器36内部，并由管道燃烧器36出气口排出，排出的混合燃料气遇到热半焦而发生燃烧，没有和煤气发生燃烧的氧气组分与热半焦在其半焦表面发生半焦贫氧部分燃烧过程，并释放大量的热，使半焦颗粒温度快速提升至750℃实现了中温热解，燃烧产生的620℃热烟气向上渗透与一级燃烧产生的热载气混合后作为低温热解的热载气。完成热解反应的固体半焦向下移动，离开热解炉进入热半焦冷却器5中。进入热半焦冷却器5中的半焦与除盐水S5间接换热，将其冷却至85℃后由旋转排焦机6排出，排出的半焦经喷洒清水调节湿度后由钢带机7输送至装置外。

渗流逸出填充床层的热解油气进入炉顶空间内，其温度为98℃，压力为200Pa，后由经炉顶侧面的出气口进入旋流分离器8。旋流分离器8采用强化对流原理，由顶部进入的75℃循环氨水S8与旋转气体实现传质、传热作用。经分离后的煤气S9依次经煤气风机9、套管冷却器10，电捕焦油器11和间冷器12净化处理后，一部分作为燃料气S16回用一部分作为产品S15外送。经分离后的焦油氨水采用公知的方法进行油水沉降分离，分离出的氨水S8一部分循环至旋流分离器8，一部分富余氨水进行除油、脱酚、蒸氨和生化处理，分离得到的焦油作为产品外送。

实施例2：

以神木瓷瑶塔煤矿的粉煤为原料煤S1，经由原料煤仓1顶部的落煤口进入原料煤仓1内，原料煤S1在原料煤仓1内进行缓冲停留后，由原料煤仓1的楔形料斗底部设置的落料管2进入热解炉3。原料煤S1由落料管2连接的子落料管21的管口处进入填充床上部的分料层31，子落料管21的管口两侧分别设置防止原料煤颗粒滚动的篦料板24，篦料板24上部设置有用于喷淋用的喷头4，使用焦油氨水混合液S2对篦料板24下方的原料煤S1表面进行喷淋，增加其原料煤S1颗粒之间的黏度。进入填充床顶部分料层的原料煤S1颗粒经由扇形布料器31之间的间隙下移，使其由子落料管21管口下移的原料煤沿热解炉3截面分散开来。

热解炉中部的填充床层设置N型T形栅格，T形栅格为多层网格矩阵式排布，使进入床层中部的原料煤S1颗粒垂直向下移动的同时发生绕动，而实现松散填充，均匀透气，促进原料煤S1颗粒均匀加热。在以上所述的填充床中部的填充床层内，底部渗透而上的热载气与原料煤S1发生热量交换，原料煤温度逐步升高至520℃而发生低温热解反应，煤中的挥发分逸出，并与热载气混合继续上升穿透填充床层到达炉顶空间。完成低温热解反应的干馏煤向下移动进入填充床层下部的布气层。使其上升的热载气经由“人”字形气体分布器33底部开口进入，沿“人”字形气体分布器33顶部出气口导入至人字形气体分布器33的顶部干馏煤床层内。

经低温热解后的干馏煤继续下移至一级燃烧器，一级燃烧器为富氧外燃方式。采用纯度75％的氧气S3为助燃介质，富氧S3和燃料气S15在两端的外部设置的燃烧器内燃烧产生的1300℃高温热载气经一级燃烧器的导焰管34的火焰通道进入热解炉内部，并经与其相连通的条形缝出气口进入热解炉3内，喷出的热载气与底部上升的气流混合后温度为1100℃，并沿一级燃烧器的导焰管34两侧壁向上渗透进入向下移动的床层。干馏煤向下移动进入二级燃烧器。二级燃烧器为贫氧内燃方式。采用氧纯度7％的氧气S14为助燃介质的燃烧。贫氧S4和燃料气S15在两端的外部设置的预混器中快速混合，混合后的混合燃料进入管道燃烧器36内部，并由管道燃烧器36出气口排出，排出的混合燃料气遇到热半焦而发生燃烧，没有和煤气发生燃烧的氧气组分与热半焦在其半焦表面发生半焦贫氧部分燃烧过程，并释放大量的热，使半焦颗粒温度快速提升至780℃实现了中温热解，燃烧产生的700℃热烟气向上渗透与一级燃烧产生的热载气混合后作为低温热解的热载气。完成热解反应的固体半焦向下移动，离开热解炉进入热半焦冷却器5中。进入热半焦冷却器5中的半焦与除盐水S5间接换热，将其冷却至92℃后由旋转排焦机6排出，排出的半焦经喷洒清水调节湿度后由钢带机7输送至装置外。

渗流逸出填充床层的热解油气进入炉顶空间内，其温度为115℃，压力为300Pa，后由经炉顶侧面的出气口进入旋流分离器8。旋流分离器8采用强化对流原理，由顶部进入的80℃循环氨水S8与旋转气体实现传质、传热作用。经分离后的煤气S9依次经煤气风机9、套管冷却器10，电捕焦油器11和间冷器12净化处理后，一部分作为燃料气S16回用一部分作为产品S15外送。经分离后的焦油氨水采用公知的方法进行油水沉降分离，分离出的氨水S8一部分循环至旋流分离器8，一部分富余氨水进行除油、脱酚、蒸氨和生化处理，分离得到的焦油作为产品外送。

实施例3：

以神木新窑煤矿的粉煤为原料煤S1，经由原料煤仓1顶部的落煤口进入原料煤仓1内，原料煤S1在原料煤仓1内进行缓冲停留后，由原料煤仓1的楔形料斗底部设置的落料管2进入热解炉3。原料煤S1由落料管2连接的子落料管21的管口处进入填充床上部的分料层31，子落料管21的管口两侧分别设置防止原料煤颗粒滚动的篦料板24，篦料板24上部设置有用于喷淋用的喷头4，使用焦油氨水混合液S2对篦料板24下方的原料煤S1表面进行喷淋，增加其原料煤S1颗粒之间的黏度。进入填充床顶部分料层的原料煤S1颗粒经由扇形布料器31之间的间隙下移，使其由子落料管21管口下移的原料煤沿热解炉3截面分散开来。

热解炉中部的填充床层设置S型T形栅格，T形栅格为多层网格矩阵式排布，使进入床层中部的原料煤S1颗粒垂直向下移动的同时发生绕动，而实现松散填充，均匀透气，促进原料煤S1颗粒均匀加热。在以上所述的填充床中部的填充床层内，底部渗透而上的热载气与原料煤S1发生热量交换，原料煤温度逐步升高至540℃而发生低温热解反应，煤中的挥发分逸出，并与热载气混合继续上升穿透填充床层到达炉顶空间。完成低温热解反应的干馏煤向下移动进入填充床层下部的布气层。使其上升的热载气经由“人”字形气体分布器33底部开口进入，沿“人”字形气体分布器33顶部出气口导入至人字形气体分布器33的顶部干馏煤床层内。

经低温热解后的干馏煤继续下移至一级燃烧器，一级燃烧器为富氧外燃方式。采用纯度80％的氧气S3为助燃介质，富氧S3和燃料气S15在两端的外部设置的燃烧器内燃烧产生的1380℃高温热载气经一级燃烧器的导焰管34的火焰通道进入热解炉内部，并经与其相连通的条形缝出气口进入热解炉3内，喷出的热载气与底部上升的气流混合后温度为1060℃，并沿一级燃烧器的导焰管34两侧壁向上渗透进入向下移动的床层。干馏煤向下移动进入二级燃烧器。二级燃烧器为贫氧内燃方式。采用氧纯度6％的氧气S14为助燃介质的燃烧。贫氧S4和燃料气S15在两端的外部设置的预混器中快速混合，混合后的混合燃料进入管道燃烧器36内部，并由管道燃烧器36出气口排出，排出的混合燃料气遇到热半焦而发生燃烧，没有和煤气发生燃烧的氧气组分与热半焦在其半焦表面发生半焦贫氧部分燃烧过程，并释放大量的热，使半焦颗粒温度快速提升至790℃实现了中温热解，燃烧产生的720℃热烟气向上渗透与一级燃烧产生的热载气混合后作为低温热解的热载气。完成热解反应的固体半焦向下移动，离开热解炉进入热半焦冷却器5中。进入热半焦冷却器5中的半焦与除盐水S5间接换热，将其冷却至95℃后由旋转排焦机6排出，排出的半焦经喷洒清水调节湿度后由钢带机7输送至装置外。

渗流逸出填充床层的热解油气进入炉顶空间内，其温度为150℃，压力为400Pa，后由经炉顶侧面的出气口进入旋流分离器8。旋流分离器8采用强化对流原理，由顶部进入的85℃循环氨水S8与旋转气体实现传质、传热作用。经分离后的煤气S9依次经煤气风机9、套管冷却器10，电捕焦油器11和间冷器12净化处理后，一部分作为燃料气S16回用一部分作为产品S15外送。经分离后的焦油氨水采用公知的方法进行油水沉降分离，分离出的氨水S8一部分循环至旋流分离器8，一部分富余氨水进行除油、脱酚、蒸氨和生化处理，分离得到的焦油作为产品外送。

实施例4：

以神木大砭窑煤矿的粉煤为原料煤S1，经由原料煤仓1顶部的落煤口进入原料煤仓1内，原料煤S1在原料煤仓1内进行缓冲停留后，由原料煤仓1的楔形料斗底部设置的落料管2进入热解炉3。原料煤S1由落料管2连接的子落料管21的管口处进入填充床上部的分料层31，子落料管21的管口两侧分别设置防止原料煤颗粒滚动的篦料板24，篦料板24上部设置有用于喷淋用的喷头4，使用焦油氨水混合液S2对篦料板24下方的原料煤S1表面进行喷淋，增加其原料煤S1颗粒之间的黏度。进入填充床顶部分料层的原料煤S1颗粒经由扇形布料器31之间的间隙下移，使其由子落料管21管口下移的原料煤沿热解炉3截面分散开来。

热解炉中部的填充床层设置H型T形栅格，T形栅格为多层网格矩阵式排布，使进入床层中部的原料煤S1颗粒垂直向下移动的同时发生绕动，而实现松散填充，均匀透气，促进原料煤S1颗粒均匀加热。在以上所述的填充床中部的填充床层内，底部渗透而上的热载气与原料煤S1发生热量交换，原料煤温度逐步升高至530℃而发生低温热解反应，煤中的挥发分逸出，并与热载气混合继续上升穿透填充床层到达炉顶空间。完成低温热解反应的干馏煤向下移动进入填充床层下部的布气层。使其上升的热载气经由“人”字形气体分布器33底部开口进入，沿“人”字形气体分布器33顶部出气口导入至人字形气体分布器33的顶部干馏煤床层内。

经低温热解后的干馏煤继续下移至一级燃烧器，一级燃烧器为富氧外燃方式。采用纯度90％的氧气S3为助燃介质，富氧S3和燃料气S15在两端的外部设置的燃烧器内燃烧产生的1400℃高温热载气经一级燃烧器的导焰管34的火焰通道进入热解炉内部，并经与其相连通的条形缝出气口进入热解炉3内，喷出的热载气与底部上升的气流混合后温度为1070℃，并沿一级燃烧器的导焰管34两侧壁向上渗透进入向下移动的床层。干馏煤向下移动进入二级燃烧器。二级燃烧器为贫氧内燃方式。采用氧纯度8％的氧气S14为助燃介质的燃烧。贫氧S4和燃料气S15在两端的外部设置的预混器中快速混合，混合后的混合燃料进入管道燃烧器36内部，并由管道燃烧器36出气口排出，排出的混合燃料气遇到热半焦而发生燃烧，没有和煤气发生燃烧的氧气组分与热半焦在其半焦表面发生半焦贫氧部分燃烧过程，并释放大量的热，使半焦颗粒温度快速提升至720℃实现了中温热解，燃烧产生的630℃热烟气向上渗透与一级燃烧产生的热载气混合后作为低温热解的热载气。完成热解反应的固体半焦向下移动，离开热解炉进入热半焦冷却器5中。进入热半焦冷却器5中的半焦与除盐水S5间接换热，将其冷却至96℃后由旋转排焦机6排出，排出的半焦经喷洒清水调节湿度后由钢带机7输送至装置外。

渗流逸出填充床层的热解油气进入炉顶空间内，其温度为130℃，压力为250Pa，后由经炉顶侧面的出气口进入旋流分离器8。旋流分离器8采用强化对流原理，由顶部进入的78℃循环氨水S8与旋转气体实现传质、传热作用。经分离后的煤气S9依次经煤气风机9、套管冷却器10，电捕焦油器11和间冷器12净化处理后，一部分作为燃料气S16回用一部分作为产品S15外送。经分离后的焦油氨水采用公知的方法进行油水沉降分离，分离出的氨水S8一部分循环至旋流分离器8，一部分富余氨水进行除油、脱酚、蒸氨和生化处理，分离得到的焦油作为产品外送。

表2煤焦油、半焦和煤气产率及性质

本发明的热解产物(煤焦油、半焦和煤气)性质见表2，其中产率为每吨原料煤的比值。

本发明提供的基于填充床粉煤热解的热解炉、热解装置和热解工艺，本发明通过优化设置的内构件，改变原有的颗粒物料自然堆积过程，使其实现松散填充，均匀分料布气，降低了床层气流阻力，使气固两相融合传热；同时设置两级加热，富氧燃烧与贫氧燃烧结合，外燃内热与内燃内热结合，低温干馏与中温干馏结合，进而实现中/低温分步热解，显著提高焦油产率，降低了半焦挥发分，提高了半焦固定碳含量。同时富氧燃烧降低了煤气中无效组分氮气的含量，提高了煤气的热值，使煤气在后续的加工利用工艺过程中提高了效率，降低了能耗。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种基于填充床粉煤热解的热解炉，其特征在于，包括原料煤仓、热解炉、热半焦冷却器和旋转排焦机；所述的原料煤仓通过落料管设置在热解炉顶端，原料煤仓顶部有供原料煤进入的落煤口，热解炉由上至下依次设置有炉顶空间、填充床层和炉底空间三部分；所述的填充床层分为上部的分料层，中部的填充层和下部的布气层，分料层包括多个相互平行安装在热解炉炉壁上的扇形布料器，多个扇形布料器呈正三角形排列，扇形布料器排列的正三角形的顶端垂直对应落料管的管口，分料层下方设置有填充层，填充层包括多个安装在热解炉炉壁上的条形栅格，多个条形栅格以多层网格阵列排布，填充层下方设置有布气层，布气层包括单层平行间隔排布的多个“人”字形气体分布器，“人”字形气体分布器平行排布两两间隔距离为150～400mm，其间隔空间为干馏煤下移通道，炉底空间顶端设置四个一级燃烧器，一级燃烧器由设在热解炉炉外的燃烧室和炉内的导焰管组成，一级燃烧器下部设置分隔墙，分隔墙将热解炉炉底空间的腔体分隔成四个体积相同的条形空间，分隔墙墙体中内装有二级燃烧器，二级燃烧器上设置有导气管，导气管底部均匀间隔排布有条形缝出气口，条形缝出气口为内大外小的楔形，热解炉的下方设置有热半焦冷却器，热半焦冷却器的下方设置有旋转排焦机；

所述的原料煤仓内设置有在进料过程中使原料煤颗粒均匀装填的内构件，该内构件由多个同轴线重合的方管形导流筒组成，导流筒从内向外顶端依次阶梯形下移；落料管在进入热解炉顶板前由中心线对称分叉形成两个子落料管，两个子料管由热解炉顶板进入热解炉内部并向下延伸，进入热解炉的子落料管内横向设置有供子落料管左右两侧的热解油气互通的贯穿的腰圆形通气孔，子落料管管口的短边与热解炉体内壁相贴，子落料管管口的长边分别设置有防止原料煤颗粒滚动的篦料板，篦料板与子落料管管口夹角为37～45度，篦料板上部设置有用于喷淋用的多个喷嘴，子落料管管口以下为热解炉的填充床层，扇形布料器排列的正三角形的顶端垂直对应子落料管的管口；

所述的篦料板包括挡板和两个作为支撑的倾斜板；所述的子落料管管口上设置有两个倾斜板，两个倾斜板中间设置多个间距为20～30mm，高度为100～300mm的挡板，挡板平行于重垂线，挡板与挡板之间形成的间隙是热解油气逸出填充床层的通道；

所述的条形栅格包括T形栅格或“工”形栅格，填充层包括多个安装在热解炉炉壁上的T形栅格，多个T形栅格以多层网格阵列排布，T形栅格由水平的翼板和垂直的腹板焊接而成，水平翼板上设置有平行排列的缺口，每个矩形缺口处对应的垂直腹板上开有U型缺口，水平翼板的缺口与垂直腹板的U型缺口垂直交叉，形成一个空穴；水平翼板上的缺口倾斜夹角为15～90度夹角，垂直腹板表面设置刺钉，多个高程变化布置T型栅格角度，每个高程设置两层相互平行错位放置的T型栅格；每层两个相邻的水平T型栅格设置200mm～800mm间距，同高程相邻两层T型栅格水平错置，上下T型栅格间距100mm～400mm，相邻高程的T型栅格旋转45度，相邻高程的T型栅格之间间距200mm～800mm；

所述的T型栅格根据其水平翼板上的缺口形状的不同分为H型、S型和N型，水平翼板上的缺口倾斜夹角为90度和45度，所述的T型栅格两端包裹含锆型硅酸铝纤维毡，包裹含锆型硅酸铝纤维毡后的T型栅格安装在热解炉炉壁上；

所述的“人”字形气体分布器包括人字形顶盖；所述的人字形顶盖两侧设置有多块钢板错层错位插空搭接而成的斜侧板，错位插空可形成排列有序的通气孔，斜侧板底端连接翼板，斜侧板两个相对的翼板形成喇叭形开口，喇叭形开口为上升气流入口，斜侧板夹角为30～45度；

燃烧室设置有氧入口、燃料气入口、点火器和火焰监测器，导焰管为单跨梁结构，横跨炉体内腔，且导焰管为空芯导焰管，导焰管截面为五边形，导焰管截面的几何中心设置圆形的火焰通道，空芯导焰管底部设置条形缝出气口，并与火焰通道相连，导焰管为碳化硅制成，其结构为倒V形壳体，底部缺口处设置楔形砖，楔形砖与倒置V形壳体构成圆形空芯的导焰管，楔形砖与倒置V形壳体采用高温胶粘接而成，楔形砖为上小下大，楔形砖与楔形砖之间留有3～30mm间隙，该间隙为高温气体的出气口，二级燃烧器为管道式燃烧器，分隔墙顶端设置有五边形的顶帽，顶帽顶端为三角形，三角形的两斜面夹角≥45度，顶帽的底部连接用于支撑顶帽用的分隔墙墙体，且该分隔墙墙体宽度小于顶帽宽度60～180mm，二级燃烧器的导气管贯穿整个顶帽。

2.一种基于权利要求1所述的热解炉的基于填充床粉煤热解的热解装置，其特征在于，包括热解炉(3)、旋流分离器(8)、煤气风机(9)、套管冷却器(10)、电捕焦油器(11)和间冷器(12)；所述的热解炉(3)上方通过落料管设置有原料煤仓，热解炉(3)下方设置有热半焦冷却器，热半焦冷却器的下方设置有旋转排焦机，旋转排焦机下方还设置有钢带机(7)，所述的热解炉的炉顶侧面设置有出气口，热解炉的出气口上连接有旋流分离器(8)，旋流分离器(8)与煤气风机(9)相连，煤气风机(9)与套管冷却器(10)相连，套管冷却器(10)与电捕焦油器(11)相连，电捕焦油器(11)与间冷器(12)相连。

3.根据权利要求2所述的基于填充床粉煤热解的热解装置，其特征在于，所述的旋流分离器包括进气口(81)、进液口(82)、排气口(83)、壳体(84)和排液口(85)，壳体(84)侧面设置有进气口(81)，壳体上设置有进液口(82)和排气口(83)，壳体(84)底端设置有排液口(85)，壳体(84)顶部设置有导气管，导气管中插入一管内旋流雾化喷头，内旋流雾化喷头插入至旋流分离器直管段下部，内旋流雾化喷头由进液管和管端的内旋流喷头组成，内旋流喷头内设置旋转导叶，内旋流喷头喷出液滴的喷流角度范围为60～170度。

4.一种基于权利要求3所述的热解装置的基于填充床粉煤热解的热解工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)0～30mm的原料煤经由原料煤仓顶部的落煤口进入原料煤仓，在内构件的作用下使其原料煤在进料的过程中均匀装填，原料煤在原料煤仓内进行缓冲停留后，经原料煤仓楔形料斗底部设置的落料管进入热解炉，原料煤(S1)由落料管(2)连接的子落料管(21)的管口处进入填充床层上部的分料层(31)，使用焦油氨水混合液(S2)或氨水对篦料板(24)下方的原料煤(S1)表面进行喷淋，增加其原料煤(S1)颗粒之间的黏度，进入填充床层顶部分料层的原料煤(S1)颗粒首先经由正三角形排列的扇形布料器进行分散布料，原料煤颗粒经由扇形布料器之间的间隙下移，使其由子落料管(21)管口下移的原料煤沿热解炉(3)截面分散开来；

2)进入填充床层中部填充层的原料煤颗粒在T形栅格的作用下，使进入床层中部的原料煤颗粒垂直向下移动的同时发生绕动，在填充床层内，底部渗透而上的热载气与原料煤发生热量交换，原料煤温度逐步升高至500～600℃而发生低温热解反应，原料煤中的挥发分逸出，并与热载气混合继续上升穿透填充床层到达炉顶空间；完成低温热解反应的干馏煤向下移动进入填充床层下部的布气层，使其上升的热载气经由布气层的“人”字形气体分布器底部开口进入，沿“人”字形气体分布器顶部出气口导入至“人”字形气体分布器的顶部干馏煤床层内；

3)经低温热解后的干馏煤继续下移至一级燃烧器，一级燃烧器为富氧外燃方式，富氧燃烧一般值采用纯度≥40％的氧气为助燃介质的燃烧，富氧和煤气在一级燃烧器内燃烧产生的1200～1450℃高温热载气经一级燃烧器的导焰管(35)的火焰通道进入热解炉内部，并经与其相连通的条形缝出气口进入热解炉(3)内，喷出的热载气与底部上升的气流混合后温度为980～1100℃，并沿一级燃烧器的导焰管两侧壁向上渗透进入向下移动的床层；经初步干馏后的干馏煤依然存在重质挥发分，重质挥发分的存在需要进一步的提高温度，因此干馏煤向下移动进入二级燃烧器；二级燃烧器为贫氧内燃方式，贫氧燃烧一般值采用氧纯度≤8％的氧气、二氧化碳混合气为助燃介质的燃烧，贫氧和煤气在预混器中快速混合，混合后的混合燃料进入二级燃烧器内部，并由二级燃烧器出气口排出，排出的混合燃料气遇到热半焦而发生燃烧，没有和煤气发生燃烧的氧气组分与热半焦在其半焦表面发生半焦贫氧部分燃烧过程，并释放大量的热，使半焦颗粒温度快速提升至700～800℃，燃烧产生的600～750℃热烟气向上渗透与一级燃烧产生的热载气混合后作为低温热解的热载气，为其反应提供热量；完成热解反应的固体半焦在分隔墙空间内向下移动，离开热解炉进入热半焦冷却器中，进入热半焦冷却器中的半焦与除盐水间接换热，将其冷却至80～100℃后由旋转排焦机排出，排出的半焦经喷洒清水调节湿度后由钢带机输送至装置外；

4)渗流逸出填充床层的热解油气进入炉顶空间内，其温度为90～200℃，压力为100～500Pa，后由经炉顶侧面的出气口进入旋流分离器，旋流分离器中由顶部进入的70～85℃循环氨水与旋转气体实现垂直对冲，经分离后的煤气依次经煤气风机、套管冷却器，电捕焦油器和间冷器净化处理后，一部分作为燃料气回用，一部分作为产品外送。

5.根据权利要求4所述的基于填充床粉煤热解的热解工艺，其特征在于，步骤4)之后还包括：经分离后的焦油氨水采用公知的方法进行油水沉降分离，分离出的氨水一部分循环至旋流分离器，一部分富余氨水进行除油、脱酚、蒸氨和生化处理，分离得到的焦油作为产品外送。

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