CN108085034A - 用强制混合二级热解预反应区的碳氢粉料热解方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用强制混合二级热解预反应区的碳氢粉料热解方法及设备，适合于粉煤的加工，分离一级热解反应产物R10P所得固体R10PSX与第二固体热载体R20KS，在强制混合二级热解预反应区PR20完成二者的强制预混合，为二次热解反应过程提供高混合度的混合固相原料。

Description

用强制混合二级热解预反应区的碳氢粉料热解方法及设备

技术领域

本发明涉及用强制混合二级热解预反应区的碳氢粉料热解方法及设备，适合于粉煤的加工，分离一级热解反应产物R10P所得固体R10PSX与第二固体热载体R20KS，在强制混合二级热解预反应区PR20完成二者的强制预混合，为二次热解反应过程提供高混合度的混合固相原料。

背景技术

本发明所述碳氢粉料，指的是在本发明所述热解反应过程可以产生含油蒸汽的含有碳元素、氢元素的固体粉料，比如挥发分含量高的低变质煤粉、油砂、油页岩、煤直接液化生成油减压分馏塔塔底含固含油残液冷却固化形成的残渣的粉碎料、煤直接液化生成油减压分馏塔塔底含固含油残液与固体颗粒如半焦颗粒混合后冷却固化形成的残渣的粉碎料。

本发明所述强制混合二级热解预反应区，指的是分离一级热解反应产物R10P所得固体R10PSX与第二固体热载体R20KS，在强制混合二级热解预反应区PR20完成二者的强制预混合，为二次热解反应过程提供高混合度的混合固相原料。

本发明所述用强制混合二级热解预反应区的碳氢粉料热解方法，至少包含二个热解反应步骤，属于二级热解或多级热解方法。

现代化大型煤矿比如低变质煤矿通常采用机械化综采技术以提高采煤效率、降低成本，其煤炭采出品中的粉煤产率约为60～70％，成为主体产品，因此粉煤的深度转化和综合利用技术必将占据现代低变质煤炭利用技术的主体地位，粉煤加工的一个分支领域是“粉煤分质分级利用”，其中粉煤热解被视为有经济竞争力的技术途径。

本发明所述粉煤FM即R10FS，通常为干燥后脱水粉煤，其水分重量通常低于10％、一般低于7％、较佳者低于5％。

本发明所述粉煤FM即R10FS，其粒度通常为0.00001～6毫米、一般为0.0001～3.5毫米、较佳者为0.001～2毫米。

本发明所述粉煤热解过程，指的是以多产煤焦油为工艺目标的在适宜的温度范围内操作的粉煤热解过程，可以是任意一种合适的形式。

粉煤热解过程的主要产品是焦油、煤气、半焦，其中焦油被认为是潜在经济价值最大的产品，通常期望提高其产率和或氢含量。

粉煤热解商业化技术的主要目标是：提高粉煤高价值组分提取率(或提高粉煤高价值产品收率)、提高单套装置加工量、降低单位能耗、提高技术的可靠性和可控性；因此，只有在上述一个或几个目标上取得显著突破，才能支撑工业技术的经济性，并最终成为主流的粉煤热解商业化技术。

目前为止，多个工业国或大型商业公司对粉煤热解技术进行了研究开发，已经提出多种工艺如德国L-R工艺即鲁奇-鲁尔工艺、美国Toscoal工艺、美国COED工艺，但是尚无大型 商业化装置的成功案例。

上述典型粉煤热解技术，从工程技术角度讲，无法全面或大体消除下述缺陷，根源在于没有将实现不同目标的技术手段合理融合集成：

①热解反应的热力学机制不清晰，单个热解反应过程的主体操作温度位于超过500℃的狭窄温度范围，不具备分级热解功能，无法兼顾粉煤不同温度阶段的热解反应的差异，缺乏煤热解过程的并行反应、串联反应的反应深度的选择性控制能力，导致焦油收率低、氢含量低；

②热解反应工业过程的供热方式不合理、流体力学特性不合理及设备结构不合理，导致运转周期太短即可靠性差，不易实现大型化，导致单位加工量投资大；

③热能回收系统集成度太低，导致系统热效率低；

④热解步骤集成度太低，操作步骤多，系统复杂可靠性差。

通常，挥发分含量高的煤的不同的热解反应存在于如380～680℃的较宽的热解温度范围内，就反应类型而言，粉煤热解过程存在众多的并行反应和串联反应，就指向不同目标产品的途径方向而言，主要有煤的大分子产生更小分子量产物(煤气和焦油)的热裂解反应(包括一次热裂解反应、热裂解产物的二次热裂解反应)和煤热解过程的2个或多个中间产物自由基缩合为大分子量产物的缩合反应，因此，为了提高焦油收率、提高焦油氢含量，一方面需要增加产生焦油的煤的热裂解反应，一方面需要抑制焦油产物的二次缩合反应。

COED工艺采用的多段热解方法，分级热解反应条件符合煤的逐级升温分级热解要求，热解焦油的收率能达到18～22％且品质优良，但是，该方法包含的操作步骤太多、系统复杂、可靠性差；加之煤干馏过程供热方式仅使用了气体热载体而没有使用固体热载体，其热载体单位体积、单位质量的热容量较小，传热速度较低，反应空间体积必然庞大，不利于大型化。

随着CN105602593A、CN105694933A方法的出现，上述情况被基本改变，其基本原理可以看作是在一定程度上将石油工业蜡油或渣油流态化催化裂化领域的反应再生系统技术的移植应用。在渣油流态化催化裂化的反应再生系统中，单程通过的原料是雾化的渣油、其产品是气态裂解油气，循环加工的物料是粉状固体催化剂，排出提升管催化热裂化反应器的催化剂为结焦后催化剂固体，结焦后催化剂经过沉降器内布置的旋风分离系统完成脱气、然后进入烧炭器或再生器进行烧炭再生，高温态的再生后催化剂粉料作为固体热载体和催化剂返回提升管反应器的下部入口，在提升气体作用下，与雾化的渣油混合接触进行流态化催化裂化反应，再生器产生的至少一部分热量被返回提升管催化热裂化反应器的再生后热态催化剂载入提升管催化热裂化反应器充当热裂化过程的热源。渣油流态化催化裂化的反应再生系统，已有超过50年的成功运转历史，其大型化单系列装置加工渣油量可达400～800万吨/年，催化剂循环量可达2000～4000万吨/年即2500～5000吨/时。

与蜡油或渣油流态化催化裂化的反应再生系统相比，CN105602593A、CN105694933A方法，采用类似的提升管反应器进行粉煤热解反应，采用类似的旋风分离系统(布置于沉降器内)完成粉煤热解反应产物的气固分离，采用类似的烧炭器进行粉焦贫氧燃烧，烧炭器产生的热半焦的一部分作为固体热载体进入提升管反应器向煤热解反应过程供热并形成循环系统，多 余的半焦排出系统和或氧化燃烧释放热量。在CN105602593A、CN105694933A所述系统中，单程通过的原料是新鲜固体粉煤，其热解产品是气态煤气和固体半焦，循环加工的物料是固体半焦(热解反应一次半焦产物或半焦循环料)，高温态的固体氧化半焦作为固体热载体返回提升管反应器的下部入口，在提升气体作用下，与新鲜煤粉混合接触进行流态化热解反应。

从上述对比可以看出，二种技术的热解反应器、热解产物气固分离系统、热解固体产物沉降器、循环固体料烧炭器，其相同流程位置的气固流体的流动方式基本相同。由于二者上述的相似性，CN105602593A、CN105694933A方法，极大地简化了系统的结构和操作，极大地提高了系统的安全性，是深具大型工业化潜力的技术方法，具有以下优势：

①热解反应的热力学机制清晰，使用自热式固体热载体，用提升气提供粉料的表面能和上行动能、位能，实现了固体粉料的离散化和快速聚分、强化了传热速度，实现了快速热解；

②热解反应过程的供热方式合理(系统自热式，燃料为低价值半焦)、流体力学特性合理(提升管提供固体料位能、沉降器利用重力做功下行)及设备结构合理，可靠性高即运转周期长，易于实现大型化，可降低单位加工量投资；

③热能回收系统高度集成，系统热效率高；

④热解、供热步骤高度集成，操作步骤少，系统简单、可靠性高。

上述CN105602593A、CN105694933A方法，是使用单个反应过程或单个反应器的上流式提升管流化床粉煤热解方法，不具备分级热解功能，仅能实现一个终端热解温度，为了提高焦油收率，就只能提高粉煤热解深度，这必然增加焦油产物的二次缩合反应，这是其缺陷。

另一方面，在上述CN105602593A、CN105694933A方法中，尽管空间体积巨大的沉降器也能发生少量的二次热解反应，但是由于温度较低，其热解反应不彻底；也因为传统的蜡油或渣油流态化催化裂化的沉降器的主体功能是沉降分离而不是专用的热解反应器，因此，其结构当然也不能实现高效的二级热解反应过程，必须在借鉴的基础上对其进行改造，形成适应性结构或设备。

针对上述缺陷，本发明设想提出用强制混合二级热解预反应区PR20的碳氢粉料热解方法及设备，分离一级热解反应产物R10P所得固体R10PSX与第二固体热载体R20KS，在强制混合二级热解预反应区PR20完成固体R10PSX与第二固体热载体R20KS的高强度强制预混合，为二次热解反应过程提供高混合度的混合固相原料，要求该方法及强制混合二级热解预反应区PR20使用的设备，具有以下功能或特点：

①设备结构简单；

②操作可靠性高；

③处理量操作弹性大；

④实现高强度固固混合，即实现固体R10PSX与第二固体热载体R20KS的强制快速固固混合，这样快速混合初始过程的空间体积必须尽可能小；

为了提高固体R10PSX与第二固体热载体R20KS接触后的初始混合的强度，要求固体R10PSX与第二固体热载体R20KS，在短时间内借助有效力量和或动量进行交叉混合，开始交叉混合至高强度混合结束的过程MS10的时间段MS10T尽可能短，时间MS10T，通常小于3秒， 一般小于1秒，宜小于0.5秒，较佳者小于0.1秒，这样在较小空间内即完成了预混合；

⑤形成高强度固固混合，第二固体热载体R20KS与固体R10PSX的混合强度尽可能高，这暗示PR20需要以合理的设备结构使用第二固体热载体R20KS所具有的动能、位能、压力能，使用固体R10PSX所具有的动能、位能(即有效重力作用高差)；

⑥强制混合二级热解预反应区PR20的流场结构，可以选择任意合适的流场形式，但必须利于气固快速分离，比如采用湍动床混合、外包线式快速混合、回转楼梯式快速混合分离等方式；

⑦强制混合二级热解预反应区PR20，可以使用外来的流化气或气提气，对固体物料产生逆流或错流的接触；

流化气或气提气可以是廉价的对热解煤气的使用无副作用的合适其体，可以是易得的工厂气体如煤气脱碳过程得到的高纯度二氧化碳气体，可以是低压水蒸气，可以是制氧过程副产的氮气，可以是净化煤气如系统自产煤气，可以是合成气；置换气可以通过换热器如设置在烧炭器内的换热器加热，置换气可以通过烧炭器外排半焦产品的冷却器加热；

⑧强制混合二级热解预反应区PR20，可以设置在沉降器外部，但是通常设置在沉降器内部；设置在沉降器外部，可以简化沉降器内部结构、方便检修；设置在沉降器内部，可以减少高温设备个数，简化二级热解强制混合反应器PR20E的外保温、物料输送管路系统，方便安装；

沉降器R20E，通常，其下部有密相床空间R20ED、其上部有稀相床空间R20EU；

强制混合二级热解预反应区PR20，可以独立布置即形成二级热解预反应器PR20E，具有独立的密相床PR20D和稀相床PR20U；

强制混合二级热解预反应区PR20，通常设置在沉降器R20E内部，可以在称为二级热解混合固体原料聚集降落分配器QSSE内的空间进强制混合二级热解预反应区PR20；

⑨二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE及其布置位置

二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE，一个重要作用是提高固体R10PSX与第二固体热载体R20KS的混合强度，提高传热速度、提高二次热解反应速度，降低二次热解产物焦油蒸汽的再次热解时间，提高焦油收率；因此，通常希望形成固体堆积床或密相床，提供一定停留时间进行深度二级热解预反应；

二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE的布置位置，可以是稀相床内或稀相床与密相床交界处的位置，甚至可以是密相床层浅度位置，但是要保证固固传热时间以完成预期的二级热解反应，很明显会增大沉降器的体积；通常不建议该位置是密相床层内部位置，因为二级热解过程混合固体料的混合空间、热解时间已经太少，无法保证二级热解效果；同时，接触气提气的空间、时间已经太少，无法保证气提脱烃油蒸汽效果；

强制混合二级热解预反应区PR20排出的固体混合料的落点位置，通常应位于沉降器的中部的敞开空间，同时最好位于密相床层顶料面以上的空间，或者位于密相床层顶部料面的浅层中，这样才能满足固体下落过程完成二级热解反应所需要的混合、传热和反应时间，同时满足气相快速逸散脱离固体的空间畅通条件，也利于压降气相压力降；

二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE布置的位置，需要满足合理利用重力的要求，进行二级热解过程固体物料的下流主体流动；

理论上讲，二级热解过程可以使用提升管流化床热解反应器，但是由于提升管流化需要使用大量的流化风或输送风，故能耗很大，同时大量循环气体导致气体系统过于庞大、投资增加巨大，因此，不便采用；

另一方面，与粉煤一级热解反应过程要求在较短甚至是极短时间内完成传热、热解的“快速热解”不同，二级热解反应过程属于一级热解半焦的“慢速深度热解”，在保证二级热解产物气体快速移出固体前提下，工业上的二级热解时间控制值通常大于或远大于二级热解时间理论需要值，因此选用提升管式二级热解反应过程，必然导致提升管高度过高，是不合理的；

除非煤种特殊导致热解失重曲线出现煤气或热解焦油的较远温度间隔的双峰或多峰分布，或者工艺特殊要求必须进行特定的分段均衡热解，通常二级热解过程使用提升管流化床热解反应器是不合理的；

由于粉煤一级热解反应过程已经将固体物料提升至一定高度即增加了物体物料的位能，因此，合理利用已经具备的位能即重力势能，将重力作为动力驱动固体物料下行流动，安排合适流场(比如下行流过多层交叉人字挡板)，通过控制二级热解物体物料的混合强度、停留时间、气体脱油气等，完成预期的二级热解反应过程和气固分离过程；

⑩第二固体热载体R20KS，来源多种，且功能各异：

第二固体热载体R20KS，可以是与第一固体热载体相同温度、相同来源的氧化半焦；

第二固体热载体R20KS，可以是适度降温后的固体热载体，比如为了增大第二固体热载体R20KS流量，在流化床烧焦反应过程R50，可设置冷却步骤HX获得第二固体热载体R20KS；

第二固体热载体R20KS，甚至可以是来自其它碳氢粉料热解过程的温度合适的固体产物或气固产物，比如可以是来自煤直接液化残渣固体颗粒的流化热解反应过程的固体产物或气固产物，因为煤直接液化残渣固体颗粒的流化热解反应过程的固体产物或和气固产物的温度较粉煤热解反应过程的固体产物或和气固产物的温度通常高出30～150℃、一般高出50～100℃，因此，非常适合用作本发明所述的第二固体热载体，从而实现了煤直接液化残渣固体颗粒的流化热解反应过程的固体产物或和气固产物的二次利用，特别是利用了这些固体物料的热能和或位能；

为了最大限度利用气固型第二固体热载体Z-R20KS，可以设立分离过程SZ将Z-R20KS分离为气体ZV和固体ZS，可以将至少一部分气体ZV引入沉降器的顶部、中部、底部，甚至可以将气体ZV引入强制混合二级热解预反应区PR20充当动力风或气提气；可以将至少一部分固体ZS引入沉降器的顶部、中部、底部，当然可以将至少一部分固体ZS引入强制混合二级热解预反应区PR20充当第二固体热载体；

分离过程SZ，可以使用任意一种合适的分离方式和分离设备，比如可以使用旋风分离器。

本发明所述冷却步骤XH，可以是专用的生产第二固体热载体R20KS冷却步骤HX，此时，R50排出的高温第二氧化半焦BS2经过冷却步骤XH降低至合适温度HXT成为降温第二氧化半焦BS2C，至少一部分BS2C用作第二固体热载体R20KS。

本发明所述冷却步骤XH，可以是第二固体热载体R20KS和与循环氧化半焦物流R50RS共用的取热器，循环氧化半焦物流R50RS通过间接换热器如蒸汽发生器外输热能冷却后返回流化床烧焦反应过程R50，此时，循环氧化半焦物流R50RS充当外输热能的热载体。

本发明所述冷却步骤XH，也可以排出其它氧化半焦产品R50PS；排出的热氧化半焦R50PS可以通过间接换热器冷却回收热能后储存。

至此，已经提出了本发明的原则方案：用强制混合二级热解预反应区的碳氢粉料热解方法及设备，适合于粉煤的加工，分离一级热解反应产物R10P所得固体R10PSX与第二固体热载体R20KS，在强制混合二级热解预反应区PR20完成二者的强制预混合，为二次热解反应过程提供高混合度的混合固相原料。

本发明方法可应用于多种含有碳氢元素的固体粉料的二级热解反应过程，也可应用于2种或多种不同来源粉料的联合加工。

本发明所述方法，未见报道。

因此，本发明的第一目的在于提出用用强制混合二级热解预反应区的碳氢粉料热解方法及设备。

本发明的第二目的在于提出用强制混合二级热解预反应区的粉煤热解方法及设备。

本发明的第三目的在于提出用强制混合二级热解预反应区的碳氢粉料流化床热解流化床烧焦式两级热解方法及设备

本发明的第四目的在于提出用强制混合二级热解预反应区的粉煤流化床热解流化床烧焦式两级热解方法及设备

本发明的第五目的在于提出用强制混合二级热解预反应区的第一碳氢粉料热解方法及设备，使用的第二固体热载体为第二碳氢粉料热解过程的含固体产物。

发明内容

本发明用强制混合二级预热解反应过程的碳氢粉料热解方法及设备，其特征在于包含以下步骤：

(1)在一级热解反应过程R10，碳氢粉料R10FS进行一级热解反应R10R转化为气固混相的一级热解反应产物R10P；

(2)在分离过程S10，分离一级热解反应产物R10P得到脱尘气体S10PV和固体S10PS，至少一部分固体S10PS用作固体R10PSX；

(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，固体R10PSX与第二固体热载体R20KS进行强制混合并进行二级预热解反应PR20R，得到二级预热解固体PR20-S和二级预热解气PR20-V；

第二固体热载体R20KS的温度高于固体R10PSX的温度；

(4)在二级热解反应过程R20，二级预热解固体PR20-S进行二级热解反应R20R转化为二级热解反应产物R20P并分离为含尘二级热解过程气R20EPV和二级热解半焦R20PS；

二级热解半焦R20PS排出二级热解反应过程R20；

(5)在气固分离过程S20，离开固体粉料主体床层后的含尘二级热解过程气R20EPV分离为排出气固分离过程S20的脱尘二级热解煤气R20PV和半焦S20PS；

(6)在流化烧焦反应过程R50，基于二级热解半焦R20PS的最终热解半焦RCPS进入流化烧焦反应空间，与含氧气体接触，进行流化床烧焦反应R50R，产生高温氧化半焦R50PS和烟气YQ，烟气YQ排出流化烧焦反应过程R50；高温半焦排出流化烧焦反应过程R50。

本发明，通常一级热解反应过程R10使用第一固体热载体R10KS，其特征在于：

(1)在一级热解反应过程R10，碳氢粉料R10FS与第一固体热载体R10KS混合进行一级热解反应R10R转化为一级热解反应气固产物R10P；

(6)在流化烧焦反应过程R50，第一高温半焦R50P1S排出流化烧焦反应过程R50；

(7)基于R50排出的第一高温半焦R50P1S的物流，用作第一固体热载体R10KS进入一级热解反应过程R10与碳氢粉料R10FS混合接触。

本发明，在一级热解反应过程R10，通常使用流化床提升管热解反应器R10E，碳氢粉料R10FS、第一固体热载体R10KS自下部进入反应器R10E混合，在气体进料R10FV作用下通过提升管热解反应器R10E向上流动进行一级热解反应R10R转化为一级热解反应气固产物R10P。

本发明，使用的第二固体热载体R20KS，其特征通常在于：

(6)在流化烧焦反应过程R50，第二高温半焦R50P2S排出流化烧焦反应过程R50；

(7)基于R50排出的第二高温半焦R50P2S的物流，用作第二固体热载体R20KS。

本发明，在强制混合二级预热解反应过程PR20，固体R10PSX与第二固体热载体R20KS进行强制混合并进行二级预热解反应PR20R，得到二级预热解固体PR20-S和二级预热解气PR20-V；

二级预热解反应区PR20的混合方式，可以选自下列方式中的一种或几种：

①湍动床混合方式；

②外包线式快速混合方式；

③回转楼梯式快速混合方式。

本发明，在强制混合二级预热解反应过程PR20，使用气提气PR20-VP，气提气PR20-VP与固体物料产生逆流或错流的气提接触，气提气PR20-VP可以选自下列中的一种或几种：

①煤气脱碳过程得到的高纯度二氧化碳气体；

②水蒸气；

③氮气；

④净化煤气；

⑤合成气；

⑥来自二级热解反应过程R20的煤气。

本发明，(3)强制混合二级预热解反应过程PR20，可以在沉降器R20E的外部和或沉降器R20E的内部进行；

(4)在二级热解反应过程R20，使用沉降器R20E。

本发明，(3)强制混合二级预热解反应过程PR20，可以在二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE内进行。

本发明，(3)强制混合二级预热解反应过程PR20，可以在二级热解混合原料聚集降落分配 器QSSE内进行；原料聚集降落分配器QSSE，可以布置在沉降器R20E的外部和或沉降器R20E的内部。

本发明，(3)强制混合二级预热解反应过程PR20，可以在二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE内进行；原料聚集降落分配器QSSE，布置在沉降器R20E的内部；

(4)二级热解反应过程R20使用沉降器R20E，沉降器R20E上部有稀相床空间R20EU、下部有密相床空间R20ED，沉降器R20E中部可能布置有折流挡板R20E-TYAY用于分散向下流动的固体物料；

原料聚集降落分配器QSSE，在沉降器R20E的内部的布置位置可以选自下列中的一种或几种：

①稀相床内；

②稀相床与密相床交界处；

③密相床层浅度位置；

④可能存在的有折流挡板R20E-TYAY的空间位置。

本发明，(3)强制混合二级预热解反应过程PR20，使用的第二固体热载体R20KS可以选自下列中的一种或几种：

①流化烧焦反应过程R50排出的高温半焦；

②流化烧焦反应过程R50排出的高温半焦经过适度降温后所得降温氧化半焦；

③第二碳氢粉料热解过程R80的热解气固产物R80P；

④第二碳氢粉料热解过程R80的热解产物R80P的气固分离过程SZ所得固体产物SZ-S；

⑤经过脱氧气步骤后所得脱气后固体热载体。

本发明，热解过程使用的固体热载体，最好为经过脱氧气步骤后所得脱气后固体热载体。

本发明，(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，第二固体热载体R20KS温度高于固体R10PSX温度的差值：通常为10～250℃、一般为30～100℃。

本发明，(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，固体R10PSX与第二固体热载体R20KS混合，第二固体热载体R20KS可以选自第二碳氢粉料热解过程R80的热解产物R80P的气固分离过程SZ所得固体产物SZ-S；

在气固分离过程SZ，第二碳氢粉料热解过程R80的热解产物R80P分离为固体SZ-S和气体SZ-V，将至少一部分固体SZ-S充当第二固体热载体。

本发明，(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，固体R10PSX与第二固体热载体R20KS混合，第二固体热载体R20KS可以选自第二碳氢粉料热解过程R80的热解产物R80P的气固分离过程SZ所得固体产物SZ-S；

在气固分离过程SZ，第二碳氢粉料热解过程R80的热解产物R80P分离为固体SZ-S和气体SZ-V，将至少一部分固体SZ-S充当第二固体热载体，将剩余的固体ZS引入沉降器的顶部或中部或底部。

本发明，(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，固体R10PSX与第二固体热载体R20KS混合，第二固体热载体R20KS可以选自第二碳氢粉料热解过程R80的热解产物R80P的气固分 离过程SZ所得固体产物SZ-S；

在气固分离过程SZ，第二碳氢粉料热解过程R80的热解产物R80P分离为固体SZ-S和气体SZ-V，将至少一部分气体ZV引入沉降器的顶部或中部或底部或引入强制混合二级预热解反应过程PR20充当动力风。

本发明，(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，固体R10PSX与第二固体热载体R20KS混合，第二固体热载体R20KS可以选自第二碳氢粉料热解过程R80的热解产物R80P的气固分离过程SZ所得固体产物SZ-S；气固分离过程SZ，可以使用旋风分离器。

本发明，(4)在二级热解反应过程R20，使用沉降器R20E即二级热解反应器R20E；

在沉降器R20E底部，引入置换气V22V用于气提置换下行半焦中携带的焦油蒸汽，置换气V22V可以选自下列物料中的一种或几种：

①水蒸气；

②氮气；

③二氧化碳气；

④无氧烟道气；

⑤煤气；

⑥其它不含对热解过程带来不利影响的组分的气体。

本发明，碳氢粉料R10FS的粒径：通常为0～10毫米、一般为0～6毫米，碳氢粉料R10FS选自下列物料中的一种或几种：

①低变质粉煤；

②高变质粉煤；

③油母页岩粉；

④油砂；

⑤煤直接液化残渣液体冷却固化后制备的固体颗粒，或煤直接液化残渣液体与固体混合后冷却固化后制备的固体颗粒；

⑥其它在热解过程能够产生含油蒸汽的固体粉料。

本发明，通常包含以下步骤：

(1)在一级热解反应过程R10，使用流化床提升管热解反应器R10E，碳氢粉料R10FS、第一固体热载体R10KS自下部进入反应器R10E混合，在气体进料R10FV作用下通过提升管热解反应器R10E向上流动进行一级热解反应R10R转化为一级热解反应气固产物R10P；

(2)在分离过程S10，使用旋风分离器，分离一级热解反应产物R10P得到脱尘气体S10PV和固体S10PS，至少一部分固体S10PS用作固体R10PSX；

(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，固体R10PSX与第二固体热载体R20KS进行强制混合并进行二级预热解反应PR20R，得到二级预热解固体PR20-S和二级预热解气PR20-V；

第二固体热载体R20KS的温度高于一级热解反应产物R10P的温度；

(4)在二级热解反应过程R20，二级预热解固体PR20-S进行二级热解反应R20R转化为二级热解反应产物R20P并分离为含尘二级热解过程气R20EPV和二级热解半焦R20PS；

二级热解半焦R20PS排出二级热解反应过程R20；

(5)在气固分离过程S20，使用旋风分离器，离开固体粉料主体床层后的含尘二级热解过程气R20EPV分离为排出气固分离过程S20的脱尘二级热解煤气R20PV和半焦S20PS；

(6)在流化烧焦反应过程R50，基于二级热解半焦R20PS的最终热解半焦RCPS进入流化烧焦反应空间，与含氧气体接触，进行流化床烧焦反应R50R，产生高温氧化半焦R50PS和烟气YQ，烟气YQ排出流化烧焦反应过程R50；高温半焦排出流化烧焦反应过程R50；

含尘烟气的气固分离过程S50，使用旋风分离器；

第一高温半焦R50P1S排出流化烧焦反应过程R50；

(7)基于R50排出的第一高温半焦R50P1S的物流，用作第一固体热载体R10KS进入一级热解反应过程R10与碳氢粉料R10FS混合接触。

本发明，操作目标通常为：

(1)在一级热解反应过程R10，气体进料R10FV提供流化动力，一级热解反应过程R10的至少大部分吸热量由第一固体热载体R10KS提供；

(2)在分离过程S10，通过至少使用2级串联操作的旋风分离器的气固分离系统S10完成一级热解反应产物R10P的气固分离，得到脱尘气体S10PV和固体S10PS，至少一部分固体S10PS用作固体R10PSX；

(3)强制混合二级预热解反应过程PR20，在二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE内进行，原料聚集降落分配器QSSE布置在沉降器R20E的内部；

(5)在气固分离过程S20，离开固体粉料主体床层后的含尘二级热解过程气R20EPV，与二级预热解气PR20-V混合通过共用的气固分离系统S10完成气固分离，脱尘二级热解煤气R20PV进入脱尘气体S10PV中，半焦S20PS进入固体S10PS中。

本发明，通常，(4)在二级热解反应过程R20，二级预热解固体PR20-S进入二级热解反应过程R20的反应空间，主体流向是自上而下流动，二级预热解固体PR20-S进行第二热解反应R20R产生二级热解煤气和二级解热解半焦，并完成气固分离；至少一部分二级热解反应过程R20的气固流动状态表现为散式流化床。

本发明，通常，(6)在流化烧焦反应过程R50，基于二级热解半焦R20PS的最终热解半焦RCPS进入流化烧焦反应空间，与自下而上流动的含氧气体接触，发生流化床烧焦反应R50R，产生高温半焦R50PS和烟气YQ，烟气YQ自上部空间排出流化烧焦反应过程R50；高温半焦R50PS排出流化烧焦反应过程R50。

本发明，通常，(6)在流化烧焦反应过程R50，流化烧焦反应空间的上部稀相段的器内含尘烟气R50E-YQ，经过布置于流化烧焦反应器内部的上部空间的旋风分离系统S5脱尘分离为烟气YQ和半焦粉尘R50-RS；烟气YQ自上部空间离开旋风分离系统S5排出流化烧焦反应过程R50。

本发明，通常，(6)在流化烧焦反应过程R50，流化烧焦反应空间的上部稀相段的器内含尘烟气R50E-YQ，经过布置于流化烧焦反应器内部的上部空间的旋风分离系统S5脱尘分离为烟气YQ和半焦粉尘R50-RS；旋风分离系统S5的旋风分离器料腿排出的半焦粉尘R50-RS返 回流化烧焦反应空间循环加工。

本发明，通常，(6)在流化烧焦反应过程R50，设置外取热器R50-OUT-HX，排出流化烧焦反应过程R50的热半焦进入外取热器R50-OUT-HX与取热介质间接换热降低温度后，排出外取热器R50-OUT-HX，在取热器R50-OUT-HX完成冷却步骤XH。

本发明，通常，(6)在流化烧焦反应过程R50，设置外取热器R50-OUT-HX，来自流化烧焦反应过程R50的热半焦进入外取热器R50-OUT-HX与取热介质间接换热降低温度，排出外取热器R50-OUT-HX的至少一部分热半焦返回流化烧焦反应过程R50循环使用，剩余部分热半焦用作热产品R50PS-T，在取热器R50-OUT-HX完成冷却步骤XH。

本发明，通常，(6)在流化烧焦反应过程R50，设置外取热器R50-OUT-HX，来自流化烧焦反应过程R50的热半焦进入外取热器R50-OUT-HX与取热介质间接换热降低温度，排出外取热器R50-OUT-HX的第一部分热半焦返回流化烧焦反应过程R50循环使用，第二部分冷却后用作产品R50PS-C，在取热器R50-OUT-HX完成冷却步骤XH。

本发明，通常，(4)在二级热解反应过程R20，二级热解反应器同时也是沉降器。

本发明，R10、R20操作目标通常为：

(1)在一级热解反应过程R10，碳氢粉料R10FS的粒径为0～6毫米，碳氢粉料R10FS选自高挥发分的低变质粉煤；

(4)二级热解反应过程R20产生的焦油蒸汽重量为新鲜粉煤R10FS重量的1～12％；

二级热解反应过程R20的粉焦R20PS挥发分为3～25％；

一级热解反应过程R10的焦油产量为R10PY、二级热解反应过程R20的焦油产量为R20PY与，定义KR＝R20PY/(R10PY+R10PY)，KR为0.05～0.50。

本发明，R10、R20操作目标一般为：

(1)在一级热解反应过程R10，碳氢粉料R10FS的粒径为0～6毫米，碳氢粉料CHLS选自高挥发分的低变质粉煤；

(4)二级热解反应过程R20产生的焦油蒸汽重量为新鲜粉煤R10FS重量的1～7％；

二级热解反应过程R20的粉焦R20PS挥发分为3～15％；

KR为0.05～0.30。

本发明，各步骤操作目标通常为：

(1)在一级热解反应过程R10，含碳氢元素粉料R10FS为粉煤；

一级热解反应过程R10，使用提升管流化床热解反应器，第一固体热载体R10KS为来自流化烧焦反应过程R50的高温氧化半焦；

一级热解反应过程R10的操作条件为：反应时间0.1～10s，提升管反应产物出口温度即一级热解反应过程终端反应温度为400～600℃；

第一固体热载体R10KS的重量与粉煤R10FS重量比值为1～30；

(2)在气固分离过程S10，脱尘一级热解煤气R10PV中固体含量低于50克/立方米；

(4)在二级热解反应过程R20的反应空间，设置2～12副人字挡板或环形挡板，二级热解反应过程的主热解段的温度为460～700℃；

二级热解段底部通入450～650℃气提气V22V进行焦油蒸汽汽提，气提气V22V通过半焦料层后向上流动并进入二级热解反应过程R20的二级热解煤气产物中；

进入二级热解反应过程R20的第二固体热载体R20KS的重量与粉煤R10FS重量比值为0.3～10；

(5)在第二级热解反应气固产物的气固分离过程S20，二级热解煤气产物经过S10系统的粗旋与顶旋之间的周隙进入顶旋离开二级热解反应空间，在顶旋内与第一热解反应气相产物即第一热解煤气混合进行气固分离。

本发明，各步骤操作目标一般为：

(1)在一级热解反应过程R10，含碳氢元素粉料R10FS为低变质粉煤；

一级热解反应过程R10，使用提升管流化床热解反应器，第一固体热载体R10KS为来自流化烧焦反应过程R50的高温氧化半焦；

一级热解反应过程R10的操作条件为：反应时间1.0～6s，提升管反应产物出口温度即一级热解反应过程终端反应为470～550℃；

第一固体热载体R10KS的重量与粉煤R10FS重量比值为3～15；

(2)在气固气固分离过程S10，一脱尘一级热解煤气R10PV中固体含量低于10克/立方米；

(4)在二级热解反应过程R20的反应空间，设置2～12副人字挡板或环形挡板，二级热解反应过程的主热解段的温度为480～600℃；

二级热解段底部通入450～650℃气提气V22V进行焦油蒸汽汽提，气提气V22V通过半焦料层后向上流动并进入二级热解反应过程R20的二级热解煤气产物中；

进入二级热解反应过程R20的第二固体热载体R20KS的重量与粉煤R10FS重量比值为1.0～5；

(5)在第二级热解反应气固产物的气固分离过程S20，二级热解煤气产物经过S10系统的粗旋与顶旋之间的周隙进入顶旋离开二级热解反应空间，在顶旋内与第一热解反应气相产物即第一热解煤气混合进行气固分离。

本发明，各步骤操作目标较佳者为：

(1)在一级热解反应过程R10，含碳氢元素粉料R10FS为高挥发分的低变质粉煤；

一级热解反应过程R10，使用提升管流化床热解反应器，第一固体热载体R10KS为来自流化烧焦反应过程R50的高温氧化半焦；

一级热解反应过程R10的操作条件为：反应时间2.5～4s，提升管反应产物出口温度即一级热解反应过程终端反应为480～520℃；

第一固体热载体R10KS的重量与粉煤R10FS重量比值为6～10；

(2)在气固气固分离过程S10，脱尘一级热解煤气R10PV中固体含量低于4克/立方米；

(4)在二级热解反应过程R20的反应空间，设置2～12副人字挡板或环形挡板，二级热解反应过程的主热解段的温度为480～530℃；

二级热解段底部通入450～650℃气提气V22V进行焦油蒸汽汽提，气提气V22V通过半焦料层后向上流动并进入二级热解反应过程R20的二级热解煤气产物中；

进入二级热解反应过程R20的第二固体热载体R20KS的重量与粉煤R10FS重量比值为2～3；

(5)在第二级热解反应气固产物的气固分离过程S20，二级热解煤气产物经过S10系统的粗旋与顶旋之间的周隙进入顶旋离开二级热解反应空间，在顶旋内与第一热解反应气相产物即第一热解煤气混合进行气固分离。

本发明，一级热解反应过程R10使用的提升管流化床热解反应器R10E，与二级热解反应过程R20使用的二级流化床热解反应器R20E，可以组成组合设备。

本发明，一级热解反应过程R10使用的提升管流化床热解反应器R10E，与强制混合二级预热解反应过程PR20使用的二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE，可以组成组合设备。

本发明，二级热解反应过程R20使用的二级流化床热解反应器R20E，与流化烧焦反应过程R50使用的流化床烧焦反应过程R50E，可以组成组合设备。

本发明，一级热解反应过程R10使用的提升管流化床热解反应器R10E、二级热解反应过程R20使用的二级流化床热解反应器R20E、流化烧焦反应过程R50使用的流化床烧焦反应过程R50E，可以组成组合设备。

本发明，二级热解反应过程R20使用的二级流化床热解反应器R20E，流化烧焦反应过程R50使用的流化床烧焦反应过程R50E均为立式设备，从空间位置标高讲，其相互位置关系可以是：流化床烧焦反应器R50E的底部比二级热解器R20E的底部更低，二级热解器R20E排出的最终热解半焦依靠料位差流入流化床烧焦反应器R50E的底部。

本发明，二级热解反应过程R20使用的二级流化床热解反应器R20E，与流化烧焦反应过程R50使用的流化床烧焦反应过程R50E可以组成同轴式组合设备；

同轴式指的是，二级热解反应器R20E、流化床烧焦反应器R50E为同轴式立式组合设备，从空间位置关系讲，其相互位置关系是：流化床烧焦反应器R50E的空间部分地包围着二级热解器R20E的空间；来自二级热解器R20E的底部空间的热解半焦通过立管和塞阀流入流化床烧焦反应器R50E的下部空间。

本发明，输送第二固体热载体R20KS的提升管V8E，与二级热解反应过程R20使用的二级流化床热解反应器R20E，可以组成组合设备。

本发明，输送第二固体热载体R20KS的提升管V8E，与强制混合二级预热解反应过程PR20使用的二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE，可以组成组合设备。

本发明，输送第二固体热载体R20KS的提升管V8E，与流化烧焦反应过程R50使用的流化床烧焦反应过程R50E，可以组成组合设备。

本发明，输送第二固体热载体R20KS的提升管V8E、二级热解反应过程R20使用的二级流化床热解反应器R20E、流化烧焦反应过程R50使用的流化床烧焦反应过程R50E，可以组成组合设备。

本发明，各反应步骤的操作压力通常为：

使用固体热载体R10KS的碳氢粉料R10FS热解烧焦系统UNIT，各步骤操作压力为：

(1)一级热解反应过程R10的操作压力为：0.1～6.0MPa，以绝对压力计；

(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20的操作压力为：0.1～6.0MPa，以绝对压力计；

(4)在二级热解反应过程R20的操作压力为：0.1～6.0MPa，以绝对压力计；

(6)在流化烧焦反应过程R50的操作压力为：0.1～6.0MPa，以绝对压力计。

本发明，(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，强制混合二级预热解反应过程PR20的混合方式，可以为湍动床混合方式，其工作方式为：

第二固体热载体R20KS进入预反应区PR20的湍流流化床空间PR20-MD，固体R10PSX流入预反应区PR20的湍流流化床空间PR20-MD，在第二固体热载体R20KS包含的输送风和或专用流化风PR20-ZF作用下，形成湍流流化床；

流流化床空间PR20-MD内上行的固体物料溢流排出，降落到人字挡板上表面，并向下流动。

本发明，(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，强制混合二级预热解反应过程PR20的混合方式，可以为外包线式快速混合方式，其工作方式为：

第二固体热载体R20KS与固体R10PSX在流道喷口处，以第二固体热载体物料从外部包围固体R10PSX的方式增大第二固体热载体物料的分散度，进行固固初次混合；

外包线式快速混合过程使用混合喷头，喷头由流动固体R10PSX的内管、流动第二固体热载体R20KS的套管组成，套管由内管外壁和外管内壁之间的通道空间构成，向下开口的喷嘴喷出的物料落到固体颗粒床上面或人字挡板上面或二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE的内部壁面上。

本发明，(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，强制混合二级预热解反应过程PR20的混合方式，可以为回转楼梯式快速混合方式，其工作方式为：

第二固体热载体R20KS与固体R10PSX，借助流道喷口喷出气固流体的速度和方向，在椎筒外壁面与沉降器内壁面之间的楼梯板面上，以旋转的方式向下流动，形成离心力分离效应下的切线进料，相当于将整体沉降器作为一个大尺寸旋风分离器的器壁使用，同时利用旋转楼梯的渐开线展开长度远大于其垂直距离的特点，延长固体下降过程路径长度，提供较长的二次热解时间；

第二固体热载体R20KS与固体R10PSX，流道喷口喷出的物料向下或斜向下贴近沉降器筒体内壁面在中心升气筒圆筒壁面和沉降器筒体内壁面之间的空间做旋转运动，在流道喷口对面可以设置导流部件改变物料流向，在离心力、重力作用下，固体螺旋旋转且逐步靠近正椎筒内壁面，气体螺旋旋转且逐步远离正椎筒内壁面并在通道空间中上行离开回转楼梯式快速混合设备空间进入沉降器E20E的稀相床中；

固体螺旋旋转且逐步靠近正椎筒内壁面，落到二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE的内部壁面上或固体颗粒床上面或人字挡板上面，最后通过回转楼梯式快速混合区的下口进入沉降器E20E的人字挡板气提区，进行二次热解反应过程和热解半焦的气提脱焦油蒸汽的气提过程。

附图说明

图1是本发明用强制混合二级热解预反应区的碳氢粉料热解方法的第一种流程功能示意 图及预反应区设备功能示意图，同时是一种粉煤提升管流化床一级热解、沉降器二级热解(包含强制混合二级热解预反应区步骤)、热解半焦流化烧焦、固体热载体循环的固体物料循环路径的流体力学状态示意图，用于表示粉煤热解烧焦过程中各流程位置的功能、强制混合二级热解预反应区的位置。

如图1所示的粉煤提升管流化床热解流化床烧焦系统，包括粉煤提升管流化床热解反应器R10E、沉降器即第二热解反应器R20E、热解半焦的流化床烧焦反应器R50E，其中沉降器R20E的上部空间布置有分离煤气和半焦的旋风分离器系统S10，其中沉降器的中部空间布置有强制混合二级热解预反应区PR20使用的混合设备PR20E即二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE、分离煤气和热解半焦的旋风分离器系统S10，其中流化床烧焦反应器的上部空间布置有分离烟气和氧化半焦的旋风分离器系统S50。

从固体物料循环路径的流体力学状态方面讲，图1所示流程的功能安排是：常规的“上行(一级粉煤热解提升管反应器、第二固体热载体提升管)、水平流动(一级粉煤热解反应产物输送与第二固体热载体的输送)、下行(一级热解产物旋风分离器料腿内、二级粉煤热解反应空间内)、热解半焦固体输送、流化床烧焦、固体热载体输送”，共同组成O形回路。

如图1所示，在O形回路中，一级粉煤热解反应产物R10P在沉降器R20E内布置的旋风分离器中分离出的固体R10PSX进入二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE中，与第二固体热载体R20KS进行强制混合，最好以密相床形式继续混合接触一段时间，完成高强度的预混合和接触传热。

如图1所示，在沉降器R20E即第二热解反应器底部，可以排出热解半焦产品。

如图1所示，其强制混合二级热解预反应区PR20的流场结构，最好属于湍流流化床，以便在较小空间完成高效预混合和传热。

如图1所示，第二固体热载体R20KS，使用与第一固体热载体相同温度、相同来源的氧化半焦，经提升管V8E提升后与分离一级粉煤热解反应产物R10P所得固体R10PSX混合。

图2是本发明用强制混合二级热解预反应区的碳氢粉料热解方法的第一种流程功能示意图及过程设备结构示意图，主要用于描述图1方案的设备结构细节，其沉降器R20E与烧焦器R50E为高低并列式。

图2是高低并列式粉煤热解烧焦系统；高低并列式指的是，沉降器R20E、流化床烧焦反应器R50E均为立式设备，从空间位置标高讲，其相互位置关系是：流化床烧焦反应器R50E的底部标高比沉降器R20E的底部标高更低，沉降器R20E排出的最终热解半焦可依靠料位差自流进入流化床烧焦反应器R50E的底部。沉降器R20E，因为具有一定热解功能，也可称为二级热解反应器。

如图2所示，R10E为提升管式一级热解反应器，提升气R10FV经管道P101进入布置于R10E底部的分配器R10FV-SB分配后向上流动，粉煤FM(即R10FS)经管道P102、第一固体热载体半焦R10KS经管道P103进入R10E底部混合区R10E-1在提升气R10FV作用下形成流化床沿着提升管向上移动，期间发生粉煤第一热解反应R10R；传热途径有热载体半焦→粉煤、高温粉煤→低温粉煤、热载体半焦→气体、高温气体→低温气体、高温气体→粉煤，高频次 的混合、分离形成快速传热效应，在升温过程中粉煤进行一级热解反应；完成第一热解反应的物料作为第一热解反应流出物R10P自顶部开口R10E-OUT排出R10E，R10P是由包含焦油组分的煤气、热解半焦组成的气固混相物流。

如图2所示，一级热解反应流出物R10P经管P105进入粗旋S101，粗旋S101完成一级气固分离。

如图2所示，分离段S10为一级热解反应流出物R10P的气固分离系统，布置于沉降器R20E内部空间的顶部位置。

图6是图2中的气固分离系统S10的三级串联分离流程详图，粗旋S101为一级分离，一级主旋S102为二级分离，二级主旋S103为三级分离。

图7是图6中的气固分离系统S10的粗旋S101与一级主旋S102的连接方式示意详图。如图7所示，粗旋S101出口气体输送管道与主旋的气体进料口之间存在周隙，用作接收沉降器R20E的含尘煤气的进料口。

如图6所示，一级热解反应流出物R10P经管P105进入粗旋S101，粗旋S101完成一级气固分离，粗旋粉料沿料腿P106下降进入沉降器R20E内部空间，并且至少一部分粗旋粉料通常为全部粗旋粉料流入强制混合二级热解预反应区；含粉尘的粗旋煤气沿管P107喷入软连接的一级主旋S102的进料管P108，一级主旋S102完成二级气固分离，一级主旋粉料沿料腿P109下降进入沉降器R20E内部空间，一级主旋粉料可流入强制混合二级热解预反应区，因为颗粒粒度小故其一级热解反应深度已经较高，所以一级主旋粉料通常不进入强制混合二级热解预反应区，一级主旋粉料可流入R20E的稀相床区域或密相床区域；含少量粉尘的一级主旋煤气沿管P111进入直接连接的二级主旋S103，二级主旋S103完成三级气固分离，二级主旋粉料沿料腿P112下降进入沉降器R20E内部空间，二级主旋粉料可流入强制混合二级热解预反应区，因为颗粒粒度小故其一级热解反应深度已经较高，所以二级主旋粉料通常不进入强制混合二级热解预反应区，二级主旋粉料可流入R20E的稀相床区域或密相床区域；脱尘二级主旋煤气作为一段分离煤气S10PV沿管P115排出系统S10。

如图7所示，在分离段S10中，含粉尘的粗旋煤气沿管P107喷入软连接的一级主旋S102的进料管P108，图7表示了一种软连接方式，进料管P108的头部是一个扩径的喇叭口敞口P1081，管P107的头部P1071是一个同径延伸管敞口P1071，P1071伸入到喇叭口P1081的空间内，粗旋出口气体输送管道与主旋的气体进料管口之间存在周隙。

如图2所示，R20E为二级热解反应器，R20E的内部空间，按照工艺功能至少包括设置旋风分离系统的顶部空间V21、强制混合二级热解预反应区排出半焦PR20-S和一段分离直排半焦S10PL-Y的沉降脱气空间或二级热解反应空间V22。

通常希望沉降器E20E下部的二级热解反应空间V22呈现散式流化床形态，此时，上部为稀相空间V21、下部为密相空间V22，密相空间V22底部通常有气提气体V22V向上流动。

如图2所示，系统S10的料腿中的粉焦依靠重力进入二级热解反应过程R20，即旋风分离器料腿中的粉焦依靠重力进入二级热解反应器R20E的空间。

图1、图2所示的强制混合二级热解预反应区PR20的湍流流化床快速混合方式，指的是 第二固体热载体R20KS与分离一级粉煤热解反应产物R10P所得固体R10PSX，在强制混合二级热解预反应区PR20完成强制预混合经历一段时间后从混合区排出进入R20E继续二级热解反应，符合以下要求：

①设备结构简单，第二固体热载体R20KS经提升管V8E上行进入预反应区PR20的湍流流化床空间PR20-MD，固体R10PSX经料腿P106下行流入预反应区PR20的湍流流化床空间PR20-MD，在第二固体热载体R20KS包含的输送风以及专用流化风PR20-ZF作用下，形成湍流流化床，图2示出的是专用流化风PR20-ZF经过分布器PR20-SB分布向上流动，靠近料腿P106出口处可以设置固体R10PSX的分布器；

②操作可靠性高，如图1、图2所示，使用第二固体热载体R20KS包含的输送风以及专用流化风PR20-ZF，可以灵活控制湍流流化床物料流速；湍流流化床空间PR20-MD的体积可以控制混合过程时间；湍流流化床空间PR20-MD内上行的固体物料经过溢流导流槽PR20-PS产生水平流动，在气体的吹动、固体的重力拉动的联合作用下，降落到人字挡板上表面，并向下流动；QSSE，通常呈现为上部开口通气、上部侧面开口溢流固体、下部开口连通提升管V8E的槽形结构，对混合固体具有收集成为密相床的功能，使混合传热时间控制在一定的较长时间范围内，通常为3～60秒钟、一般为5～25秒钟、宜为10～20秒钟；

如图2所示，人字挡板，可以是开有透气孔的挡板；

如图2所示，预反应区PR20分离出的气体PR20-V，快速逸散，形成向上的主体流动并携带部分固体颗粒，上行气体携带的固体颗粒以细粉半焦居多；

③处理量操作弹性大，因为结构简单、可靠，所以其处理量操作弹性大，当然处理量增大后停留时间相应缩短；

④预反应区PR20的空间体积较小，主要依靠增强混合强度缩短混合时间，如此，可以缩短二级热解煤气与固体热载体的接触时间，降低二级热解煤气再次热解反应的数量；

⑤充分利用物流动能、位能，形成高强度固固混合；

⑥强制混合二级热解预反应区PR20的流场结构，属于有流化风的湍流流化床方式，实现该过程的具体设备形式多种多样；

⑦强制混合二级热解预反应区PR20，可以使用外来的流化气或气提气，对固体物料产生逆流或错流的接触；溢流导流槽PR20-PS的壁面上可以开设多个用于气体扩散、通气的小孔；

如图2所示，来自沉降器R20E内的下部的气体，起着气提气的作用，能够将固体物料产生的焦油蒸汽及时携带离开固体料；

来自沉降器R20E内的下部的气体，部分属于专用的沉降器底部气提气体，可以是廉价的对热解煤气的使用无副作用的合适其体，可以是易得的工厂气体如煤气脱碳过程得到的高纯度二氧化碳气体，可以是低压水蒸气，可以是制氧过程副产的氮气，可以是煤气如系统自产煤气；

强制混合二级热解预反应区PR20，可以使用外来的流化气或气提气，可以是净化煤气，可以是合成气；

气提气可以通过换热器如设置在烧炭器内的换热器加热，气提气可以通过烧炭器外排半 焦产品的冷却器加热；

⑧强制混合二级热解预反应区PR20，可以设置在沉降器外部，但是通常设置在沉降器内部；如图2所示，设置在沉降器内部，可以减少高温设备个数，简化二级热解强制混合反应器PR20E的外保温、物料输送管路系统，方便安装；

沉降器R20E，其下部有密相床空间R20ED、其上部有稀相床空间R20EU；

⑨二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE布置的位置，可以是稀相床内或稀相床与密相床交界处的位置，甚至可以是密相床层浅度位置，但是要限制气体溢出固体过程的时间以限制气体的再次热裂解反应，很明显会增大沉降器R20E的体积；

如图2所示，QSSE布置的位置位于人字挡板层的上部的空间中，该处属于沉降器R20E的稀相空间，但是在二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE内部的下部，通常的工作常态是形成局部的固体颗粒密相床，以增加停留时间；

如图2所示的二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE，其外部的下部空间满足固体下落过程完成二级热解反应所需要的混合、传热和热解反应时间，同时满足气相快速逸散脱离固体的空间畅通条件，也利于压降气相压力降；

⑩合理利用重力，进行二级热解过程固体物料的下流主体流动

由于粉煤一级热解反应过程已经将固体物料提升至一定高度即增加了物体物料的位能，因此，合理利用已经具备的位能即重力势能，将重力作为动力驱动固体物料下行流动，安排合适流场(比如下行流过多层交叉人字挡板)，通过控制二级热解物体物料的混合强度、停留时间、气体脱油气时间等，完成后期的二级热解反应过程和气固分离过程。

如图2所示，进入沉降器R20E反应空间V22的半焦TS，产生主体流向为自上而下的流动并被挡板多次改变流向，挡板的结构形式有多种比如设置多块人字挡板、多块环形板等，在上述过程中半焦TS继续进行第二热解反应R20R；完成二级热解反应的物料分为下行的二级热解半焦R20EPS和二级热解含尘煤气R20EPV，脱气后二级热解半焦R20PS自沉降器R20E反应空间的底部经管道P302、阀门、管道P502排出，二级热解半焦R20PS最终可以去流化床烧焦反应器R50E，或者排出冷却后储存；

如图2所示的流化床烧焦系统R50使用的流化床烧焦反应器R50E的结构详图，烧焦反应器R50E内布置有顶部烟气旋风分离系统S50、底部密相床烧焦区V52。

如图2所示，在流化床烧焦反应器R50E，来自沉降器R20E的最终热解半焦如二级热解半焦R20PS，经过管道P302、阀门、管道P502后进入烧焦反应器R50E的烧焦段密相床V52，含氧气提升气R50-ZF进入布置于空间V52底部的分布器R50-SB分布后向上流动，形成半焦流化床燃烧，燃烧生成的烟气沿着流化床烧焦反应器R50E内的空间V52、V51向上移动并夹带氧化半焦粉尘。

如图2所示，流化床烧焦反应器R50E的器内烧焦烟气R50EPV，其气固分离过程S50布置于流化床烧焦反应器R50E内部空间的顶部位置，由1级旋风分离器或串联操作的2级或多级旋风分离器组成，图2示出的是气固分离过程S50使用串联操作的2级旋风分离器的情况；气固分离过程S50，分离粉焦后所得脱尘烟气YQ排出流化床烧焦反应器R50E去压力能回收 和或热量回收和或粉尘深度分离系统处理，通常处理后烟气YQ排入大气或部分循环利用；气固分离过程S50，分离器料腿中的粉焦依靠重力返回流化床烧焦反应器R50E的烧焦反应空间循环加工，可以部分或全部进入密相床区域V52和或流入稀相床区域V51。

如图2所示，根据需要，其它热半焦排出流化床烧焦反应器R50E经管道P505、阀门、管道P506输送，可以换热冷却后储存或直接用于燃过程烧或直接用于气化过程等。

至少一部分氧化半焦，作为第一固体热载体R10KS，经管道P503、阀门、管道P103进入碳氢粉料R10FS的热解反应过程R10中。

至少一部分氧化半焦，作为第二固体热载体R20KS，经管道P504、阀门、管道P802进入提升管V8E中。

如图2所示，一段分离煤气S10PV通过管道P115进入后续分离回收系统S30。

如图2所示的流化床烧焦反应器R50E，其器内顶部空间可以布置间接换热器R50E-HX，用以加热气相或液相或混相取热物流如循环水、待过热水蒸气、煤气物流等。

图2中，分布器R10FV-SB或V22V-SB或R50-SB或V8-SB或PR20-SB，可为任意合适的形式，比如可为一个开有多个小孔顶盖的喷头或为一个开有多个小孔的环形分布管或为一个开有多个小孔的顶盖的喷气室。

如图2所示，二级热解含尘煤气R20EPV进入气固分离段S10。

如图2所示，450～650℃气提气V22V沿管道P2201进入V22内布置的分配器V22V-SB分配后进入二级热解反应空间V22底部，气提气通过半焦料层后气提并携带焦油蒸汽向上流动并最终进入二级热解反应过程R20的二级热解煤气产物中。

图3是本发明强制混合二级热解预反应区的碳氢粉料热解方法的第二种流程功能示意图及预反应区设备功能示意图，与图2所示方案的不同之处在于，其强制混合二级热解预反应区PR20的流场结构，属于外包线式快速混合分离方式。

图3所示的外包线式快速混合分离方式，指的是第二固体热载体R20KS与固体R10PSX在料腿或流道喷口处，以第二固体热载体物料从外部包围固体R10PSX的方式增大第二固体热载体物料的分散度，进行固固初次混合、气固快分，该过程经历的时间极短。

图8是图3示出的外包线式快速混合分离设备的结构详图。

如图3所示的外包线式快速混合分离过程使用的混合喷头，喷头由流动固体R10PSX的内管、流动第二固体热载体R20KS的套管组成，套管由内管外壁和外管内壁之间的通道空间构成，靠近出口处的外管的管径不变、内管的管径不变。如图3所示，向下开口的喷嘴喷出的物料落到固体颗粒床上面或人字挡板上面或二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE的内部壁面上。

如图3所示，二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE为一个上、下开口的圆锥形筒节，通常其垂直轴线与沉降器的轴线轴线最好重合，形成对称结构，利于稳定沉降器内部的固体物料的对称均匀分布、利于稳定沉降器内部的气体物料的对称均匀分布；

图4是本发明强制混合二级热解预反应区的碳氢粉料热解方法的第三种流程功能示意图及预反应区设备功能示意图，与图2所示方案的不同之处在于，其强制混合二级热解预反应 区PR20的流场结构，属于回转楼梯式快速混合分离方式。

图4所示的回转楼梯式快速混合分离方式，指的是第二固体热载体R20KS与固体R10PSX，借助流道喷口喷出气固流体的速度和方向，在椎筒外壁面与沉降器内壁面之间的楼梯板面上，以旋转的方式向下流动，可以形成离心力分离效应下的切线进料，相当于将整体沉降器作为一个大尺寸旋风分离器的器壁使用，同时利用旋转楼梯的渐开线展开长度远大于其垂直距离的特点，延长固体下降过程路径长度，提供较长的二次热解时间。

图9是图4示出的回转楼梯式快速混合分离设备的结构详图。

如图4所示的回转楼梯式快速混合分离过程使用的混合分离设备，流道喷口喷出的物料向下或斜向下贴近沉降器筒体内壁面在中心升气筒圆筒壁面和沉降器筒体内壁面之间的空间做旋转运动，在流道喷口对面可以设置导流部件改变物料流向，在离心力、重力作用下，固体螺旋旋转，气体螺旋旋转并在通道空间中上行离开回转楼梯式快速混合分离设备空间进入沉降器E20E的稀相床中。

如图4所示，固体螺旋旋转，最后通过回转楼梯式快速混合分离区的下口进入沉降器E20E的人字挡板气提区，进行二次热解反应过程和热解半焦的气提脱焦油蒸汽的气提过程。

图1所示的第二固体热载体的气提上升过程在提升管V8内实现，可以是一个专用的第二固体热载体升高料位的输送床，也可以是一个同时加工第二热解料的以第二固体热载体为热源的提升管反应器，此时，第二固体热载体R20KS是来自第二碳氢粉料热解过程的温度合适的固体产物或气固产物，比如可以是来自煤直接液化残渣的固体颗粒的流化热解反应过程的固体产物或气固产物，因为煤直接液化残渣的固体颗粒的流化热解反应过程的固体产物或气固产物的温度通常较粉煤热解反应过程的固体产物或和气固产物的温度高出30～100℃，非常适合用作本发明所述的第二固体热载体，从而实现了煤直接液化残渣的固体颗粒的流化热解反应过程的固体产物或和气固产物的二次利用，特别是利用了这些固体物料的热能和或位能。

图5是一种用流化床反应器V8E的气固产物V8P的分离物固体S8PS作为第二固体热载体的操作方案流程示意图。

如图5所示，为了最大限度利用气固产物V8P的潜在作用，设立分离过程S8将V8P分离为气体S8PV和固体S8PS，可以将至少一部分气体S8PV引入沉降器的顶部(减少气体的二次热解率)、中部(适度进行气体的二次热解)、底部(充当气提气并进行气体的深度二次热解)，甚至可以将气体S8PV引入预反应区PR20充当流化风或气提气；图5示出的是将至少一部分气体S8PV引入沉降器的底部充当第二气提气并进行气体深度二次热解的操作方案，当然，第二气提气进入沉降器R20E的位置，应当位于沉降器R20E底部气提气分布器以上一定的高度位置，不应影响沉降器R20E底部气提气的脱焦油蒸汽的效果；可以将至少一部分固体S8PS引入沉降器的顶部、中部、底部，如图5所示，当然可以将至少一部分固体S8PS引入预反应区PR20充当第二固体热载体。

分离过程S8，可以使用任意一种合适的分离方式和分离设备，可以如图5所示方案使用旋风分离器。

图3所示的外包线式快速混合分离方式，可以使用的外包线式混合喷头和分散锥的结构形式有多种，图10至图15示出了6种结构。

图10是图3所示的外包线式快速混合分离过程使用的混合喷头和分散锥的第1种结构，喷头由流动第一热解反应产物的内管、由流动第二固体热载体的套管组成，套管由内管外壁和外管内壁之间的通道空间构成，靠近出口处的外管的管径不变、内管的管径不变。如图10所示，在喷口正面布置喷出物料的分布锥。

图11是图3所示的外包线式快速混合分离过程使用的混合喷头和分散锥的第2种结构，喷头由流动第一热解反应产物的内管、由流动第二固体热载体的套管组成，套管由内管外壁和外管内壁之间的通道空间构成，与图10表示的混合喷头和分散锥的第1种结构的不同之处在于，靠近出口处的外管的管径变大即扩大、内管的管径不变，可扩大气固物料的分散范围，特别利于气体的散开。如图11所示，在喷口正面布置喷出物料的分布锥。

图12是图3所示的外包线式快速混合分离过程使用的混合喷头和分散锥的第3种结构，喷头由流动第一热解反应产物的内管、由流动第二固体热载体的套管组成，套管由内管外壁和外管内壁之间的通道空间构成，与图11表示的混合喷头和分散锥的第2种结构的不同之处在于，靠近出口处的外管的管径先变大即扩大然后维持不变延伸、内管的管径不变，可控制性地扩大气固物料的分散范围。如图12所示，在喷口正面布置喷出物料的分布锥。

图13是图3所示的外包线式快速混合分离过程使用的混合喷头和分散锥的第4种结构，喷头由流动第一热解反应产物的内管、由流动第二固体热载体的套管组成，套管由内管外壁和外管内壁之间的通道空间构成，与图10表示的混合喷头和分散锥的第1种结构的不同之处在于，靠近出口处的外管的管径变小即收缩、内管的管径不变，强化喷口处的混合效果。如图13所示，在喷口正面布置喷出物料的分布锥。

图14是图3所示的外包线式快速混合分离过程使用的混合喷头和分散锥的第5种结构，喷头由流动第一热解反应产物的内管、由流动第二固体热载体的套管组成，套管由内管外壁和外管内壁之间的通道空间构成，与图13表示的混合喷头和分散锥的第4种结构的不同之处在于，靠近出口处的外管的管径变大即扩大、内管的管径不变，可扩大气固物料的分散范围，特别利于气体的散开。如图14所示，在喷口正面布置喷出物料的分布锥。

图15是图3所示的外包线式快速混合分离过程使用的混合喷头和分散锥的第6种结构，喷头由流动第一热解反应产物的内管、由流动第二固体热载体的套管组成，套管由内管外壁和外管内壁之间的通道空间构成，与图14表示的混合喷头和分散锥的第5种结构的不同之处在于，靠近出口处的外管的管径先变大即扩大然后维持不变延伸、内管的管径不变，可控制性地扩大气固物料的分散范围。如图15所示，在喷口正面布置喷出物料的分布锥。

具体实施方式

本发明用强制混合二级预热解反应过程的碳氢粉料热解方法及设备，其特征在于包含以下步骤：

(1)在一级热解反应过程R10，碳氢粉料R10FS进行一级热解反应R10R转化为气固混相的一级热解反应产物R10P；

(2)在分离过程S10，分离一级热解反应产物R10P得到脱尘气体S10PV和固体S10PS，至少一部分固体S10PS用作固体R10PSX；

(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，固体R10PSX与第二固体热载体R20KS进行强制混合并进行二级预热解反应PR20R，得到二级预热解固体PR20-S和二级预热解气PR20-V；

第二固体热载体R20KS的温度高于固体R10PSX的温度；

(4)在二级热解反应过程R20，二级预热解固体PR20-S进行二级热解反应R20R转化为二级热解反应产物R20P并分离为含尘二级热解过程气R20EPV和二级热解半焦R20PS；

二级热解半焦R20PS排出二级热解反应过程R20；

(5)在气固分离过程S20，离开固体粉料主体床层后的含尘二级热解过程气R20EPV分离为排出气固分离过程S20的脱尘二级热解煤气R20PV和半焦S20PS；

(6)在流化烧焦反应过程R50，基于二级热解半焦R20PS的最终热解半焦RCPS进入流化烧焦反应空间，与含氧气体接触，进行流化床烧焦反应R50R，产生高温氧化半焦R50PS和烟气YQ，烟气YQ排出流化烧焦反应过程R50；高温半焦排出流化烧焦反应过程R50。

本发明，通常一级热解反应过程R10使用第一固体热载体R10KS，其特征在于：

(1)在一级热解反应过程R10，碳氢粉料R10FS与第一固体热载体R10KS混合进行一级热解反应R10R转化为一级热解反应气固产物R10P；

(6)在流化烧焦反应过程R50，第一高温半焦R50P1S排出流化烧焦反应过程R50；

(7)基于R50排出的第一高温半焦R50P1S的物流，用作第一固体热载体R10KS进入一级热解反应过程R10与碳氢粉料R10FS混合接触。

本发明，在一级热解反应过程R10，通常使用流化床提升管热解反应器R10E，碳氢粉料R10FS、第一固体热载体R10KS自下部进入反应器R10E混合，在气体进料R10FV作用下通过提升管热解反应器R10E向上流动进行一级热解反应R10R转化为一级热解反应气固产物R10P。

本发明，使用的第二固体热载体R20KS，其特征通常在于：

(6)在流化烧焦反应过程R50，第二高温半焦R50P2S排出流化烧焦反应过程R50；

(7)基于R50排出的第二高温半焦R50P2S的物流，用作第二固体热载体R20KS。

本发明，在强制混合二级预热解反应过程PR20，固体R10PSX与第二固体热载体R20KS进行强制混合并进行二级预热解反应PR20R，得到二级预热解固体PR20-S和二级预热解气PR20-V；

二级预热解反应区PR20的混合方式，可以选自下列方式中的一种或几种：

①湍动床混合方式；

②外包线式快速混合方式；

③回转楼梯式快速混合方式。

本发明，在强制混合二级预热解反应过程PR20，使用气提气PR20-VP，气提气PR20-VP与固体物料产生逆流或错流的气提接触，气提气PR20-VP可以选自下列中的一种或几种：

①煤气脱碳过程得到的高纯度二氧化碳气体；

②水蒸气；

③氮气；

④净化煤气；

⑤合成气；

⑥来自二级热解反应过程R20的煤气。

本发明，(3)强制混合二级预热解反应过程PR20，可以在沉降器R20E的外部和或沉降器R20E的内部进行；

(4)在二级热解反应过程R20，使用沉降器R20E。

本发明，(3)强制混合二级预热解反应过程PR20，可以在二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE内进行。

本发明，(3)强制混合二级预热解反应过程PR20，可以在二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE内进行；原料聚集降落分配器QSSE，可以布置在沉降器R20E的外部和或沉降器R20E的内部。

本发明，(3)强制混合二级预热解反应过程PR20，可以在二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE内进行；原料聚集降落分配器QSSE，布置在沉降器R20E的内部；

(4)二级热解反应过程R20使用沉降器R20E，沉降器R20E上部有稀相床空间R20EU、下部有密相床空间R20ED，沉降器R20E中部可能布置有折流挡板R20E-TYAY用于分散向下流动的固体物料；

原料聚集降落分配器QSSE，在沉降器R20E的内部的布置位置可以选自下列中的一种或几种：

①稀相床内；

②稀相床与密相床交界处；

③密相床层浅度位置；

④可能存在的有折流挡板R20E-TYAY的空间位置。

本发明，(3)强制混合二级预热解反应过程PR20，使用的第二固体热载体R20KS可以选自下列中的一种或几种：

①流化烧焦反应过程R50排出的高温半焦；

②流化烧焦反应过程R50排出的高温半焦经过适度降温后所得降温氧化半焦；

③第二碳氢粉料热解过程R80的热解气固产物R80P；

④第二碳氢粉料热解过程R80的热解产物R80P的气固分离过程SZ所得固体产物SZ-S；

⑤经过脱氧气步骤后所得脱气后固体热载体。

本发明，热解过程使用的固体热载体，最好为经过脱氧气步骤后所得脱气后固体热载体。

本发明，(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，第二固体热载体R20KS温度高于固体R10PSX温度的差值：通常为10～250℃、一般为30～100℃。

本发明，(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，固体R10PSX与第二固体热载体R20KS混合，第二固体热载体R20KS可以选自第二碳氢粉料热解过程R80的热解产物R80P的气固分离过程SZ所得固体产物SZ-S；

在气固分离过程SZ，第二碳氢粉料热解过程R80的热解产物R80P分离为固体SZ-S和气体SZ-V，将至少一部分固体SZ-S充当第二固体热载体。

本发明，(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，固体R10PSX与第二固体热载体R20KS混合，第二固体热载体R20KS可以选自第二碳氢粉料热解过程R80的热解产物R80P的气固分离过程SZ所得固体产物SZ-S；

在气固分离过程SZ，第二碳氢粉料热解过程R80的热解产物R80P分离为固体SZ-S和气体SZ-V，将至少一部分固体SZ-S充当第二固体热载体，将剩余的固体ZS引入沉降器的顶部或中部或底部。

本发明，(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，固体R10PSX与第二固体热载体R20KS混合，第二固体热载体R20KS可以选自第二碳氢粉料热解过程R80的热解产物R80P的气固分离过程SZ所得固体产物SZ-S；

在气固分离过程SZ，第二碳氢粉料热解过程R80的热解产物R80P分离为固体SZ-S和气体SZ-V，将至少一部分气体ZV引入沉降器的顶部或中部或底部或引入强制混合二级预热解反应过程PR20充当动力风。

本发明，(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，固体R10PSX与第二固体热载体R20KS混合，第二固体热载体R20KS可以选自第二碳氢粉料热解过程R80的热解产物R80P的气固分离过程SZ所得固体产物SZ-S；气固分离过程SZ，可以使用旋风分离器。

本发明，(4)在二级热解反应过程R20，使用沉降器R20E即二级热解反应器R20E；

在沉降器R20E底部，引入置换气V22V用于气提置换下行半焦中携带的焦油蒸汽，置换气V22V可以选自下列物料中的一种或几种：

①水蒸气；

②氮气；

③二氧化碳气；

④无氧烟道气；

⑤煤气；

⑥其它不含对热解过程带来不利影响的组分的气体。

本发明，碳氢粉料R10FS的粒径：通常为0～10毫米、一般为0～6毫米，碳氢粉料R10FS选自下列物料中的一种或几种：

①低变质粉煤；

②高变质粉煤；

③油母页岩粉；

④油砂；

⑤煤直接液化残渣液体冷却固化后制备的固体颗粒，或煤直接液化残渣液体与固体混合后冷却固化后制备的固体颗粒；

⑥其它在热解过程能够产生含油蒸汽的固体粉料。

本发明，通常包含以下步骤：

(1)在一级热解反应过程R10，使用流化床提升管热解反应器R10E，碳氢粉料R10FS、第一固体热载体R10KS自下部进入反应器R10E混合，在气体进料R10FV作用下通过提升管热解反应器R10E向上流动进行一级热解反应R10R转化为一级热解反应气固产物R10P；

(2)在分离过程S10，使用旋风分离器，分离一级热解反应产物R10P得到脱尘气体S10PV和固体S10PS，至少一部分固体S10PS用作固体R10PSX；

(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，固体R10PSX与第二固体热载体R20KS进行强制混合并进行二级预热解反应PR20R，得到二级预热解固体PR20-S和二级预热解气PR20-V；

第二固体热载体R20KS的温度高于一级热解反应产物R10P的温度；

(4)在二级热解反应过程R20，二级预热解固体PR20-S进行二级热解反应R20R转化为二级热解反应产物R20P并分离为含尘二级热解过程气R20EPV和二级热解半焦R20PS；

二级热解半焦R20PS排出二级热解反应过程R20；

(5)在气固分离过程S20，使用旋风分离器，离开固体粉料主体床层后的含尘二级热解过程气R20EPV分离为排出气固分离过程S20的脱尘二级热解煤气R20PV和半焦S20PS；

(6)在流化烧焦反应过程R50，基于二级热解半焦R20PS的最终热解半焦RCPS进入流化烧焦反应空间，与含氧气体接触，进行流化床烧焦反应R50R，产生高温氧化半焦R50PS和烟气YQ，烟气YQ排出流化烧焦反应过程R50；高温半焦排出流化烧焦反应过程R50；

含尘烟气的气固分离过程S50，使用旋风分离器；

第一高温半焦R50P1S排出流化烧焦反应过程R50；

(7)基于R50排出的第一高温半焦R50P1S的物流，用作第一固体热载体R10KS进入一级热解反应过程R10与碳氢粉料R10FS混合接触。

本发明，操作目标通常为：

(1)在一级热解反应过程R10，气体进料R10FV提供流化动力，一级热解反应过程R10的至少大部分吸热量由第一固体热载体R10KS提供；

(2)在分离过程S10，通过至少使用2级串联操作的旋风分离器的气固分离系统S10完成一级热解反应产物R10P的气固分离，得到脱尘气体S10PV和固体S10PS，至少一部分固体S10PS用作固体R10PSX；

(3)强制混合二级预热解反应过程PR20，在二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE内进行，原料聚集降落分配器QSSE布置在沉降器R20E的内部；

(5)在气固分离过程S20，离开固体粉料主体床层后的含尘二级热解过程气R20EPV，与二级预热解气PR20-V混合通过共用的气固分离系统S10完成气固分离，脱尘二级热解煤气R20PV进入脱尘气体S10PV中，半焦S20PS进入固体S10PS中。

本发明，通常，(4)在二级热解反应过程R20，二级预热解固体PR20-S进入二级热解反应过程R20的反应空间，主体流向是自上而下流动，二级预热解固体PR20-S进行第二热解反应R20R产生二级热解煤气和二级解热解半焦，并完成气固分离；至少一部分二级热解反应过程R20的气固流动状态表现为散式流化床。

本发明，通常，(6)在流化烧焦反应过程R50，基于二级热解半焦R20PS的最终热解半焦RCPS进入流化烧焦反应空间，与自下而上流动的含氧气体接触，发生流化床烧焦反应R50R，产生高温半焦R50PS和烟气YQ，烟气YQ自上部空间排出流化烧焦反应过程R50；高温半焦R50PS排出流化烧焦反应过程R50。

本发明，通常，(6)在流化烧焦反应过程R50，流化烧焦反应空间的上部稀相段的器内含尘烟气R50E-YQ，经过布置于流化烧焦反应器内部的上部空间的旋风分离系统S5脱尘分离为烟气YQ和半焦粉尘R50-RS；烟气YQ自上部空间离开旋风分离系统S5排出流化烧焦反应过程R50。

本发明，通常，(6)在流化烧焦反应过程R50，流化烧焦反应空间的上部稀相段的器内含尘烟气R50E-YQ，经过布置于流化烧焦反应器内部的上部空间的旋风分离系统S5脱尘分离为烟气YQ和半焦粉尘R50-RS；旋风分离系统S5的旋风分离器料腿排出的半焦粉尘R50-RS返回流化烧焦反应空间循环加工。

本发明，通常，(6)在流化烧焦反应过程R50，设置外取热器R50-OUT-HX，排出流化烧焦反应过程R50的热半焦进入外取热器R50-OUT-HX与取热介质间接换热降低温度后，排出外取热器R50-OUT-HX，在取热器R50-OUT-HX完成冷却步骤XH。

本发明，通常，(6)在流化烧焦反应过程R50，设置外取热器R50-OUT-HX，来自流化烧焦反应过程R50的热半焦进入外取热器R50-OUT-HX与取热介质间接换热降低温度，排出外取热器R50-OUT-HX的至少一部分热半焦返回流化烧焦反应过程R50循环使用，剩余部分热半焦用作热产品R50PS-T，在取热器R50-OUT-HX完成冷却步骤XH。

本发明，通常，(6)在流化烧焦反应过程R50，设置外取热器R50-OUT-HX，来自流化烧焦反应过程R50的热半焦进入外取热器R50-OUT-HX与取热介质间接换热降低温度，排出外取热器R50-OUT-HX的第一部分热半焦返回流化烧焦反应过程R50循环使用，第二部分冷却后用作产品R50PS-C，在取热器R50-OUT-HX完成冷却步骤XH。

本发明，通常，(4)在二级热解反应过程R20，二级热解反应器同时也是沉降器。

本发明，R10、R20操作目标通常为：

(1)在一级热解反应过程R10，碳氢粉料R10FS的粒径为0～6毫米，碳氢粉料R10FS选自高挥发分的低变质粉煤；

(4)二级热解反应过程R20产生的焦油蒸汽重量为新鲜粉煤R10FS重量的1～12％；

二级热解反应过程R20的粉焦R20PS挥发分为3～25％；

一级热解反应过程R10的焦油产量为R10PY、二级热解反应过程R20的焦油产量为R20PY与，定义KR＝R20PY/(R10PY+R10PY)，KR为0.05～0.50。

本发明，R10、R20操作目标一般为：

(1)在一级热解反应过程R10，碳氢粉料R10FS的粒径为0～6毫米，碳氢粉料CHLS选自高挥发分的低变质粉煤；

(4)二级热解反应过程R20产生的焦油蒸汽重量为新鲜粉煤R10FS重量的1～7％；

二级热解反应过程R20的粉焦R20PS挥发分为3～15％；

KR为0.05～0.30。

本发明，各步骤操作目标通常为：

(1)在一级热解反应过程R10，含碳氢元素粉料R10FS为粉煤；

一级热解反应过程R10，使用提升管流化床热解反应器，第一固体热载体R10KS为来自流化烧焦反应过程R50的高温氧化半焦；

一级热解反应过程R10的操作条件为：反应时间0.1～10s，提升管反应产物出口温度即一级热解反应过程终端反应温度为400～600℃；

第一固体热载体R10KS的重量与粉煤R10FS重量比值为1～30；

(2)在气固分离过程S10，脱尘一级热解煤气R10PV中固体含量低于50克/立方米；

(4)在二级热解反应过程R20的反应空间，设置2～12副人字挡板或环形挡板，二级热解反应过程的主热解段的温度为460～700℃；

二级热解段底部通入450～650℃气提气V22V进行焦油蒸汽汽提，气提气V22V通过半焦料层后向上流动并进入二级热解反应过程R20的二级热解煤气产物中；

进入二级热解反应过程R20的第二固体热载体R20KS的重量与粉煤R10FS重量比值为0.3～10；

(5)在第二级热解反应气固产物的气固分离过程S20，二级热解煤气产物经过S10系统的粗旋与顶旋之间的周隙进入顶旋离开二级热解反应空间，在顶旋内与第一热解反应气相产物即第一热解煤气混合进行气固分离。

本发明，各步骤操作目标一般为：

(1)在一级热解反应过程R10，含碳氢元素粉料R10FS为低变质粉煤；

一级热解反应过程R10，使用提升管流化床热解反应器，第一固体热载体R10KS为来自流化烧焦反应过程R50的高温氧化半焦；

一级热解反应过程R10的操作条件为：反应时间1.0～6s，提升管反应产物出口温度即一级热解反应过程终端反应为470～550℃；

第一固体热载体R10KS的重量与粉煤R10FS重量比值为3～15；

(2)在气固气固分离过程S10，一脱尘一级热解煤气R10PV中固体含量低于10克/立方米；

(4)在二级热解反应过程R20的反应空间，设置2～12副人字挡板或环形挡板，二级热解反应过程的主热解段的温度为480～600℃；

二级热解段底部通入450～650℃气提气V22V进行焦油蒸汽汽提，气提气V22V通过半焦料层后向上流动并进入二级热解反应过程R20的二级热解煤气产物中；

进入二级热解反应过程R20的第二固体热载体R20KS的重量与粉煤R10FS重量比值为1.0～5；

(5)在第二级热解反应气固产物的气固分离过程S20，二级热解煤气产物经过S10系统的粗旋与顶旋之间的周隙进入顶旋离开二级热解反应空间，在顶旋内与第一热解反应气相产物即第一热解煤气混合进行气固分离。

本发明，各步骤操作目标较佳者为：

(1)在一级热解反应过程R10，含碳氢元素粉料R10FS为高挥发分的低变质粉煤；

一级热解反应过程R10，使用提升管流化床热解反应器，第一固体热载体R10KS为来自流化烧焦反应过程R50的高温氧化半焦；

一级热解反应过程R10的操作条件为：反应时间2.5～4s，提升管反应产物出口温度即一级热解反应过程终端反应为480～520℃；

第一固体热载体R10KS的重量与粉煤R10FS重量比值为6～10；

(2)在气固气固分离过程S10，脱尘一级热解煤气R10PV中固体含量低于4克/立方米；

(4)在二级热解反应过程R20的反应空间，设置2～12副人字挡板或环形挡板，二级热解反应过程的主热解段的温度为480～530℃；

二级热解段底部通入450～650℃气提气V22V进行焦油蒸汽汽提，气提气V22V通过半焦料层后向上流动并进入二级热解反应过程R20的二级热解煤气产物中；

进入二级热解反应过程R20的第二固体热载体R20KS的重量与粉煤R10FS重量比值为2～3；

(5)在第二级热解反应气固产物的气固分离过程S20，二级热解煤气产物经过S10系统的粗旋与顶旋之间的周隙进入顶旋离开二级热解反应空间，在顶旋内与第一热解反应气相产物即第一热解煤气混合进行气固分离。

本发明，一级热解反应过程R10使用的提升管流化床热解反应器R10E，与二级热解反应过程R20使用的二级流化床热解反应器R20E，可以组成组合设备。

本发明，一级热解反应过程R10使用的提升管流化床热解反应器R10E，与强制混合二级预热解反应过程PR20使用的二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE，可以组成组合设备。

本发明，二级热解反应过程R20使用的二级流化床热解反应器R20E，与流化烧焦反应过程R50使用的流化床烧焦反应过程R50E，可以组成组合设备。

本发明，一级热解反应过程R10使用的提升管流化床热解反应器R10E、二级热解反应过程R20使用的二级流化床热解反应器R20E、流化烧焦反应过程R50使用的流化床烧焦反应过程R50E，可以组成组合设备。

本发明，二级热解反应过程R20使用的二级流化床热解反应器R20E，流化烧焦反应过程R50使用的流化床烧焦反应过程R50E均为立式设备，从空间位置标高讲，其相互位置关系可以是：流化床烧焦反应器R50E的底部比二级热解器R20E的底部更低，二级热解器R20E排出的最终热解半焦依靠料位差流入流化床烧焦反应器R50E的底部。

本发明，二级热解反应过程R20使用的二级流化床热解反应器R20E，与流化烧焦反应过程R50使用的流化床烧焦反应过程R50E可以组成同轴式组合设备；

同轴式指的是，二级热解反应器R20E、流化床烧焦反应器R50E为同轴式立式组合设备，从空间位置关系讲，其相互位置关系是：流化床烧焦反应器R50E的空间部分地包围着二级热解器R20E的空间；来自二级热解器R20E的底部空间的热解半焦通过立管和塞阀流入流化床烧焦反应器R50E的下部空间。

本发明，输送第二固体热载体R20KS的提升管V8E，与二级热解反应过程R20使用的二 级流化床热解反应器R20E，可以组成组合设备。

本发明，输送第二固体热载体R20KS的提升管V8E，与强制混合二级预热解反应过程PR20使用的二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE，可以组成组合设备。

本发明，输送第二固体热载体R20KS的提升管V8E，与流化烧焦反应过程R50使用的流化床烧焦反应过程R50E，可以组成组合设备。

本发明，输送第二固体热载体R20KS的提升管V8E、二级热解反应过程R20使用的二级流化床热解反应器R20E、流化烧焦反应过程R50使用的流化床烧焦反应过程R50E，可以组成组合设备。

本发明，各反应步骤的操作压力通常为：

使用固体热载体R10KS的碳氢粉料R10FS热解烧焦系统UNIT，各步骤操作压力为：

(1)一级热解反应过程R10的操作压力为：0.1～6.0MPa，以绝对压力计；

(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20的操作压力为：0.1～6.0MPa，以绝对压力计；

(4)在二级热解反应过程R20的操作压力为：0.1～6.0MPa，以绝对压力计；

(6)在流化烧焦反应过程R50的操作压力为：0.1～6.0MPa，以绝对压力计。

本发明，(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，强制混合二级预热解反应过程PR20的混合方式，可以为湍动床混合方式，其工作方式为：

第二固体热载体R20KS进入预反应区PR20的湍流流化床空间PR20-MD，固体R10PSX流入预反应区PR20的湍流流化床空间PR20-MD，在第二固体热载体R20KS包含的输送风和或专用流化风PR20-ZF作用下，形成湍流流化床；

流流化床空间PR20-MD内上行的固体物料溢流排出，降落到人字挡板上表面，并向下流动。

本发明，(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，强制混合二级预热解反应过程PR20的混合方式，可以为外包线式快速混合方式，其工作方式为：

第二固体热载体R20KS与固体R10PSX在流道喷口处，以第二固体热载体物料从外部包围固体R10PSX的方式增大第二固体热载体物料的分散度，进行固固初次混合；

外包线式快速混合过程使用混合喷头，喷头由流动固体R10PSX的内管、流动第二固体热载体R20KS的套管组成，套管由内管外壁和外管内壁之间的通道空间构成，向下开口的喷嘴喷出的物料落到固体颗粒床上面或人字挡板上面或二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE的内部壁面上。

本发明，(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，强制混合二级预热解反应过程PR20的混合方式，可以为回转楼梯式快速混合方式，其工作方式为：

第二固体热载体R20KS与固体R10PSX，借助流道喷口喷出气固流体的速度和方向，在椎筒外壁面与沉降器内壁面之间的楼梯板面上，以旋转的方式向下流动，形成离心力分离效应下的切线进料，相当于将整体沉降器作为一个大尺寸旋风分离器的器壁使用，同时利用旋转楼梯的渐开线展开长度远大于其垂直距离的特点，延长固体下降过程路径长度，提供较长的二次热解时间；

第二固体热载体R20KS与固体R10PSX，流道喷口喷出的物料向下或斜向下贴近沉降器筒体内壁面在中心升气筒圆筒壁面和沉降器筒体内壁面之间的空间做旋转运动，在流道喷口对面可以设置导流部件改变物料流向，在离心力、重力作用下，固体螺旋旋转且逐步靠近正椎筒内壁面，气体螺旋旋转且逐步远离正椎筒内壁面并在通道空间中上行离开回转楼梯式快速混合设备空间进入沉降器E20E的稀相床中；

固体螺旋旋转且逐步靠近正椎筒内壁面，落到二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE的内部壁面上或固体颗粒床上面或人字挡板上面，最后通过回转楼梯式快速混合区的下口进入沉降器E20E的人字挡板气提区，进行二次热解反应过程和热解半焦的气提脱焦油蒸汽的气提过程。

以下结合总体流程描述各步骤具体特征。

进入一级热解反应过程R10的粉煤FM即R10FS，通常为干燥后脱水粉煤，其水分重量通常低于10％、一般低于7％、较佳者低于5％。

进入一级热解反应过程R10的粉煤FM即R10FS，其粒度通常为0.00001～6毫米、一般为0.0001～3.5毫米、较佳者为0.001～2毫米。

进入一级热解反应过程R10的气提气R10FV，可以是任意一种温度、压力、组分组成等合适的气体，通常为水蒸气或氮气或不含氧气烟道气或净化脱油后的煤气或煤制合成气或半焦制合成气。

进入一级热解反应过程R10的第一固体热载体R10KS，通常为来自流化床烧焦反应过程R50的高温氧化半焦，其重量流量与粉煤R10FS重量流量的比值，根据需要确定，通常为0.5～30、一般为3～15、较佳者为5～10。

一级热解反应过程R10，使用的一级热解反应器R10E的设备型式根据需要确定，通常使用提升管式一级热解反应器。

气固分离段S10，通常使用离心分离式气固分离设备元件，可以形成1级或2级或多级串联操作的气固分离系统。

一级热解煤气R10PV中固体含量通常低于50克/立方米、一般低于10克/立方米、较佳者低于4克/立方米。

二级热解反应过程R20，其设备型式根据需要确定，通常使用立式下流式沉降器R20E。

二级热解反应器底部的气提气，通常选择惰性气体如蒸汽或氮气或无氧气的烟道气或净化煤气循环气或其它惰性气体。

关于沉降器R20E结构，其工艺功能是形成流化床、最好是形成散式流化床即膨胀床，沉降器R20E的内部空间大体分为三段：上段为低气速的气体脱固空间、中段为气速适宜的二级热解主反应空间、下段为气提段。

上段为低气速的气体脱固空间，因此，需要降低来自下部热解主反应空间的煤气的截面流速，也就是说要求降低气体流速即需要扩大截面面积，因此，通常上段即气体脱固空间的径向截面积大于中段即二级热解主反应空间的径向截面积。

中段为气速适宜的二级热解主反应空间，在此，一级热解半焦发生二级热解反应释放出 煤气、焦油蒸汽；在一级热解半焦从上而下穿过二级热解主反应空间的过程中，随着温度的升高，一级热解半焦逐步释放煤气、焦油蒸汽，二级热解主反应空间的底部排出的半焦的释放煤气、焦油蒸汽的能力已经很小。

在气提段，自底部进入二级热解反应器下部气提段的向上流动的气提气，通常通过气体分布器实现初期的均匀分布，由于该气体的作用是携带二级热解反应段底部半焦中包含的焦油气，因此，气提气的流量通常是较小的，从后续煤气加工利用角度讲气提气属于无效组分(水蒸气、氮气、烟气)或循环煤气，其数量应尽可能缩小，这样气提段的截面面积通常较小。实际上，气提段的截面面积通常小于二级热解主反应空间的截面面积。

排出气固分离系统S20的脱尘二级热解煤气S20V或R20PV中固体含量通常低于50克/立方米、一般低于10克/立方米、较佳者低于4克/立方米。

气提气V22V，可以是任意一种温度、压力、组分组成等合适的气体，通常为水蒸气或氮气或不含氧气烟道气或净化脱油后的煤气或煤制合成气或半焦制合成气。

流化床烧焦反应过程R50，流化床烧焦反应器R50E的设备型式根据需要确定，通常使用立式流化床烧焦反应器R50E。

根据需要，流化床烧焦反应过程R50，可以排出热氧化半焦R50PS产品或不排出热氧化半焦R50PS产品；排出的热氧化半焦R50PS可以通过间接换热器冷却回收热能后储存。

根据需要，流化床烧焦反应过程R50，可以设置循环氧化半焦物流R50RS取热器，循环氧化半焦物流R50RS通过间接换热器如蒸汽发生器外输热能冷却后返回流化床烧焦反应过程R50，此时，循环氧化半焦物流R50RS充当外输热能的热载体。

强制混合二级热解预反应区PR20，可以是任意合适的形式，可以是上下同直径的圆柱体式提升管，可以是上部大直径圆柱体、中间过渡椎体、下部小直径圆柱体组成的不等径提升管，过渡椎体部位可以布置第二流化气的分布器，但是由于提升管需要使用大量的流化风或输送风，故能耗很大，同时大量循环气体导致气体系统过于庞大、投资增加巨大；与粉煤一级热解反应过程要求在较短甚至是极短事件内完成传热、热解的要求“快速热解”不同，二级热解反应过程属于一级热解半焦的“慢速深度热解”，只要保证二级热解产物气体快速移出固体即可，因此选用提升管式二级热解反应过程，通常是不合适的，除非煤种特殊导致热解失重曲线出现煤气或热解焦油的较远温度间隔的双峰或多峰分布，或者工艺特殊要求必须进行特定的分段均衡热解。

如图1所示，强制混合二级热解预反应区PR20，可以在混合槽内进行湍流流化床强制混合，这也是通常的情况。

本发明，在强制混合二级热解预反应区PR20，使用的流化气，可以是廉价的对热解煤气的使用无副作用的合适其体，可以是易得的工厂气体可以设置流化气，流化气可以选自下列物料中的一种或几种：

①水蒸气，比如工厂低压蒸汽，或经过布置于烧焦器R50E内的换热器预热后的低压蒸汽；

②氮气，比如工厂低压氮气，或经过布置于烧焦器R50E内的换热器预热后的低压氮气；

③二氧化碳气，比如工厂热解煤气脱除二氧化碳过程得到的高纯二氧化碳气，或经过布 置于烧焦器R50E内的换热器预热后的高纯二氧化碳气；

④烟道气，比如工厂加热炉排出的烟气或烧焦器R50E排出的烟气的净化循环气，或经过布置于烧焦器R50E内的换热器预热后的烟道气；

⑤净化煤气如系统自产煤气；

⑥合成气；

⑦其它不含对热解过程带来不利影响的组分的气体。

本发明，对于碳氢粉料粉煤的热解烧焦过程，设置强制混合二级热解预反应区PR20，其优点在于：

①设备结构简单、体积小；

②传热、热解效率高；

③操作稳定，灵活可靠；

④二级热解转化率高；

⑤流化气来源广泛，易得到；

⑥强制混合二级热解预反应区PR20，床层固体物料混合运动方式可以是任意一种合适方式，可以是湍动床混合、外包线式快速混合、回转楼梯式快速混合等方式；

⑦强制混合二级热解预反应区PR20，床层固体物料混合运动空间中，可以设置增强混合效果的部件如大孔开孔板、局部改变流向的挡板、缩径提高气速段段、扩径降低气速段、水平吹风导致物料横流、切向吹风导致物料旋转，可以使用其中的1个或几个措施；

⑧适合新建装置或现有装置改造。

Claims (50)

1.用强制混合二级预热解反应过程的碳氢粉料热解方法及设备，其特征在于包含以下步骤：

(1)在一级热解反应过程R10，碳氢粉料R10FS进行一级热解反应R10R转化为气固混相的一级热解反应产物R10P；

(2)在分离过程S10，分离一级热解反应产物R10P得到脱尘气体S10PV和固体S10PS，至少一部分固体S10PS用作固体R10PSX；

(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，固体R10PSX与第二固体热载体R20KS进行强制混合并进行二级预热解反应PR20R，得到二级预热解固体PR20-S和二级预热解气PR20-V；

第二固体热载体R20KS的温度高于固体R10PSX的温度；

(4)在二级热解反应过程R20，二级预热解固体PR20-S进行二级热解反应R20R转化为二级热解反应产物R20P并分离为含尘二级热解过程气R20EPV和二级热解半焦R20PS；

二级热解半焦R20PS排出二级热解反应过程R20；

(5)在气固分离过程S20，离开固体粉料主体床层后的含尘二级热解过程气R20EPV分离为排出气固分离过程S20的脱尘二级热解煤气R20PV和半焦S20PS；

(6)在流化烧焦反应过程R50，基于二级热解半焦R20PS的最终热解半焦RCPS进入流化烧焦反应空间，与含氧气体接触，进行流化床烧焦反应R50R，产生高温氧化半焦R50PS和烟气YQ，烟气YQ排出流化烧焦反应过程R50；高温半焦排出流化烧焦反应过程R50。

2.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

(1)在一级热解反应过程R10，碳氢粉料R10FS与第一固体热载体R10KS混合进行一级热解反应R10R转化为一级热解反应气固产物R10P；

(6)在流化烧焦反应过程R50，第一高温半焦R50P1S排出流化烧焦反应过程R50；

(7)基于R50排出的第一高温半焦R50P1S的物流，用作第一固体热载体R10KS进入一级热解反应过程R10与碳氢粉料R10FS混合接触。

3.根据权利要求2所述方法及设备，其特征在于：

(1)在一级热解反应过程R10，使用流化床提升管热解反应器R10E，碳氢粉料R10FS、第一固体热载体R10KS自下部进入反应器R10E混合，在气体进料R10FV作用下通过提升管热解反应器R10E向上流动进行一级热解反应R10R转化为一级热解反应气固产物R10P。

4.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

(6)在流化烧焦反应过程R50，第二高温半焦R50P2S排出流化烧焦反应过程R50；

(7)基于R50排出的第二高温半焦R50P2S的物流，用作第二固体热载体R20KS。

5.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，固体R10PSX与第二固体热载体R20KS进行强制混合并进行二级预热解反应PR20R，得到二级预热解固体PR20-S和二级预热解气PR20-V；

二级预热解反应区PR20的混合方式，选自下列方式中的一种或几种：

①湍动床混合方式；

②外包线式快速混合方式；

③回转楼梯式快速混合方式。

6.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，使用气提气PR20-VP，气提气PR20-VP与固体物料产生逆流或错流的气提接触，气提气PR20-VP选自下列中的一种或几种：

①煤气脱碳过程得到的高纯度二氧化碳气体；

②水蒸气；

③氮气；

④净化煤气；

⑤合成气；

⑥来自二级热解反应过程R20的煤气。

7.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

(3)强制混合二级预热解反应过程PR20，在沉降器R20E的外部和或沉降器R20E的内部进行；

(4)在二级热解反应过程R20，使用沉降器R20E。

8.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

(3)强制混合二级预热解反应过程PR20，在二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE内进行。

9.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

(3)强制混合二级预热解反应过程PR20，在二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE内进行；原料聚集降落分配器QSSE，布置在沉降器R20E的外部和或沉降器R20E的内部。

10.根据权利要求8所述方法及设备，其特征在于：

(3)强制混合二级预热解反应过程PR20，在二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE内进行；原料聚集降落分配器QSSE，布置在沉降器R20E的内部；

(4)二级热解反应过程R20使用沉降器R20E，沉降器R20E上部有稀相床空间R20EU、下部有密相床空间R20ED，沉降器R20E中部可能布置有折流挡板R20E-TYAY用于分散向下流动的固体物料；

原料聚集降落分配器QSSE，在沉降器R20E的内部的布置位置选自下列中的一种或几种：

①稀相床内；

②稀相床与密相床交界处；

③密相床层浅度位置；

④可能存在的有折流挡板R20E-TYAY的空间位置。

11.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

(3)强制混合二级预热解反应过程PR20，使用的第二固体热载体R20KS选自下列中的一种或几种：

①流化烧焦反应过程R50排出的高温半焦；

②流化烧焦反应过程R50排出的高温半焦经过适度降温后所得降温氧化半焦；

③第二碳氢粉料热解过程R80的热解气固产物R80P；

④第二碳氢粉料热解过程R80的热解产物R80P的气固分离过程SZ所得固体产物SZ-S；

⑤经过脱氧气步骤后所得脱气后固体热载体。

12.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

热解过程使用的固体热载体，为经过脱氧气步骤后所得脱气后固体热载体。

13.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，第二固体热载体R20KS温度高于固体R10PSX温度的差值为10～250℃。

14.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，第二固体热载体R20KS温度高于固体R10PSX温度的差值为30～100℃。

15.根据权利要求11所述方法及设备，其特征在于：

(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，固体R10PSX与第二固体热载体R20KS混合，第二固体热载体R20KS选自第二碳氢粉料热解过程R80的热解产物R80P的气固分离过程SZ所得固体产物SZ-S；

在气固分离过程SZ，第二碳氢粉料热解过程R80的热解产物R80P分离为固体SZ-S和气体SZ-V，将至少一部分固体SZ-S充当第二固体热载体。

16.根据权利要求11所述方法及设备，其特征在于：

(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，固体R10PSX与第二固体热载体R20KS混合，第二固体热载体R20KS选自第二碳氢粉料热解过程R80的热解产物R80P的气固分离过程SZ所得固体产物SZ-S；

在气固分离过程SZ，第二碳氢粉料热解过程R80的热解产物R80P分离为固体SZ-S和气体SZ-V，将至少一部分固体SZ-S充当第二固体热载体，将剩余的固体ZS引入沉降器的顶部或中部或底部。

17.根据权利要求11所述方法及设备，其特征在于：

(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，固体R10PSX与第二固体热载体R20KS混合，第二固体热载体R20KS选自第二碳氢粉料热解过程R80的热解产物R80P的气固分离过程SZ所得固体产物SZ-S；

在气固分离过程SZ，第二碳氢粉料热解过程R80的热解产物R80P分离为固体SZ-S和气体SZ-V，将至少一部分气体ZV引入沉降器的顶部或中部或底部或引入强制混合二级预热解反应过程PR20充当动力风。

18.根据权利要求15所述方法及设备，其特征在于：

(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，固体R10PSX与第二固体热载体R20KS混合，第二固体热载体R20KS选自第二碳氢粉料热解过程R80的热解产物R80P的气固分离过程SZ所得固体产物SZ-S；气固分离过程SZ，使用旋风分离器。

19.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

(4)在二级热解反应过程R20，使用沉降器R20E即二级热解反应器R20E；

在沉降器R20E底部，引入置换气V22V用于气提置换下行半焦中携带的焦油蒸汽，置换气V22V选自下列物料中的一种或几种：

①水蒸气；

②氮气；

③二氧化碳气；

④无氧烟道气；

⑤煤气；

⑥其它不含对热解过程带来不利影响的组分的气体。

20.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

碳氢粉料R10FS的粒径为0～10毫米，碳氢粉料R10FS选自下列物料中的一种或几种：

①低变质粉煤；

②高变质粉煤；

③油母页岩粉；

④油砂；

⑤煤直接液化残渣液体冷却固化后制备的固体颗粒，或煤直接液化残渣液体与固体混合后冷却固化后制备的固体颗粒；

⑥其它在热解过程能够产生含油蒸汽的固体粉料。

21.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

碳氢粉料R10FS的粒径为0～6毫米。

22.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8或9或10或11或12或13或14或15或16或17或18或19或20或21所述方法及设备，其特征在于：

(1)在一级热解反应过程R10，使用流化床提升管热解反应器R10E，碳氢粉料R10FS、第一固体热载体R10KS自下部进入反应器R10E混合，在气体进料R10FV作用下通过提升管热解反应器R10E向上流动进行一级热解反应R10R转化为一级热解反应气固产物R10P；

(2)在分离过程S10，使用旋风分离器，分离一级热解反应产物R10P得到脱尘气体S10PV和固体S10PS，至少一部分固体S10PS用作固体R10PSX；

(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，固体R10PSX与第二固体热载体R20KS进行强制混合并进行二级预热解反应PR20R，得到二级预热解固体PR20-S和二级预热解气PR20-V；

第二固体热载体R20KS的温度高于一级热解反应产物R10P的温度；

(4)在二级热解反应过程R20，二级预热解固体PR20-S进行二级热解反应R20R转化为二级热解反应产物R20P并分离为含尘二级热解过程气R20EPV和二级热解半焦R20PS；

二级热解半焦R20PS排出二级热解反应过程R20；

(5)在气固分离过程S20，使用旋风分离器，离开固体粉料主体床层后的含尘二级热解过程气R20EPV分离为排出气固分离过程S20的脱尘二级热解煤气R20PV和半焦S20PS；

(6)在流化烧焦反应过程R50，基于二级热解半焦R20PS的最终热解半焦RCPS进入流化烧焦反应空间，与含氧气体接触，进行流化床烧焦反应R50R，产生高温氧化半焦R50PS和烟气YQ，烟气YQ排出流化烧焦反应过程R50；高温半焦排出流化烧焦反应过程R50；

含尘烟气的气固分离过程S50，使用旋风分离器；

第一高温半焦R50P1S排出流化烧焦反应过程R50；

(7)基于R50排出的第一高温半焦R50P1S的物流，用作第一固体热载体R10KS进入一级热解反应过程R10与碳氢粉料R10FS混合接触。

23.根据权利要求22所述方法及设备，其特征在于：

(1)在一级热解反应过程R10，气体进料R10FV提供流化动力，一级热解反应过程R10的至少大部分吸热量由第一固体热载体R10KS提供；

(2)在分离过程S10，通过至少使用2级串联操作的旋风分离器的气固分离系统S10完成一级热解反应产物R10P的气固分离，得到脱尘气体S10PV和固体S10PS，至少一部分固体S10PS用作固体R10PSX；

(3)强制混合二级预热解反应过程PR20，在二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE内进行，原料聚集降落分配器QSSE布置在沉降器R20E的内部；

(5)在气固分离过程S20，离开固体粉料主体床层后的含尘二级热解过程气R20EPV，与二级预热解气PR20-V混合通过共用的气固分离系统S10完成气固分离，脱尘二级热解煤气R20PV进入脱尘气体S10PV中，半焦S20PS进入固体S10PS中。

24.根据权利要求22所述方法及设备，其特征在于：

(4)在二级热解反应过程R20，二级预热解固体PR20-S进入二级热解反应过程R20的反应空间，主体流向是自上而下流动，二级预热解固体PR20-S进行第二热解反应R20R产生二级热解煤气和二级解热解半焦，并完成气固分离；至少一部分二级热解反应过程R20的气固流动状态表现为散式流化床。

25.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

(6)在流化烧焦反应过程R50，基于二级热解半焦R20PS的最终热解半焦RCPS进入流化烧焦反应空间，与自下而上流动的含氧气体接触，发生流化床烧焦反应R50R，产生高温半焦R50PS和烟气YQ，烟气YQ自上部空间排出流化烧焦反应过程R50；高温半焦R50PS排出流化烧焦反应过程R50。

26.根据权利要求25所述方法及设备，其特征在于：

(6)在流化烧焦反应过程R50，流化烧焦反应空间的上部稀相段的器内含尘烟气R50E-YQ，经过布置于流化烧焦反应器内部的上部空间的旋风分离系统S5脱尘分离为烟气YQ和半焦粉尘R50-RS；烟气YQ自上部空间离开旋风分离系统S5排出流化烧焦反应过程R50。

27.根据权利要求25所述方法及设备，其特征在于：

(6)在流化烧焦反应过程R50，流化烧焦反应空间的上部稀相段的器内含尘烟气R50E-YQ，经过布置于流化烧焦反应器内部的上部空间的旋风分离系统S5脱尘分离为烟气YQ和半焦粉尘R50-RS；旋风分离系统S5的旋风分离器料腿排出的半焦粉尘R50-RS返回流化烧焦反应空间循环加工。

28.根据权利要求25所述方法及设备，其特征在于：

(6)在流化烧焦反应过程R50，设置外取热器R50-OUT-HX，排出流化烧焦反应过程R50的热半焦进入外取热器R50-OUT-HX与取热介质间接换热降低温度后，排出外取热器R50-OUT-HX，在取热器R50-OUT-HX完成冷却步骤XH。

29.根据权利要求25所述方法及设备，其特征在于：

(6)在流化烧焦反应过程R50，设置外取热器R50-OUT-HX，来自流化烧焦反应过程R50的热半焦进入外取热器R50-OUT-HX与取热介质间接换热降低温度，排出外取热器R50-OUT-HX的至少一部分热半焦返回流化烧焦反应过程R50循环使用，剩余部分热半焦用作热产品R50PS-T，在取热器R50-OUT-HX完成冷却步骤XH。

30.根据权利要求25所述方法及设备，其特征在于：

(6)在流化烧焦反应过程R50，设置外取热器R50-OUT-HX，来自流化烧焦反应过程R50的热半焦进入外取热器R50-OUT-HX与取热介质间接换热降低温度，排出外取热器R50-OUT-HX的第一部分热半焦返回流化烧焦反应过程R50循环使用，第二部分冷却后用作产品R50PS-C，在取热器R50-OUT-HX完成冷却步骤XH。

31.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

(4)在二级热解反应过程R20，二级热解反应器同时也是沉降器。

32.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

(1)在一级热解反应过程R10，碳氢粉料R10FS的粒径为0～6毫米，碳氢粉料R10FS选自高挥发分的低变质粉煤；

(4)二级热解反应过程R20产生的焦油蒸汽重量为新鲜粉煤R10FS重量的1～12％；

二级热解反应过程R20的粉焦R20PS挥发分为3～25％；

一级热解反应过程R10的焦油产量为R10PY、二级热解反应过程R20的焦油产量为R20PY与，定义KR＝R20PY/(R10PY+R10PY)，KR为0.05～0.50。

33.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

(1)在一级热解反应过程R10，碳氢粉料R10FS的粒径为0～6毫米，碳氢粉料CHLS选自高挥发分的低变质粉煤；

(4)二级热解反应过程R20产生的焦油蒸汽重量为新鲜粉煤R10FS重量的1～7％；

二级热解反应过程R20的粉焦R20PS挥发分为3～15％；

KR为0.05～0.30。

34.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

(1)在一级热解反应过程R10，含碳氢元素粉料R10FS为粉煤；

一级热解反应过程R10，使用提升管流化床热解反应器，第一固体热载体R10KS为来自流化烧焦反应过程R50的高温氧化半焦；

一级热解反应过程R10的操作条件为：反应时间0.1～10s，提升管反应产物出口温度即一级热解反应过程终端反应温度为400～600℃；

第一固体热载体R10KS的重量与粉煤R10FS重量比值为1～30；

(2)在气固分离过程S10，脱尘一级热解煤气R10PV中固体含量低于50克/立方米；

(4)在二级热解反应过程R20的反应空间，设置2～12副人字挡板或环形挡板，二级热解反应过程的主热解段的温度为460～700℃；

二级热解段底部通入450～650℃气提气V22V进行焦油蒸汽汽提，气提气V22V通过半焦料层后向上流动并进入二级热解反应过程R20的二级热解煤气产物中；

进入二级热解反应过程R20的第二固体热载体R20KS的重量与粉煤R10FS重量比值为0.3～10；

(5)在第二级热解反应气固产物的气固分离过程S20，二级热解煤气产物经过S10系统的粗旋与顶旋之间的周隙进入顶旋离开二级热解反应空间，在顶旋内与第一热解反应气相产物即第一热解煤气混合进行气固分离。

35.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

(1)在一级热解反应过程R10，含碳氢元素粉料R10FS为低变质粉煤；

一级热解反应过程R10，使用提升管流化床热解反应器，第一固体热载体R10KS为来自流化烧焦反应过程R50的高温氧化半焦；

一级热解反应过程R10的操作条件为：反应时间1.0～6s，提升管反应产物出口温度即一级热解反应过程终端反应为470～550℃；

第一固体热载体R10KS的重量与粉煤R10FS重量比值为3～15；

(2)在气固气固分离过程S10，一脱尘一级热解煤气R10PV中固体含量低于10克/立方米；

(4)在二级热解反应过程R20的反应空间，设置2～12副人字挡板或环形挡板，二级热解反应过程的主热解段的温度为480～600℃；

二级热解段底部通入450～650℃气提气V22V进行焦油蒸汽汽提，气提气V22V通过半焦料层后向上流动并进入二级热解反应过程R20的二级热解煤气产物中；

进入二级热解反应过程R20的第二固体热载体R20KS的重量与粉煤R10FS重量比值为1.0～5；

(5)在第二级热解反应气固产物的气固分离过程S20，二级热解煤气产物经过S10系统的粗旋与顶旋之间的周隙进入顶旋离开二级热解反应空间，在顶旋内与第一热解反应气相产物即第一热解煤气混合进行气固分离。

36.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

(1)在一级热解反应过程R10，含碳氢元素粉料R10FS为高挥发分的低变质粉煤；

一级热解反应过程R10，使用提升管流化床热解反应器，第一固体热载体R10KS为来自流化烧焦反应过程R50的高温氧化半焦；

一级热解反应过程R10的操作条件为：反应时间2.5～4s，提升管反应产物出口温度即一级热解反应过程终端反应为480～520℃；

第一固体热载体R10KS的重量与粉煤R10FS重量比值为6～10；

(2)在气固气固分离过程S10，脱尘一级热解煤气R10PV中固体含量低于4克/立方米；

(4)在二级热解反应过程R20的反应空间，设置2～12副人字挡板或环形挡板，二级热解反应过程的主热解段的温度为480～530℃；

二级热解段底部通入450～650℃气提气V22V进行焦油蒸汽汽提，气提气V22V通过半焦料层后向上流动并进入二级热解反应过程R20的二级热解煤气产物中；

进入二级热解反应过程R20的第二固体热载体R20KS的重量与粉煤R10FS重量比值为2～3；

(5)在第二级热解反应气固产物的气固分离过程S20，二级热解煤气产物经过S10系统的粗旋与顶旋之间的周隙进入顶旋离开二级热解反应空间，在顶旋内与第一热解反应气相产物即第一热解煤气混合进行气固分离。

37.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

一级热解反应过程R10使用的提升管流化床热解反应器R10E，与二级热解反应过程R20使用的二级流化床热解反应器R20E，组成组合设备。

38.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

一级热解反应过程R10使用的提升管流化床热解反应器R10E，与强制混合二级预热解反应过程PR20使用的二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE，组成组合设备。

39.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

二级热解反应过程R20使用的二级流化床热解反应器R20E，与流化烧焦反应过程R50使用的流化床烧焦反应过程R50E，组成组合设备。

40.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

一级热解反应过程R10使用的提升管流化床热解反应器R10E、二级热解反应过程R20使用的二级流化床热解反应器R20E、流化烧焦反应过程R50使用的流化床烧焦反应过程R50E，组成组合设备。

41.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

二级热解反应过程R20使用的二级流化床热解反应器R20E，流化烧焦反应过程R50使用的流化床烧焦反应过程R50E均为立式设备，从空间位置标高讲，其相互位置关系是：流化床烧焦反应器R50E的底部比二级热解器R20E的底部更低，二级热解器R20E排出的最终热解半焦依靠料位差流入流化床烧焦反应器R50E的底部。

42.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

二级热解反应过程R20使用的二级流化床热解反应器R20E，与流化烧焦反应过程R50使用的流化床烧焦反应过程R50E组成同轴式组合设备；

同轴式指的是，二级热解反应器R20E、流化床烧焦反应器R50E为同轴式立式组合设备，从空间位置关系讲，其相互位置关系是：流化床烧焦反应器R50E的空间部分地包围着二级热解器R20E的空间；来自二级热解器R20E的底部空间的热解半焦通过立管和塞阀流入流化床烧焦反应器R50E的下部空间。

43.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

输送第二固体热载体R20KS的提升管V8E，与二级热解反应过程R20使用的二级流化床热解反应器R20E，组成组合设备。

44.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

输送第二固体热载体R20KS的提升管V8E，与强制混合二级预热解反应过程PR20使用的二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE，组成组合设备。

45.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

输送第二固体热载体R20KS的提升管V8E，与流化烧焦反应过程R50使用的流化床烧焦反应过程R50E，组成组合设备。

46.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

输送第二固体热载体R20KS的提升管V8E、二级热解反应过程R20使用的二级流化床热解反应器R20E、流化烧焦反应过程R50使用的流化床烧焦反应过程R50E，组成组合设备。

47.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

使用固体热载体R10KS的碳氢粉料R10FS热解烧焦系统UN1T，各步骤操作压力为：

(1)一级热解反应过程R10的操作压力为：0.1～6.0MPa，以绝对压力计；

(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20的操作压力为：0.1～6.0MPa，以绝对压力计；

(4)在二级热解反应过程R20的操作压力为：0.1～6.0MPa，以绝对压力计；

(6)在流化烧焦反应过程R50的操作压力为：0.1～6.0MPa，以绝对压力计。

48.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，强制混合二级预热解反应过程PR20的混合方式，为湍动床混合方式，其工作方式为：

第二固体热载体R20KS进入预反应区PR20的湍流流化床空间PR20-MD，固体R10PSX流入预反应区PR20的湍流流化床空间PR20-MD，在第二固体热载体R20KS包含的输送风和或专用流化风PR20-ZF作用下，形成湍流流化床；

流流化床空间PR20-MD内上行的固体物料溢流排出，降落到人字挡板上表面，并向下流动。

49.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，强制混合二级预热解反应过程PR20的混合方式，为外包线式快速混合方式，其工作方式为：

第二固体热载体R20KS与固体R10PSX在流道喷口处，以第二固体热载体物料从外部包围固体R10PSX的方式增大第二固体热载体物料的分散度，进行固固初次混合；

外包线式快速混合过程使用混合喷头，喷头由流动固体R10PSX的内管、流动第二固体热载体R20KS的套管组成，套管由内管外壁和外管内壁之间的通道空间构成，向下开口的喷嘴喷出的物料落到固体颗粒床上面或人字挡板上面或二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE的内部壁面上。

50.根据权利要求1所述方法及设备，其特征在于：

(3)在强制混合二级预热解反应过程PR20，强制混合二级预热解反应过程PR20的混合方式，为回转楼梯式快速混合方式，其工作方式为：

第二固体热载体R20KS与固体R10PSX，借助流道喷口喷出气固流体的速度和方向，在椎筒外壁面与沉降器内壁面之间的楼梯板面上，以旋转的方式向下流动，形成离心力分离效应下的切线进料，相当于将整体沉降器作为一个大尺寸旋风分离器的器壁使用，同时利用旋转楼梯的渐开线展开长度远大于其垂直距离的特点，延长固体下降过程路径长度，提供较长的二次热解时间；

第二固体热载体R20KS与固体R10PSX，流道喷口喷出的物料向下或斜向下贴近沉降器筒体内壁面在中心升气筒圆筒壁面和沉降器筒体内壁面之间的空间做旋转运动，在流道喷口对面可以设置导流部件改变物料流向，在离心力、重力作用下，固体螺旋旋转且逐步靠近正椎筒内壁面，气体螺旋旋转且逐步远离正椎筒内壁面并在通道空间中上行离开回转楼梯式快速混合设备空间进入沉降器E20E的稀相床中；

固体螺旋旋转且逐步靠近正椎筒内壁面，落到二级热解混合原料聚集降落分配器QSSE的内部壁面上或固体颗粒床上面或人字挡板上面，最后通过回转楼梯式快速混合区的下口进入沉降器E20E的人字挡板气提区，进行二次热解反应过程和热解半焦的气提脱焦油蒸汽的气提过程。