设置固体热载体脱气步骤的碳氢粉料热解烧焦方法及设备与流程

本发明涉及设置固体热载体脱气步骤的碳氢粉料热解烧焦方法及设备，适合于粉煤的加工，由于氧气是爆炸或燃烧过程的氧化剂、焦油氧化热缩合生成粘稠大分子的氧化剂，使用脱气步骤降低或脱除固体热载体中的有害组分比如氧气、二氧化硫、三氧化硫等，降低了固体热载体携带的烧焦过程的含氧气气体数量，使粉煤热解过程涉及的热解反应过程、旋风分离过程、沉降过程、煤气处理过程(如脱尘过程、煤气换热过程、煤气油洗过程、煤气电捕焦油过程、煤气脱硫化氢过程等)的有害负反应如燃烧、爆炸、焦油氧化缩合得到有效降低，利于装置长周期安全运转，利于降低煤气中有效组分的损失量，是一种完善性工艺。

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渣。

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。

然而，上述方法没有涉及固体热载体的脱气步骤，过多的烟气和或空气随半焦固体热载体进入热解反应系统，由于氧气是爆炸或燃烧的氧化剂、焦油氧化热缩合生成粘稠大分子的氧化剂，二氧化硫、三氧化硫是腐蚀性组分，会造成以下不良后果：

①因为半焦属于低密度、大孔隙率(颗粒外部空隙)、大孔容(颗粒内部空隙)的颗粒，巨大循环量的固体热载体必然携带大量的烧焦烟气和或空气，固体热载体携带的氧气越多，煤热解反应器中的气相中、旋风分离器产物煤气中的氧气浓度越高，引发的氧化反应导致有效组分损失量增加；

②固体热载体携带的氧气等有害气体越多，煤气中有害组分浓度越高，对管道、设备、管件、仪表的腐蚀速度必然增加，将缩短设备寿命或要求提高系统材料的等级即增加工程投资；

③固体热载体携带的氧气等有害气体越多，煤气中有害组分浓度越高，焦油氧化热缩合生成粘稠大分子的数量越多，会导致煤气处理系统出现热缩合物的沉积、长大甚至流道堵塞，威胁装置运行的“安、稳、长、满、优”；

④因为含气量高、密度小，对再生路线提供的推动力较小；

⑤会引起含气颗粒物料的连续输送过程的气、固相流率的不稳定，对管道、设备接口、滑阀等形成一定程度的冲蚀；

⑥未脱气的固体热载体携带的氧气越多，煤气中氧气浓度越高，引发的氧化反应导致有效组分损失量增加，局部燃烧引起的温度暴涨甚至爆炸风险概率大增，事实上已经严重威胁装置运行的安全性。

本发明的基本设想是：借鉴或移植蜡油或渣油流态化催化裂化的反应再生系统中再生后催化剂使用的脱气技术如设置脱气步骤，在脱气步骤使用置换气如二氧化碳气、水蒸气、氮气，有效置换出固体热载体中的部分或绝大部分有害组分比如氧气、二氧化硫、三氧化硫等，有效降低烧焦过程排出的固体热载体携带的烧焦过程的有害组分气体数量，使粉煤热解过程涉及的热解反应过程、旋风分离过程、沉降过程、煤气处理过程(脱尘过程、煤气换热过程、煤气油洗过程、煤气电捕焦油过程、煤气脱硫化氢过程等)的有害负反应如燃烧、爆炸、焦油氧化缩合得到有效降低，利于装置长周期安全运转，利于降低煤气中有效组分的损失量，形成一种完善性工艺。

脱气、气体置换步骤，可以设置在烧焦器内部或外部；气体置换步骤设置在烧焦器外部，可以简化烧焦器内部结构、方便检修。

气体置换步骤使用的置换气，可以是廉价的无腐蚀性工厂气体如煤气脱碳过程得到的高纯度二氧化碳气体，可以是制氧过程副产的氮气，可以是低压水蒸气；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。

本发明所述方法，未见报道。

本发明的第一目的在于提出设置固体热载体脱气步骤的碳氢粉料热解烧焦方法及设备。

本发明的第二目的在于提出使用脱气固体热载体的粉煤的热解烧焦方法及设备。

本发明的第三目的在于提出使用脱气固体热载体的粉煤提升管式流化床热解流化床烧焦方法及设备。

技术实现要素：

本发明设置固体热载体脱气步骤的碳氢粉料热解烧焦方法及设备，其特征在于包含以下步骤：

在使用固体热载体r10ks的碳氢粉料r10fs热解烧焦系统unit中，在氧化半焦r50ks离开烧焦反应过程r50之后、进入热解反应过程之前进入脱气步骤v60，氧化半焦r50ks携带着来自烧焦反应过程r50的气体组分r50ig，至少一部分氧化半焦r50ks作为脱气原料v60fs使用，脱气原料v60fs中的气体组分r50ig的体积流量为v60fs-r50ig-w；

所述气体组分r50ig包括氧气；

在脱气步骤v60，脱气原料v60fs分离为可能含有固体颗粒的脱出气气体v60pv和可能含有气体的脱气后固体v60ps，脱气后固体v60ps中含有的气体组分r50ig的数量小于脱气原料v60fs中含有的气体组分r50ig的数量，气体v60pv中含有至少一部分来自脱气原料v60fs的气体组分r50ig；

至少一部分脱气后固体v60ps作为脱气后固体热载体r10ks，进入碳氢粉料r10fs的热解反应过程中。

本发明，至少一部分脱出气气体v60pv，可以返回烧焦反应过程r50的烧焦反应空间，比如可以返回烧焦反应过程r50的稀相烧焦反应空间。

本发明，在脱气步骤v60，可以设置气体置换步骤zx，脱气原料v60fs与至少一路置换气v60xfv接触至少一次，分离为可能含有固体颗粒的脱出气气体v60pv和可能含有气体的脱气后固体v60ps，脱气后固体v60ps中含有的气体组分r50ig的数量小于脱气原料v60fs中含有的气体组分r50ig的数量，至少一部分置换气v60xfv进入脱出气气体v60pv中，气体v60pv中含有的气体组分r50ig的数量与脱气原料v60fs中的气体组分r50ig的体积流量v60fs-r50ig-w的比值为k600，k600数值：通常≥50％、一般≥80％、较佳者≥90％、优选为≥95％。

本发明，在脱气步骤v60，可以设置气体置换步骤zx，通常脱气原料v60fs与至少一路置换气v60xfv逆流接触至少一次，置换气v60xfv的主体流动方向向上，固体物料的主体流动方向向下。

本发明，在脱气步骤v60，可以设置一级气体置换步骤zx，脱气原料v60fs与一路置换气v601fv逆流接触至少一次，置换气v60xfv的主体流动方向向上，固体物料的主体流动方向向下。

本发明，在脱气步骤v60，可以设置两级气体置换步骤zx，脱气原料v60fs依次与第一路置换气v601fv、第二路置换气v602fv逆流接触，置换气v60xfv的主体流动方向向上，固体物料v60fs的主体流动方向向下；

在第一置换区z1，固体物料v60fs，在向下流动的过程中，首先与第一路置换气v601fv逆流接触至少一次，置换气v601fv的主体流动方向向上，固体物料的主体流动方向向下，固体物料v60fs脱除至少一部分气体组分r50ig成为第一置换固体z1ps，至少一部分第一置换固体z1ps用作第二置换区z2的固体进料z2fs；

在第二置换区z2，固体进料z2fs在向下流动的过程中，与第二路置换气v602fv逆流接触至少一次，置换气v602fv的主体流动方向向上，固体物料的主体流动方向向下，固体进料z2fs脱除至少一部分气体组分r50ig成为第二置换固体z2ps；

至少一部分第二置换固体z2ps，作为脱气后固体热载体r10ks，进入碳氢粉料r10fs的热解反应过程中。

本发明，在脱气步骤v60，可以设置三级气体置换步骤，脱气原料v60fs依次与第一路置换气v601fv、第二路置换气v602fv、第三路置换气v603fv逆流接触，置换气v60xfv的主体流动方向向上，固体物料的主体流动方向向下；

在第一置换区z1，固体物料v60fs，在向下流动的过程中，首先与第一路置换气v601fv逆流接触至少一次，置换气v601fv的主体流动方向向上，固体物料的主体流动方向向下，固体物料v60fs脱除至少一部分气体组分r50ig成为第一置换固体z1ps，至少一部分第一置换固体z1ps用作第二置换区z2的固体进料z2fs；

在第二置换区z2，固体进料z2fs在向下流动的过程中，与第二路置换气v602fv逆流接触至少一次，置换气v602fv的主体流动方向向上，固体物料的主体流动方向向下，固体进料z2fs脱除至少一部分气体组分r50ig成为第二置换固体z2ps，至少一部分第二置换固体z2ps用作第三置换区z3的固体进料z3fs；

在第三置换区z3，固体进料z3fs在向下流动的过程中，与第三路置换气v603fv逆流接触至少一次，置换气v603fv的主体流动方向向上，固体物料的主体流动方向向下，固体进料z3fs脱除至少一部分气体组分r50ig成为第三置换固体z3ps；

至少一部分第三置换固体z3ps，作为脱气后固体热载体r10ks，进入碳氢粉料r10fs的热解反应过程中。

本发明，在脱气步骤v60，设置气体置换步骤，置换气v60xfv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烟道气；

⑤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的粒径为0～10毫米，碳氢粉料r10fs可以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其它在热解过程能够产生含油蒸汽的固体粉料。

本发明，碳氢粉料r10fs的粒径：通常为0～6毫米、一般为0～2毫米。

本发明，使用固体热载体r10ks的碳氢粉料r10fs热解烧焦系统unit，可以为包含以下步骤的第一种方案ca1：

(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)在气固分离过程s10，一级热解反应气固产物r10p通过使用旋风分离器的分离系统分离为脱尘一级热解煤气r10pv和一级热解半焦r10ps；

(3)在二级热解反应过程r20，一级热解半焦r10ps进入二级热解反应过程r20的反应空间，至少一部分路径的主体流向是自上而下流动，一级热解半焦r10ps进行第二热解反应r20r；

二级热解半焦r20ps排出二级热解反应过程r20；

(4)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煤气，通过使用旋风分离器的分离系统s20分离为排出气固分离过程s20的脱尘二级热解煤气r20pv和可能返回二级热解反应空间的半焦s2ps；

(5)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；

(6)r50排出的第一高温氧化半焦r50ks用作脱气原料v60fs。

本发明，所述第一种方案ca1的第1种操作方式为：

(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；

(4)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煤气，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s20完成气固分离，所得脱尘二级热解煤气r20pv自二级热解反应过程r20反应空间上部排出，s20与s10至少部分共用。

本发明，所述第一种方案ca1的第2种操作方式为：

(3)在二级热解反应过程r20，一级热解半焦r10ps进入二级热解反应过程r20的反应空间，至少一部分路径的主体流向是自上而下流动，一级热解半焦r10ps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，所述第一种方案ca1的第3种操作方式为：

(3)在二级热解反应过程r20使用的二级热解反应器r20e的下部，通入气提气v22v以气提半焦颗粒中携带的焦油气和煤气，气提气向上流动最终进入脱尘二级热解煤气r20pv中；气提气，可以选自煤气或氮气和或水蒸气和或无氧烟气。

本发明，所述第一种方案ca1中：

(5)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，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；

通常，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s50脱尘分离为烟气yq和半焦粉尘r50-rs；通常，烟气yq自上部空间离开旋风分离系统s50排出流化烧焦反应过程r50；通常，旋风分离系统s50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；

在流化烧焦反应过程r50，可以设置外取热器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r30-out-hx，在取热器r50-out-hx内完成冷却步骤xh。

在流化烧焦反应过程r50，可以设置外取热器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内完成冷却步骤xh。

在流化烧焦反应过程r50，可以设置外取热器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内完成冷却步骤xh。

通常，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，一级热解反应过程r10、二级热解反应过程r20的热解油产率比例，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；

(3)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r2的焦油产量为r20py与，定义kr＝r20py/(r10py+r10py)，kr为0.05～0.50。

本发明，一级热解反应过程r10、二级热解反应过程r20的热解油产率比例，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；

(3)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。

本发明各步骤的操作条件通常为：

(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400～500℃；

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；

(3)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sk2的重量与粉煤r10fs重量比值为0.3～10；

(4)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。

本发明各步骤的操作条件一般为：

(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430～470℃；

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；

(3)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sk2的重量与粉煤r10fs重量比值为1.0～5；

(4)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。

本发明各步骤的操作条件可为：

(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440～460℃；

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；

(3)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sk2的重量与粉煤r10fs重量比值为2～3；

(4)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，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，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)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；

(5)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；

脱气步骤v60的操作压力为：0.1～6.0mpa，以绝对压力计。

本发明，在脱气步骤v60，使用脱气罐v60e，脱气原料v60fs进入脱气罐v60e中部；

在脱气罐v60e内，来自脱气原料v60fs的固体物料产生主体流动方向向下的流动，脱气原料v60fs中的至少一部分气体组分r50ig产生主体流动方向向上的流动并进入脱气罐上部排出的脱出气气体v60pv中，脱出至少一部分气体组分r50ig的固体最后成为脱气罐下部排出的脱气后固体v60ps。

本发明，在脱气步骤v60，设置气体置换步骤zx，使用脱气罐v60e，脱气原料v60fs进入脱气罐v60e中部；

在脱气罐v60e内，来自脱气原料v60fs的固体物料产生主体流动方向向下的流动，脱气原料v60fs中的至少一部分气体组分r50ig产生主体流动方向向上的流动并进入脱气罐上部排出的脱出气气体v60pv中，脱出至少一部分气体组分r50ig的固体最后成为脱气罐下部排出的脱气后固体v60ps；

在脱气罐v60e内，在来自脱气原料v60fs的固体物料产生主体流动方向向下流动的过程中，与自脱气罐下部加入的至少一路置换气v60xfv接触至少一次进行气体置换；

每一次气体置换过程zk中，排出的固体物料zk-ps中的气体组分r50ig的体积流量低于该次气体置换过程zk的进料固体物料zkfs中的气体组分r50ig的体积流量，至少一部分置换气zk-qv和进料固体物料zkfs逸出的气体组分r50ig产生主体流动方向向上的流动，离开气体置换过程zk作为气体分离产物zk-pv进入脱气罐上部排出的脱出气气体v60pv中；脱出至少一部分气体组分r50ig的固体物料离开气体置换过程zk作为脱气后固体zk-ps并最终成为脱气罐下部排出的脱气后固体v60ps。

本发明，在脱气步骤v60，使用脱气罐v60e，操作条件通常为：

①脱气罐v60e内下行固体颗粒物流流速，小于0.5米/秒；

②脱气罐v60e内下行固体颗粒物流质量流速，为100～600吨/(平方米*小时)；

③脱气罐v60e的高度与直径比例，小于10；

④脱气罐v60e的固相物料操作空间容积与实际总容积之比，为0.3～0.7。

本发明，在脱气步骤v60，使用脱气罐v60e，操作条件一般为：

①脱气罐v60e内下行固体颗粒物流流速，小于0.3米/秒；

②脱气罐v60e内下行固体颗粒物流质量流速，为150～450吨/(平方米*小时)；

③脱气罐v60e的高度与直径比例，小于6；

④脱气罐v60e的固相物料操作空间容积与实际总容积之比，为0.4～0.6。

本发明，在脱气步骤v60，使用脱气罐v60e，操作条件宜为：

①脱气罐v60e内下行固体颗粒物流流速，小于0.15米/秒；

②脱气罐v60e内下行固体颗粒物流质量流速，为200～300吨/(平方米*小时)；

③脱气罐v60e的高度与直径比例，小于4；

④脱气罐v60e的固相物料操作空间容积与实际总容积之比，为0.45～0.55。

附图说明

图1是本发明设置固体热载体脱气步骤的碳氢粉料热解烧焦方法及设备的流程功能示意图，同时是一种粉煤提升管流化床一级热解、沉降器二级热解、热解半焦流化烧焦、氧化半焦脱气(或置换气体)、脱气后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。

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、沉降器即第二热解反应器、热解半焦的流化床烧焦反应器、氧化半焦的脱气罐，其中沉降器的上部空间布置分离煤气和热解半焦的旋风分离器，其中流化床烧焦反应器的上部空间布置分离烟气和氧化半焦的旋风分离器。

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)、水平流动(一级粉煤热解反应产物气固分离)、下行(一级热解半焦在旋风分离器料腿内、二级粉煤热解反应空间)、热解半焦固体输送、流化床烧焦、氧化半焦脱气、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，在氧化半焦r50ks离开烧焦反应过程r50之后、进入热解反应过程之前进入脱气步骤v60。

脱气步骤v60，可以部分或全部地布置在流化床烧焦反应器之内或之外，图1示出的是脱气步骤v60全部地布置在流化床烧焦反应器之外的情况。

如图2所示，是脱气步骤v60全部地布置在流化床烧焦反应器r50e之外的情况。

图2是本发明设置固体热载体脱气步骤的碳氢粉料热解烧焦方法及设备的设备功能示意图，沉降器r20e与烧焦器r50e为高低并列式，用于表示粉煤热解烧焦过程中脱气步骤v60的流程位置和设备结构。

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的底部比沉降器r20e的底部更低，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3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4是图3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4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3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内部空间并通常流入密相床区域以防止粉尘过度飞扬；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内部空间并可流入稀相床区域；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内部空间并可流入稀相床区域；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4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4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、一段分离半焦s10pl的沉降脱气空间或二级热解反应空间v22。

通常希望二级热解反应空间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。

如图2所示，进入沉降器r20e反应空间v22的一段分离半焦s10pl，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，在上述过程中一段分离半焦s10pl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p502后进入烧焦反应器r50e的烧焦段密相床va52中，含氧气提升气r50-zf进入布置于空间va52底部的分布器v5-5b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1、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。

如图2所示，离开烧焦反应器r50e下部的氧化半焦r50ks携带着来自烧焦反应过程r50的气体组分r50ig，至少一部分氧化半焦r50ks作为脱气原料v60fs使用，脱气原料v60fs中的气体组分r50ig的体积流量为v60fs-r50ig-w；所述气体组分r50ig包括氧气，还包括二氧化硫、三氧化硫等。

如图2所示，在脱气步骤v60，脱气原料v60fs通过管道p581输入脱气罐v60e，分离为可能含有固体颗粒的脱出气气体v60pv和可能含有气体的脱气后固体v60ps；脱气后固体v60ps中含有的气体组分r50ig的数量小于脱气原料v60fs中含有的气体组分r50ig的数量，经管道p611排出脱气步骤v60；脱出气气体v60pv中含有至少一部分来自脱气原料v60fs的气体组分r50ig，经管道p602排出脱气步骤v60。

脱出气气体v60pv，可以单独处理，可以部分或全部返回烧焦反应过程r50的烧焦反应空间中比如返回烧焦反应过程r50的稀相烧焦反应空间v51中。

图5是本发明脱气罐v60e设置一级气体置换步骤zx的设备结构和流程功能示意图。

图6是本发明脱气罐v60e设置两级气体置换步骤zx的设备结构和流程功能示意图。

图7是本发明脱气罐v60e设置三级气体置换步骤zx的设备结构和流程功能示意图。

如图1、图2、图5、图6、图7所示，在脱气步骤v60，可以使用置换气形成置换气体的工艺操作，以尽可能将脱气原料v60fs中的气体组分r50ig全部置换，防止r50ig包括的氧气和或二氧化硫和或三氧化硫等进入碳氢粉料r10fs的热解反应过程r10中。在脱气步骤v60，可以设置气体置换步骤zx，脱气原料v60fs与至少一路置换气v60xfv逆流接触至少一次，置换气v60xfv的主体流动方向向上，固体物料的主体流动方向向下。

如图2、图5所示，在脱气步骤v60，设置一级气体置换步骤zx，脱气原料v60fs与一路置换气v601fv逆流接触至少一次，置换气v601fv的主体流动方向向上，固体物料的主体流动方向向下。

如图6所示，在脱气步骤v60，设置两级气体置换步骤zx，脱气原料v60fs依次与第一路置换气v601fv、第二路置换气v602fv逆流接触，置换气v60xfv的主体流动方向向上，固体物料v60fs的主体流动方向向下；

在第一置换区z1，固体物料v60fs，在向下流动的过程中，首先与第一路置换气v601fv逆流接触至少一次，置换气v601fv的主体流动方向向上，固体物料的主体流动方向向下，固体物料v60fs脱除至少一部分气体组分r50ig成为第一置换固体z1ps，至少一部分第一置换固体z1ps用作第二置换区z2的固体进料z2fs；

在第二置换区z2，固体进料z2fs在向下流动的过程中，与第二路置换气v602fv逆流接触至少一次，置换气v602fv的主体流动方向向上，固体物料的主体流动方向向下，固体进料z2fs脱除至少一部分气体组分r50ig成为第二置换固体z2ps；

至少一部分第二置换固体z2ps，作为脱气后固体热载体r10ks，进入碳氢粉料r10fs的热解反应过程r10中。

如图7所示，在脱气步骤v60，设置三级气体置换步骤zx，脱气原料v60fs依次与第一路置换气v601fv、第二路置换气v602fv、第三路置换气v603fv逆流接触，置换气v60xfv的主体流动方向向上，固体物料的主体流动方向向下；

在第一置换区z1，固体物料v60fs，在向下流动的过程中，首先与第一路置换气v601fv逆流接触至少一次，置换气v601fv的主体流动方向向上，固体物料的主体流动方向向下，固体物料v60fs脱除至少一部分气体组分r50ig成为第一置换固体z1ps，至少一部分第一置换固体z1ps用作第二置换区z2的固体进料z2fs；

在第二置换区z2，固体进料z2fs在向下流动的过程中，与第二路置换气v602fv逆流接触至少一次，置换气v602fv的主体流动方向向上，固体物料的主体流动方向向下，固体进料z2fs脱除至少一部分气体组分r50ig成为第二置换固体z2ps，至少一部分第二置换固体z2ps用作第三置换区z3的固体进料z3fs；

在第三置换区z2，固体进料z3fs在向下流动的过程中，与第三路置换气v603fv逆流接触至少一次，置换气v603fv的主体流动方向向上，固体物料的主体流动方向向下，固体进料z3fs脱除至少一部分气体组分r50ig成为第三置换固体z3ps；

至少一部分第三置换固体z3ps，作为脱气后固体热载体r10ks，进入碳氢粉料r10fs的热解反应过程r10中。

如图2所示，至少一部分脱气后固体v60ps作为脱气后固体热载体r10ks，经管道p611、阀门、管道p103进入碳氢粉料r10fs的热解反应过程r10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，用以加热管道p509内流动的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v5-sb或v60xfv-sb，可为任意合适的形式，比如可为一个开有多个小孔的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，其气固分离过程s20与一级热解反应流出物的气固分离段s10，可部分或全部共用主旋系统，接收二级热解含尘煤气r20epv的进料口为“粗旋出口气体输送管道与主旋的气体进料口之间的周隙”，二级热解含尘煤气r20epv离开二级热解反应空间进入系统s10的主旋进行气固分离。

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。

具体实施方式

本发明设置固体热载体脱气步骤的碳氢粉料热解烧焦方法及设备，其特征在于包含以下步骤：

在使用固体热载体r10ks的碳氢粉料r10fs热解烧焦系统unit中，在氧化半焦r50ks离开烧焦反应过程r50之后、进入热解反应过程之前进入脱气步骤v60，氧化半焦r50ks携带着来自烧焦反应过程r50的气体组分r50ig，至少一部分氧化半焦r50ks作为脱气原料v60fs使用，脱气原料v60fs中的气体组分r50ig的体积流量为v60fs-r50ig-w；

所述气体组分r50ig包括氧气；

在脱气步骤v60，脱气原料v60fs分离为可能含有固体颗粒的脱出气气体v60pv和可能含有气体的脱气后固体v60ps，脱气后固体v60ps中含有的气体组分r50ig的数量小于脱气原料v60fs中含有的气体组分r50ig的数量，气体v60pv中含有至少一部分来自脱气原料v60fs的气体组分r50ig；

至少一部分脱气后固体v60ps作为脱气后固体热载体r10ks，进入碳氢粉料r10fs的热解反应过程中。

本发明，至少一部分脱出气气体v60pv，可以返回烧焦反应过程r50的烧焦反应空间，比如可以返回烧焦反应过程r50的稀相烧焦反应空间。

本发明，在脱气步骤v60，可以设置气体置换步骤zx，脱气原料v60fs与至少一路置换气v60xfv接触至少一次，分离为可能含有固体颗粒的脱出气气体v60pv和可能含有气体的脱气后固体v60ps，脱气后固体v60ps中含有的气体组分r50ig的数量小于脱气原料v60fs中含有的气体组分r50ig的数量，至少一部分置换气v60xfv进入脱出气气体v60pv中，气体v60pv中含有的气体组分r50ig的数量与脱气原料v60fs中的气体组分r50ig的体积流量v60fs-r50ig-w的比值为k600，k600数值：通常≥50％、一般≥80％、较佳者≥90％、优选为≥95％。

本发明，在脱气步骤v60，可以设置气体置换步骤zx，通常脱气原料v60fs与至少一路置换气v60xfv逆流接触至少一次，置换气v60xfv的主体流动方向向上，固体物料的主体流动方向向下。

本发明，在脱气步骤v60，可以设置一级气体置换步骤zx，脱气原料v60fs与一路置换气v601fv逆流接触至少一次，置换气v60xfv的主体流动方向向上，固体物料的主体流动方向向下。

本发明，在脱气步骤v60，可以设置两级气体置换步骤zx，脱气原料v60fs依次与第一路置换气v601fv、第二路置换气v602fv逆流接触，置换气v60xfv的主体流动方向向上，固体物料v60fs的主体流动方向向下；

在第一置换区z1，固体物料v60fs，在向下流动的过程中，首先与第一路置换气v601fv逆流接触至少一次，置换气v601fv的主体流动方向向上，固体物料的主体流动方向向下，固体物料v60fs脱除至少一部分气体组分r50ig成为第一置换固体z1ps，至少一部分第一置换固体z1ps用作第二置换区z2的固体进料z2fs；

在第二置换区z2，固体进料z2fs在向下流动的过程中，与第二路置换气v602fv逆流接触至少一次，置换气v602fv的主体流动方向向上，固体物料的主体流动方向向下，固体进料z2fs脱除至少一部分气体组分r50ig成为第二置换固体z2ps；

至少一部分第二置换固体z2ps，作为脱气后固体热载体r10ks，进入碳氢粉料r10fs的热解反应过程中。

本发明，在脱气步骤v60，可以设置三级气体置换步骤，脱气原料v60fs依次与第一路置换气v601fv、第二路置换气v602fv、第三路置换气v603fv逆流接触，置换气v60xfv的主体流动方向向上，固体物料的主体流动方向向下；

在第一置换区z1，固体物料v60fs，在向下流动的过程中，首先与第一路置换气v601fv逆流接触至少一次，置换气v601fv的主体流动方向向上，固体物料的主体流动方向向下，固体物料v60fs脱除至少一部分气体组分r50ig成为第一置换固体z1ps，至少一部分第一置换固体z1ps用作第二置换区z2的固体进料z2fs；

在第二置换区z2，固体进料z2fs在向下流动的过程中，与第二路置换气v602fv逆流接触至少一次，置换气v602fv的主体流动方向向上，固体物料的主体流动方向向下，固体进料z2fs脱除至少一部分气体组分r50ig成为第二置换固体z2ps，至少一部分第二置换固体z2ps用作第三置换区z3的固体进料z3fs；

在第三置换区z3，固体进料z3fs在向下流动的过程中，与第三路置换气v603fv逆流接触至少一次，置换气v603fv的主体流动方向向上，固体物料的主体流动方向向下，固体进料z3fs脱除至少一部分气体组分r50ig成为第三置换固体z3ps；

至少一部分第三置换固体z3ps，作为脱气后固体热载体r10ks，进入碳氢粉料r10fs的热解反应过程中。

本发明，在脱气步骤v60，设置气体置换步骤，置换气v60xfv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烟道气；

⑤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的粒径为0～10毫米，碳氢粉料r10fs可以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其它在热解过程能够产生含油蒸汽的固体粉料。

本发明，碳氢粉料r10fs的粒径：通常为0～6毫米、一般为0～2毫米。

本发明，使用固体热载体r10ks的碳氢粉料r10fs热解烧焦系统unit，可以为包含以下步骤的第一种方案ca1：

(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)在气固分离过程s10，一级热解反应气固产物r10p通过使用旋风分离器的分离系统分离为脱尘一级热解煤气r10pv和一级热解半焦r10ps；

(3)在二级热解反应过程r20，一级热解半焦r10ps进入二级热解反应过程r20的反应空间，至少一部分路径的主体流向是自上而下流动，一级热解半焦r10ps进行第二热解反应r20r；

二级热解半焦r20ps排出二级热解反应过程r20；

(4)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煤气，通过使用旋风分离器的分离系统s20分离为排出气固分离过程s20的脱尘二级热解煤气r20pv和可能返回二级热解反应空间的半焦s2ps；

(5)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；

(6)r50排出的第一高温氧化半焦r50ks用作脱气原料v60fs。

本发明，所述第一种方案ca1的第1种操作方式为：

(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；

(4)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煤气，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s20完成气固分离，所得脱尘二级热解煤气r20pv自二级热解反应过程r20反应空间上部排出，s20与s10至少部分共用。

本发明，所述第一种方案ca1的第2种操作方式为：

(3)在二级热解反应过程r20，一级热解半焦r10ps进入二级热解反应过程r20的反应空间，至少一部分路径的主体流向是自上而下流动，一级热解半焦r10ps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，所述第一种方案ca1的第3种操作方式为：

(3)在二级热解反应过程r20使用的二级热解反应器r20e的下部，通入气提气v22v以气提半焦颗粒中携带的焦油气和煤气，气提气向上流动最终进入脱尘二级热解煤气r20pv中；气提气，可以选自煤气或氮气和或水蒸气和或无氧烟气。

本发明，所述第一种方案ca1中：

(5)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，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；

通常，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s50脱尘分离为烟气yq和半焦粉尘r50-rs；通常，烟气yq自上部空间离开旋风分离系统s50排出流化烧焦反应过程r50；通常，旋风分离系统s50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；

在流化烧焦反应过程r50，可以设置外取热器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r30-out-hx，在取热器r50-out-hx内完成冷却步骤xh。

在流化烧焦反应过程r50，可以设置外取热器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内完成冷却步骤xh。

在流化烧焦反应过程r50，可以设置外取热器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内完成冷却步骤xh。

通常，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，一级热解反应过程r10、二级热解反应过程r20的热解油产率比例，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；

(3)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r2的焦油产量为r20py与，定义kr＝r20py/(r10py+r10py)，kr为0.05～0.50。

本发明，一级热解反应过程r10、二级热解反应过程r20的热解油产率比例，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；

(3)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。

本发明各步骤的操作条件通常为：

(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400～500℃；

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；

(3)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sk2的重量与粉煤r10fs重量比值为0.3～10；

(4)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。

本发明各步骤的操作条件一般为：

(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430～470℃；

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；

(3)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sk2的重量与粉煤r10fs重量比值为1.0～5；

(4)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。

本发明各步骤的操作条件可为：

(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440～460℃；

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；

(3)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sk2的重量与粉煤r10fs重量比值为2～3；

(4)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，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，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)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；

(5)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；

脱气步骤v60的操作压力为：0.1～6.0mpa，以绝对压力计。

本发明，在脱气步骤v60，使用脱气罐v60e，脱气原料v60fs进入脱气罐v60e中部；

在脱气罐v60e内，来自脱气原料v60fs的固体物料产生主体流动方向向下的流动，脱气原料v60fs中的至少一部分气体组分r50ig产生主体流动方向向上的流动并进入脱气罐上部排出的脱出气气体v60pv中，脱出至少一部分气体组分r50ig的固体最后成为脱气罐下部排出的脱气后固体v60ps。

本发明，在脱气步骤v60，设置气体置换步骤zx，使用脱气罐v60e，脱气原料v60fs进入脱气罐v60e中部；

在脱气罐v60e内，来自脱气原料v60fs的固体物料产生主体流动方向向下的流动，脱气原料v60fs中的至少一部分气体组分r50ig产生主体流动方向向上的流动并进入脱气罐上部排出的脱出气气体v60pv中，脱出至少一部分气体组分r50ig的固体最后成为脱气罐下部排出的脱气后固体v60ps；

在脱气罐v60e内，在来自脱气原料v60fs的固体物料产生主体流动方向向下流动的过程中，与自脱气罐下部加入的至少一路置换气v60xfv接触至少一次进行气体置换；

每一次气体置换过程zk中，排出的固体物料zk-ps中的气体组分r50ig的体积流量低于该次气体置换过程zk的进料固体物料zkfs中的气体组分r50ig的体积流量，至少一部分置换气zk-qv和进料固体物料zkfs逸出的气体组分r50ig产生主体流动方向向上的流动，离开气体置换过程zk作为气体分离产物zk-pv进入脱气罐上部排出的脱出气气体v60pv中；脱出至少一部分气体组分r50ig的固体物料离开气体置换过程zk作为脱气后固体zk-ps并最终成为脱气罐下部排出的脱气后固体v60ps。

本发明，在脱气步骤v60，使用脱气罐v60e，操作条件通常为：

①脱气罐v60e内下行固体颗粒物流流速，小于0.5米/秒；

②脱气罐v60e内下行固体颗粒物流质量流速，为100～600吨/(平方米*小时)；

③脱气罐v60e的高度与直径比例，小于10；

④脱气罐v60e的固相物料操作空间容积与实际总容积之比，为0.3～0.7。

本发明，在脱气步骤v60，使用脱气罐v60e，操作条件一般为：

①脱气罐v60e内下行固体颗粒物流流速，小于0.3米/秒；

②脱气罐v60e内下行固体颗粒物流质量流速，为150～450吨/(平方米*小时)；

③脱气罐v60e的高度与直径比例，小于6；

④脱气罐v60e的固相物料操作空间容积与实际总容积之比，为0.4～0.6。

本发明，在脱气步骤v60，使用脱气罐v60e，操作条件宜为：

①脱气罐v60e内下行固体颗粒物流流速，小于0.15米/秒；

②脱气罐v60e内下行固体颗粒物流质量流速，为200～300吨/(平方米*小时)；

③脱气罐v60e的高度与直径比例，小于4；

④脱气罐v60e的固相物料操作空间容积与实际总容积之比，为0.45～0.55。

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sk1，通常为来自流化床烧焦反应过程r50的高温氧化半焦的脱气后氧化半焦，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水蒸汽或氮气或无氧气的烟道气或净化煤气循环气或二氧化碳气体或其它惰性气体。

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。

如图1所示，提升管式一级热解反应器，可以是上下同直径的圆柱体式提升管，也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固体热载体sk2的分布器。

本发明，在脱气步骤v60，可以设置气体置换步骤，置换气v60xfv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其它不含对热解过程带来不利影响的组分的气体。

为了保证脱气罐操作稳定，操作参数、设备结构的适宜结构参数的范围是：

①固体颗粒流速，通常小于0.5米/秒，一般小于0.3米/秒，最好小于0.15米/秒；固体物流质量流速，通常为100～600吨/(平方米*小时)，一般为150～450吨/(平方米*小时)，最好为200～300吨/(平方米*小时)；

②脱气罐高度与直径比例，通常小于10，一般小于6，最好小于4；

③有效容积(固相物料空间)与实际容积之比，通常为0.3～0.7，一般为0.4～0.6，最好为0.45～0.55；

④脱气罐底部，宜平缓变径，立管宜短，要保持良好的松动，最好使用松动气，可兼做置换气。

本发明，对于碳氢粉料乳粉没的热解烧焦过程，设置脱气步骤脱除固体热载体中的大部分有害组分比如氧气、二氧化硫、三氧化硫等，降低了固体热载体携带的烧焦过程的含氧气气体数量，其优点在于：

①因为半焦属于低密度、大孔隙率(颗粒外部空隙)、大孔容(颗粒内部空隙)的颗粒，巨大循环量的固体热载体必然携带大量的烧焦烟气和或空气，固体热载体携带的氧气越多，煤热解反应器中的气相中、旋风分离器产物煤气中的氧气浓度越高，引发的氧化反应导致有效组分损失量增加；

本发明有效降低了进入热解反应过程的固体热载体携带的烧焦烟气量和或空气量，可降低所述的氧化反应导致的有效组分损失量；

②由固体热载体携带的氧气等有害气体越多，煤气中有害组分浓度越高，对管道、设备、管件、仪表的腐蚀速度必然增加，将缩短设备寿命或要求提高系统材料的等级即增加工程投资；

本发明有效降低了进入热解反应过程的固体热载体携带的烧焦烟气量和或空气量，可降低所述的腐蚀性反应的数量，降低腐蚀速度；

③由固体热载体携带的氧气等有害气体越多，煤气中有害组分浓度越高，焦油氧化热缩合生成粘稠大分子的数量越多，会导致煤气处理系统出现热缩合物的沉积、长大甚至流道堵塞，威胁装置运行的“安、稳、长、满、优”；

本发明有效降低了进入热解反应过程的固体热载体携带的烧焦烟气量和或空气量，可降低所述的热缩合反应的数量，降低热缩合物的沉积速度；

④固体热载体含气量高则密度小，对再生路线提供的推动力较小；

本发明有效降低了进入热解反应过程的固体热载体携带的烧焦烟气量和或空气量，即提高了固体热载体密度，可提高对再生路线的推动力；

⑤会引起含气颗粒物料的连续输送过程的气、固相流率的不稳定，对管道、设备接口、滑阀等形成一定程度的冲蚀；

本发明有效降低了进入热解反应过程的固体热载体携带的烧焦烟气量和或空气量，脱气或置换气步骤有整流的功能，可缩小固体热载体气体含量的波动范围即形成更加稳定的滑动流，提高了固体热载体输送过程的稳定性，利于降低所述冲蚀力；

⑥未脱气的固体热载体携带的氧气越多，煤气中氧气浓度越高，引发的氧化反应导致有效组分损失量增加，局部燃烧引起的温度暴涨甚至爆炸风险概率大增；

本发明有效降低了进入热解反应过程的固体热载体携带的烧焦烟气量和或空气量，可有效提高过程安全性；

⑦置换气方式可供选择，可以是一级或串联两级或串联多级换气方案；

⑧适合新建装置或现有装置改造。