本实用新型属于石化技术领域，具体涉及一种含进出料的高压煤粉快速热解装置，尤其涉及一种下行床的快速热解反应装置。
背景技术：
我国是个富煤、缺油、少气的国家，我国的能源结构特点决定了其能源主要以煤炭资源为主。中低阶煤占据我国的煤炭资源已探明储量的55%以上，同时中低阶煤种含有丰富的油气资源，直接燃烧不仅造成能源浪费，还造成环境污染，因此如何有效的利用中低阶煤不仅能够改善我国能源结构，缓解能源紧缺的问题，还具有巨大的经济价值。
目前，市面上已有的处理中低阶煤的技术主要是直接燃烧、气化、干馏和快速热解。然而，第一，直接燃烧不仅浪费中低阶煤中的油气资源，还造成一定的环境问题。第二，气化技术的产品主要以气体燃料为主且其气体燃料的热值较低，一般在700-2500kcal左右。气化技术产生的低热值燃气不便于长距离运输，仅适用于就近使用，同时其气化过程中产生的高温焦油一直该技术的局限。第三，干馏技术的产品主要以提质煤为主，处理时间长，能耗高。因此，快速热解技术是目前提取中低阶煤中油气资源的最有效的技术。
快速热解是指在无氧或限氧的条件下，将物料快速升温至热解所需温度，使得含碳高分子迅速的发生化学键断裂反应，高温高压的工作环境会对提高热解产物的生成速率有很大的提高。快速热解反应器目前一般分为流化床、移动床、旋转床等反应装置，并且利用有载体和无载体两种方法来实现温度场的温度分布以及升温速率的要求，然而采用热载体的快速反应器涉及到载体与原料的均布、混合、和反应，以后下游载体与半焦产物的分离、再预热、再输送等一系列复杂工艺，导致故障率较高，整体热效率降低，设备投资大。也有采用无载体间接传热反应器，但是传热效率低，大规模化较难，并且更多是采用矩形截面的反应器，这种形式的反应器仅仅适用于中低温、常压和低压的工况下，因此，针对既可以满足低温低压热解又可以满足高温高压的快速装置目前还是一个空白。
技术实现要素：
本实用新型针对现有技术的不足，提供一种含进出料的高压煤粉快速热解装置，反应器本体中部采用环形筒，顶部采用椭球面结构，底部采用锥形结构，其耐压和耐高温能力更强，出料流畅，不仅适用于低压和高压环境而且适用于低温和高温度环境，进出料口的中间仓，属于锁仓结构形式，很好的保证了反应器的气密性和耐压性。
为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案为：
一种含进出料的高压煤粉快速热解装置，包括：煤闭锁罐、反应器本体和焦闭锁罐，其中
所述煤闭锁罐的进料口与进料阀连接，所述煤闭锁罐上设置有第一压力控制阀，所述第一压力控制阀用于控制所述煤闭锁罐内的压力；
所述煤闭锁罐的出料口与所述反应器本体的进料口间通过高温进料阀连接；
所述反应器本体的顶部为椭球面结构，中部为环形筒结构，底部为锥形结构；
所述反应器本体的半焦出口与所述焦闭锁罐间通过高温卸料阀连接，所述焦闭锁罐上设有第二压力控制阀，所述第二压力控制阀用于控制所述焦闭锁罐内的压力；
所述焦闭锁罐的出料口与高温下料阀连接。
进一步的，所述煤闭锁罐与所述焦闭锁罐的结构相同，均包括：圆柱部、设置于所述圆柱结构上部的球面部和设置于所述下部的锥形部；
所述进料阀与储煤仓连接。
进一步的，所述煤闭锁罐与所述焦闭锁罐的直径为1-5m，高度为1-3m，且由3-200mm的钢板制成，所述锥形部的锥角≤90°。
进一步的，还包括：辐射管，所述辐射管设置于所述反应器本体内，所述辐射管具有多层，每层有多个，相邻的两层辐射管间交错设置；
所述辐射管由耐热钢制成，所述辐射管的管径为100-600mm，所述辐射管的管壁厚度为8-15mm。
进一步的，所述反应器本体的入料口有多个，均匀设置于所述椭球面结构上；所述反应器本体的出料口有多个，与所述反应器本体的入料口对应并均匀设置于所述锥形结构的底部。
进一步的，还包括：多个热解气出口，其均匀设置于所述环形筒结构的外环壁底部。
进一步的，还包括：布料板，所述布料板设置于所述椭球面结构内并与所述反应器本体的进料口对应。
进一步的，所述椭球面结构形成的区域为布料区，所述环形筒结构形成的区域为反应区，所述锥形结构形成的区域为出料区。
进一步的，所述环形筒结构的外环壁和内环壁由6-30mm的钢板制成，所述外环壁与所述内环壁的距离为1-5m，所述环形筒结构的中径为为3-20mm，所述内环壁的和所述外环壁的外部均包覆有200-400mm的保温材料，所述锥形结构的锥角≤90°。
进一步的，所述反应器本体内的绝对压强为0-600KPa，温度为500-1000℃。
本实用新型的有益效果在于：
（1）反应器本体中部采用环形筒，顶部采用椭球面结构，底部采用锥形结构，其耐压和耐高温能力更强，出料流畅；
（2）不仅适用于低压和高压环境而且适用于低温和高温度环境；
（3）进出料口的中间仓（煤闭锁罐和焦闭锁罐），属于锁仓结构形式，很好的保证了反应器的气密性和耐压性；
（4）相对于现有的热载体快速热解反应器，该反应器简化结构，降低制造成本，提高材料利用率；
（5）整个系统制造和安装简单，连续运行时间长；
（6）反应器根据生产规模的大小可以实现多样化和大型化，系统易于实现工业化；
（7）高温高压的气体输送可以满足下游工艺的要求；
（8）反应器可根据热解产物的要求调节内部温度和压力。
附图说明
图1为本实用新型快速热解装置整体结构图。
图2为本实用新型沿A-A面剖视图。
其中，1.储料仓；2.进料阀；3. 煤闭锁罐；4.高温进料阀；5.布料器；6.蓄热式辐射管；7.反应器本体；8.热解气出口；9.高温卸料阀；10.焦闭锁罐；11.高温下料阀；12. 煤闭锁罐进气阀；13. 煤闭锁罐泄压阀；14. 焦闭锁罐进气阀；15. 焦闭锁罐泄压阀。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。请注意，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
应下游工艺的要求，热解气需要实现高温高压的输送，然而目前现有的矩形截面无热载体快速热解反应器仅仅适用于低压输送，不能满足工艺需求，因此本实用新型对实际生产具有重要的意义，并且与现有矩形截面无热载体快速热解反应器对比，其适用范围更广结构更稳定可靠。首先筒型的结构形式相对而言承压能力更强，结构受力更均匀，稳定性更好，其次极大的简化了结构的复杂性，提高了材料利用率，大大降低了制造成本，并能够满足更高内压和更高温度的工作环境。
根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供了一种含进出料的高压煤粉快速热解装置，图1为本实用新型快速热解装置整体结构图，如图1所示，包括：煤闭锁罐、反应器本体和焦闭锁罐，其中所述煤闭锁罐的进料口与进料阀连接，所述煤闭锁罐上设置有第一压力控制阀，所述第一压力控制阀用于控制所述煤闭锁罐内的压力；具体的，所述第一压力控制阀包括：煤闭锁罐泄压阀和煤闭锁罐进气阀。所述煤闭锁罐的出料口与所述反应器本体的进料口间通过高温进料阀连接；所述反应器本体的顶部为椭球面结构，中部为环形筒结构，底部为锥形结构；所述反应器本体的半焦出口与所述焦闭锁罐间通过高温卸料阀连接，所述焦闭锁罐上设有第二压力控制阀，所述第二压力控制阀用于控制所述焦闭锁罐内的压力；进一步的，所述第二压力控制阀包括：焦闭锁罐进气阀和焦闭锁罐泄压阀。所述焦闭锁罐的出料口与高温下料阀连接，所述进料阀与储煤仓连接。
设备稳定运行后的工艺流程如下：首先打开进料阀，储料仓中的煤粉通过进料阀进入煤闭锁罐，然后关闭进料阀，打开煤闭锁罐进气阀向煤闭锁罐中充压直到其压力与反应器本体内部压力相等后关闭煤闭锁罐进气阀停止充压，此时打开高温进料阀，煤粉通过进料口进入反应器内。随后，高温进料阀关闭，煤闭锁罐泄压阀开启，卸掉仓内压力后关闭泄压阀，打开进料阀进行下一次进料，重复上述动作。煤粉进入反应器本体内进行热解反应，产生半焦和热解气，高温卸料阀和高温下料阀处于关闭状态，并且焦闭锁罐的压力与反应器一致。此时，首先打开高温卸料阀，待到半焦产物落到焦闭锁罐后关闭高温卸料阀，然后打开焦闭锁罐泄压阀，使得焦闭锁罐泄压到常压，然后关闭焦闭锁罐泄压阀，然后打开高温下料阀导出半焦，在半焦导出后自动关闭，然后打开焦闭锁罐进气阀向焦闭锁罐充压，到压力值与反应器一致后自动关闭，然后打开高温卸料9进行下一次卸料，如此往复作业。
根据本实用新型的具体实施例，该反应器本体采用筒型结构设计，反应器本体内自上而下形成了分料区、反应区和出料区三个部分，其中，所述椭球面结构形成的区域为布料区，所述环形筒结构形成的区域为反应区，所述锥形结构形成的区域为出料区，反应器外环壁承受内压的作用，辐射管和内环壁分别承受外压的作用，为了达到高压的工艺要求，反应器外环筒壁和内环筒壁的钢板厚度，根据压力和直径不同取6～30mm，顶部采用椭圆面封头结构形式，底部采用锥形封头结构既可以抗压又可以便于物料的下落顺畅，其锥角≤90°；反应器本体外部铺设200mm～400mm的保温耐火材料用于阻止热量的耗散，反应器的中径大小为3～20m，具体可根据生产规模调整，反应器高度应满足煤粉在反应器内停留时间的要求可以为6～50m，内环与外环的间距为1～5m；
根据本实用新型的具体实施例，煤闭锁罐和焦闭锁罐属于锁仓结构形式，所述煤闭锁罐与所述焦闭锁罐的结构相同，均包括：圆柱部、设置于所述圆柱结构上部的球面部和设置于所述下部的锥形部，用于适应高温高压的环境，顶部采用球面部封头结构形式，底部采用锥形部封头结构既可以抗压又可以保证物料的顺利下落，锥形部的锥角优选为≤90°；煤闭锁罐筒体直径1～5m，高度1～3m，仓筒钢板壁厚为3～20mm；焦闭锁罐筒体直径1～5m，高度1～3m，仓筒钢板壁厚为4～30mm；煤闭锁罐与进料口一一对应在反应器顶部沿着圆环以相等角度均匀布置，其个数可以设为4～12个。
根据本实用新型的具体实施例，进料口位于分料区，即反应器本体顶部，在反应器顶部沿着环形顶部环面的中经中心线或者在中心线和外环线之间，以相同的角度均匀分散布置，使得布料器更容易的把物料均匀的分散。对于分料区，其内壁面呈椭球面型结构以适应高压工况；布料器位于进料口下部，其中心线与进料口中心线对应，其数量根据进料口的数量而定，布料器可将下落的物料均匀的分散到每个区域；进料口和布料器的个数可以设为4～12个。
根据本实用新型的具体实施例，图2为本实用新型沿A-A面剖视图，如图2所示，所述辐射管设置于所述反应器本体内，所述辐射管具有多层，每层有多个，相邻的两层辐射管间交错设置，多层蓄热式辐射管作为煤粉快速热解装置的主要热源，在反应器内沿着本体高度方向以相同间隔分布，且每层蓄热式辐射管在水平方向上沿着一定角度间隔均匀布置，使得反应区形成一个或者多个均匀的温度场以满足热解所需的温度，并且上下交错的布置方式有利于物料在下落过程中进一步的分散均匀化。在本实用新型的一些优选的实施例中，辐射管的管径为100～600mm，在垂直方向上相邻两层的辐射管进行交错布置，且上下两层辐射管之间距离优选为2000～3000mm，同时各个辐射管的温度可以根据下游产品的需求进行灵活调整，从而得到可靠稳定的温度场，进而提高产品的质量和产量。辐射管的层数应满足煤粉反应所需热量和煤粉下落时间的要求，可自上向下布置6～12层，每层数量根据实际所需热量来设定，一般为8～60个或者其他。辐射管由耐热铸钢制成，以适应长期高温工况，根据压力和辐射管直径不同，壁厚选用8～15mm。
根据本实用新型的具体实施例，本实用新型还包括多个热解气出口，其均匀设置于所述环形筒结构的外环壁底部。当煤粉进入反应器本体内，经过布料器均匀布料，然后穿过高温的蓄热式辐射管，煤粉在下落过程中与反应器内的高温气体以及辐射管接触，迅速地发生热解反应，生成热解气和半焦，高温热解气通过热解气出口导出，最后反应产生的半焦落到反应器的下端出料区，
根据本实用新型的具体实施例，热解气出口设于反应器本体的侧下部，出料区的上部，在热解反应过程中，产生大量的热解气使得该反应器内的压力逐渐升高，较大的内压驱动使得热解气快速的从出口导出。热解气出口设置在出料区时，颗粒自上而下自由下落经过了整个反应器，使其热解更完全，相对于顶部和中部设置热解气出口，降低了气体中的携带颗粒数，提高了气体的纯度。热解气出口要设置至少1个或多个，具体数量可结合热解气量和除尘器能力而确定。
根据本实用新型的具体实施例，出料区位于反应器的下部的锥形结构形成的区域内，锥形结构便于收集热解反应的半焦产物。出焦口设置在锥形结构的底部，半焦通过自重和上层半焦重力的综合作用经过出焦口导出反应器，出焦口的个数优选为4～12个。
根据本实用新型的具体实施例，快速热解设备的所有焊点采用气密性焊接，进、出料全部为耐高温、高压设备；反应器筒体内可以承受的绝对压强P：0～600KPa，通过调整辐射管的温度来实现反应器的温度控制，筒体内的温度可以得到T:500～1000℃。
根据本实用新型的另一方面，本实用新型提供了一种使用含进出料的高压煤粉快速热解装置进行煤粉热解的方法，包括以下步骤：
1）打开进料阀，储煤仓的煤粉进入煤闭锁罐中，关闭进料阀，使用第一压力控制阀将煤闭锁罐内的压力调整为与所述反应器本体内的压力相同；
2）打开高温进料阀，煤粉进入反应器本体，经布料板布料后下落至反应区，并被交错设置的辐射管再次打散，煤粉在反应器本体内快速的发生热解反应，生成半焦和热解气，热解气通过热解气出口排出；
3）打开高温卸料阀，半焦通过半焦出口排至焦闭锁罐，半焦进入焦闭锁罐后关闭高温卸料阀，打开压力控制阀，将所述焦闭锁罐内的压力调整为常压，然后打开高温下料阀，排出半焦。
综上所述本实用新型的一种含进出料的高压煤粉快速热解装置及方法，反应器本体中部采用环形筒结构，顶部采用椭球面结构，底部采用锥形结构，其耐压和耐高温能力更强，出料流畅； 不仅适用于低压和高压环境而且适用于低温和高温度环境；进出料口的中间仓，属于锁仓结构形式，很好的保证了反应器的气密性，和耐压性；相对于现有的热载体快速热解反应器，该反应器简化结构，降低制造成本，提高材料利用率；整个系统制造和安装简单,连续运行时间长；反应器根据生产规模的大小可以实现多样化和大型化，系统易于实现工业化；高温高压的气体输送可以满足下游工艺的要求；反应器可根据热解产物的要求调节内部温度和压力。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面” 可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、 或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个 或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。