本发明涉及煤化工技术领域，特别是指一种煤多段分级热解装置及热解工艺。
背景技术：
在我国一次能源消费结构中，以煤为主的能源利用方式将长期存在。我国煤炭资源探明储量超过1.4万亿吨，其中褐煤、长焰煤等低阶煤约占55％以上，如何提高低阶煤综合利用价值，实现低阶煤的合理化利用，是实现国家能源战略目标一系列工作中值得研究和关注的核心领域，意义十分重大。
煤热解，是指煤在隔绝空气的条件下进行加热，煤在不同温度下发生一系列的物理变化和化学反应的复杂过程，其结果生成热解气(也称煤气)、热解油(也称焦油或焦油)、固体(半焦或焦炭)等产品，热解是煤转化的关键步骤。
现行的固定床和移动床热解工艺多数适用于块煤热解，煤全粒径入炉热解时，床层透气性极差；热解过程挥发分析出的温度较难控制，一次焦油未能及时导出引起二次裂解导致焦油收率较低；多数工艺采用烟气热载体，使得煤气热值较低，后续加工利用难度较大；利用氨水熄焦，使得半焦含水量高，品质差同时还会产生较多含酚、氨污水。无法实现煤资源的分级分质利用。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提供一种煤多段分级热解装置及热解工艺，本发明热解原料的适用性广，热解产品的收率高、品质优，系统热效率高。
本发明提供技术方案如下：
一种煤多段分级热解装置，包括：
用于使用具有第一温度的热煤气对原煤进行干燥处理，得到干煤的干馏第一段；用于使用具有第二温度的热煤气对所述干煤进行加热，得到高温固体和焦油的干馏第二段；用于使用具有第三温度的热煤气对所述高温固体进行加热，脱除挥发分，得到半焦和具有第一温度的热煤气的干馏第三段；
所述干馏第一段、干馏第二段和干馏第三段从上到下设置；所述干馏第三段下方设置有用于冷却所述半焦的冷渣器；
所述干馏第二段设置有用于将所述干馏第三段产生的所述具有第一温度的热煤气导通至所述干馏第一段的烟道，所述原煤与所述具有第一温度的热煤气逆流换热；
所述干馏第一段和干馏第二段的出口连接有对混合气进行处理，分离得到冷煤气、焦油和水的煤气净化系统，所述混合气包括来自干馏第一段的煤气和水蒸气，以及来自干馏第二段的煤气和焦油；
所述煤气净化系统连接有用于将所述冷煤气和所述冷渣器内的半焦进行换热，得到具有第四温度的热煤气的换热器；
所述换热器连接有燃烧一部分所述具有第四温度的热煤气，并将另一部分具有第四温度的热煤气加热，得到具有第三温度的热煤气的加热炉；
所述加热炉与所述干馏第三段连接，用于将所述具有第三温度的热煤气送入所述干馏第三段；所述加热炉和所述换热器与所述干馏第二段连接，用于将所述具有第三温度的热煤气与所述具有第四温度的热煤气混合得到所述具有第二温度的热煤气，并送入所述干馏第二段；
所述第三温度＞所述第二温度＞所述第一温度＞所述第四温度。
进一步的，所述第一温度为500-600℃，所述第二温度为600-700℃，所述第三温度为800-900℃，所述第四温度为100-200℃。
进一步的，所述原煤在所述干馏第一段被加热到130-170℃，所述干煤在所述干馏第二段被加热到450-600℃，所述高温固体在所述干馏第三段被加热到650-750℃，所述半焦在所述冷渣器被冷却到100℃以下。
进一步的，所述煤气净化系统和所述换热器之间的管道上设置有风机和用于将富余冷煤气外送的外送管道。
进一步的，所述换热器和所述冷渣器之间通过循环导热油换热。
进一步的，所述干馏第一段上方设置有炉顶煤仓。
进一步的，所述煤气净化系统包括除尘单元、净化单元、冷却单元和焦油回收单元。
一种煤多段分级热解工艺，包括：
将原煤输送至炉顶煤仓，所述原煤依靠自身重力进入干馏第一段；
在所述干馏第一段使用来自干馏第三段的500-600℃的热煤气与所述原煤逆流换热，脱除所述原煤的水分，干燥后得到的干煤进入干馏第二段，换热后的煤气与干燥产生的水蒸气进入煤气净化系统；
在所述干馏第二段使用来自加热炉的600-700℃的热煤气加热所述干煤，析出焦油后得到的高温固体进入干馏第三段，热煤气与析出的焦油进入所述煤气净化系统；
在所述干馏第三段使用来自所述加热炉的800-900℃的热煤气加热所述高温固体，脱除挥发分后得到的半焦进入冷渣器，脱除挥发分产生的烷烃类气体与热煤气通过所述干馏第二段的烟道进入所述干馏第一段干燥所述原煤；
在所述煤气净化系统对来自所述干馏第一段的煤气和水蒸气，来自所述干馏第二段的烷烃类气体和热煤气进行除尘、净化、冷却和焦油回收，得到分离的焦油、水和冷煤气；
在换热器内使用循环导热介质将所述换热器内的冷煤气和所述冷渣器内的半焦进行换热，将所述冷煤气加热至100-200℃，将所述半焦冷却至小于100℃；
将一部分100-200℃的热煤气通入加热炉燃烧，将另一部分100-200℃的热煤气在加热炉内加热至800-900℃；
将一部分800-900℃的热煤气通入所述干馏第三段，加热所述高温固体；将另一部分800-900℃的热煤气与来自所述换热器的100-200℃的热煤气混合，得到600-700℃的热煤气，并将600-700℃的热煤气通入所述干馏第二段，加热所述干煤。
进一步的，所述原煤在所述干馏第一段被加热到130-170℃，所述干煤在所述干馏第二段被加热到450-600℃，所述高温固体在所述干馏第三段被加热到650-750℃。
进一步的，在所述煤气净化系统和所述换热器之间的管道上将富余冷煤气外送，所述循环导热介质为循环导热油。
本发明具有以下有益效果：
本发明的煤多段分级热解装置的热解炉包括干馏第一段、干馏第二段和干馏第三段，采用多段炉，床层透气性好，适用于低阶煤全粒径入炉热解；并且本发明利用不同温度的热煤气作为热载体分级热解，有利于提高焦油收率；本发明选用煤气作为热载体，提供富氢的热解气氛，进一步提高焦油收率，同时生产高热值煤气；采用换热器和冷渣器冷却半焦，避免了利用氨水熄焦导致的半焦含水量高，品质差的问题，同时换热后的介质用于加热循环煤气和燃烧煤气，实现半焦热量的回收利用，有效提升系统热效率；利用干馏第三段热煤气的余热加热干馏第一段的原煤，实现能量的有效利用。
综上所述，本发明热解原料的适用性广，热解产品(焦油、煤气和半焦等)的收率高、品质优，系统热效率高。
附图说明
图1为本发明的煤多段分级热解装置示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
一方面，本发明提供一种煤多段分级热解装置，如图1所示，包括热解炉，所述热解炉包括：
用于使用具有第一温度的热煤气对原煤进行干燥处理，得到干煤的干馏第一段1；用于使用具有第二温度的热煤气对干煤进行加热，得到高温固体和焦油的干馏第二段2；用于使用具有第三温度的热煤气对高温固体进行加热，脱除挥发分，得到半焦和具有第一温度的热煤气的干馏第三段3。
干馏第一段1、干馏第二段2和干馏第三段3从上到下设置；干馏第三段3下方设置有用于冷却半焦的冷渣器4。
干馏第二段2设置有用于将干馏第三段3产生的具有第一温度的热煤气导通至干馏第一段1的烟道，原煤与具有第一温度的热煤气逆流换热；
干馏第一段1和干馏第二段2的出口连接有对混合气进行处理，分离得到冷煤气、焦油和水的煤气净化系统6，混合气包括来自干馏第一段1的煤气和水蒸气，以及来自干馏第二段2的煤气和焦油。
煤气净化系统6连接有用于将冷煤气和冷渣器4内的半焦进行换热，得到具有第四温度的热煤气的换热器7。
换热器7连接有燃烧一部分具有第四温度的热煤气(燃烧煤气)，并将另一部分具有第四温度的热煤气(循环煤气)加热，得到具有第三温度的热煤气的加热炉8。
加热炉8与干馏第三段3连接，用于将具有第三温度的热煤气送入干馏第三段3；加热炉5和换热器7与干馏第二段2连接，用于将具有第三温度的热煤气与具有第四温度的热煤气混合得到具有第二温度的热煤气，并送入干馏第二段2。
第三温度＞第二温度＞第一温度＞第四温度。
本发明的煤多段分级热解装置的热解炉包括干馏第一段、干馏第二段和干馏第三段，采用多段炉，床层透气性好，适用于低阶煤全粒径入炉热解；并且本发明利用不同温度的热煤气作为热载体分级热解，有利于提高焦油收率；本发明选用煤气作为热载体，提供富氢的热解气氛，进一步提高焦油收率，同时生产高热值煤气；采用换热器和冷渣器冷却半焦，避免了利用氨水熄焦导致的半焦含水量高，品质差的问题，同时换热后的介质用于加热循环煤气和燃烧煤气，实现半焦热量的回收利用，有效提升系统热效率；利用干馏第三段热煤气的余热加热干馏第一段的原煤，实现能量的有效利用。
综上所述，本发明热解原料的适用性广，热解产品(焦油、煤气和半焦等)的收率高、品质优，系统热效率高。
优选的，第一温度为500-600℃，第二温度为600-700℃，第三温度为800-900℃，第四温度为100-200℃；原煤在干馏第一段1被加热到130-170℃，干燥效果好；干煤在干馏第二段2被加热到450-600℃，析出大部分焦油；高温固体在干馏第三段3被加热到650-750℃，脱除绝大部分挥发分，完成热解；半焦在冷渣器4被冷却到100℃以下。
作为本发明的一种改进，煤气净化系统6和换热器7之间的管道上设置有风机9和用于将富余冷煤气外送的外送管道10。
进一步的，换热器7和冷渣器4之间通过循环导热油换热。采用油作为冷却介质实现干法熄焦，提升半焦品质的同时回收半焦热量，系统热效率高。
为方便进原煤，干馏第一段1上方设置有炉顶煤仓11。
煤气净化系统6优选包括除尘单元、净化单元、冷却单元和焦油回收单元。
另一方面，本发明提供一种煤多段分级热解工艺，包括：
将原煤输送至炉顶煤仓6，优选通过皮带运输，原煤依靠自身重力进入干馏第一段1。
在干馏第一段1使用来自干馏第三段3的500-600℃的热煤气与原煤逆流换热，脱除原煤的水分，干燥脱除绝大部分水分后得到的干煤继续下行，进入干馏第二段2，换热后的煤气与干燥过程中产生的水蒸气一起从干馏第一段出口排出，进入煤气净化系统6。
在干馏第二段2使用来自加热炉8的600-700℃的热煤气加热干煤，析出大部分焦油后得到的高温固体继续下行，进入干馏第三段3，热煤气与析出的焦油一起排出干馏第二段，进入煤气净化系统6，优选的，在裂解炉内设置有排气通道，热煤气和焦油与干馏第一段的煤气和水蒸气混合后，一起从出口排出到煤气净化系统。
在干馏第三段3使用来自加热炉8的800-900℃的热煤气加热高温固体，脱除绝大部分挥发分后得到的高温热半焦进入冷渣器4，脱除挥发分产生的烷烃类气体与热煤气通过干馏第二段2的烟道5进入干馏第一段1干燥原煤。
在煤气净化系统6对来自干馏第一段1的煤气和水蒸气，来自干馏第二段2的烷烃类气体和热煤气进行除尘、净化、冷却和焦油回收，得到分离的焦油、水和冷煤气。
在换热器7内使用循环导热介质将换热器7内的冷煤气和冷渣器4内的半焦进行换热，将冷煤气加热至100-200℃，换热后的煤气(100～200℃)被送往加热炉，分别用于燃烧和循环。将半焦冷却至小于100℃后送往焦仓。
将一部分100-200℃的热煤气(燃烧煤气)通入加热炉8燃烧，将另一部分100-200℃的热煤气(循环煤气)在加热炉8内加热至800-900℃。
将一部分800-900℃的热煤气通入干馏第三段3，加热高温固体；将另一部分800-900℃的热煤气与来自换热器7的100-200℃的热煤气混合，得到600-700℃的热煤气，并将600-700℃的热煤气通入干馏第二段2，加热干煤。
本发明的煤多段分级热解工艺采用包括干馏第一段、干馏第二段和干馏第三段的多段炉，床层透气性好，适用于低阶煤全粒径入炉热解；并且本发明利用不同温度的热煤气作为热载体分级热解，有利于提高焦油收率；本发明选用煤气作为热载体，提供富氢的热解气氛，进一步提高焦油收率，同时生产高热值煤气；采用换热器和冷渣器冷却半焦，避免了利用氨水熄焦导致的半焦含水量高，品质差的问题，同时换热后的介质用于加热循环煤气和燃烧煤气，实现半焦热量的回收利用，有效提升系统热效率；利用干馏第三段热煤气的余热加热干馏第一段的原煤，实现能量的有效利用。
综上所述，本发明热解原料的适用性广，热解产品(焦油、煤气和半焦等)的收率高、品质优，系统热效率高。
进一步的，原煤在干馏第一段被加热到130-170℃，干煤在干馏第二段被加热到450-600℃，高温固体在干馏第三段被加热到650-750℃。
优选的，在煤气净化系统6和换热器7之间的管道上将富余冷煤气外送，循环导热介质为循环导热油。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。