本发明涉及金属冶炼技术领域，具体而言，尤其涉及一种热解耦合气基竖炉及其方法。
背景技术：
炼铁工艺的主体流程是高炉炼铁工艺。虽然高炉炼铁技术成熟、生产能力大、生产效率高，但在粗钢产能严重过剩以及钢铁企业节能环保的压力下，工艺面临空前的压力。
气基竖炉直接还原炼铁是非高炉炼铁领域技术相对成熟、环境友好的生产工艺，不需要焦炭，省去了煤焦转化环节的能源消耗及废气排放，节能环保，能满足现代化钢铁生产企业日益增长的环境保护需要。典型的气基竖炉直接还原炼铁技术依赖于丰富廉价的天然气资源，然而，对于中国“多煤少气”的能源结构，并不适合发展该技术，煤制气－竖炉直接还原技术是未来发展的重要方向，进一步降低煤制气工艺的投资和运行成本是该技术发展的关键。
相关技术中，煤制气－竖炉直接还原技术存在如下缺陷：焦炉煤气中含有少量的btx(苯、甲苯、二甲苯混合物)、焦油和萘等杂质，而btx在还原气体通过加热器时会产生析碳，造成管道堵塞；竖炉内的工作压力约为0.6mpa，而焦化厂输出的煤气压力约为5mpa，因此需要对焦炉煤气进行加压，煤气中焦油和萘在增压过程中会大量析出，会堵塞设备和管道；系统设备复杂，不易操作。
技术实现要素：
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种热解耦合气基竖炉，所述热解耦合气基竖炉具有结构简单、节能减耗的优点。
本发明还提出一种热解耦合气基竖炉的控制方法，所述热解耦合气基竖炉的控制方法具有操作方便、节能减耗的优点。
根据本发明实施例的热解耦合气基竖炉，包括：热解反应组件，所述热解反应组件包括反应器，所述反应器具有进料口、油气导出口和半焦出口，所述反应器包括：壳体、挡板组件和热辐射管，所述壳体内具有反应腔，所述挡板组件位于所述反应腔内且将所述反应腔划分为上段和下段，所述油气导出口位于所述上段且与所述上段连通，所述半焦出口位于所述下段且与所述下段连通，所述挡板组件限定出固料下行通道以将所述上段内的固态物料导引至所述下段内，所述热辐射管位于所述上段；半焦收集组件，所述半焦收集组件与所述半焦出口连通；除尘组件，所述除尘组件具有气体进口、气体出口和粉尘出口，所述气体进口与所述油气导出口连通，所述粉尘出口与所述半焦收集组件连通；分离净化系统，所述分离净化系统与所述气体出口连通；甲烷重整变化系统，所述甲烷重整变化系统与所述分离净化系统连通；和气基竖炉，所述气基竖炉与所述甲烷重整变化系统连通。
根据本发明实施例的热解耦合气基竖炉，通过设置热解反应组件、除尘组件、分离净化系统、甲烷重整变化系统、半焦收集组件和气基竖炉，系统结构简单、操作方便。原料可以在反应器的上段反应腔内热解并产生热解气，而且上段反应腔内的原料可以落入到下段反应腔，并对下段反应腔内的原料进行加热以进行热解反应，从而使热量得到充分利用，节能减耗。得到的热解气可以经过除尘组件、分离净化系统除尘净化，除尘净化后的热解气可以进入到甲烷重整变化系统进一步重整处理，最后得到的还原气直接进入气基竖炉中进行金属的还原冶炼，有效防止了因热解气中杂质过多造成管路堵塞。而且，热解产生的半焦和除尘净化产生的半焦灰尘可以回收至半焦收集组件内以进行集中处理，有利于提高能源的利用率。
进一步地，所述挡板组件为沿上下方向间隔开的多组，每组所述挡板组件包括第一挡板和第二挡板，所述第一挡板的自由端位于所述第二挡板的上方，从所述第一挡板滑落的物料落入所述第二挡板上且沿所述第二挡板下落。由此，可以使原料和反应产物的混合物在第一档板和第二挡板间蛇形迂回流动，从而可以使原料和反应产物混合更加均匀，便于原料与热解产物之间的热量交换。
可选地，所述第一挡板的长度l1，所述第二挡板的长度为l2，l2/l1的比值范围为1.2-1.5。由此，可以延长原料和热解产物的流动距离，从而可以使原料与热解产物混合更加均匀，使传热更加充分，以利于热解反应的顺利进行。
在本发明的一些实施例中，所述第一挡板的自由端的端面为平面m，所述平面m到所述第二挡板的自由端的距离为h，所述第二挡板的长度为l2，所述h为0.1l2≤h≤0.2l2。经过试验验证，通过设置上述尺寸范围，可以使原料与热解产物流动顺畅，而且，可以使原料与热解产物混合更加均匀，以利于原料与热解产物之间进行热量交换。
根据本发明的一些实施例，所述第一挡板为平板且所述第一挡板与所述反应腔的内壁之间的夹角为α1，所述α1为15°-60°；所述第二挡板为平板且所述第二挡板与所述反应腔的内壁之间的夹角为α2，所述α2为15°-60°。经过试验验证，通过将第一挡板和第二挡板与反应腔内周壁的夹角设置为上述范围内，可以使原料与热解产物的混合物流动更加顺畅。
可选地，所述反应器还包括：振动组件，所述振动组件与所述挡板组件连接以驱动所述振动组件振动。由此，可以防止原料与热解产物的混合物的流动过程中发生堵塞，而且可以使原料与热解产物的混合更加均匀。
在本发明的一些实施例中，所述进料口为间隔开的多个，其中一个所述进料口位于所述上段的上部，其中另一个所述进料口位于所述上段的下部；所述热解反应组件还包括：干燥器，所述干燥器具有烟气进口和烟气出口；加料斗，所述加料斗与所述烟气进口连通；和多个螺旋进料器，多个所述螺旋进料器与多个所述进料口一一对应且所述螺旋进料器与相应的所述进料口连通。
根据本发明实施例的热解耦合气基竖炉的方法，所述热解耦合气基竖炉为上述所述的热解耦合气基竖炉，所述控制方法包括：(1)将粒度≤3mm的褐煤颗粒经干燥处理后,加入所述热解反应组件的所述反应器内,所述反应器的上段反应腔的温度在950-1000℃，进行热解反应，得到热解气；(2)所述反应器的上段反应腔的褐煤颗粒落到所述反应器的下段反应腔，并对所述反应器下段反应腔内的褐煤颗粒进行热解，得到热解气；(3)将步骤(1)和步骤(2)中得到的热解气进行混合，得到总热解气，经所述除尘组件内进行除尘处理；(4)将经过所述除尘组件除尘处理后的总热解气，通入所述分离净化系统进行净化处理，得到预重整的还原气；(5)将预重整的还原气通入甲烷重整变化系统进行重整处理，得到还原气；(6)将经过甲烷重整变化系统重整处理后的还原气通入所述气基竖炉中，进行还原冶炼。
根据本发明实施例的热解耦合气基竖炉的方法，利用原料在热解反应组件内热解分解产生热解气。除尘组件和分离净化系统可以对热解气进行除尘净化，从而降低了热解气中杂质的含量，防止了金属还原冶炼过程中因热解气中杂质含量较高造成管路堵塞的问题。而且，经过除尘净化得到的预重整还原气在甲烷重整变化系统内进一步重整处理，得到还原气体含量较高的还原气，并将得到的还原气通入气基竖炉中进行金属的冶炼还原从而提高了金属冶炼还原的效率。而且该热解耦合气基竖炉的控制方法，操作简单，生产成本低，提高了生产效益。
根据本发明的一些实施例，所述总热解气中h2和co体积分数为50-65％，h2与co的体积比为1.5-2.5。
在本发明的一些实施例中，所述还原气中h2和co体积分数为88-95％，h2与co的体积比为3.8-5.0。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的热解耦合气基竖炉的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的热解耦合气基竖炉的局部结构示意图。
附图标记：
热解耦合气基竖炉100，
热解反应组件10，反应器110，进料口111，上进料口111a，下进料口111b，油气导出口112，烟气导出口1120，油气快速导出通道1121，半焦出口113，壳体114，反应腔115，上段反应腔115a，下段反应腔115b，挡板组件1151，第一挡板1151a，第二挡板1151b，热辐射管1152，燃气进口116，空气进口117，干燥器120，烟气进口121，烟气出口122，加料斗130，螺旋进料器140，第一螺旋进料器140a，第二螺旋进料器140b，第三螺旋进料器140c，
半焦收集组件20，
除尘组件30，旋风除尘器310，旋风分离器320，气体进口311，气体出口312，粉尘出口313，
分离净化系统410，甲烷重整变化系统420，气基竖炉430。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“轴向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，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。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参考图1和图2描述根据本发明实施例的热解耦合气基竖炉100及其方法。
如图1所示，根据本发明实施例的热解耦合气基竖炉100，热解耦合气基竖炉100包括：热解反应组件10、半焦收集组件20、除尘组件30、分离净化系统410、甲烷重整变化系统420和气基竖炉430。
具体而言，如图1所示，热解反应组件10包括反应器110，反应器110具有进料口111、油气导出口112和半焦出口113。由此，原料可以从进料口111进入到反应器110内，并在反应器110内进行热解反应。热解生成的热解气可以从油气导出口112排出，热解产生的半焦则可以从半焦出口113排出收集。
如图1和图2所示，反应器110可以包括：壳体114、挡板组件1151和热辐射管1152。壳体114内具有反应腔115，原料可以在反应腔115内进行热解反应，产生热解气。挡板组件1151位于反应腔115内且将反应腔115划分为上段和下段，热辐射管1152位于上段。由此，热辐射管1152可以为上段反应腔115a(如图2所示)提供热量，以供原料进行热解反应。油气导出口112位于上段反应腔115a且与上段反应腔115a连通。半焦出口113位于下段反应腔b且与下段反应腔b连通，挡板组件1151限定出固料下行通道以将上段内的固态物料导引至下段内。
需要说明的是，上段反应腔115a内的热辐射管1152可以为上段反应腔115a提供热量，上段反应腔115a内的原料受热热解，产生的热解气经油气导出口112排出。高温的热解产物(如热态提质煤)则在重力的作用下下落至下段反应腔115b内。下段反应腔115b内的原料与高温热解产物混合，高温的热解产物可以将热量传递给下段反应腔115b内的原料，原料受热进行热解反应，产生热解气从汽油导气出口112排出反应腔115。剩余的半焦则从下方的半焦出口113流出反应腔115。由此，下段反应腔115b内的原料可以利用上段反应腔115a内落下的高温热解产物的余热进行热解反应，从而提高了能源利用率，节能减耗。
如图1所示，半焦收集组件20与半焦出口113连通。由此，从半焦出口113排出的半焦可以进入到半焦收集组件20进行收集处理。
除尘组件30具有气体进口311、气体出口312和粉尘出口313，气体进口311与油气导出口112连通，粉尘出口313与半焦收集组件20连通。由此，从油气导出口112排出的热解气可以从气体进口311进入到除尘组件30内进行除尘处理，经过除尘处理后的热解气从气体出口312排出，除尘过程的半焦灰尘则可以从粉尘出口313进入到半焦收集组件20内。
分离净化系统410与气体出口312连通，由此，经过除尘处理后的热解气和气化气可以在分离净化系统410内进行脱氨、洗苯等初步净化。甲烷重整变化系统420与分离净化系统410连通，由此，可以对净化后的气化气和热解气进行脱硫、脱碳重整，从而使重整后的气体中还原气的含量得到进一步提高。气基竖炉430与甲烷重整变化系统420连通。由此，经过重整后得到的还原气可以直接进入气基竖炉430中进行金属的冶炼还原。
需要说明的是，热解耦合气基竖炉100可以利用原料的热解反应制取热解气，并对热解气进行过滤、净化，得到纯净度较高的热解气并用于金属的还原冶炼。如图1所示，原料(如褐煤颗粒等)可以经过进料口111加入反应器110内，原料在反应器110内发生热解反应，产生的半焦经过半焦出口113排出反应器110，并进入到半焦收集组件20进行收集处理。产生的热解气则经过油气导出口112排出反应器110并进入到除尘组件30内。热解气在除尘组件30内进行除尘净化，除尘过程中产生的半焦杂质从粉尘出口313进入到半焦收集组件20进行收集处理，除尘后的热解气则从气体出口312排出并进入到气基竖炉430内进行金属的还原冶炼。
根据本发明实施例的热解耦合气基竖炉100，通过设置热解反应组件10、除尘组件30、分离净化系统410、甲烷重整变化系统420、半焦收集组件20和气基竖炉430进行金属的冶炼还原，系统结构简单、操作方便。原料可以在反应器110的上段反应腔115a内热解并产生热解气，而且上段反应腔115a内的原料可以落入到下段反应腔115b，并对下段反应腔115b内的原料进行加热以进行热解反应，从而使热量得到充分利用，节能减耗。得到的热解气经过除尘组件30、分离净化系统410可以除尘净化，除尘净化后的热解气进入到甲烷重整变化系统430进一步重整处理，最后得到的还原气直接进入气基竖炉430中进行金属的还原冶炼，有效防止了因热解气中杂质过多造成管路堵塞的发生。而且，热解产生的半焦和除尘净化产生的半焦灰尘可以回收至半焦收集组件20内以进行集中处理，有利于提高能源的利用率。
根据本发明的一些实施例，如图1和图2所示，挡板组件1151可以为沿上下方向(如图1和图2中所示的上下方向)间隔开的多组，每组挡板组件1151包括第一挡板1151a和第二挡板1151b，第一挡板1151a的自由端位于第二挡板1151b的上方，从第一挡板1151a滑落的物料落入第二挡板1151b上且沿第二挡板1151b下落。由此，可以使物料在第一挡板1151a和第二挡板1151b间交错流动，从而可以使高温热解产物与原料混合充分，以利于原料进行热解反应。
如图1和图2所示，下段反应腔115b沿上下方向(如图1和图2中所示的上下方向)间隔设置有多组挡板组件1151，第一挡板1151a与第二挡板1151b交错布置。第一挡板1151a和第二挡板1151b可以倾斜向下设置，第一挡板1151a的自由端位(如图1和图2中所示的第一挡板115a的下端)于第二挡板1151b的上方，第二挡板1151b的自由端(如图1和图2中所示的第二档板1151b的下方)位于第一挡板1151a的上方。如图1和图2所示，原料和高温热解产物的混合物可以从上方的第一挡板1151a滑落其至下方的第二挡板1151b上，并从第二挡板1151b滑落至其下方的第一挡板1151a上，从而使原料和高温热解产物在下段反应腔115b内蛇形迂回下落。由此，可以使原料与高温热解产物充分混合，以利于原料与高温热解产物之间的热量交换，提高原料的热解效率。
可选地，第一挡板1151a的长度l1，第二挡板1151b的长度为l2，l2/l1的比值范围为1.2-1.5。可以理解的是，增大挡板组件1151的长度，可以延长原料和热解产物混合物的流动距离，进而可以提高热解产物与原料间传热效果，从而促进了热解反应的进行。经过试验验证，当第一挡板1151a的长度l1和第二挡板1151b的长度l2满足：1≤l2/l1≤1.5时，可以使原料与热解产物的混合物的流动更加顺畅，而且，可以使原料与热解产物之间的热量传递更加均匀充分。
在本发明的一些实施例中，如图2所示，第一挡板1151a的自由端的端面为平面m，平面m到第二挡板1151b的自由端的距离为h，第二挡板1151b的长度为l2，h为0.1l2≤h≤0.2l2。也就是说，第二挡板1151b被第一档板遮挡的长度占第二挡板1151b总长度的1/10-1/5。经过试验验证，当h满足：0.1l2≤h≤0.2l2时，可以提高原料与热解产物之间的热交换效率，从而可以提高下段反应腔115b内的原料的热解效率。
根据本发明的一些实施例，第一挡板1151a为平板且第一挡板1151a与反应腔115的内壁之间的夹角为α1，α1为15°-60°；第二挡板1151b为平板且第二挡板1151b与反应腔115的内壁之间的夹角为α2，α2为15°-60°。可以理解的是，将第一档板和第二挡板1151b设置为平板，便于第一档板和第二挡板1151b的加工制造，从而可以降低生产成本。将第一挡板1151a和第二挡板1151b倾斜设置，便于原料和热解产物混合物的流动。经过试验验证，当α1为15°-60°，α2为15°-60°时，既可以使原料与热解产物的混合物的流动更加顺畅，而且，可以使原料与热解产物反复接触、均匀混合，从而使原料与热解产物的混合物之间热量交换更加充分，从而更利于下段反应腔115b内原料的热解反应。
可选地，反应器110还可以包括振动组件(图中未示出)，振动组件与挡板组件1151连接以驱动振动组件振动。可以理解的是，通过使挡板组件1151振动，可以使原料与热解产物混合更加均匀，从而提高了原料与热解产物之间的热交换效率，进而提高了下段反应腔115b内热解反应效率。而且，通过设置振动组件驱动挡板组件1151的振动，可以使原料与热解产物的混合物的流动更加流场，防止流动过程中发生物料堵塞。
在本发明的一些实施例中，如图2所示，进料口111为间隔开的多个，其中一个进料口111位于上段的上部，其中另一个进料口111位于上段的下部。由此，部分原料可以从上方进料口111a进入到上段反应腔115a内，并在上段反应腔115a内热解分解。另一部分原料可以从下方进料口111b进入到下段反应腔115b内。可以理解的是，上段反应腔115a内的原料在上段反应腔115a内进行热解反应，高温反应产物从上段反应腔115a内落入到下段反应腔115b内，下段反应腔115b内的原料可以利用高温热解产物的余热进行热解反应，从而节约了能源，提高了能源的利用率。
如图1所示，热解反应组件10还可以包括干燥器120、加料斗130和多个螺旋进料器140。干燥器120具有烟气进口121，原料可以从烟气进口121进入到干燥器120内进行干燥处理。加料斗130与烟气出口122连通，经过干燥处理的原料可以从烟气出口122进入到加料斗130内，作为热解反应原料。多个螺旋进料器140与多个进料口111一一对应且螺旋进料器140与相应的进料口111连通。如图2所示，螺旋进料器140可以包括第一螺旋进料器140a、第二螺旋进料器140b和第三螺旋进料器140c。第一螺旋进料器140a与上方进料口111a连通，第二螺旋进料器140b与下方进料口111b连通。结合图1和图2所示，加料斗130内的原料，部分可以经过第一螺旋进料器140a经上方进料口111a送入至上段反应腔115a内。另一部分原料可以经过第二螺旋进料器140b经下方进料口111b进入下段反应腔115b内，以进行热解反应。
根据本发明的一些实施例，除尘组件30可以包括多个依次连通的旋风除尘器310和旋风分离器320，每个旋风除尘器310和旋风分离器320均具有粉尘出口313，位于最上游的旋风除尘器310具有气体进口311，位于最下游的旋风分离器320具有气体出口312。需要说明的是，这里所述的“上游”和“下游”可以是按照热解气的流动方向理解的。其中，从油气导出口112排出的热解气首先从气体进口311流入到最上游的旋风除尘器310，进行初步除尘净化，除尘得到的半焦灰尘经过粉尘出口313排入至半焦收集组件20，初步除尘后的热解气则流入下游的旋风分离器320中进一步过滤净化。最后，热解气经过最下游的旋风分离器320除尘后从气体出口312排出，除尘过程中的半焦灰尘则从粉尘出口313进入到半焦收集组件20中进行集中处理。
在本发明的一些实施例中，如图1所示，分离净化系统410与气体出口312连通，经过除尘的热解气从气体出口312排出旋风除尘器310，并进入到分离净化系统410进一步净化，从而可以进一步提高热解气的纯度。甲烷重整变化系统420与分离净化系统410连通，经过分离净化的热解气进入到甲烷重整变化系统420，可以降低热解气中甲烷的含量，并提高还原气(如h2、co等)的含量。气基竖炉430与甲烷重整变化系统420连通，经过甲烷重整变化系统420后的热解气中还原气的含量大幅度增长，可以进入到气基竖炉430中用于金属的还原冶炼。
进一步地，分离净化系统410可以包括：初冷塔、鼓风机、电捕焦油器、脱硫塔、脱氨塔、洗苯塔和气柜。甲烷重整变化系统420可以包括脱硫塔、重整塔、变化塔和脱碳装置，热解气经过分离净化系统410净化后得到净煤气，净煤气直接进甲烷重整变化系统420。净煤气在进甲烷重整变化系统420前h2和co的总量在50-65％的范围内，h2与co的体积比为1.5-2.5。经过甲烷重整变化系统420重整后，热解其中h2和co的总量在88-95％的范围内，h2和co的体积比为3.8-5.0。
根据本发明的热解耦合气基竖炉100的方法，热解耦合气基竖炉100为上述所述的热解耦合气基竖炉100，方法包括：
(1)将粒度≤3mm的褐煤颗粒经干燥处理后,加入热解反应组件的反应器内,反应器的上段反应腔的温度在950-1000℃，进行热解反应，得到热解气；
(2)反应器上段反应腔的褐煤颗粒落到反应器的下段反应腔，并对反应器下段反应腔内的褐煤颗粒进行热解，得到热解气；
(3)将步骤(1)和步骤(2)中得到的热解气进行混合，得到总热解气，经所述除尘组件内进行除尘处理；
(4)将经过除尘组件除尘处理后的总热解气，通入分离净化系统进行净化处理，得到预重整的还原气；
(5)将预重整的还原气通入甲烷重整变化系统进行重整处理，得到还原气；
(6)将经过甲烷重整变化系统重整处理后的还原气通入气基竖炉中，进行还原冶炼。
根据本发明实施例的热解耦合气基竖炉100的方法，利用原料在热解反应组件10内热解分解产生热解气。除尘组件30和分离净化系统410可以对热解气进行除尘净化，从而降低了热解气中杂质的含量，防止了金属还原冶炼过程中因热解气中杂质含量较高造成管路堵塞的问题。而且，经过除尘净化得到的预重整还原气在甲烷重整变化系统420内进一步重整处理，得到还原气体含量较高的还原气，并将得到的还原气通入气基竖炉430中进行金属的冶炼还原，从而提高了金属冶炼还原的效率。而且该热解耦合气基竖炉100的控制方法，操作简单，生产成本低，提高了生产效益。
根据本发明的一些实施例，总热解气中h2和co体积分数为50-65％，h2与co的体积比为1.5-2.5。经过重整后，还原气中h2和co体积分数为88-95％，h2与co的体积比为3.8-5.0。由此可见，经过甲烷重整变化系统重整处理后，可以大大提高还原气中h2和co的总含量，增强了还原气的还原效果，提高了还原气的品质，经过重整处理后的还原气可以直接进入气基竖炉430内进行金属的还原冶炼。
下面参照图1和图2以一个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的热解耦合气基竖炉100。值得理解的是，下述描述仅是示例性描述，而不是对本发明的具体限制。为了描述方便，下面以大雁褐煤为原料对热解耦合气基竖炉100进行描述。大雁褐煤的主要成分及含量：mad20.69％、aad8.75％、vad27.95％、cad42.61％，大雁褐煤的发热量为19.412mj/kg。
如图1所示，热解耦合气基竖炉100包括：热解反应组件10、半焦收集组件20、除尘组件30、分离净化系统410、甲烷重整变化系统420和气基竖炉430。
其中，如图1和图2所示，热解反应组件10包括反应器110、干燥器120、加料斗130和多个螺旋进料器140。大雁褐煤颗粒(破碎至粒度≤3mm的颗粒)从烟气进口121进入到干燥器120(如图1中箭头a1所示)，大雁褐煤颗粒在干燥器120内进行干燥处理，并从烟气出口122排出。加料斗130与烟气出口122连通，从烟气出口122排出的干燥的大雁褐煤颗粒进入到加料斗130内(如图1中箭头a2所示)。加料斗130与反应器110之间连接设置有两个螺旋进料器140：第一螺旋进料器140a和第二螺旋进料器140b，第一螺旋进料器140a和第二螺旋进料器140b沿上下方向间隔设置。
如图2所示，反应器110具有壳体114，壳体114内设置有良好保温效果的保温材料(如岩棉等)。壳体114限定出反应腔115，反应腔115包括上下连通的上段反应腔115a和下段反应腔115b。上段反应腔115a和下段反应腔115b沿上下方向的高度比例为2：3-5：4。上段反应腔115内设置有热辐射管1152，热辐射管1152与燃气进口116和空气进口117连通。燃气和空气可以经过燃气进口116和空气进口117进入到热辐射管1152内燃烧供热。上段反应腔115a中大雁褐煤的温度为1000℃，下段反应腔115b中大雁褐煤和热解产物的混合物的温度为900℃。
下段反应腔115b设置有多个油气快速导出通道1121，热解产生的油气通过油气快速导出通道1121快速导出，以避免焦油发生二次裂解，以提高热解焦油产率。下段反应腔115b内设置有挡板组件1151。挡板组件1151连接有振动组件(图中未示出)，振动组件包括电机和振动杆，振动杆一端与电机连接，另一端与挡板组件1151连接。在电机的驱动作用下，振动杆产生轴向运动并传递至挡板组件1151，使挡板组件1151产生高频振动，从而可以有效消除原料和高温热解产物的混合物因内摩擦、带电和成份偏析等原因而引起的堵塞、搭拱现象。采用振动组件木结构简单，下料顺畅。
挡板组件1151可以选用耐高温、耐腐蚀的材料制成，如不锈钢等。挡板组件1151包括第一挡板1151a和第二挡板1151b，第一挡板1151a位于下段反应腔115b的左侧(如图2中所示的左右方向)，并沿上下方向(如图2中所示的上下方向)间隔设置，相邻两个第一挡板1151a沿上下方向的距离为100-500mm。第二挡板1151b位于下段反应腔115b的右侧(如图2中所示的左右方向)，并沿上下方向(如图2中所示的上下方向)间隔设置，相邻的两个第二挡板1151b沿上下方向的距离为100-500mm。第一挡板1151a和第二挡板1151b交错设置。第一挡板1151a和第二挡板1151b均为平板且均倾斜向下设置，第一挡板1151a与反应腔115内壁之间的夹角为α1，α1为30°；第二挡板1151b与反应腔115内壁之间的夹角为α2，α2为30°。
如图2所示，第一挡板1151a的自由端位于第二挡板1151b的上方，第二挡板1151b的自由端位于第二挡板1151b的上方。第一挡板1151a的长度为l1，第二挡板1151b的长度为l2，满足：1.2≤l2/l1≤1.5。第二挡板1151b被第一挡板1151a遮挡的长度占第二挡板1151b总长度的1/10-1/5。
反应腔115的沿上下方向间隔设置有两个进料口111，其中，上方进料口111a与第一螺旋进料器140a连通；下方进料口111b与第二螺旋进料口111b连通。加料斗130内的大雁褐煤可以通过第一螺旋进料器140a经上方进料口111a进入到上段反应腔115a内，加料斗130内的大雁褐煤也可以经过第二螺旋进料器140b经下方进料口111b进入到下段反应腔115b内。
上段反应腔115a内均匀布置有热辐射管1152，上段反应腔115a连通有燃气进口116和空气进口117，燃气进口116和空气进口117均与热辐射管1152连通。燃气和空气分别经过燃气进口116和空气进口117进入到热辐射管1152内进行燃烧，为上段反应腔115a提供热解反应热量。燃气进口116可以设置有燃气调节控制阀(图中未示出)，热辐射管1152的管壁温度可以通过燃气调节阀控制在950℃-1000℃。大雁褐煤在上段反应腔115a内停留5s-10s，并被加热到950℃-1000℃以进行热解反应。反应器110还设置有多个油气导出口112和烟气排出口1120，大雁褐煤经过热解反应得到热解气从油气导出口112流出，热解过程中产生的烟气则从烟气排出口1120排出反应器110，半焦等热解产物则从半焦出口113经第三螺旋进料器140c进入到半焦收集组件20进行集中处理。
除尘组件30与油气导气出口112连通，除尘组件30具有气体进口311、气体出口312和粉尘出口313。如图1所示，除尘组件30包括连通的旋风除尘器310和旋风分离器320。位于上游的旋风除尘器310具有气体进口311，气体进口311与油气导气出口112连通。经过油气导气出口112排出的热解气经过气体进口311进入到旋风除尘器310中过滤除尘(如图1中箭头a3所示)，分离得到的半焦灰尘从粉尘出口313进入到半焦收集组件20进行集中处理。除尘后的热解气则流入到下游的旋风分离器320中进行二次分离除尘(如图1中箭头a4所示)。
如图1所示，从除尘组件30排出的热解气首先进入到分离净化系统410中进行分离净化(如图1中箭头a5所示)，使热解气的纯度进一步提高。热解气经过分离净化系统410后进入甲烷重整变化系统420(如图1中箭头a6所示)，经过甲烷重整变化系统420后还原气的含量进一步增加。在未进入甲烷重整变化系统420前，热解气的成分及含量为：ch416.30％、h236.02％、co28.51％、co217.69％、c2h60.18％、c2h41.02％、c3h80.01％、c3h60.04％、其他0.23％，其中h2和co的总含量为64.53％，h2和co体积比为2.5。经过甲烷重整变化系统420处理后，热解气的成分及含量为：ch43.72％、h249.00％、co41.56％、co23.74％、c2h60.19％、c2h41.02％、c3h80.01％、c3h60.04％、其他0.72％，其中h2和co的总含量增加至90.56％，h2和co的体积比为4.3。最后，从甲烷重整变化系统420排出的热解气进入到气基竖炉430(如图1中箭头a7所示)，进行金属的冶炼还原。
热解耦合气基竖炉100的方法，方法包括：
(1)将粒度≤3mm的褐煤颗粒经干燥处理后,加入热解反应组件的反应器内,反应器的上段反应腔的温度在950-1000℃，进行热解反应，得到热解气；
(2)反应器上段反应腔的褐煤颗粒落到反应器的下段反应腔，并对反应器下段反应腔内的褐煤颗粒进行热解，得到热解气；
(3)将步骤(1)和步骤(2)中得到的热解气进行混合，得到总热解气，经所述除尘组件内进行除尘处理；
(4)将经过除尘组件除尘处理后的总热解气，通入分离净化系统进行净化处理，得到预重整的还原气；
(5)将预重整的还原气通入甲烷重整变化系统进行重整处理，得到还原气；
(6)将经过甲烷重整变化系统重整处理后的还原气通入气基竖炉中，进行还原冶炼。
由此，通过设置热解反应组件10、除尘组件30、分离净化系统410、甲烷重整变化系统420、半焦收集组件20和气基竖炉430进行金属的冶炼还原，工艺简单、占地面积小、热利用效率高、油气产率高、品质好、操作方便。原料可以在反应器110的上段反应腔115a内热解并产生热解气，而且上段反应腔115a内的原料可以落入到下段反应腔115b，并对下段反应腔115b内的原料进行加热以进行热解反应，从而使热量得到充分利用，节能减耗。得到的热解气经过除尘组件30、分离净化系统410可以除尘净化，除尘净化后的总热解气进入到甲烷重整变化系统430进一步重整处理，最后得到的还原气直接进入气基竖炉430中进行金属的还原冶炼，有效防止了因热解气中杂质过多造成管路堵塞的发生。而且，热解产生的半焦和除尘净化产生的半焦灰尘可以回收至半焦收集组件20内以进行集中处理，有利于提高能源的利用率。
而且该热解耦合气基竖炉100制备热解气成本低，和焦炉煤气-气基竖炉冶炼系统相比，单元产品的能耗降低11.5％，单位产品成本平均降低80-95元/吨，从而降低了金属冶炼成本，增加了经济效益。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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发明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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。