本发明涉及一种多级内热旋风式粉煤加氢热解反应装置及其工艺，属于粉煤热解技术领域。
背景技术：
我国能源结构的特点是“富煤、贫油、少气”，煤炭在今后一个时期内仍将是我国的主要能源。西部地区的经济发展需要新型煤化工产业来支撑。
在煤炭开采及后续加工过程中将产生40%的粒径小于10mm的粉煤，这部分煤炭目前主要作为燃料使用。由于没有从煤炭中提取像酚、萘等十分有用的化学组分和煤焦油而直接作为燃料燃烧，实际上这是一种能源的浪费。
国家《能源发展“十三五”规划》中，明确提出了“煤炭高效清洁开发利用”。粉煤的热解提油同时生产洁净煤是煤炭高效清洁开发利用的方向。
在煤炭热解方面，以块状煤炭热解技术（如焦化）已经成熟并得到广泛应用。但低成本、环境友好的粉煤热解提油同时生产洁净煤的技术正在研发之中，比如：美国开发的COED工艺、TOSCOAL工艺、Garrett半焦固体热载体工艺，前苏联开发的ETCH-175工艺，日本开发的快速热解工艺，澳大利亚开发的CSIRO快速热解工艺；我国大连理工大学开发的DG工艺、煤炭科学研究总院开发的MRF工艺和外热内旋式热解技术、庆华集团新疆和丰能源化工有限公司开发的KH工艺和KH-GAS技术、中美新能源技术研发（山西）有限公司开发的耦合式粉煤加氢热解与气化一体化工艺和实现了工业化的西安三瑞实业有限公司开发的外热式回转炉工艺、河南龙成集团有限公司开发的旋转床热解工艺。但是上述现有工艺存在生产装置不易放大、传热效率低、设备材质要求高、流程复杂等问题。
技术实现要素：
为解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种传热传质效率高、设备选材要求低、工艺流程短、设备少而简单、生产操作灵活、安全可靠性高的多级内热旋风式粉煤加氢热解反应装置及其工艺。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为多级内热旋风式粉煤加氢热解反应装置，包括多级反应器，所述多级反应器的底部出焦口与一段半焦冷却器相连接，所述多级反应器的底部进气口与煤气加热炉相连接，所述多级反应器的顶部出气口与粗煤气除尘器相连接，所述粗煤气除尘器的出气口与废热锅炉相连接，所述粗煤气除尘器的底部与多级反应器相连接，所述废热锅炉的顶部出气口与喷淋洗涤塔相连接，废热锅炉的底部与焦油分离器相连接，所述喷淋洗涤塔的出气口与气液分离器相连接，喷淋洗涤塔和气液分离器的底部均与焦油分离器相连接，所述气液分离器的顶部连接有净煤气管道，所述净煤气管道上设置有煤气风机和煤气支管，所述煤气支管与一段半焦冷却器内的换热管相连接，所述一段半焦冷却器的换热管与煤气加热炉内的煤气换热管相连接。
优选的，所述一段半焦冷却器的底部还连接有二段半焦冷却器。
优选的，所述多级反应器主要由多个用于气固分离的旋风式反应器串联构成，所述旋风式反应器的数量为3-5个。
优选的，所述旋风式反应器的内壁设置有隔热耐磨衬里。
多级内热旋风式粉煤加氢热解反应装置的热解反应工艺，按照以下步骤进行，
a、煤炭经破碎形成原料粉煤，经干燥脱水加入到多级反应器内；
b、煤气经煤气加热炉加热后进入多级反应器与原料粉煤接触，并发生热解反应，生成粗煤气和高温半焦；
c、粗煤气随向上流动的高温煤气一并进入煤气除尘器进行除尘，除尘后的粗煤气进入废热锅炉与脱盐水换热降温后进入喷淋洗涤塔，脱盐水形成低压蒸汽，在废热锅炉中被降温粗煤气产生的煤焦油与水的混合物进入煤焦油分离器；煤气除尘器除尘回收的煤粉尘返回多级反应器；进入喷淋洗涤塔的粗煤气在来自系统的冷焦油的喷淋洗涤作用下降温冷凝，粗煤气中的煤焦油、水和尘转变为液体落入喷淋洗涤塔底部；从喷淋洗涤塔上部排出后粗煤气进入煤气气液分离器进一步进行气液分离转变为净煤气，净煤气经煤气风机升压后送入一段半焦冷却器内，进行热交换并作为循环气使用，多余的净煤气送入煤气系统；煤气气液分离器分离出的煤焦油和水的混合物与来自喷淋洗涤塔底部含尘的煤焦油和水的混合物一并进入煤焦油分离器，在煤焦油分离器中煤焦油与水、尘分离，洁净的煤焦油排出系统，含尘废水排出系统；
d、高温半焦进入一段半焦冷却器与循环煤气换热后进入二段半焦冷却器与脱盐水换热降至常温后的冷半焦排出系统，脱盐水在二段半焦冷却器中与高温半焦换热转变为低压蒸汽。
优选的，所述步骤a中煤粉的粒径小于10mm，且进过脱水处理后煤粉中的水分含量小于2%，。
优选的，所述步骤b中煤气加热炉的加热温度为750-800℃，多级反应器中的热解温度为550-600℃，热解压力为常压～4.0MPa，热解时间20～30min。
优选的，所述步骤c中粗煤气中的粉尘含量小于200mg/m3，最大粒径小于15um。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：本发明以气固旋风分离技术为基础，以粉煤在多级反应器中器被含有氢气的高温煤气加热发生热解，同时产出半焦这种洁净煤，还能有效地解决了现有工艺生产装置不易放大、传热效率低、设备材质要求高、流程复杂等问题，并具有“传热传质效率高、设备选材要求低、工艺流程短、设备少而简单、生产操作灵活、安全可靠性高”等优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，多级内热旋风式粉煤加氢热解反应装置，包括多级反应器1，多级反应器1的底部出焦口与一段半焦冷却器2相连接，多级反应器1的底部进气口与煤气加热炉3相连接，多级反应器1的顶部出气口与粗煤气除尘器4相连接，粗煤气除尘器4的出气口与废热锅炉5相连接，粗煤气除尘器4的底部与多级反应器1相连接，废热锅炉5的顶部出气口与喷淋洗涤塔6相连接，废热锅炉5的底部与焦油分离器7相连接，喷淋洗涤塔6的出气口与气液分离器8相连接，喷淋洗涤塔6和气液分离器8的底部均与焦油分离器7相连接，气液分离器8的顶部连接有净煤气管道9，净煤气管道9上设置有煤气风机10和煤气支管11，煤气支管11与一段半焦冷却器2内的换热管相连接，一段半焦冷却器2的换热管与煤气加热炉3内的煤气换热管相连接，一段半焦冷却器2的底部还连接有二段半焦冷却器12。
其中，多级反应器主要由多个用于气固分离的旋风式反应器串联构成，旋风式反应器的数量为3-5个，且旋风式反应器的内壁设置有隔热耐磨衬里。
具体的热解反应工艺为：煤炭经破碎成粒径小于10mm的原料粉煤，经干燥脱水使水分降低到2%以下进入原料缓冲仓内，原料粉煤加入到多级反应器1的第一级反应器中。
粉煤在多级反应器1中自上向下流动，与自下向上流动的高温煤气直接接触进行热交换。粉煤在向下流动过程中，被加热到550～600℃发生热解，生成粗煤气和高温半焦，多级反应器中的热解压力为常压～4.0MPa，热解时间20～30min。
粗煤气随向上流动的高温煤气一并进入煤气除尘器除4尘后，经煤气除尘器除尘后的粗煤气中的粉尘含量小于200mg/m3，最大粒径小于15um，除尘后的粗煤气进入废热锅炉5与脱盐水换热降温后进入喷淋洗涤塔6，在废热锅炉5中被降温粗煤气产生的煤焦油与水的混合物进入煤焦油分离器7。煤气除尘器4除尘回收的煤粉尘返回反应系统。
进入喷淋洗涤塔6的粗煤气在来自系统的冷焦油的喷淋洗涤作用下降温冷凝，粗煤气中的煤焦油、水和尘转变为液体落入喷淋洗涤塔底部。从喷淋洗涤塔上部排出后粗煤气进入煤气气液分离器8进一步进行气液分离转变为净煤气，净煤气经煤气风机10升压后作为循环煤气使用，多余的净煤气送入煤气系统。
煤气气液分离器8分离出的煤焦油和水的混合物与来自喷淋洗涤塔6底部含尘的煤焦油和水的混合物一并进入煤焦油分离器7。在煤焦油分离器7中煤焦油与水、尘分离，洁净的煤焦油排出系统，含尘废水排出系统。
从多级反应器1中第三级反应器排出的高温半焦进入一段半焦冷却器2与循环煤气换热后进入二段半焦冷却器12与脱盐水换热降至常温后的冷半焦排出系统。
来自煤气风机10的循环煤气在一段半焦冷却器2中与高温半焦换热后进入煤气加热炉3被加热到750～800℃转变为高温煤气，高温煤气从多级反应器1的第三级反应器的上部进入，并在多级反应器1中自下向上流动，在流动过程中将所携带的热量传递给自上而下的原料粉煤。原料粉煤被加热到550～600℃发生热解，生成粗煤气和高温半焦。
其中，脱盐水在废热锅炉5中与粗煤气换热转变为低压蒸汽。脱盐水在二段半焦冷却器12中与高温半焦换热转变为低压蒸汽。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包在本发明范围内。