本发明属于化工领域，具体而言，涉及粉煤高低温热解一体化反应器及其应用。
背景技术：
煤炭是世界上探明储量最为丰富的常规资源之一，作为世界上最大的煤炭生产和消费国，我国的能源结构特点是富煤、贫油、少气。在我国煤炭资源结构中，挥发份较高的低阶煤又占有较大的比例，其中褐煤探明保有储量约为1300亿吨，占全国探明保有资源量的12.69％左右，长焰煤、不黏煤和弱黏煤等低阶变质烟煤，约占煤炭储量的42.46％。低阶煤是煤化作用初期的产物，因具有水分高、低灰、低硫、低发热量、挥发分高、密度小、粘结性差和活性强等特点，使得其综合利用受到很大程度地限制。现有低阶煤的主要利用方式有：直接燃烧发电、热解提质、直接液化、气化以及制取化学品等。其中，直接燃烧发电是其最为常见的利用方式之一，据不完全统计，我国约有90％的低阶煤直接用于电站锅炉和各种工业锅炉。作为动力燃料直接燃烧效率低，不但温室气体排放量高，污染严重，而且浪费了煤炭中蕴含的丰富油气资源。同时随着现代化采煤综合技术的广泛使用，使得块煤产率下降，粉煤产率升高(达60％以上)。因粉煤易扬尘，堆积时易燃易爆，综合利用难度大，致使其销路不佳而大量积压。
煤的热解是低阶煤洁净高效利用的重要途径之一，是煤在隔绝空气或惰性气氛条件下持续加热至较高温度时，发生的一系列物理变化和化学反应，包括煤中有机质的裂解，裂解产物中轻质组分的挥发，裂解残留物的缩聚，挥发分产物在逸出过程中的分解、化合，缩聚产物的进一步分解，再缩聚等过程。在煤气化、液化、焦化和燃烧过程中都要经过或发生热解过程，是煤转化的关键步骤。低阶煤的热解就是能在常压、中低温、无催化剂条件下从高挥发分低阶煤中提取液体产物、精细化学品、高热值煤气，将具有重要的经济价值和社会效益。
因此，研究如何通过中低温快速热解实现低阶粉煤热解提油产气，最大限度地提取低阶煤中蕴含的丰富油气资源，解决目前粉煤难以利用的难题，缓解我国油气资源短缺，实现煤炭资源的高效清洁转化，具有非常重要的社会效益、经济效益和环境效益。
技术实现要素：
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出粉煤高低温热解一体化反应器及其应用，该反应器结构简单、操作方便，利用该反应器不仅可以提高处理粉煤的效率，实现粉煤的清洁利用，还能显著提高能源利用率，降低能耗。
根据本发明的一个方面，本发明提出了一种粉煤高低温热解一体化反应器，包括：
高温热解炉体，所述高温热解炉体内限定有高温热解腔室，所述高温热解腔室内设置有多个辐射管，所述高温热解炉体的上部具有第一粉煤入口、所述高温热解炉体的底端具有第一半焦出口，所述高温热解炉体的侧壁具有连通所述辐射管的燃料入口和烟气出口；
低温热解炉体，所述低温热解炉体内限定有低温热解腔室，所述低温热解炉体的上部具有第二粉煤入口、所述低温热解炉体的侧壁具有低温热解油气出口，所述低温热解炉体的底端具有第二半焦出口；
其中，所述低温热解炉体与所述高温热解炉体共用一个侧壁，且所述侧壁上具有连通所述高温热解腔室和所述低温热解腔室的高温热解油气通道。
根据本发明上述实施例的粉煤高低温热解一体化反应器，分别设置了高温热解炉体和低温热解炉体，高温热解炉体和低温热解炉体同时进行粉煤的热解，并各自产生半焦和热解油气，有效提高了粉煤热解处理的效率。进一步地，本发明通过共用一个侧壁使高温热解炉体和低温热解炉体结合起来，使高温热解炉体产生的高温热解油气通过高温热解油气通道进入低温热解炉体，并作为气体热载体对低温热解炉体供热，不仅有效利用了高温热解油气携带的热能，提高了能源利用率，还省去了额外对低温热解炉体加热的步骤，节约资源。由此，本发明粉煤高低温热解一体化反应器结构简单、操作方便，利用该反应器能够显著提高处理粉煤的效率，实现粉煤的清洁利用，并显著提高能源利用率，节约资源。
另外，根据本发明实施例的粉煤高低温热解一体化反应器还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述高温热解炉体的宽度为2-5m，所述高温热解炉体的高度为3-30m；所述低温热解炉体的宽度为2-4m，所述低温热解炉体的高度为3-20m。由此，可以有效实现对粉煤的热解。
在本发明的一些实施例中，所述高温热解油气通道位于所述侧壁的上部，所述低温油气出口位于所述低温热解炉体的下部。由此，可以使高温热解炉体产生的高温热解油气进入低温热解炉体并作为低温热解炉体的热源，提高能源利用率。
在本发明的一些实施例中，所述多个辐射管在所述高温热解腔室内的纵向方向上呈多层布置，且相邻两层之间层间距为200-800mm，每层内相邻两个辐射管的间距为200-800mm。由此，可以使高温热解腔室内形成均匀的温度场，有效提高粉煤的热解效率。
在本发明的一些实施例中，高温热解炉体进一步包括：第一进料漏斗和第一进料螺旋，所述第一进料螺旋分别与所述第一进料漏斗和所述第一粉煤入口相连。由此，可以使粉煤被均匀地输送到高温热解炉体内。
在本发明的一些实施例中，低温热解炉体进一步包括：第二进料漏斗和第二进料螺旋，所述第二进料螺旋分别与所述第二进料漏斗和所述第二粉煤入口相连。由此，可以使粉煤被均匀地输送到低温热解炉体内。
根据本发明的另一个方面，本发明还提出了一种采用上述粉煤高低温热解一体化反应器处理粉煤的方法。包括：
将一部分粉煤输送至高温热解炉体内，并在高温热解腔室内进行热解，以便产生半焦和高温热解油气，所述高温热解油气通过高温热解油气通道进入低温热解腔室内；
将另一部粉煤输送至低温热解炉体内，并在低温热解腔室内被高温热解油气加热进行热解，以便产生半焦和低温热解油气。
通过采用本发明上述实施例处理粉煤的方法，不仅可以有效实现高温热解炉体和低温热解炉体同时进行粉煤的热解，提高处理粉煤的效率，还能进一步利用高温热解炉体内产生的高温热解油气作为低温热解腔室的热源，充分利用高温热解油气携带的热能对粉煤进行加热，显著提了高能源利用率，节约资源。
另外，根据本发明上述实施例的采用粉煤高低温热解一体化反应器处理粉煤的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述粉煤的平均粒径为不大于10mm。由此，可以进一步提高粉煤热解的效率。
在本发明的一些实施例中，所述高温热解炉体内的热解温度为700-1000摄氏度。由此，可以进一步提高高温热解炉体内粉煤热解的效率。
在本发明的一些实施例中，所述高温热解油气的温度为700-1000摄氏度。由此，可以有效实现低温热解炉体内粉煤的热解。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的粉煤高低温热解一体化反应器的结构示意图。
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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
根据本发明的一个方面，本发明提出了一种粉煤高低温热解一体化反应器，如图1所示，包括：高温热解炉体10和低温热解炉体20。
其中，高温热解炉体10内限定有高温热解腔室11，高温热解腔室11内设置有多个辐射管12，高温热解炉体10的上部具有第一粉煤入口13、高温热解炉体10的底端具有第一半焦出口14，高温热解炉体10的侧壁具有连通辐射管12的燃料入口15和烟气出口16；低温热解炉体20内限定有低温热解腔室21，低温热解炉体20的上部具有第二粉煤入口22、低温热解炉体20的侧壁具有低温热解油气出口23，低温热解炉体20的底端具有第二半焦出口24；其中，低温热解炉体20与高温热解炉体10共用一个侧壁30，且侧壁30上具有连通高温热解腔室11和低温热解腔室21的高温热解油气通道31。
根据本发明上述实施例的粉煤高低温热解一体化反应器，分别设置了高温热解炉体10和低温热解炉体20，高温热解炉体10和低温热解炉体20同时进行粉煤的热解，并各自产生半焦和热解油气，有效提高了粉煤热解处理的效率。进一步地，本发明通过共用一个侧壁30使高温热解炉体10和低温热解炉体20结合起来，使高温热解炉体10产生的高温热解油气通过高温热解油气通道31进入低温热解炉体20，并作为气体热载体对低温热解炉体20供热，不仅有效利用了高温热解油气携带的热能，提高了能源利用率，还省去了额外对低温热解炉体加热的步骤，节约资源。由此，本发明粉煤高低温热解一体化反应器不仅结构简单、操作方便，同时利用该反应器还可以提高处理粉煤的效率，实现粉煤的清洁利用，并显著提高能源利用率，节约资源。
下面参考图1对本发明上述实施例的粉煤高低温热解一体化反应器进行详细描述。
高温热解炉体10
根据本发明的实施例，高温热解炉体10内限定有高温热解腔室11，高温热解腔室11内设置有多个辐射管12，高温热解炉体10的上部具有第一粉煤入口13、高温热解炉体10的底端具有第一半焦出口14，高温热解炉体10的侧壁具有连通辐射管12的燃料入口15和烟气出口16。高温热解炉体10适于将粉煤在高温热解腔室内进行热解，产生半焦和高温热解油气，并使高温热解油气通过高温热解油气通道31进入低温热解腔室21内。由此，不仅可以对粉煤进行热解，还可以为低温热解炉体提供热源。
根据本发明的具体实施例，高温热解炉体10的宽度可以为2-5m，高温热解炉体10的高度可以为3-30m。
根据本发明的具体实施例，多个辐射管12在高温热解腔室11内的纵向方向上呈多层布置，且相邻两层之间层间距为200-800mm，每层内相邻两个辐射管的间距为200-800mm。由此，可以使高温热解腔室11内形成均匀的温度场，有效提高粉煤的热解效率。根据本发明的具体实施例，辐射管12的类型并不受特别限制，例如，根据本发明的具体示例，辐射管12可以采用dn100-350的圆形管。
根据本发明的具体实施例，高温热解炉体可以进一步包括：第一进料漏斗17和第一进料螺旋18，第一进料螺旋18分别与第一进料漏斗17和第一粉煤入口13相连。由此，可以使粉煤被均匀地输送到高温热解炉体10内。
根据本发明的实施例，粉煤的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，粉煤的平均粒径可以为不大于10mm，由此，可以进一步提高热解效率。
根据本发明的具体实施例，高温热解炉体内的热解温度可以为700-1000摄氏度。由此，可以进一步提高高温热解炉体内粉煤热解的效率。
根据本发明的实施例，高温热解油气作为气体热载体可以通过高温热解油气通道31进入低温热解炉体20内，并对低温热解炉体20内的粉煤进行加热，完成粉煤的热解。根据本发明的具体实施例，高温热解油气的温度可以为700-1000摄氏度。由此，可以有效实现低温热解炉体内粉煤的热解。
根据本发明的具体实施例，当粉煤被送入高温热解炉体10时，粉煤在高温热解炉体10中自上而下停留0.1秒-10分钟，并被加热到700～1000℃，实现粉煤的热解，并得到半焦和高温热解油气。
低温热解炉体20
根据本发明的实施例，低温热解炉体20内限定有低温热解腔室21，低温热解炉体20的上部具有第二粉煤入口22、低温热解炉体20的侧壁具有低温热解油气出口23，低温热解炉体20的底端具有第二半焦出口24。低温热解炉体20适于在低温热解腔室21内利用高温热解油气对粉煤进行加热，实现粉煤的热解，并产生半焦和低温热解油气。由此，可以充分利用高温热解油气携带的热能，提高能源的利用率，节约资源。
根据本发明的具体实施例，低温热解炉体20的宽度可以为2-4m，低温热解炉体20的高度可以为3-20m。
根据本发明的具体实施例，低温热解炉体20可以进一步包括：第二进料漏斗25和第二进料螺旋26，第二进料螺旋26分别与第二进料漏斗25和第二粉煤入口22相连。由此，可以使粉煤被均匀地输送到低温热解炉体20内。
根据本发明的实施例，粉煤的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，粉煤的平均粒径不大于10mm，由此，可以进一步提高热解效率。
根据本发明的实施例，低温热解炉体20与高温热解炉体10共用一个侧壁30，且侧壁30上具有连通高温热解腔室11和低温热解腔室21的高温热解油气通道31。由此，可以使高温热解炉体10内产生的高温热解油气顺利地进入低温热解炉体20内，并作为低温热解炉体20的热源，对低温热解炉体20内的粉煤进行加热，完成低温热解炉体20内粉煤的热解。
根据本发明的具体实施例，低温热解炉体20与高温热解炉体10共用侧壁30的厚度可以为50-200mm。
根据本发明的具体实施例，高温热解油气通道31位于侧壁30的上部，低温油气出口23位于低温热解炉体20的下部。由此，可以使高温热解炉体10产生的高温热解油气顺利进入低温热解炉体20，并充分利用高温热解油气携带的热能对低温热解炉体20内的粉煤进行加热，完成低温热解炉体20内粉煤的热解。
根据本发明的另一个方面，本发明还提出了一种采用上述粉煤高低温热解一体化反应器处理粉煤的方法。包括：将一部分粉煤输送至高温热解炉体10内，并在高温热解腔室11内进行热解，以便产生半焦和高温热解油气，高温热解油气通过高温热解油气通道31进入低温热解腔室21内；将另一部粉煤输送至低温热解炉体20内，并在低温热解腔室21内被高温热解油气加热进行热解，以便产生半焦和低温热解油气。
通过采用本发明上述实施例处理粉煤的方法，不仅可以有效实现高温热解炉体10和低温热解炉体20同时进行粉煤的热解，提高处理粉煤的效率，还能进一步利用高温热解炉体10内产生的高温热解油气作为低温热解腔室21的热源，充分利用高温热解油气携带的热能对粉煤进行加热，显著提了高能源利用率，节约资源。
下面对采用上述粉煤高低温热解一体化反应器处理粉煤的方法进行详细描述。
高温热解炉体10内粉煤热解
根据本发明的实施例，将一部分粉煤输送至高温热解炉体10内，并在高温热解腔室11内进行热解，以便产生半焦和高温热解油气，高温热解油气通过高温热解油气通道31进入低温热解腔室21内。由此，不仅可以对粉煤进行热解，还可以为低温热解炉体提供热源。
根据本发明的实施例，粉煤的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，粉煤的平均粒径可以为不大于10mm，由此，可以进一步提高热解效率。
根据本发明的具体实施例，高温热解炉体内的热解温度为700-1000摄氏度。由此，可以进一步提高高温热解炉体内粉煤热解的效率。
根据本发明的实施例，高温热解油气作为气体热载体可以通过高温热解油气通道31进入低温热解炉体20内，并对低温热解炉体20内的粉煤进行加热，完成粉煤的热解。根据本发明的具体实施例，高温热解油气的温度为700-1000摄氏度。由此，可以有效实现低温热解炉体内粉煤的热解。
根据本发明的具体实施例，当粉煤被送入高温热解炉体10时，粉煤在高温热解炉体10中自上而下停留0.1-10分钟，并被加热到700-1000℃，实现粉煤的热解，并得到半焦和高温热解油气。
根据本发明的具体实施例，高温热解炉体10的宽度可以为2-5m，高温热解炉体10的高度可以为3-30m。
根据本发明的具体实施例，多个辐射管12在高温热解腔室11内的纵向方向上呈多层布置，且相邻两层之间层间距为200-800mm，每层内相邻两个辐射管的间距为200-800mm。由此，可以使高温热解腔室11内形成均匀的温度场，有效提高粉煤的热解效率。根据本发明的具体实施例，辐射管12的类型并不受特别限制，例如，根据本发明的具体示例，辐射管12可以采用dn100-350的圆形管。
根据本发明的具体实施例，高温热解炉体可以进一步包括：第一进料漏斗17和第一进料螺旋18，第一进料螺旋18分别与第一进料漏斗17和第一粉煤入口13相连。由此，可以使粉煤被均匀地输送到高温热解炉体10内。
低温热解炉体20内粉煤热解
根据本发明的实施例，将另一部粉煤输送至低温热解炉体20内，并在低温热解腔室21内被高温热解油气加热进行热解，以便产生半焦和低温热解油气。由此，可以充分利用高温热解油气携带的热能，提高能源的利用率，节约资源。
根据本发明的实施例，粉煤的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，粉煤的平均粒径可以为不大于10mm，由此，可以进一步提高热解效率。
根据本发明的具体实施例，低温热解炉体20的宽度可以为2-4m，低温热解炉体20的高度可以为3-20m。
根据本发明的具体实施例，低温热解炉体20可以进一步包括：第二进料漏斗25和第二进料螺旋26，第二进料螺旋26分别与第二进料漏斗25和第二粉煤入口22相连。由此，可以使粉煤被均匀地输送到低温热解炉体20内。
根据本发明的实施例，低温热解炉体20与高温热解炉体10共用一个侧壁30，且侧壁30上具有连通高温热解腔室11和低温热解腔室21的高温热解油气通道31。由此，可以使高温热解炉体10内产生的高温热解油气顺利地进入低温热解炉体20内，并作为低温热解炉体20的热源，对低温热解炉体20内的粉煤进行加热，完成低温热解炉体20内粉煤的热解。
根据本发明的具体实施例，低温热解炉体20与高温热解炉体10共用侧壁30的厚度可以为50-200mm。
根据本发明的具体实施例，低温热解炉体20与高温热解炉体10共用的侧壁30中还可以设置有隔热板。通过在侧壁30中设置隔热板可以达到适当的隔热效果，进而有效阻挡高温热解炉体10的热量以较高温度传递，避免低温热解炉体20温度过高。
根据本发明的具体实施例，高温热解油气通道31位于侧壁30的上部，低温油气出口23位于低温热解炉体20的下部。由此，可以使高温热解炉体10产生的高温热解油气顺利进入低温热解炉体20，并充分利用高温热解油气携带的热能对低温热解炉体20内的粉煤进行加热，完成低温热解炉体20内粉煤的热解。
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发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。