专利摘要

本实用新型公开了一种热解焦油气粉焦分离耦合铁矿磁化焙烧反应器，属于煤炭深加工机械设备技术领域；本实用新型研究设计了一种热解焦油气粉焦分离耦合铁矿磁化焙烧反应器，该反应器为竖式、三段式错流床结构，反应器自上而下由上部的预热段、中部的反应段、下部的冷却段组成；反应器的顶部设置有顶进料口，顶进料口处安装有第一关风器。该反应器应用于低阶粉煤热解后产生的焦油气的净化处理，同时实现了赤铁矿还原；该设备能够极大地节约资源，对节能降耗具有重大意义。

权利要求

1.热解焦油气粉焦分离耦合铁矿磁化焙烧反应器，其特征是，该反应器为竖式、三段式错流床结构，反应器自上而下由上部的预热段、中部的反应段、下部的冷却段组成；反应器的顶部设置有顶进料口，顶进料口处安装有第一关风器；预热段与反应段之间安装有第二关风器；反应段与冷却段之间安装有第三关风器；反应器的底部设置有底出料口，底出料口处安装有第四关风器；所述的反应段中部侧面设置有热解气进气口和热解气出气口，热解气进气口和热解气出气口相对；反应器的预热段设置有对预热段进行加热的加热装置；反应器的冷却段设置有对冷却段进行冷却降温的降温装置。

2.根据权利要求1所述的热解焦油气粉焦分离耦合铁矿磁化焙烧反应器，其特征在于：所述加热装置采用电加热装置，电加热装置包括加热线圈，加热线圈环绕在预热段外。

3.根据权利要求1或2所述的热解焦油气粉焦分离耦合铁矿磁化焙烧反应器，其特征在于：所述降温装置采用冷却水循环装置，包括环绕在冷却段外侧的冷却水管、制冷机、循环水泵、水塔。

4.根据权利要求3所述的热解焦油气粉焦分离耦合铁矿磁化焙烧反应器，其特征在于：反应器反应段上的热解气进气口和热解气出气口处均安装有向反应器外延伸的喇叭状的导气壳，导气壳位于反应器一侧开口比远离反应器一侧的开口大。

5.根据权利要求1所述的热解焦油气粉焦分离耦合铁矿磁化焙烧反应器，其特征在于：所述的反应器的预热段中部侧面设置有第一进气口和第一出气口，第一进气口和第一出气口相对；反应器的冷却段中部侧面设置有第二进气口和第二出气口，第二进气口和第二出气口相对；还包括将加热装置和降温装置联合在一起的联合装置；所述的联合装置包括风机、煤炭燃烧设备、除尘设备；风机通过管路连接冷却段上的第二进气口，冷却段上的第二出气口通过管路连接煤炭燃烧设备的进气口，煤炭燃烧设备的出气口通过管路连接预热段上的第一进气口，预热段上的第一出气口通过管路连接除尘设备。

6.根据权利要求5所述的热解焦油气粉焦分离耦合铁矿磁化焙烧反应器，其特征在于：反应器反应段上的热解气进气口和热解气出气口，反应器预热段上的第一进气口和第一出气口，反应器冷却段上的第二进气口和第二出气口，上述六个口处均安装有向反应器外延伸的喇叭状的导气壳，导气壳位于反应器一侧开口比远离反应器一侧的开口大。

7.根据权利要求6所述的热解焦油气粉焦分离耦合铁矿磁化焙烧反应器，其特征在于：反应器侧面的进气口和出气口处还安装有百叶窗，百叶窗相对于反应器侧壁向外、向上。

8.根据权利要求7所述的热解焦油气粉焦分离耦合铁矿磁化焙烧反应器，其特征在于：所述的预热段设置监测预热段内部温度的第一热电偶；冷却段设置监测预热段内部温度的第二热电偶。

说明书

技术领域

本实用新型属于煤炭深加工机械设备技术领域，特别涉及热解焦油气粉焦分离耦合铁矿磁化焙烧反应器。

背景技术

我国是煤炭资源储量大国，其中廉价的低阶煤，包括褐煤和次烟煤等资源量约占煤炭总资源量的55%。低阶煤挥发分含量高，由于孔隙较大、水分较多，大多不利于直接燃烧，我国在低阶煤的利用上存在资源浪费现象，随着环保要求的提高，煤炭尤其是低阶煤必须走清洁化之路，由于低阶煤挥发含量高并且反应活性较强的特性，可以利用低阶煤热解技术对低阶煤进行深加工与利用，通过热解可制得高附加值的焦油气，焦油气中富含CH4、H2、CO等气体，半焦产品固定碳含量高，这些都是很好的冶金还原剂；热解气主要组分提取后也可加工乙二醇、LNG、烷烃、烯烃等；焦油可加氢合成柴油和石脑油馏分等，还可加工为高密度航空煤油、高档润滑油基础油等。

我国煤热解技术发展较快，尤其是陕蒙晋宁交界及新疆部分地区兰炭（热解半焦）已经成为当地的重点产业，但这些兰炭企业大都采用三江SJ-Ⅲ内热直立干馏炉，或是鞍山热能院的ZNZL炉和陕西冶金设计院的SH炉，这些炉型要求煤料粒径为20-120mm的块煤，这客观上限制了产业的发展。尤其是随着煤炭开采机械化的普及，煤矿综采粉煤占总产量70%以上，而粉煤大量低价外销发电，既造成资源转化率低，又带来巨大交通压力，限制了产业的进一步扩大。同时，粉煤价格低廉，目前为块煤50%左右，几乎是其中提取煤焦油的价格。所以，粉煤热解技术逐渐成为业内研究的热点和攻关的方向。比如，陕煤集团自主研发的低阶粉煤气固热载体双循环快速热解工艺(SM-SP)、陕煤—国富煤气热载体分段多层低阶煤热解工艺、北京煤化院外热式多段回转炉工艺、大唐华银—中国五环LCC工艺、神雾集团蓄热式无热载体热解工艺、清华—天素固体热载体褐煤热解技术、中科院工程热物理所固体热载体流化床低温热解工艺、西安华龙公司真空微波煤干馏等，绝大多数已进入工业化试验阶段，有的正在开展工业化示范。

然而，粉煤热解迄今尚没有大规模产业化推广应用。存在的主要问题是热解油中沥青质含量高，导致管路堵塞和热解油、气、煤尘在线分离困难。因此，优化焦油结构，提高轻焦油占比及开发高温干馏油气尘分离设备成为低阶煤粉煤热解技术大规模商业化的关键。

粉煤中低温热解过程中产生的含尘干馏气体温度高、易相变，热解粉焦和热解油气高温在线分离效果不理想，最终导致煤焦油中固含量偏高，油品质量较差，无法满足煤焦油进一步深加工的质量指标。目前适用于高温气固分离的技术有旋风除尘器、颗粒层过滤器和金属丝网过滤器等，其中颗粒层过滤器由于滤料颗粒耐热性能好，不易堵塞，非常适合高温、腐蚀性气体的除尘过滤，是一种理想的高温煤气除尘装置。黄杨柳在《低阶煤热解与低品位铁矿直接还原一体化研究》中就采用了这种技术除尘，滤料采用的煤炭颗粒。

在研发粉煤热解含尘干馏气除尘技术之余，煤热解的综合利用仍需下功夫，比如焦油的轻质化，热解气的后续利用也应创新突破。

煤的催化热解是优化焦油结构，提高轻焦油产率，防止管道阻塞的一种有效的方法。贺璐在《煤热解与铁矿石还原耦合工艺的基础研究》中采用褐铁矿作为低阶煤的热解催化剂，促进了煤热解产物中轻质芳烃的生成，同时又对褐铁矿进行了还原。提高热解气中焦油蒸汽分压，将有利于铁矿石的还原，同时褐铁矿及其还原产物，尤其是后者又促进了重质焦油的裂解以及含氧化合物的转化，促进了轻焦油的产生。舒新前等的专利《难选铁矿对低阶煤催化热解实现焦油提质和铁还原的技术》中采用赤铁矿催化低阶煤热解，在增加焦油轻质化的同时，对赤铁矿又进行了磁化（还原）焙烧，进而可用弱磁选法方便回收。

磁化焙烧是指矿石在还原气氛（如H2、CO等）下加热进行化学反应,选择性地使其中的赤铁矿(Fe2O3)、菱铁矿(FeCO3)、褐铁矿(Fe2O3·nH2O)等弱磁性铁矿物转变为强磁性的磁铁矿(Fe3O4)或磁赤铁矿(γ-Fe2O3),而脉石矿物磁性几乎不变。磁化焙烧预处理-磁选技术是处理难选铁矿资源最典型、最有效的方法。目前，根据反应器类型的不同,磁化焙烧可分为竖炉焙烧、回转窑焙烧、流态化焙烧及微波焙烧。

现有技术中，赤（褐）铁矿磁化焙烧和焦油气除尘都在单独工艺中进行，如果能够将赤（褐）铁矿还原与低阶煤热解后产生的焦油气的净化处理结合到一起，不仅可以有效为焦油气除尘、收集利用，同时还可以对低品质的赤（褐）铁矿进行有效还原；在上述背景的基础上，本实用新型是在内蒙古自治区科技计划资助项目《鄂尔多斯地区煤化工气化用煤煤种适应性研究》进行过程中得出的创新成果，研究设计了一种热解焦油气-粉焦分离耦合铁矿磁化焙烧反应器，此设备使粉煤中低温热解的油气尘分离、弱磁性铁氧化矿物的磁化焙烧和重质焦油催化裂解为轻焦油同时在一个设备上完成，极大地节约了资源，对节能降耗具有重大意义。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种热解焦油气粉焦分离耦合铁矿磁化焙烧反应器，该反应器应用于低阶粉煤热解后产生的焦油气的净化处理，同时实现了赤（褐）铁矿还原；该技术能够极大地节约资源，对节能降耗具有重大意义。

本实用新型采用的技术方案如下：一种热解焦油气粉焦分离耦合铁矿磁化焙烧反应器,该反应器为竖式、三段式错流床结构，反应器自上而下由上部的预热段、中部的反应段、下部的冷却段组成；反应器的顶部设置有顶进料口，顶进料口处安装有第一关风器；预热段与反应段之间安装有第二关风器；反应段与冷却段之间安装有第三关风器；反应器的底部设置有底出料口，底出料口处安装有第四关风器；所述的反应段中部侧面设置有热解气进气口和热解气出气口，热解气进气口和热解气出气口相对；反应器的预热段设置有对预热段进行加热的加热装置；反应器的冷却段设置有对冷却段进行冷却降温的降温装置。

上述加热装置的一种优选方案为，采用电加热装置，电加热装置包括加热线圈，加热线圈环绕在预热段外。

上述降温装置的的一种优选方案为，采用冷却水循环装置，包括环绕在冷却段外侧的冷却水管、制冷机、循环水泵、水塔。

上述反应器进一步优化改进，反应段上的热解气进气口和热解气出气口处均安装有向反应器外延伸的喇叭状的导气壳，导气壳位于反应器一侧开口比远离反应器一侧的开口大。

反应器的另一种改进：所述的反应器的预热段中部侧面设置有第一进气口和第一出气口，第一进气口和第一出气口相对；反应器的冷却段中部侧面设置有第二进气口和第二出气口，第二进气口和第二出气口相对；还包括将加热装置和降温装置联合在一起的联合装置；所述的联合装置包括风机、煤炭燃烧设备、除尘设备；风机通过管路连接冷却段上的第二进气口，冷却段上的第二出气口通过管路连接煤炭燃烧设备的进气口，煤炭燃烧设备的出气口通过管路连接预热段上的第一进气口，预热段上的第一出气口通过管路连接除尘设备。

上述另一种改进的进一步优化：反应器反应段上的热解气进气口和热解气出气口，反应器预热段上的第一进气口和第一出气口，反应器冷却段上的第二进气口和第二出气口，上述六个口处均安装有向反应器外延伸的喇叭状的导气壳，导气壳位于反应器一侧开口比远离反应器一侧的开口大。

进一步，上述反应器侧面的进气口和出气口处还安装有百叶窗，百叶窗相对于反应器侧壁向外、向上。

进一步，上述的预热段设置监测预热段内部温度的第一热电偶；冷却段设置监测预热段内部温度的第二热电偶。

上述热解焦油气粉焦分离耦合铁矿磁化焙烧反应器的具体应用方法为，将反应器与低阶粉煤热解炉联合使用，低阶粉煤热解炉对低阶煤进行热加工处理得到焦油气和半焦产品，大部分半焦产品从低阶粉煤热解炉下端的出料口排出，焦油气、小颗粒粉焦通过管道输送至旋风除尘器；在旋风除尘器内，在重力和离心力作用下，较大颗粒粉焦经旋风除尘器底端的出料口排出，得到的焦油气和细粒粉焦从上方出口、经管道输送至反应器的反应段，从反应段的热解气进气口进入、从热解气出气口排出；

与此同时，赤（褐）铁矿原矿经破碎筛分处理成粒度为1mm-3mm的合格粒级赤（褐）铁矿颗粒，合格粒级赤（褐）铁矿颗粒通过上料装置输送至反应器顶进料口处，通过第一关风器控制合格粒级赤（褐）铁矿颗粒的进料量；合格粒级赤（褐）铁矿颗粒在预热段加热至500℃-600℃；之后，打开预热段与反应段之间的第二关风器，500℃-600℃的合格粒级赤（褐）铁矿颗粒进入反应段与300℃-500℃的焦油气和细粒粉焦相遇并反应；具体反应如下：

通过上述反应就使弱磁性的赤铁矿转变成为强磁性的磁铁矿；褐铁矿在加热到一定温度后开始脱水，变成赤铁矿石，按上述反应被还原成磁铁矿；同时，细粒粉焦被铁矿料层过滤,赤铁矿颗粒又促进了重质焦油的裂解以及含氧化合物的转化，促进了轻焦油的产生；洁净的焦油气通过管道排出到煤焦油冷凝系统，进一步分离出煤气和焦油；

接下来，再打开反应段与冷却段之间的第三关风器；反应后的固体产物进入冷却段冷却降温到400摄氏度以下；再打开反应器底部的第四关风器，产物与空气接触，氧化成强磁性的磁赤铁矿；其化学反应如下：

强磁性的磁赤铁矿经球磨分级、弱磁选分离为磁选精矿和磁选尾矿。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型研究设计了一种热解焦油气-粉焦分离耦合铁矿磁化焙烧反应器，该反应器与低阶粉煤热解炉联合使用，使粉煤中低温热解的油气尘分离、弱磁性铁氧化矿物的磁化焙烧和重质焦油催化裂解为轻焦油同时在一个设备上完成，本设备极大地节约了资源，对节能降耗具有重大意义。

附图说明

图1为本实用新型反应器的基础原理结构示意图。

图2为本实用新型反应器采用电加热和冷却水循环的反应器的结构示意图。

图3为本实用新型反应器采用加热和降温联合装置的结构示意图。

图4为导气壳、百叶窗的细节结构示意图。

图5为采用电加热和冷却水循环的反应器的工艺流程简图。

图6为采用加热和降温联合装置的反应器的工艺流程简图。

图中：反应器1，预热段,2，反应段3，冷却段4，顶进料口5，第一关风器6，第二关风器7，第三关风器8，底出料口9，第四关风器10，热解气进气口11，热解气出气口12，加热线圈13，冷却水管14，制冷机15，循环水泵16，水塔17，第一进气口18，第一出气口19，第二进气口20，第二出气口21，风机22，煤炭燃烧设备23，除尘设备24，导气壳25，百叶窗26，第一热电偶27，第二热电偶28。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细介绍，以下所述，仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制；此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等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。

在本实用新型的描述中，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，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，一种热解焦油气粉焦分离耦合铁矿磁化焙烧反应器，该反应器为竖式、三段式错流床结构，反应器1自上而下由上部的预热段2、中部的反应段3、下部的冷却段4组成；反应器1的顶部设置有顶进料口5，顶进料口5处安装有第一关风器6；预热段2与反应段3之间安装有第二关风器7；反应段3与冷却段4之间安装有第三关风器8；反应器1的底部设置有底出料口9，底出料口9处安装有第四关风器10；所述的反应段3中部侧面设置有热解气进气口11和热解气出气口12，热解气进气口11和热解气出气口12相对。

反应器1的预热段2设置有对预热段2进行加热的加热装置；反应器1的冷却段4设置有对冷却段4进行冷却降温的降温装置。

上述的加热装置的其中一种优选方案为，采用电加热装置进行间接加热，电加热装置包括加热线圈13，加热线圈13环绕在预热段2外，如图2所示。

上述的降温装置的其中一种优选方案为，采用冷却水循环装置进行间接降温，包括环绕在冷却段4外侧的冷却水管14、制冷机15、循环水泵16、水塔17等，冷却水循环系统为现有的成熟技术，不在此赘述，如图2所示。

上述的加热装置和降温装置是相对独立的间接加热和降温装置，本实用新型还设计了另一种将加热和降温联合在一起的直接加热和降温的联合装置，具体方案如下。

如图3所示，在改进加热和降温装置之前，还需要对反应器1进一步优化；反应器1的预热段2中部侧面设置有第一进气口18和第一出气口19，第一进气口18和第一出气口19相对；反应器1的冷却段4中部侧面设置有第二进气口20和第二出气口21，第二进气口20和第二出气口21相对。

上述联合装置包括风机22、煤炭燃烧设备23、除尘设备24；风机22通过管路连接冷却段4上的第二进气口20，冷却段4上的第二出气口21通过管路连接煤炭燃烧设备23的进气口，煤炭燃烧设备23的出气口通过管路连接预热段2上的第一进气口18，预热段2上的第一出气口19通过管路连接除尘设备24。

联合装置的工作原理为：通过风机22将外界的空气吹入冷却段4进行直接降温，降温过程中空气被加热，热空气从冷却段4上的第二出气口21经管路进入煤炭燃烧设备23，煤炭燃烧设备23内燃烧煤炭产生热烟气，热烟气经管路进入预热段2进行直接加热，热烟气从预热段2上的第一出气口19经管路进入除尘设备24除尘后外排；联合装置采用了直接接触加热、降温的形式，效果比间接式速度更快；且将降温产生的热空气用于加热阶段，进一步体现了节能的设计理念。

上述热解焦油气粉焦分离耦合铁矿磁化焙烧反应器的应用方法，将反应器1与低阶粉煤热解炉联合使用，低阶粉煤热解炉对低阶煤进行热加工处理得到焦油气和半焦产品，大部分半焦产品从低阶粉煤热解炉下端的出料口排出，焦油气、小颗粒粉焦通过管道输送至旋风除尘器；在旋风除尘器内，在重力和离心力作用下，较大颗粒粉焦经旋风除尘器底端的出料口排出，得到的焦油气和细粒粉焦从上方出口、经管道输送至反应器1的反应段3，从反应段3的热解气进气口11进入、从热解气出气口12排出。

与此同时，赤（褐）铁矿原矿经破碎筛分处理成粒度为1mm-3mm的合格粒级赤（褐）铁矿颗粒，合格粒级赤（褐）铁矿颗粒通过上料装置输送至反应器1顶进料口5处，通过第一关风器6控制合格粒级赤（褐）铁矿颗粒的进料量；合格粒级赤（褐）铁矿颗粒在预热段2加热至500℃-600℃，为了准确掌握物料温度，在预热段2设置监测预热段内部温度的第一热电偶27；之后，打开预热段2与反应段3之间的第二关风器7，500℃-600℃的合格粒级赤（褐）铁矿颗粒进入反应段3与300℃-500℃的焦油气和细粒粉焦相遇并反应；具体反应如下：

通过上述反应就可以使弱磁性的赤铁矿转变成为强磁性的磁铁矿；褐铁矿在加热到一定温度后开始脱水，变成赤铁矿石，按上述反应被还原成磁铁矿；同时，细粒粉焦被铁矿料层过滤,赤铁矿颗粒又促进了重质焦油的裂解以及含氧化合物的转化，促进了轻焦油的产生；洁净的焦油气通过管道排出到煤焦油冷凝系统，进一步分离出煤气和焦油。

接下来，再打开反应段3与冷却段4之间的第三关风器8；反应后的固体产物进入冷却段4冷却降温到400摄氏度以下，为了准确掌握物料温度，在冷却段设置监测预热段内部温度的第二热电偶28；再打开反应器1底部的第四关风器10，产物与空气接触，可氧化成强磁性的磁赤铁矿；其化学反应如下：

强磁性的磁赤铁矿经球磨分级、弱磁选分离为磁选精矿和磁选尾矿。

进一步，为了保证焦油气、粉焦从低阶粉煤热解炉出来、进入反应器1的反应段3前能够保证较高的反应温度，且防止焦油冷凝，输送管道上设置保温层，保温层的外面一般常用石棉纤维和水泥混合物制成石棉水泥壳保护层（图中未展示）。

进一步，反应器1反应段3上的热解气进气口11和热解气出气口12，反应器1预热段2上的第一进气口18和第一出气口19，反应器1冷却段4上的第二进气口20和第二出气口21，上述六个口处均安装有向反应器外延伸的喇叭状的导气壳25，导气壳25位于反应器一侧开口比远离反应器一侧的开口大，进气一端有利于气体扩散开来进行充分接触，出气端有利于气体集中汇聚到一起进行输送；此外，考虑到赤（褐）铁矿在反应过程中会在反应器中不断下移，为了避免下移过程中赤（褐）铁矿从上述六个口逃逸，在上述六个口处还安装有百叶窗26，百叶窗26相对于反应器侧壁向外、向上；这样也能保证排出焦油气的洁净度，如图4所示。

附图5为采用电加热和冷却水循环的反应器的工艺流程简图，附图6为采用加热和降温联合的反应器的工艺流程简图。

上述系统是一整套从低阶煤热解到赤铁矿石的还原以及焦油气的收集利用的现代工艺系统；该系统实现了粉煤中热解的油气尘在线分离，弱磁性铁氧化矿物的磁化焙烧和重质焦油催化裂解为轻焦油三个功能协同工作。

尽管参照前述实例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

热解焦油气粉焦分离耦合铁矿磁化焙烧反应器专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。