CN105419879A - 一种煤物质催化分解及高温分离的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤物质催化分解及高温分离的装置及方法，通过将干燥、研磨的原料粉煤与粉料催化剂混合后，利用气体加压输送至分段转化炉内；分段转化炉分两段进料，其上段进料为煤和催化剂粉料，下段为焦粉、氧气和蒸汽；以上物料分别在分段转化炉进行转化反应，最后生成半焦、煤气和油品；三相高温产物从分段转化炉上部出料，先后通过旋风分离、精密过滤、溶剂油激冷，分步除去其中的焦粉和焦油；经过分离的焦粉返回分段转化炉作为气化反应原料；吸收煤气中油品的溶剂油通过油分离塔分离后循环利用。本发明通过采取催化分解反应及高温分离粗煤气中的固、液两相产品，技术先进，产品收率高，符合现代煤化工产业理念，应用前景十分广阔。

Description

一种煤物质催化分解及高温分离的装置及方法

技术领域

本发明涉及煤物质热分解及气固液三相介质的高温分离领域，具体是一种煤物质催化分解及高温分离的装置及方法。

背景技术

煤炭是我国的主要能源，长期以来占一次能源消费总量的70％左右，并且在未来相当长的时期内，仍将在我国的能源结构中占主导地位。据预测，我国煤炭资源储量在5万亿吨以上，探明储量达到1145亿吨。其中低阶煤储量占全国已探明煤炭储量的55％以上，达5662亿吨，其中褐煤占12.7％，低变质烟煤占42.5％。低阶煤主要分布在我国西北、华北和东北地区，包括内蒙古鄂尔多斯、陕西榆林和新疆等主要地区。

近年来，我国煤炭工业取得了长足的发展，煤炭产量快速增长，但是煤炭利用方式的单一粗放等问题并没有得到根本的改变，煤炭利用效率仍然偏低。特别是大量富含挥发分的低阶煤未经分质利用便直接燃烧或气化，造成其中大量高附加值的油气资源白白浪费，同时还产生了一系列生态和环境污染问题。据统计数据显示，2012年，我国煤炭使用对环境PM2.5年均浓度的贡献估算值为56％。其中约60％的PM2.5是由煤炭直接燃烧产生的，约40％的PM2.5是伴随煤炭使用的重点行业排放的。因煤炭消费产生的一次PM2.5、SO2和NOX排放量分别占中国污染物排放总量的62％、93％和70％。随着煤炭消费量增长，我国CO2等温室气体的排放量也显著增加。

国家能源科技“十二五”规划将低阶煤提质改性技术列入重大技术研究领域，要求积极开发具有自主知识产权的、适应性广的低阶煤提质改性技术与工艺。2015年5月，国家能源局印发《煤炭清洁高效利用行动计划(2015-2020年)》的通知，明确要求在我国“稳步推进煤炭优质化加工、分质分级梯级利用、煤矿废弃物资源化利用等的示范，建设一批煤炭清洁高效利用示范工程项目。”并提出了煤炭清洁高效利用的行动计划时间表：2017年，低阶煤分级提质关键技术取得突破；2020年，建成一批百万吨级分级提质示范项目。

因此，积极开展煤炭的分质分级转化清洁高效利用，是在煤炭仍将长期是我国主体能源的现实背景下，在因煤炭利用粗放造成严重环境污染和低阶煤中油气资源浪费的严峻形势下，保障能源供应安全和推动能源结构调整的迫切需要和现实选择。

目前，国内外已形成了很多种煤物质低温热分解生产工艺方法，大致可分成以下几种类型：

(1)固定床煤热分解工艺：包括内热式直立炉、外热式直立炉、内-外式直立炉等技术；其优点是技术成熟，流程简单，气相粉尘少，焦油品质好，缺点是原料煤需要一定粒度，焦油产率低，单套装置规模较小，对环境污染较大。

(2)回转炉煤热分解工艺：包括美国Toscol、美国Encoal、加拿大ATP、煤科院MRF等，其优点是对煤的粒度要求较小，可直接使用碎煤，缺点是存在大型转动部件，设备庞大，破损较严重，***复杂，常压操作，后处理***难度大；

(3)移动床煤热分解工艺：包括美国LFC、德国Lurgi-Ruhr、前苏联ETCH-175、大连理工大学DG、中科院山西煤化所等技术；其优点是热解反应器结构简单，运行稳定，缺点是热载体和煤混合不均匀，焦油中重质组分高，粉尘难以除尽，半焦产品活性差；

(4)流化床煤热分解工艺：包括美国COED、澳大利亚CSIRO、浙江大学、中科院工程热物理所、中科院过程工程所等技术；其优点是多段流化床，焦油产率高、品质好，缺点是需要大量热解气返回作为流化介质，焦油中含粉焦多，单段流化床焦油中重质组分高。

以上几种类型的煤物质热分解工艺多为常压，或低压操作，设备占地大，环保效益差。而且对原料煤的依赖性较大，一般要求原料煤中具有较高的挥发分，否则难以体现热分解工艺的经济效益。在实际运行过程中产生大量的半焦，如何有效利用，一直没有得到有效的解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤物质催化分解及高温分离的装置及方法，以解决现有煤物质热分解及分离技术存在的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种煤物质催化分解及高温分离的装置，其特征在于：包括煤粉制备***、分段转化炉、旋风分离器、精密除尘器、废热锅炉、粗煤气激冷塔、油分离塔、焦粉罐、循环气压缩机、破渣机、灰渣罐、汽包、加热炉、三组换热器、缓冲罐、三组机泵、气液分离器，其中：

所述分段转化炉具有上、下两段反应腔体，分段转化炉中上、下两段反应腔体之间通过喉管串联为一体，上段反应腔体对应的分段转化炉炉壁上设置多个原煤进口，下段反应腔体对应的分段转化炉炉壁上设置多个半焦烧嘴，分段转化炉顶部设置有煤气出口，分段转化炉底部设置有排渣口；

所述粗煤气激冷塔、油分离塔均为喷射型单向浮阀塔结构，粗煤气激冷塔、油分离塔顶部分别设有气相出口，粗煤气激冷塔、油分离塔底部分别设有液相出口，粗煤气激冷塔、油分离塔内分别沿竖向设置有多层塔板；

所述煤粉制备***的输出口分别与分段转化炉的多个原煤进口连通，分段转化炉的煤气出口与旋风分离器的进气口连通，分段转化炉底部排渣口与破渣机进料口连通，破渣机出料口与灰渣罐内顶部连通；

所述旋风分离器的排渣口与焦粉罐顶部连通，旋风分离器的出气口与精密除尘器的进气口连通，精密除尘器的排渣口亦与焦粉罐顶部连通，精密除尘器的出气口与废热锅炉的进气口连通；所述汽包进气口连通至废热锅炉顶部，汽包出气口连通有蒸汽输出管，废热锅炉的出气口与粗煤气激冷塔中最下层塔板下方内连通；

所述粗煤气激冷塔顶部气相出口与循环气压缩机进气口连通，循环气压缩机出气口与焦粉罐底部一侧连通，焦粉罐底部另一侧分别与分段转化炉的多个半焦烧嘴连通，粗煤气激冷塔顶部气相出口还与第一组换热器的进气口连通，第一组换热器出气口与气液分离器进气口连通，气液分离器的气相出口连接有粗煤气输出管，气液分离器的液相输出连接有冷凝液排出管，粗煤气激冷塔底部液相出口通过第一组机泵与加热炉进气口连通，加热炉出气口与油分离塔内塔板所在位置连通；

所述油分离塔顶部气相出口与第二组换热器的进气口连通，第二组换热器的出气口与缓冲罐上部连通，缓冲罐下部通过第二组机泵分别连通至粗煤气激冷塔、油分离塔内顶部，油分离塔底部液相出口通过第三组机泵与第三组换热器的进气口连通，第三组换热器的出气口连接有焦油输出管。

所述的一种煤物质催化分解及高温分离的装置，其特征在于：所述煤粉制备***包括破碎装置、干燥装置、研磨装置、催化剂制备装置、粉煤气相加压输出装置、粉煤仓，煤物质依次经过破碎装置破碎、干燥装置干燥、研磨装置研磨后形成粉煤，粉煤进入粉煤仓中与催化剂制备装置制备的粉状催化剂混合形成混合物，从粉煤仓输出的混合物通过原煤进口送入分段转化炉上段反应腔体中。

所述的一种煤物质催化分解及高温分离的装置，其特征在于：所述分段转化炉中，上段反应腔体的炉壁采用耐火衬里，下段反应腔体的炉壁采用水冷壁，以上段反应腔体作为粉煤热分解段，以下段反应腔体作为半焦气化反应段，分段转化炉底部还连接有封底，封底由耐火衬里构成。

所述的一种煤物质催化分解及高温分离的装置，其特征在于：所述半焦烧嘴中还设置有环绕中心腔的外环隙。

所述的一种煤物质催化分解及高温分离的装置，其特征在于：所述旋风分离器由耐磨耐高温的合金材料和绝热的浇注料制成，旋风分离器内成型有迷宫式的气相流通路径。

所述的一种煤物质催化分解及高温分离的装置，其特征在于：所述精密除尘器内壁由浇注料制成，精密除尘器外壁由碳钢材料制成，精密除尘器内设有金属材料制成的滤芯。

所述的一种煤物质催化分解及高温分离的装置，其特征在于：所述粗煤气激冷塔、油分离塔内，液态传质在塔板液层上方进行，依靠气体高速流动将塔板上部液体喷射成大量的粉碎性液滴，气液两相分别以液体为分散相、气体为连续相状态完成气液传质。

一种煤物质催化分解及高温分离方法，其特征在于：首先煤粉制备***输出的粉煤和粉状铁系催化剂的混合物通过原煤进口送入分段转化炉上段反应腔体中；

分段转化炉分成上下两段反应腔体，两段之间通过喉管串联为一体，上段反应腔体为粉煤热分解段：粉煤和催化剂的混合物首先进入分段转化炉粉煤热分解段，在此处受下段半焦气化反应段半焦气化产生的高温粗煤气加热，高温粗煤气温度为1300～1450℃，粉煤在催化剂的作用下迅速转化分解成半焦、煤气和油品，气相温度快速降到600～700℃，并同时随着下段半焦气化反应段气流的推动作用，三相产物迅速向上流动，并离开分段转化炉，依次进入旋风分离器及精密除尘器中，分步除去高温气相中的不同粒径的粉焦；

分段转化炉的下段反应腔体为半焦气化反应段：经粗煤气激冷塔除尘分离的焦粉通过气体密相输送返回到半焦烧嘴中心，与半焦烧嘴外环隙中预热到180℃的氧气和中压过热蒸汽混合喷入到分段转化炉的下段反应腔体，在此处发生部分氧化反应，生成高温粗煤气，气化高温粗煤气上行进入分段转化炉的热分解段，供粉煤热解所需要的热量；气化段半焦气化所产生的高温熔渣，往下流入分段转化炉下部的耐火材料衬里激冷室进行激冷，炉渣经破渣机破碎大块渣后，定期排放至排灰渣罐，再通过灰渣罐排至外部渣池，用捞渣机将排出的炉渣输出；

分段转化炉上部600℃的高温粗煤气出料，首先进入旋风分离器中，大颗粒的固体半焦从气体中分离出来后，进入焦粉罐；气相再进入精密除尘器中，通过金属滤芯进一步分离出其中细粉焦，细粉焦通过加压定期送入焦粉罐中；出精密除尘器的粗煤气中除去99％左右的焦粉后，进入废热锅炉中，通过汽包回收余热生产中压蒸汽，出废热锅炉的粗煤气进入粗煤气激冷塔，在粗煤气激冷塔中通过低温溶剂油洗冷却，粗煤气迅速冷却至100℃，同时煤气中的气相油品迅速溶解到低温循环溶剂油相中；

粗煤气激冷塔输出的粗煤气分成二股：一股气相物流送循环气压缩机入口，经加压后作为粉焦、粉煤的密相输送气；另一股气相物流送第一组换热器冷却至常温后，送入气液分离器分离出气相中的冷凝液，再输送至外界进一步处理；从粗煤气激冷塔出来的混合油品，通过第一组机泵加压后送入加热炉加热至350℃，再进入油分离塔上部的塔板上，在油分离塔中进行传质传热分离，油分离塔塔顶的气相出料经第二组换热器冷却为溶剂油，通过第二组换热器冷却、第二组机泵加压，一部分回流至油分离塔塔顶，另一部分送入粗煤气激冷塔，继续激冷粗煤气，并吸收其中的油品；油分离塔塔底出来的重质焦油，经第三组机泵加压、第三组换热器冷却后输出焦油产品至外部罐区储存。

本发明通过优化工艺配置，采用对煤物质进行催化分解和气相高温分离方法，既提高了产品的产率，有效降低生产成本，又实现能量的梯级利用，大幅度提高经济效益。

相对于传统煤分解及气化工艺，本发明有以下优点：

1)通过设置煤物质催化热分段转化工艺，可以有效提高油品及煤气的产率，降低对原料煤种的过度依赖性；

2)通过设置粗煤气两级高温除尘及气相激冷和油分离工艺，可以有效降低油品中的粉尘含量，同时大幅度回收粗煤气中的油品；

3)通过采用喷射型单向浮阀激冷塔和油分离塔的生产工艺，可以大幅度提高装置的生产能力和效率。

附图说明

图1为本发明结构原理图。

图2为分段转化炉结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种煤物质催化分解及高温分离的装置，包括煤粉制备***1、分段转化炉2、旋风分离器3、精密除尘器4、废热锅炉5、粗煤气激冷塔6、油分离塔7、焦粉罐8、循环气压缩机9、破渣机10、灰渣罐11、汽包12、加热炉13、三组换热器14-1、14-2、14-3、缓冲罐15、三组机泵16-1、16-2、16-3、气液分离器17，其中：

分段转化炉2具有上、下两段反应腔体2-1，分段转化炉2中上、下两段反应腔体2-1、2-2之间通过喉管2-3串联为一体，上段反应腔体2-1对应的分段转化炉2炉壁上设置多个原煤进口2-4，下段反应腔体2-2对应的分段转化炉2炉壁上设置多个半焦烧嘴2-5，分段转化炉2顶部设置有煤气出口2-6，分段转化炉2底部设置有排渣口2-7；

粗煤气激冷塔6、油分离塔7均为喷射型单向浮阀塔结构，粗煤气激冷塔6、油分离塔7顶部分别设有气相出口，粗煤气激冷塔6、油分离塔7底部分别设有液相出口，粗煤气激冷塔6、油分离塔7内分别沿竖向设置有多层塔板；

煤粉制备***1的输出口分别与分段转化炉2的多个原煤进口2-4连通，分段转化炉2的煤气出口2-6与旋风分离器3的进气口连通，分段转化炉2底部排渣口2-7与破渣机10进料口连通，破渣机10出料口与灰渣罐11内顶部连通；

旋风分离器3的排渣口与焦粉罐8顶部连通，旋风分离器3的出气口与精密除尘器4的进气口连通，精密除尘器4的排渣口亦与焦粉罐8顶部连通，精密除尘器4的出气口与废热锅炉5的进气口连通；汽包12进气口连通至废热锅炉5顶部，汽包12出气口连通有蒸汽输出管18，废热锅炉5的出气口与粗煤气激冷塔6中最下层塔板下方内连通；

粗煤气激冷塔6顶部气相出口与循环气压缩机9进气口连通，循环气压缩机9出气口与焦粉罐8底部一侧连通，焦粉罐8底部另一侧分别与分段转化炉2的多个半焦烧嘴2-5连通，粗煤气激冷塔6顶部气相出口还与第一组换热器14-1的进气口连通，第一组换热器14-1出气口与气液分离器17进气口连通，气液分离器17的气相出口连接有粗煤气输出管19，气液分离器17的液相输出连接有冷凝液排出管20，粗煤气激冷塔6底部液相出口通过第一组机泵16-1与加热炉13进气口连通，加热炉13出气口与油分离塔7内塔板所在位置连通；

油分离塔7顶部气相出口与第二组换热器14-2的进气口连通，第二组换热器14-2的出气口与缓冲罐15上部连通，缓冲罐15下部通过第二组机泵16-2分别连通至粗煤气激冷塔6、油分离塔7内顶部，油分离塔7底部液相出口通过第三组机泵16-3与第三组换热器14-3的进气口连通，第三组换热器14-3的出气口连接有焦油输出管21。

煤粉制备***1包括破碎装置、干燥装置、研磨装置、催化剂制备装置、粉煤气相加压输出装置、粉煤仓，煤物质依次经过破碎装置破碎、干燥装置干燥、研磨装置研磨后形成粉煤，粉煤进入粉煤仓中与催化剂制备装置制备的粉状催化剂混合形成混合物，从粉煤仓输出的混合物通过原煤进口送入分段转化炉2上段反应腔体2-1中。

分段转化炉2中，上段反应腔体2-1的炉壁采用耐火衬里2-8，下段反应腔体2-2的炉壁采用水冷壁2-9，以上段反应腔体2-1作为粉煤热分解段，以下段反应腔体2-2作为半焦气化反应段，分段转化炉2底部还连接有封底，封底由耐火衬里2-10构成。

半焦烧嘴2-5中还设置有环绕中心腔的外环隙。

旋风分离器3由耐磨耐高温的合金材料和绝热的浇注料制成，旋风分离器3内成型有迷宫式的气相流通路径。

精密除尘器4内壁由浇注料制成，精密除尘器4外壁由碳钢材料制成，精密除尘器4内设有金属材料制成的滤芯。

粗煤气激冷塔6、油分离塔7内，液态传质在塔板液层上方进行，依靠气体高速流动将塔板上部液体喷射成大量的粉碎性液滴，气液两相分别以液体为分散相、气体为连续相状态完成气液传质。

一种煤物质催化分解及高温分离方法，首先煤粉制备***1输出的粉煤和粉状铁系催化剂的混合物通过原煤进口送入分段转化炉2上段反应腔体2-1中；

分段转化炉2分成上下两段反应腔体2-1、2-2，两段之间通过喉管2-3串联为一体，上段反应腔体2-1为粉煤热分解段：粉煤和催化剂的混合物首先进入分段转化炉2粉煤热分解段，在此处受下段半焦气化反应段半焦气化产生的高温粗煤气加热，高温粗煤气温度为1300～1450℃，粉煤在催化剂的作用下迅速转化分解成半焦、煤气和油品，气相温度快速降到600～700℃，并同时随着下段半焦气化反应段气流的推动作用，三相产物迅速向上流动，并离开分段转化炉2，依次进入旋风分离器3及精密除尘器4中，分步除去高温气相中的不同粒径的粉焦；

分段转化炉2的下段反应腔体2-2为半焦气化反应段：经粗煤气激冷塔6除尘分离的焦粉通过气体密相输送返回到半焦烧嘴2-5中心，与半焦烧嘴2-5外环隙中预热到180℃的氧气和中压过热蒸汽混合喷入到分段转化炉2的下段反应腔2-2体，在此处发生部分氧化反应，生成高温粗煤气，气化高温粗煤气上行进入分段转化炉2的热分解段，供粉煤热解所需要的热量；气化段半焦气化所产生的高温熔渣，往下流入分段转化炉下部的经耐火材料衬里激冷室进行激冷，炉渣经破渣机10破碎大块渣后，定期排放至排灰渣罐11，再通过灰渣罐11排至外部渣池22，用捞渣机将排出的炉渣22输出；

分段转化炉2上部600℃的高温粗煤气出料，首先进入旋风分离器3中，大颗粒的固体半焦从气体中分离出来后，进入焦粉罐8；气相再进入精密除尘器4中，通过金属滤芯进一步分离出其中细粉焦，细粉焦通过加压定期送入焦粉罐8中；出精密除尘器4的粗煤气中除去99％左右的焦粉后，进入废热锅炉5中，通过汽包12回收余热生产中压蒸汽，出废热锅炉5的粗煤气进入粗煤气激冷塔6，在粗煤气激冷塔6中通过低温溶剂油洗冷却，粗煤气迅速冷却至100℃，同时煤气中的气相油品迅速溶解到低温循环溶剂油相中；

粗煤气激冷塔6输出的粗煤气分成二股：一股气相物流送循环气压缩机9入口，经加压后作为粉焦、粉煤的密相输送气；另一股气相物流送第一组换热器14-1冷却至常温后，送入气液分离器17分离出气相中的冷凝液，再输送至外界进一步处理；从粗煤气激冷塔6出来的混合油品，通过第一组机泵16-1加压后送入加热炉13加热至350℃，再进入油分离塔7上部的塔板上，在油分离塔7中进行传质传热分离，油分离塔7塔顶的气相出料经第二组换热器14-2冷却为溶剂油，通过第二组换热器14-2冷却、第二组机泵16-2加压，一部分回流至油分离塔7塔顶，另一部分送入粗煤气激冷塔6，继续激冷粗煤气，并吸收其中的油品；油分离塔7塔底出来的重质焦油，经第三组机泵16-3加压、第三组换热器14-3冷却后输出焦油产品至外部罐区储存。

具体实施举例：

本实例采用新疆准东西黑山煤矿所产的长焰煤为原料，实施规模：1000kg/h。煤质分析数据如表1所示：

表1新疆准东西黑山煤矿煤质分析数据表

将原料煤破碎后通过皮带输送至煤粉制备***，磨煤设备采用中速辊式磨煤机；将原料煤研磨到90％以上的粒径为90μm，研磨过程中同时将原料煤干燥至5％左右；将干燥磨细后的粉煤与粉状铁系催化剂FH进行充分混合后一同送入粉煤仓中，催化剂按照原料煤的0.5％进行配比；从粉煤仓出来的煤粉和催化剂混合物，通过高压(4.5MPa·G)密相输送至分段转化炉中进行催化分解反应，气体输送介质为装置自产的煤气，开工状况采用氮气输送。

分段转化炉分成上下两段反应腔体，两段之间通过喉管串联为一体，上段配4～8个原煤进口：粉煤和粉料催化剂两种物料混合物首先进入分段转化炉上段，利用分段转化炉下段的气相热源，在此处进行热分解反应生成半焦、煤气和油品，并从分段转化炉的上部通过气相排出，气相温度600℃，气相压力3.9MPa·G，先后通过高温旋风分离器和精密除尘器，分步除去高温气相中的不同粒径的粉焦。

从高温旋风分离器和精密除尘器的焦粉，一部分冷却后作为产品外送；另一部分通过高压(4.5MPa·G)气体密相输送返回到分段转化炉下段的烧嘴中心，与烧嘴外环隙中预热的氧气(～180℃)和中压过热蒸汽(3.82MPa·G，450℃)混合喷入到分段转化炉的下部，在此处发生部分氧化反应，生成高温(1400℃)粗煤气，高温粗煤气快速上行经过喉管进入分段转化炉的热分解段，供粉煤热解所需要的热量。

从分段转化炉上部出来的高温粗煤气经过分步除尘后温度为550～580℃，再通过废热锅炉回收余热生产中压蒸汽；出废热锅炉的粗煤气温度250℃进入粗煤气激冷塔，通过低温循环溶剂油激冷迅速冷却至100℃；在洗涤冷却过程中，粗煤气中的气相油品液滴溶解到低温循环溶剂油中；通过粗煤气出口温度控制低温循环溶剂的进料量，确保出粗煤气激冷塔的气相出口温度处在露点以上，维持循环溶剂油的品质。

出粗煤气激冷塔的粗煤气分成二股物流：一股气相物流送循环气压缩机入口，经加压后作为粉焦、粉煤的密相输送介质；另一股气相物流送换热器冷却至常温后，送入气液分离器分离出气相中的冷凝液，再输送至外界进一步处理；从粗煤气激冷塔塔釜出来的混合油品，通过机泵加压后送入热解炉加热至350℃送入油分离塔，在油分离塔中进行分离提纯，油分离塔塔顶气相出料经冷却为溶剂油，返回粗煤气激冷塔继续激冷粗煤气，并吸收其中的油品；油分离塔塔底出来的重质焦油，经换热器冷却后作为产品外送。

检测各产品产量如下：焦油：78kg/h，煤气(含CH₄：～5％)：1864Nm³/h；半焦220kg/h。

Claims (8)

1.一种煤物质催化分解及高温分离的装置，其特征在于：包括煤粉制备***、分段转化炉、旋风分离器、精密除尘器、废热锅炉、粗煤气激冷塔、油分离塔、焦粉罐、循环气压缩机、破渣机、灰渣罐、汽包、加热炉、三组换热器、缓冲罐、三组机泵、气液分离器，其中：

所述分段转化炉具有上、下两段反应腔体，分段转化炉中上、下两段反应腔体之间通过喉管串联为一体，上段反应腔体对应的分段转化炉炉壁上设置多个原煤进口，下段反应腔体对应的分段转化炉炉壁上设置多个半焦烧嘴，分段转化炉顶部设置有煤气出口，分段转化炉底部设置有排渣口；

所述粗煤气激冷塔、油分离塔均为喷射型单向浮阀塔结构，粗煤气激冷塔、油分离塔顶部分别设有气相出口，粗煤气激冷塔、油分离塔底部分别设有液相出口，粗煤气激冷塔、油分离塔内分别沿竖向设置有多层塔板；

所述煤粉制备***的输出口分别与分段转化炉的多个原煤进口连通，分段转化炉的煤气出口与旋风分离器的进气口连通，分段转化炉底部排渣口与破渣机进料口连通，破渣机出料口与灰渣罐内顶部连通；

所述旋风分离器的排渣口与焦粉罐顶部连通，旋风分离器的出气口与精密除尘器的进气口连通，精密除尘器的排渣口亦与焦粉罐顶部连通，精密除尘器的出气口与废热锅炉的进气口连通；所述汽包进气口连通至废热锅炉顶部，汽包出气口连通有蒸汽输出管，废热锅炉的出气口与粗煤气激冷塔中最下层塔板下方内连通；

所述粗煤气激冷塔顶部气相出口与循环气压缩机进气口连通，循环气压缩机出气口与焦粉罐底部一侧连通，焦粉罐底部另一侧分别与分段转化炉的多个半焦烧嘴连通，粗煤气激冷塔顶部气相出口还与第一组换热器的进气口连通，第一组换热器出气口与气液分离器进气口连通，气液分离器的气相出口连接有粗煤气输出管，气液分离器的液相输出连接有冷凝液排出管，粗煤气激冷塔底部液相出口通过第一组机泵与加热炉进气口连通，加热炉出气口与油分离塔内塔板所在位置连通；

所述油分离塔顶部气相出口与第二组换热器的进气口连通，第二组换热器的出气口与缓冲罐上部连通，缓冲罐下部通过第二组机泵分别连通至粗煤气激冷塔、油分离塔内顶部，油分离塔底部液相出口通过第三组机泵与第三组换热器的进气口连通，第三组换热器的出气口连接有焦油输出管。

2.根据权利要求1所述的一种煤物质催化分解及高温分离的装置，其特征在于：所述煤粉制备***包括破碎装置、干燥装置、研磨装置、催化剂制备装置、粉煤气相加压输出装置、粉煤仓，煤物质依次经过破碎装置破碎、干燥装置干燥、研磨装置研磨后形成粉煤，粉煤进入粉煤仓中与催化剂制备装置制备的粉状催化剂混合形成混合物，从粉煤仓输出的混合物通过原煤进口送入分段转化炉上段反应腔体中。

3.根据权利要求1所述的一种煤物质催化分解及高温分离的装置，其特征在于：所述分段转化炉中，上段反应腔体的炉壁采用耐火衬里，下段反应腔体的炉壁采用水冷壁，以上段反应腔体作为粉煤热分解段，以下段反应腔体作为半焦气化反应段，分段转化炉底部还连接有封底，封底由耐火衬里构成。

4.根据权利要求1或3所述的一种煤物质催化分解及高温分离的装置，其特征在于：所述半焦烧嘴中还设置有环绕中心腔的外环隙。

5.根据权利要求1所述的一种煤物质催化分解及高温分离的装置，其特征在于：所述旋风分离器由耐磨耐高温的合金材料和绝热的浇注料制成，旋风分离器内成型有迷宫式的气相流通路径。

6.根据权利要求1所述的一种煤物质催化分解及高温分离的装置，其特征在于：所述精密除尘器内壁由浇注料制成，精密除尘器外壁由碳钢材料制成，精密除尘器内设有金属材料制成的滤芯。

7.根据权利要求1所述的一种煤物质催化分解及高温分离的装置，其特征在于：所述粗煤气激冷塔、油分离塔内，液态传质在塔板液层上方进行，依靠气体高速流动将塔板上部液体喷射成大量的粉碎性液滴，气液两相分别以液体为分散相、气体为连续相状态完成气液传质。

8.一种基于权利要求1所述装置的煤物质催化分解及高温分离方法，其特征在于：首先煤粉制备***输出的粉煤和粉状铁系催化剂的混合物通过原煤进口送入分段转化炉上段反应腔体中；

分段转化炉分成上下两段反应腔体，两段之间通过喉管串联为一体，上段反应腔体为粉煤热分解段：粉煤和催化剂的混合物首先进入分段转化炉粉煤热分解段，在此处受下段半焦气化反应段半焦气化产生的高温粗煤气加热，高温粗煤气温度为1300～1450℃，粉煤在催化剂的作用下迅速转化分解成半焦、煤气和油品，气相温度快速降到600～700℃，并同时随着下段半焦气化反应段气流的推动作用，三相产物迅速向上流动，并离开分段转化炉，依次进入旋风分离器及精密除尘器中，分步除去高温气相中的不同粒径的粉焦；

分段转化炉的下段反应腔体为半焦气化反应段：经粗煤气激冷塔除尘分离的焦粉通过气体密相输送返回到半焦烧嘴中心，与半焦烧嘴外环隙中预热到180℃的氧气和中压过热蒸汽混合喷入到分段转化炉的下段反应腔体，在此处发生部分氧化反应，生成高温粗煤气，气化高温粗煤气上行进入分段转化炉的热分解段，供粉煤热解所需要的热量；气化段半焦气化所产生的高温熔渣，往下流入分段转化炉下部的耐火材料衬里激冷室进行激冷，炉渣经破渣机破碎大块渣后，定期排放至排灰渣罐，再通过灰渣罐排至外部渣池，用捞渣机将排出的炉渣输出；

分段转化炉上部600℃的高温粗煤气出料，首先进入旋风分离器中，大颗粒的固体半焦从气体中分离出来后，进入焦粉罐；气相再进入精密除尘器中，通过金属滤芯进一步分离出其中细粉焦，细粉焦通过加压定期送入焦粉罐中；出精密除尘器的粗煤气中除去99%左右的焦粉后，进入废热锅炉中，通过汽包回收余热生产中压蒸汽，出废热锅炉的粗煤气进入粗煤气激冷塔，在粗煤气激冷塔中通过低温溶剂油洗冷却，粗煤气迅速冷却至100℃，同时煤气中的气相油品迅速溶解到低温循环溶剂油相中；

粗煤气激冷塔输出的粗煤气分成二股：一股气相物流送循环气压缩机入口，经加压后作为粉焦、粉煤的密相输送气；另一股气相物流送第一组换热器冷却至常温后，送入气液分离器分离出气相中的冷凝液，再输送至外界进一步处理；从粗煤气激冷塔出来的混合油品，通过第一组机泵加压后送入加热炉加热至350℃，再进入油分离塔上部的塔板上，在油分离塔中进行传质传热分离，油分离塔塔顶的气相出料经第二组换热器冷却为溶剂油，通过第二组换热器冷却、第二组机泵加压，一部分回流至油分离塔塔顶，另一部分送入粗煤气激冷塔，继续激冷粗煤气，并吸收其中的油品；油分离塔塔底出来的重质焦油，经第三组机泵加压、第三组换热器冷却后输出焦油产品至外部罐区储存。