阅读说明：本技术 一种自适应三循环加压含碳物料梯级转化系统及方法 (Self-adaptive three-cycle pressurized carbon-containing material step conversion system and method ) 是由 李大鹏 刘国海 于 2018-08-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种自适应三循环加压含碳物料梯级转化装置系统及方法,其中一种自适应三循环加压含碳物料梯级转化装置系统包括含碳物料备料系统、含碳物料加压热化学转化系统、富碳颗粒化学链转化系统、多相流分离系统、本发明所公开的装置系统及方法以石油焦、重质油砂岩、生物质、低阶煤炭资源等含碳物料为原料,可实现含碳物料的高效清洁转化与梯级利用,用于生产高品质轻质油品及合成气,基于该发明所公开的含碳物料梯级转化装置系统可构建新型煤、油、化、电多联产模式。(The invention discloses a self-adaptive three-cycle pressurized carbon-containing material step conversion device system and a method, wherein the self-adaptive three-cycle pressurized carbon-containing material step conversion device system comprises a carbon-containing material preparation system, a carbon-containing material pressurized thermochemical conversion system, a carbon-rich particle chemical chain conversion system and a multiphase flow separation system.)

一种自适应三循环加压含碳物料梯级转化系统及方法

技术领域

本发明属于能源化工集成技术与工艺系统领域，具体涉及一种自适应三循环加压含碳物料梯级转化系统及方法。

背景技术

煤炭、生物质、石油焦、半焦、油页岩、油砂沥青、重质沥青等含碳物料的清洁高效转化技术是实现工业制氢原料多元化，发展液体燃料合成、大宗能化产品合成、燃料电池、IGCC清洁燃气发电等多元产业跨界耦合产业模式等过程工业的关键技术、共性技术、先导技术。而在这其中，围绕装置大型化、原料适应性强、工艺过程集约化、碳转化率高、气相产物氢碳比合理、液相产物轻组分及芳烃含量高、装置比投资强度低、能效水平高、污染物近零放等目标，开发出易于实现工业化推广应用的含碳物料大规模高效、清洁化转化集成装置及工艺体系将是该技术体系开发的重要基石和前提。

专利文献CN108179030A公开了一种生物质气化炉及生物质气化方法，通过设有对置式喷口及夹角式喷口，能够使得喉口段的横截面温度分布均匀，且能保持高温，进而使得焦油能够得到氧化、热解，故炉内焦油脱除效率得到进一步提高。专利文献CN108003902A公开了一种生物质快速热解系统及热解方法，该方法利用生物质自身产生的热解气作为热载体和燃气进行快速热解的系统及热解方法。生物质分解产生的热解气分为两部分，一部分作为热载体加热炉的燃料，燃烧后用来加热热载体，另一部分热解气直接作为热载体使用，直接通入热解炉中加热生物质物料。

专利文献CN105712295A公开了一种利用石油焦与含油污泥共热解制备多孔碳的方法，该技术利用石油焦与含油污泥共热解制备多孔碳，发挥了石油焦与含油固体废物协同作用，从而实现二者的资源化和无害化利用，同时制备具有较大比较面积的窄孔径分布的多孔碳材料。专利文献CN105712295A公开了一种石油焦催化气化制富氢气体的方法，该方法将催化剂与石油焦充分混合后，在气化温度为700～900℃、水蒸气分压为40～70％、气化反应时间为10～120min条件下进行催化气化反应，催化气化产生的煤气导出后经冷凝除去水蒸气最终得到富氢气体。

专利文献CN106010613A公开了一种由小颗粒油砂热解直接获取轻质油的方法及设备，该发明对原矿进行破碎、烘干，通过高温直接将其裂解，控制热解时间、温度等得到不同比例的尾砂、轻质组分，轻质组分经分馏得到干气、汽柴油组分、重质燃料油和水。专利文献CN106010613A公开了一种油砂热解制备清洁燃料油的方法及装置，该方法将油砂和粉煤粉碎，干燥，与高温热载体、石灰混合，经热解反应后生成油气和半焦；生成的油气经冷却、粉尘捕集、油气分馏后排出油浆、馏分油及焦炉气；各馏分油即为清洁燃料油；生成的半焦、焦炉气与助燃空气一起燃烧，生成高温固体颗粒和高温烟气；高温固体颗粒一部分作为高温热载体进入干馏炉内进行热解反应。

作为我国的基础性能源及战略性资源，煤的气化、热解技术方面研究最为广泛深入，传统煤炭转化以气化转化为主，以煤气化装置为“龙头”，下游的产业链已经扩展至煤制烯烃、煤制天然气、煤制乙二醇、通过F-T合成制取燃料油品及高端精细化工产品等。虽然煤气化过程将煤炭转化为简单稳定的CO、H₂、CO₂等无机小分子，但是存在对煤炭分子过度拆分、能耗水平高、能源利用效率低等不足，未能将煤炭资源所蕴含的化学能充分利用，未实现煤炭资源的分质、分级及能源资源的梯级利用。而以煤热解、煤干馏技术为核心的现代煤炭资源分质高效转化工艺技术则可实现煤炭资源的综合利用，可实现终端煤化工产品的多元化、高附加值化，进一步拓宽下游的产业链分布。自从1805年英国首先通过中低温热解方法的以烟煤为原料，用以生产兰炭开始，到现在为止，国内外已经出现了数十种不同的煤热解工艺，国外的研究开发主要集中在上世纪60～70年代，代表工艺主要有前苏联的ETCH粉煤热解工艺、德国的Lurgi-Ruhrgas工艺、美国的Toscoal、COED、Garrentt工艺、澳大利亚CSIRO工艺以及日本的快速热解工艺等，我国煤热解技术的自主研究和开发始于上世纪50年代，典型有大连理工大学的DG工艺、鞍山热能院ZNZL热解技术、神木三江的SJ热解技术、北京柯林斯达公司开发的带式炉改性提质技术、北京国电富通开发的GG-I型煤炭提质工艺、北京神雾集团开发的蓄热式无热载体旋转床技术、河南龙成集团龙成集团开发的低温干馏技术、陕西煤业化工集团开发的气化-热解一体化技术等。但是上述包含煤炭、生物质、石油焦、半焦、油页岩、油砂沥青、重质沥青等含碳物料的转化技术都存在装置系统集成程度低、能效水平低、原料选择性强、产品品质差，最重要的是产物转化不彻底，很难将含碳物料转化为收率较高的高附加值的终端能化产品，且未真正实现含碳物料热解与气化两个过程的在物料、能量、工艺过程的全面耦合集成，因此，亟待开发一种原料适应性强、产物组成可调控、系统高度集成且能效水平高、产物组成合理、运行稳定性高、系统可操作性强、自动化水平高的含碳物料高效清洁转化集成系统及工艺方法。

本发明的目的在于提供一种以石油焦、重质油砂岩、生物质、低阶煤炭资源等含碳物料为原料，对含碳物料进行高效清洁转化与梯级利用的自适应三循环加压含碳物料梯级转化系统及方法。

为达到上述目的，本发明的系统包括含碳物料备料系统、含碳物料加压热化学转化系统、富碳颗粒化学链转化系统及多相流分流系统；

所述的含碳物料备料系统包括依次相连的含碳物料预处理子装置、含碳物料输送装置、物料输送控制装置和含碳物料稳态输送反馈器；

所述的多相流分流系统包括多相流干法分流单元、多相流淬冷沉降器、多相流湿法分流器；

所述的多相流干法分流单元包括多属性颗粒分流器、一级多相流分流器、二级多相流分流器、三级多相流分流器；

所述的含碳物料加压热化学转化系统包括含碳物料加压热化学反应单元，在含碳物料加压热化学反应单元中部的混合物料强化传递区上分别开设有与含碳物料稳态输送反馈器相连的含碳物料投料口及与多孔活性颗粒返料单元相连接的多孔活性颗粒入口，所述的含碳物料加压热化学反应单元底部的多相流整流区出口通过耐火衬里与热容/床层密度调控流化循环单元相连，所述的含碳物料加压热化学反应单元的顶部还与一级多相流分流器相连，一级多相流分流器分流所得贫碳颗粒下行依次经一级多相流分流器流化料腿、贫碳颗粒密封返料器与含碳物料加压热化学反应单元的多相流温度调控区相连，一级多相流分流器顶部输出的高温气-固混合流体通过衬里管道进入二级多相流分流器，二级多相流分流器分流所得富碳粗颗粒下行依次经二级多相流分流器流化料腿、富碳粗颗粒密封返料器循环返回富碳颗粒化学链转化系统的富碳颗粒化学链反应单元底部的循环颗粒强化传递区，二级多相流分流器顶部输出的高温气-固混合流体通过二级衬里管道进入三级多相流分流器，三级多相流分流器分流所得富碳细颗粒下行依次进入三级多相流分流器流化料腿、流化消能器后进入与复配制浆剂相连的级配料浆制备单元，制成稳定悬浮液后泵输进入悬液料浆储罐，悬液料浆储罐通过活性富碳细颗粒循环返料单元与富碳颗粒化学链反应单元的化学链起始反应区相连，三级多相流分流器分流所得的含超细颗粒的气-固混合流体在抽引急冷管中与淬冷剂混合后进入多相流分离系统的多相流淬冷沉降器；

所述的富碳颗粒化学链转化系统包括富碳颗粒化学链反应单元，在富碳颗粒化学链反应单元下端出口设置有惰性颗粒排放管，经惰性颗粒排放管外排的高温惰性颗粒下行进入惰性颗粒排放及热能回收单元，富碳颗粒化学链反应单元的上端出口通过衬里管道与多属性颗粒分流器相连，多属性颗粒分流器的上端通过衬里管道与含碳物料加压热化学反应单元下端的多相整流区相连，多属性颗粒分流器下端经多属性颗粒分流器流化料腿分别与多孔颗粒密封返料器及热容/床层密度调控流化循环单元相连；

所述的多相流分离系统的多相流淬冷沉降器，多相流淬冷沉降器的上端开设有气相产物出口，下端分别与第一、二交叉处理器的入口相连，第一、二交叉处理器的出口经轻馏分油多效回收塔与多相流湿法分流器相连，多相流湿法分流器分离的重馏分油由重馏分油出口输出，分流后所得到的重质组分下行进入胶体颗粒分流器，分离所得的富碳胶体颗粒再进入胶体颗粒改性活化塔，胶体颗粒改性活化塔获得的多孔活性颗粒再经多孔活性颗粒输送器、循环返回含碳物料加压热化学反应单元，胶体颗粒改性活化塔的侧壁上还开设有与改性剂输送器相连的入口。

所述的富碳颗粒化学链反应单元包括自下而上的循环颗粒强化传递区、富碳颗粒活化区、化学链起始反应区、化学链深度反应区和过渡调控区，且循环颗粒强化传递区侧壁、富碳颗粒活化区侧壁、化学链起始反应区侧壁自下而上分别开设有数量1～10个通过流量控制阀与活化剂相连的活化剂入口，悬液料浆储罐通过活性富碳细颗粒循环返料单元与富碳颗粒化学链反应单元的化学链起始反应区相连接。

所述的含碳物料加压热化学反应单元包括自下而上的多相流整流区、多相流温度调控区、混合物料强化传递区和临氢热裂解反应区，且含碳物料入口、多孔活性颗粒密封返料单元与混合物料强化传递区相连通，多属性颗粒分流器流化料腿底部通过热容/床层密度调控流化循环单元与含碳物料加压热化学反应单元底部的多相流整流区相连接。

多孔活性颗粒返料单元包括胶体颗粒分流器、胶体颗粒改性活化塔以及与胶体颗粒改性活化塔相连的改性剂输送器和多孔活性颗粒输送器。

所述的富碳颗粒化学链反应单元与多属性颗粒分流器通过衬里管道相连，多属性颗粒分流器流化料腿通过多孔颗粒密封返料器与富碳颗粒化学链反应单元底部的循环颗粒强化传递区入口相连，且富碳颗粒化学链反应单元的轴向与多孔颗粒密封返料器、富碳颗粒密封返料器的轴向夹角分别为40°～90°。

所述的含碳物料加压热化学反应单元与一级多相流分流器通过衬里管道相连，一级多相流分流器流化料腿通过贫碳颗粒密封返料器与含碳物料加压热化学反应单元的多相流温度调控区相连，且含碳物料加压热化学反应单元的轴向分别与衬里管道、贫碳颗粒密封返料器的轴向夹角为40°～90°。

所述的三级多相流分流器中下部抽引急冷管出口端与多相流淬冷沉降器顶部入口相连接，抽引急冷管入口端由异径接头套装在其中的抽引喉管组成，异径接头与抽引喉管之间形成了环形腔，淬冷剂由异径接头进入抽引急冷管经环形腔与三级多相流分流器输出的高温气固混合流体相混合，抽引急冷管位于三级多相流分流器锥部垂直高度的1/5～2/3处，其中心线与垂线的夹角为30°～65°。

所述的多相流淬冷沉降器底部为交叉状出料口，每个出料口分别通过切断阀与第一、二交叉处理器相连，第一、二交叉处理器出口合并后与轻馏分油多效回收塔入口相连。

所述的分流器衬里管道通过热容耦合补偿调控器与二级衬里管道相连接。

本发明的方法如下：a)含碳物料先进入含碳物料进料系统的含碳物料预处理装置)制备成含水率≤4.0wt％、粒径范围为100μm～1000μm的粉体颗粒后，再通过含碳物料输送装置和与输送介质相连的物料输送控制装置后进入含碳物料加压热化学反应单元的混合物料强化传递区，经热化学转化后所生成的高温气-固混合流体由含碳物料加压热化学反应单元顶部的临氢热裂解反应区上行进入一级多相流分流器；

b)一级多相流分流器分流所得的碳含量为1.00wt％～10.00wt％的贫碳颗粒下行进入一级多相流分流器流化料腿，经贫碳颗粒密封返料器循环返回含碳物料加压热化学反应单元中下部的多相流温度调控区，一级多相流分流器顶部输出的高温气-固混合流体通过衬里管道进入二级多相流分流器；

c)二级多相流分流器捕获的粒径范围≥50μm、碳含量50.00wt％～85.00wt％的富碳粗颗粒下行进入二级多相流分流器流化料腿，经富碳粗颗粒密封返料器循环返回富碳颗粒化学链反应单元底部的循环颗粒强化传递区，二级多相流分流器顶部输出的高温气-固混合流体通过衬里管道进入三级多相流分流器；

d)三级多相流分流器捕获的粒径范围1μm～50μm的富碳细颗粒下行进入三级多相流分流器流化料腿，三级多相流分流器流化料腿中向下流动的富碳颗粒经过流化消能器后进入级配料浆制备单元后制成稳定悬浮液，再转移进入悬液料浆储罐，通过活性富碳细颗粒循环返料单元进入富碳颗粒化学链反应单元中部的化学链起始反应区，三级多相流分流器顶部输出的气-固混合流体经抽引急冷管与淬冷剂混合后进入多相流淬冷沉降器；

e)进入多相流淬冷沉降器的气-液-固混合流体进行高效分流，气相产物由多相流淬冷沉降器顶部输出进入下游进行深度分离，所得的液-固混合流体下行分两股进入第一、二交叉处理器后在汇合进入轻馏分油多效回收塔，最后进入多相流湿法分流器中进行多相流高效分离，分流后所得到的重质组分下行进入胶体颗粒分流器，分离所得的富碳胶体颗粒再进入胶体颗粒改性活化塔进行改性活化处理，所获得的多孔活性颗粒再通过多孔活性颗粒输送器循环返回含碳物料加压热化学反应单元下部的混合物料强化传递区；

f)经富碳粗颗粒密封返料器循环返回富碳颗粒化学链反应单元底部循环颗粒强化传递区的富碳粗颗粒上行经过富碳颗粒活化区后与步骤d)中经活性富碳细颗粒循环返料单元进入化学链起始反应区的稳定悬浮液汇合后依次上行经过化学链深度反应区和过渡调控区，经深度化学链转化后生成的含多属性颗粒的高温气-固混合流体通过衬里管道进入多属性颗粒分流器，多属性颗粒分流器分流所得的惰性粗颗粒下行进入多属性颗粒分流器流化料腿，之后分为两路：一路通过多孔颗粒密封返料器)循环返回富碳颗粒化学链反应单元底部的循环颗粒强化传递区，另一路则通过热容/床层密度调控流化循环单元上行进入含碳物料加压热化学反应单元的多相流整流区；富碳颗粒化学链反应单元产生的惰性粗颗粒由底部出口经排放衬里管道进入惰性颗粒排放及热能回收单元；

g)经多属性颗粒分流器分流所得的高温气-固混合流体通过衬里管道进入含碳物料加压热化学反应单元最底端的多相流整流区，首先与来自热容/床层密度调控流化循环单元的多性颗粒整流后上行进入多相流温度调控区，然后与来自贫碳颗粒密封返料器的贫碳颗粒混合后上行进入混合物料强化传递区，最后与来自含碳物料进料系统的合格粉体颗粒混合后进入临氢热裂解反应区进行热裂解反应，从而完成步骤a)到步骤g)的闭环工艺循环。

所述的含碳物料为挥发分含量20.00wt％～45.00wt％的含碳物料，输送介质(101)采用CO₂、N₂、氧含量≤5.0vol％燃料燃烧烟气中的一种或两种以上或循环合成气，含碳物料稳态输送反馈器与含碳物料加压热化学反应单元的混合物料强化传递区相连接，含碳物料投料口处设有内部表观流速为20～50m/s过热保护蒸汽。

所述的多相流湿法分流器底部输出的重质组分进入胶体颗粒分流器后所获得的固含量40wt％～60wt％的胶体颗粒，若胶体颗粒的挥发份含量≥40wt％的低芳香度中间相则直接加热至≥200℃后，经胶体颗粒给料器输送至含碳物料加压热化学反应单元进行深度转化。

所述的含碳物料加压热化学反应单元、一级多相流分流器、一级多相流分流器流化料腿、贫碳颗粒密封返料器所构建的多通道贫碳循环返料系统颗粒循环因子在50～300内调控。

所述的活化剂分别进入排放衬里管道和富碳颗粒化学链反应单元的富碳颗粒活化区、化学链起始反应区后参与含碳物料的热化学链转化反应，其中进入富碳颗粒活化区的活化剂中H₂O(g)分压与O₂分压比[(PH₂O)/PO₂]≥1.0，进入化学链起始反应区的活化剂中H₂O(g)分压与O₂分压比[(PH₂O)/PO₂]≤1.0。

所述的富碳颗粒化学链反应单元不同区域的内径代号为D1，D2和D3，则循环颗粒强化传递区位于最低端高度为0.5D1～1.5D1，富碳颗粒活化区位于循环颗粒强化传递区上端高度为0.5D1～1.5D1，化学链起始反应区位于富碳颗粒活化区上端高度为0.05D2～D2，化学链深度反应区位于化学链起始反应区上端高度为0.5D2～4D2，过渡控制区位于最顶端高度为0.5D3～2D3。

所述的富碳颗粒化学链反应单元操作温度为950～1200℃，操作压力为0.5～5MPa，内部混合流体表观速度为0.8～5.0m/s。

所述的含碳物料加压热化学反应单元操作温度为500～650℃，操作压力为0.5～5MPa，内部混合流体表观速度为0.8～5.0m/s。

所述的多相流干法分流单元操作温度为480～630℃，操作压力为0.5～5MPa。

所述的多相流淬冷沉降器操作温度为280～380℃，操作压力为0.5～5MPa。

所述的多相流湿法分流器操作温度为80～120℃，操作压力为0.1～0.5MPa。

本发明采用不同含碳物料的高效清洁转化与梯级利用，基于该发明的核心集成工艺技术可生产具有高附加值高品质轻质油化产品，并构建基于轻质油品深加工及合成气转化的高端能源化工产品合成化学产业链。

以石油焦、重质油砂岩、生物质、低阶煤炭资源等含碳物料为原料，可实现含碳物料的高效清洁转化与b梯级利用，用于生产高品质轻质油品及合成气，基于该发明所公开的含碳物料梯级转化装置系统可构建新型煤、油、化、电多联产模式。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明含碳物料加压热化学转化系统流程图；

图3为本发明富碳颗粒化学链反应单元示意图；

图4为本发明含碳物料加压热化学反应单元示意图；

图5为本发明抽引急冷管截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的系统和方法作进一步详细说明。

本发明的系统包括含碳物料备料系统、含碳物料加压热化学转化系统、富碳颗粒化学链转化系统及多相流分流系统；

参见图1，2，含碳物料备料系统包括依次相连的含碳物料预处理子装置10、含碳物料输送装置11、物料输送控制装置12和含碳物料稳态输送反馈器13；

所述的多相流分流系统包括多相流干法分流单元、多相流淬冷沉降器60、多相流湿法分流器63；

所述的多相流干法分流单元包括多属性颗粒分流器22、一级多相流分流器32、二级多相流分流器40、三级多相流分流器50；

所述的含碳物料加压热化学转化系统包括含碳物料加压热化学反应单元30，在含碳物料加压热化学反应单元30中部的混合物料强化传递区30-3上分别开设有与含碳物料稳态输送反馈器13相连的含碳物料投料口301及与多孔活性颗粒返料单元310相连接的多孔活性颗粒入口302，所述的含碳物料加压热化学反应单元30底部的多相流整流区30-1出口通过耐火衬里与热容/床层密度调控流化循环单元27相连，所述的含碳物料加压热化学反应单元30的顶部还与一级多相流分流器32相连，一级多相流分流器32分流所得贫碳颗粒下行依次经一级多相流分流器流化料腿33、贫碳颗粒密封返料器34与含碳物料加压热化学反应单元30的多相流温度调控区30-2相连，一级多相流分流器32顶部输出的高温气-固混合流体通过衬里管道35进入二级多相流分流器40，二级多相流分流器40分流所得富碳粗颗粒下行依次经二级多相流分流器流化料腿41、富碳粗颗粒密封返料器42循环返回富碳颗粒化学链转化系统的富碳颗粒化学链反应单元20底部的循环颗粒强化传递区20-1，二级多相流分流器40顶部输出的高温气-固混合流体通过二级衬里管道43进入三级多相流分流器50，三级多相流分流器50分流所得富碳细颗粒下行依次进入三级多相流分流器流化料腿51、流化消能器52后进入与复配制浆剂104相连的级配料浆制备单元53，制成稳定悬浮液后泵输进入悬液料浆储罐105，悬液料浆储罐105通过活性富碳细颗粒循环返料单元210与富碳颗粒化学链反应单元20的化学链起始反应区20-3相连，三级多相流分流器50分流所得的含超细颗粒的气-固混合流体在抽引急冷管54中与淬冷剂103混合后进入多相流分离系统的多相流淬冷沉降器60；

所述的富碳颗粒化学链转化系统包括富碳颗粒化学链反应单元20，在富碳颗粒化学链反应单元20下端出口设置有惰性颗粒排放管25，经惰性颗粒排放管25外排的高温惰性颗粒下行进入惰性颗粒排放及热能回收单元80，富碳颗粒化学链反应单元20的上端出口通过衬里管道21与多属性颗粒分流器22相连，多属性颗粒分流器22的上端通过衬里管道26与含碳物料加压热化学反应单元30下端的多相整流区相连，多属性颗粒分流器22下端经多属性颗粒分流器流化料腿23分别与多孔颗粒密封返料器24及热容/床层密度调控流化循环单元27相连；

所述的多相流分离系统的多相流淬冷沉降器60，多相流淬冷沉降器60的上端开设有气相产物出口106，下端分别与第一、二交叉处理器61a、61b的入口相连，第一、二交叉处理器61a、61b的出口经轻馏分油多效回收塔62与多相流湿法分流器63相连，多相流湿法分流器63分离的重馏分油由重馏分油出口107输出，分流后所得到的重质组分下行进入胶体颗粒分流器64，分离所得的富碳胶体颗粒再进入胶体颗粒改性活化塔65，胶体颗粒改性活化塔65获得的多孔活性颗粒再经多孔活性颗粒输送器109、循环返回含碳物料加压热化学反应单元20，胶体颗粒改性活化塔65的侧壁上还开设有与改性剂输送器108相连的入口。

参见图3，本发明的富碳颗粒化学链反应单元20包括自下而上的循环颗粒强化传递区20-1、富碳颗粒活化区20-2、化学链起始反应区20-3、化学链深度反应区20-4和过渡调控区20-5，且循环颗粒强化传递区20-1侧壁、富碳颗粒活化区20-2侧壁、化学链起始反应区20-3侧壁自下而上分别开设有数量1～10个通过流量控制阀与活化剂200相连的活化剂入口，悬液料浆储罐105通过活性富碳细颗粒循环返料单元210与富碳颗粒化学链反应单元20的化学链起始反应区20-3相连接。所述的富碳颗粒化学链反应单元20与多属性颗粒分流器22通过衬里管道21相连，多属性颗粒分流器22的化料腿23通过多孔颗粒密封返料器24与富碳颗粒化学链反应单元20相连底部的循环颗粒强化传递区20-1入口相连，且富碳颗粒化学链反应单元20的中心线与多孔颗粒密封返料器24和富碳颗粒密封返料器42的中心线夹角分别为40°～90°。

参见图4，本发明的含碳物料加压热化学反应单元30包括自下而上的多相流整流区30-1、多相流温度调控区30-2、混合物料强化传递区30-3和临氢热裂解反应区30-4，且含碳物料入口301、多孔活性颗粒密封返料单元310与混合物料强化传递区30-3相连通，多属性颗粒分流器流化料腿23底部通过热容/床层密度调控流化循环单元27与含碳物料加压热化学反应单元30底部的多相流整流区30-1相连接。所述的含碳物料加压热化学反应单元30与一级多相流分流器32之前通过衬里管道31相连，一级多相流分流器32的化料腿33通过贫碳颗粒密封返料器34与含碳物料加压热化学反应单元30多相流温度调控区30-2相连，且含碳物料加压热化学反应单元30的中心线分别与衬里管道31、贫碳颗粒密封返料器34的中心线夹角为40°～90°。

其中，多孔活性颗粒返料单元310包括胶体颗粒分流器64、胶体颗粒改性活化塔65以及与胶体颗粒改性活化塔65相连的改性剂输送器108和多孔活性颗粒输送器109。

参见图5，三级多相流分流器50中下部抽引急冷管54出口端与多相流淬冷沉降器60顶部入口相连接，抽引急冷管54入口端由异径接头54-1套装在其中的抽引喉管54-2组成，异径接头54-1与抽引喉管54-2之间形成了环形腔54-3，淬冷剂103由异径接头54-1进入抽引急冷管54经环形腔54-3与三级多相流分流器50输出的高温气固混合流体相混合，抽引急冷管54位于三级多相流分流器50锥部垂直高度的1/5～2/3处，其中心线与垂线的夹角为30°～65°。

本发明的多相流淬冷沉降器60底部为交叉状出料口，每个出料口分别通过切断阀与第一、二交叉处理器61a、61b相连，第一、二交叉处理器61a、61b出口合并后与轻馏分油多效回收塔62入口相连。

分流器衬里管道26通过热容耦合补偿调控器70与二级衬里管道43相连接。

参见图1，本发明的自适应三循环加压含碳物料梯级转化方法包括如下步骤：

a)含碳物料100先进入含碳物料进料系统的含碳物料预处理装置10制备成含水率≤4.0wt％、粒径范围为100μm～1000μm的粉体颗粒后，再通过含碳物料输送装置11和与输送介质102相连的物料输送控制装置12后进入含碳物料加压热化学反应单元30的混合物料强化传递区30-3，经热化学转化后所生成的高温气-固混合流体由含碳物料加压热化学反应单元30顶部的临氢热裂解反应区30-4上行进入一级多相流分流器32；

b)一级多相流分流器32分流所得的碳含量为1.00wt％～10.00wt％的贫碳颗粒下行进入一级多相流分流器流化料腿33，经贫碳颗粒密封返料器34循环返回含碳物料加压热化学反应单元30底部的中下部的多相流温度调控区30-2，一级多相流分流器32顶端输出的高温气-固混合流体通过衬里管道35进入二级多相流分流器40；

c)二级多相流分流器40捕获的粒径范围≥50μm、碳含量50.00wt％～85.00wt％的富碳粗颗粒下行进入二级多相流分流器流化料腿41，经富碳粗颗粒密封返料器42循环返回富碳颗粒化学链反应单元20底部的循环颗粒强化传递区20-1，二级多相流分流器40顶部输出的高温气-固混合流体通过衬里管道43进入三级多相流分流器50；

d)三级多相流分流器50捕获的粒径范围1μm～50μm的富碳细颗粒下行进入三级多相流分流器流化料腿51，三级多相流分流器流化料腿51中向下流动的富碳颗粒经过流化消能器52后进入级配料浆制备单元53后制成稳定悬浮液，再转移进入悬液料浆储罐105，通过活性富碳细颗粒循环返料单元210进入富碳颗粒化学链反应单元20中部的化学链起始反应区20-3，三级多相流分流器50顶部输出的气-固混合流体经抽引急冷管54与淬冷剂103混合后进入多相流淬冷沉降器60；

e)进入多相流淬冷沉降器60的气-液-固混合流体进行高效分流，气相产物106由多相流淬冷沉降器60顶部输出进入下游进行深度分离，所得的液-固多相产物下行分两股进入第一、二交叉处理器61a、61b后在汇合进入轻馏分油多效回收塔62，最后进入多相流湿法分流器63中进行多相流高效分离，分流后所得到的重质组分下行进入胶体颗粒分流器64，分离所得的富碳胶体颗粒再进入胶体颗粒改性活化塔65进行改性活化处理，所获得的多孔活性颗粒再通过多孔活性颗粒输送器109循环返回含碳物料加压热化学反应单元下部的混合物料强化传递区30-3；

f)经富碳粗颗粒密封返料器42循环返回富碳颗粒化学链反应单元20底部的循环颗粒强化传递区20-1的富碳颗粒上行经过富碳颗粒活化区20-2后与步骤d)中经活性富碳细颗粒循环返料单元210进入化学链起始反应区20-3的稳定悬浮液105合并后依次上行经过化学链深度反应区20-4和过渡调控区20-5，经深度化学链转化后生成的含多属性颗粒的高温气-固混合流体通过衬里管道21进入多属性颗粒分流器22，多属性颗粒分流器22分流所得的惰性粗颗粒下行进入多属性颗粒分流器流化料腿23，之后分为两路：一路通过多孔颗粒密封返料器24循环返回富碳颗粒化学链反应单元20底部的循环颗粒强化传递区20-1，另一路则通过热容/床层密度调控流化循环单元27上行进入含碳物料加压热化学反应单元30的多相流整流区30-1；富碳颗粒化学链反应单元20产生的惰性粗颗粒由底部出口经排放衬里管道25进入惰性颗粒排放及热能回收单元80；

g)经多属性颗粒分流器22分流所得的高温气-固混合流体通过衬里管道26进入含碳物料加压热化学反应单元30最底端的多相流整流区30-1，首先与来自热容/床层密度调控流化循环单元27的多性颗粒整流后上行进入多相流温度调控区30-2，然后与来自贫碳颗粒密封返料器34的贫碳颗粒混合后上行进入混合物料强化传递区30-3，最后与来自含碳物料进料系统的合格粉体颗粒混合后进入临氢热裂解反应区30-4进行热裂解反应，从而完成步骤a)到步骤g)的闭环工艺循环。

其中含碳物料100为挥发分含量20.00wt％～45.00wt％的含碳物料，输送介质102采用CO₂、N₂、氧含量≤5.0vol％燃料燃烧烟气中的一种或两种以上或循环合成气，含碳物料稳态输送反馈器13与含碳物料加压热化学反应单元30的混合物料强化传递区30-3相连接，含碳物料投料口301处设有内部表观流速为20～50m/s过热保护蒸汽。

多相流湿法分流器63底部输出的重质组分进入胶体颗粒分流器64后所获得的固含量40wt％～60wt％的胶体颗粒若为挥发份含量≥40wt％的低芳香度中间相，则可不经改性活化而直接加热至≥200℃后输送至含碳物料加压热化学反应单元30进行深度转化。

含碳物料加压热化学反应单元30、一级多相流分流器32、一级多相流分流器流化料腿23、贫碳颗粒密封返料器34所构建的多通道贫碳循环返料系统颗粒循环因子可在50～300的范围内进行调控。

活化剂分别进入排放衬里管道25和富碳颗粒化学链反应单元20的富碳颗粒活化区20-2、化学链起始反应区20-3后参与含碳物料的热化学链转化反应，其中进入富碳颗粒活化区20-2的活化剂中H₂O(g)分压与O₂分压比[(P_H2O)/P_O2]≥1.0，进入化学链起始反应区20-3的活化剂中H₂O(g)分压与O₂分压比[(P_H2O)/P_O2]≤1.0；

富碳颗粒化学链反应单元20不同区域的内径代号为D₁，D₂和D₃，则循环颗粒强化传递区20-1位于最低端高度为0.5D1～1.5D1的范围内，富碳颗粒活化区20-2位于循环颗粒强化传递区20-1上端高度为0.5D1～1.5D1的范围内，化学链起始反应区20-3位于富碳颗粒活化区20-2上端高度为0.05D₂～D₂的范围内，化学链深度反应区20-4位于化学链起始反应区20-3上端高度为0.5D₂～4D₂的范围内，过渡控制区位于最顶端0.5D₂～2D₃的范围内。

富碳颗粒化学链反应单元(20)操作温度范围950～1200℃，操作压力为0.5～5MPa，内部混合流体表观速度为0.8～5.0m/s。

所述的含碳物料加压热化学反应单元(30)操作温度范围500～650℃，操作压力为0.5～5MPa，内部混合流体表观速度为0.8～5.0m/s。

多相流干法分流系统操作温度范围480～630℃，操作压力范围为0.5～5MPa。

多相流淬冷沉降器60操作温度范围280～380℃，操作压力为0.5～5MPa。

多相流湿法分流器63操作温度范围80～120℃，操作压力为0.1～0.5MPa。

低阶煤经过本发明所公开的自适应三循环加压含碳物料梯级转化装置系统及方法转化后所获取的中低温煤焦油再依次经过后续的煤焦油预处理工艺中除尘、脱水、脱盐净化后进入分馏切割系统将净化煤焦油切割成轻馏分油、中馏分油、重馏分油；不同馏程的馏分油再进入后续馏分油深度转化装置系统中，最终转化为高附加值的清洁燃料油品，其中轻馏分油经萃取用于获取酚产品，脱酚油与中馏分油一起进入固定床加氢单元，重馏分油进入悬浮床加氢裂化单元转化，转化得到的液体产物也进入固定床加氢装置系统。中馏分油、重馏分油经悬浮床加氢、固定床加氢处理后所产的液体产物再进入加氢产物分离与回收装置系统，最终分别可以得到LPG、氢气、液体油化产品如石脑油、柴油、蜡油、煤油、高辛烷值汽油等能化产品。而该装置系统所产生的高氢碳比合成气既可作为合成甲醇、乙醇、SNG、F-T合成能化产品等煤基C1化工产业链的原料气，也可作为IGCC清洁燃气发电的燃料气。