一種煤氣內熱低溫乾餾溫度控制與煤氣提質方法
2023-07-28 05:37:01 1
專利名稱：一種煤氣內熱低溫乾餾溫度控制與煤氣提質方法
技術領域：
本發明涉及煤化工、新能源和環保領域。涉及一種乾餾方法，特別涉及 一種煤氣內熱低溫乾餾溫度控制與煤氣提質方法。
背景技術：
我國北方部分地區煤炭資源豐富，煤質好，屬低灰、低硫、低磷、高揮 發分的弱粘、不粘煤。利用這種非焦煤低溫乾餾煉製蘭炭或半焦是地方目前 主要的煤轉化工業。與優質動力煤相比，通過一定的乾餾工藝可以實現煤的 綜合利用，是一個發展方向。然而，由於其乾餾規模小、焦炭質量差，能耗 高、效益低、環境汙染嚴重，尤其是產出的低熱值煤氣難以利用，直接影響 該行業的發展。積極探索新的乾餾工藝，開發乾餾過程的資源綜合利用技術， 對該行業、地方乃至全國社會和經濟可持續發展具有重大意義。
對我國的陝、晉、寧、蒙地區的蘭炭生產企業而言，目前主要採用內熱 乾餾的方式，即採用了空氣和過量煤氣燃燒加熱的方式，燃燒廢氣混入了煤 氣中，既降低了煤氣的熱值，也增大了淨化系統的處理能力，而且不利於綜 合利用。採用富氧乾餾是解決該問題的一個有效措施，然而，如何保證內熱 式低溫乾餾溫度控制就成為一個十分關鍵性的問題。目前對於低溫乾餾的溫 度控制，主要採用如下途徑 一是採用空氣助燃，利用空氣中的氮氣吸熱， 並適當增加冷煤氣的配入量；二是在富氧條件下，採用大幅度增加冷煤氣的 配入量的方法，該方法已在申請人前期申請的中國專利(申請號 200810017769.9，公開號CN 101250419A)的申請文件中提出。上述第一 種途徑方法簡便易行，但存在煤氣熱值低，綜合利用難度大的問題。通過進 一步研究，申請人發現第二種途徑雖然可有效克服第一方法的不足，具有煤
3氣循環量大，煤氣產出量相對較低的特點，但在乾餾後煤氣後續接化工不一 定適合化工相關程序對煤氣的要求。因此尋求一種既能夠有效提供大量煤 氣，又能降低煤氣中氮氣的含量，同時能夠確保對煤實現低溫乾餾，有效控 制內熱爐的乾餾溫度，並且提高煤氣中氫氣的含量，是一個有待探索和解決 的問題。
發明內容
針對上述現有技術存在的缺陷或不足，本發明的目的在於，提供一種煤 氣內熱低溫乾餾溫度控制與煤氣提質方法，該方法將煤氣富氧燃燒，同時與 冷煤氣及水蒸汽配合，通過水煤氣反應的冷卻效果，保證低溫乾餾的溫度要 求，同時提高煤氣質量。
本發明的目的可以通過以下技術措施來實現
一種煤氣內熱低溫乾餾溫度控制與煤氣提質方法，其特徵在於，包括如 下步驟
1) 以神木幹基原煤為主原料，以工業純氧和空氣混合製備成氧氣含量 為60%—100%的富氧空氣在爐外燃燒器中與煤氣燃燒產生高溫廢氣作為煤 乾餾所需基礎熱源；
2) 對富氧空氣與煤氣加溼後鼓入乾餾爐，利用加溼的水分蒸發與分解 吸熱，實現對溫度的調節，減少冷煤氣配入量，最終形成符合煤低溫乾餾溫 度要求的760'C 85(TC高溫循環氣體；同時，加溼的爐氣在乾餾爐內由於 水煤氣反應，產生氫氣，提高煤氣中的氫含量；
3) 將符合煤低溫乾餾溫度要求的高溫循環氣體，通入內熱式煤低溫幹 餾爐，對爐內的煤進行無氧化或弱氧化加熱，產出的高熱值煤氣通過焦油分 離捕收設備分離焦油後，部分循環回流到燃燒器中持續提供與富氧空氣燃燒 所需的煤氣，剩餘的部分煤氣供後續工序或煤氣發電使用。
上述對富氧空氣與煤氣燃燒產生高溫廢氣和分離焦油後的乾餾冷煤氣混合後的高溫循環氣體進行加溼採用水蒸汽或水霧通過燃燒器的鼓風(或煤 氣)加溼，或者向乾餾冷卻段直接噴水加溼，或者採用兩者的結合方式。
其中，鼓風加溼是將富氧空氣或者純氧與加溼後的煤氣通過燒嘴噴入燃 燒器，然後進入燃燒室燃燒，產生的高溫煙氣進入乾餾爐乾餾段，對煤進行 乾餾。
直接噴水加溼採用霧化噴嘴多點分布向冷卻段直接噴水，噴水量根據煤 乾餾需要的溫度設定。
本發明的方法適用於各類內熱式煤低溫乾餾爐，即高溫介質通過爐子中 的煤層，加熱原煤實現乾餾的過程。本發明的方法能在有效降低煤氣中的氮 含量的同時，提高煤氣的氫含量，有利於煤氣的化工方向的利用。同時與目 前低溫乾餾生產煤氣的方法相比具有工藝設備簡單，便於操作，利於對煤的 綜合利用，減少廢氣對環境的汙染。
與此同時，本發明的方法可作為內熱富氧低溫乾餾的一項配套技術，為 富氧乾餾提供一種有效的溫度調節手段，有利於發揮內熱乾餾換熱效率高、 生產效率高的特點，將低溫乾餾和生產煤氣有機結合。
圖1是本發明適用的方法流程圖。
以下結合附圖和發明人給出的實施例對本發明作進一步的詳細說明。
具體實施例方式
參見圖1，本發明的煤氣內熱低溫乾餾溫度控制與煤氣提質方法，具體 包括如下步驟
1、 以神木幹基原煤為主原料，以工業純氧(工業純氧，99.0%)和空氣 混合製備成氧氣含量為60% 100%的富氧空氣在爐外燃燒器中與煤氣燃燒 產生高溫廢氣作為煤乾餾所需基礎熱源。
2、 對富氧空氣與煤氣加溼後鼓入乾餾爐，利用加溼的水分蒸發與分解吸熱，實現對溫度的調節，減少冷煤氣配入量，最終形成符合煤低溫乾餾溫
度要求的76(TC 85(TC高溫循環氣體；同時，加溼的爐氣在乾餾爐內由於 水煤氣反應，產生氫氣，提高煤氣中的氫含量。
3、將符合煤低溫乾餾溫度要求的高溫循環氣體通入內熱式煤低溫乾餾 爐，對爐內的煤進行無氧化(或弱氧化)加熱，產出的高熱值煤氣通過焦油 分離捕收設備分離焦油後，部分循環回流到燃燒器中持續提供與富氧空氣燃 燒所需的煤氣，剩餘的部分煤氣供後續工序或煤氣發電等化工使用。
對富氧空氣與煤氣燃燒產生高溫廢氣和分離焦油後的乾餾冷煤氣混合 後的高溫循環氣體進行加溼方式，加溼採用水蒸汽或水霧的形式，可以通過 燃燒器的鼓風加溼，或者向乾餾冷卻段直接噴水加溼，或者採用兩者的結合 方式。
圖1中虛線為加溼可選擇的另一個技術方案，也可同時採用。 發明的方法採用的技術原理是
富氧燃燒技術(氧氣含量60% 100%)即以富氧或純氧與煤氣燃燒產 生高溫廢氣作為煤乾餾所需基礎熱源，通過向助燃空氣或煤氣中加溼，實現 對燃燒後乾餾介質(爐內乾餾用氣)溫度的控制，形成符合煤低溫乾餾溫度 要求的高溫循環氣(溫度760'C 85(TC)，對爐內的煤進行無氧化(或弱氧 化)加熱，實現循環部分煤氣的無燃燒循環。加溼的煤氣在爐內由於水煤氣 反應，產生氫氣，為過程煤氣的綜合利用尤其是作為下遊化工產品等的利用 奠定基礎。
本發明的要點包括三個方面 一是和富氧燃燒技術結合，利用加溼控制 燃燒後氣體的溫度，使之符合低溫乾餾的溫度條件；二是利用水煤氣反應， 提高煤氣中氫含量；三是產出的高質量煤氣有利於與化工等高效利用途徑的 對接；四是不用改變現有乾餾爐本體結構，可根據乾餾爐過程需要進行靈活 調整。加溼可以結合不同工藝和設備特點，靈活安排。例如
(1) 鼓風加溼富氧或純氧與加溼後的煤氣通過燒嘴噴入燃燒室燃燒， 產生的高溫煙氣進入乾餾爐乾餾段，對煤進行乾餾。可以通過煤氣中加溼(水 汽)量實現對溫度乾餾段溫度的控制。調節溫度可按照煤種乾餾需要(680 °C-910°C)設定。產出的高熱值煤氣在分離焦油後，部分循環作燃燒或到幹 餾氣中，部分供後續工序化工使用。
(2) 直接噴水加溼。對立式低溫乾餾爐，可以採用向冷卻段直接噴水 的方式，水蒸汽上行，進入乾餾段，實現對乾餾區溫度的控制。
本發明的方法也可用於新建、改建內熱式低溫煤乾餾企業。 以下是發明人給出的具體實施例，需要說明的是，本發明不限於這些實 施例。
實施例1:年處理200萬噸煤的低溫乾餾蘭炭集中工業區應用
(1) 基本情況
年處理能力60萬噸的蘭炭生產廠3座，年處理能力20萬噸的蘭碳生產 廠一座，採用立式方爐為基本生產設備，煤焦比1.65: 1。焦油產率8%左右 (神木幹基原煤為基準)。在富氧乾餾改造後，系統設有各分路壓力和流量 檢測與調節裝置，燃燒尾氣和入爐乾餾介質溫度檢測裝置，實現對過程的調 節與控制。採用100%富氧比乾餾，助燃用純氧(工業純氧，99.0%)消耗 量約為52 58mVt^，燃燒用煤氣消耗量約為51 55mVt^，另配入冷煤氣 量250~270m3/t i，混合氣溫度達到680-750°C。爐溫調節主要靠冷煤氣配 入量和煤氣氧氣比。富餘煤氣量210mVt^。參考煤氣成分為
參考煤氣成分為H2: 40.95%， CO: 25.04%, C02: 12.46%, CH4: 14.65%，氮氣5.85%。煤氣熱值13182kJ/m3。
(2) 應用方式
本應用實例採用鼓風加溼和冷卻段噴水加溼結合的方式對乾餾溫度進行控制。
鼓風加溼通過煤氣中加溼的方式進行，採用霧化噴嘴，向燒嘴的煤氣噴
入管噴入水，加溼量為30g/m、氣，折合9kg/t^炭。氧氣與加溼後的煤氣通過 燒嘴噴入燃燒室混合燃燒，產生的高溫煙氣進入乾餾爐乾餾段，對煤進行幹 餾。適當的加溼量可防止富氧燃燒產生的溫度過高。
冷卻段噴水加溼採用特製的霧化噴嘴多點分布向冷卻段直接噴水的方 式，水蒸汽上行，進入乾餾段，實現對乾餾區溫度的控制。噴水量折合18kg /t^。為了防止溫度過高對乾餾過程的影響，上行的水蒸汽及水煤氣反應形 成的混合氣體經布氣裝置，儘快和燃燒產生的氣體混合，實現對乾餾溫度的 調節。
(3)應用結果
生產每噸蘭炭配加的冷卻煤氣量降低到60~70m3/t^，富餘煤氣量提高 到480mVt蘭炭，煤氣熱值比原來略有提高，達到(13400-14220) kJ /Nm3。 另外，由於氫有效成分提高，具備後續化工利用的條件。參考煤氣成分為 H2: 48.95%, CO: 20.04%， C02: 10.46%, CH4: 13.95%，氮氣:4.85%。 煤氣熱值14182kJ/m3。
乾餾過程穩定，爐況調控方便。 實施例2:年產60萬噸的蘭炭生產廠的應用 (1)基本情況
應用立式方爐為基本生產設備，煤焦比1.67: 1。蘭炭生產爐助燃氣用 富氧空氣，氧氣含量80%，採用工業純氧(工業純氧，99.0%)和空氣混合， 氧氣消耗量約為48~51 m3/t蘭炭，空氣為16~20 m3/t蘭炭；煤氣消耗量約為 63 68mVt蘭炭，另配入冷煤氣量230 245m3/t蘭炭。富餘煤氣量310m3/t蘭炭。參 考煤氣成分為
H2: 39.05%, CO: 23.04%, C02: 12.06%, CH4: 12.55%，氮氣:8.85%。
8煤氣熱值13102kJ/m3。
(2) 應用方式
採用鼓風加溼和冷卻段噴水加溼結合的方式對乾餾溫度進行控制。 鼓風加溼通過煤氣中加溼(水汽)的方式進行，採用霧化噴嘴，向燒嘴 的煤氣噴入管噴入水，加溼量8kg/t^。富氧或純氧與加溼後的煤氣通過燒 嘴噴入燃燒室燃燒，產生的高溫煙氣進入乾餾爐乾餾段，對煤進行乾餾。
直接噴水加溼採用特製的霧化噴嘴多點分布向冷卻段直接噴水的方式， 水蒸汽上行，進入乾餾段，實現對乾餾區溫度的控制。噴水量折合16kg/t哉。
(3) 應用結果
生產每噸蘭炭配加的冷卻煤氣量由原來的230~245m3/t蘭炭降低到 Aa^/7nm3/+ — 宣全'麼與昏出瞎求的"rvn3/t 、,山堪宮至i1 snnm3/t "山.'麼與扭佶
比原來略有提高，達到13400-13920kJ/Nm3。另外，由於氫有效成分提高， 具備後續化工利用的條件。參考煤氣成分如下
參考煤氣成分為H2: 42.51%， CO: 21.04%， C02: 11.06%， CHt: 14.55%， 氮氣8.05%。煤氣熱值13402kJ/m3。
過程爐況穩定、調控方便。 實施例3年產60萬噸的蘭炭生產廠的應用 (1)基本情況
應用立式方爐為基本生產設備，煤焦比1.67: 1。焦油產率7.8%左右(神 木幹基原煤為基準)。本應用實踐中，蘭炭生產爐助燃氣用富氧空氣，氧氣 含量60%，採用工業純氧(工業純氧，99.0%)和空氣混合製得，氧氣消耗 量約為43~46 m3/t蘭炭，空氣為42~48 m3/t蘭炭；燃燒煤氣採用分離焦油後的幹 餾冷煤氣，消耗量約為83 90mVt ^，另配入冷煤氣量190~200m3/t^。富 餘煤氣量360~380m3/t蘭炭。
H2 34.32%, CO 22.53%， C02 11.87%， 0^9.10%,氮氣21.68%。煤氣熱值11058kJ/m3。
(2) 應用方式 冷卻段噴水加溼的方式對乾餾溫度進行控制。
直接噴水加溼採用特製的霧化噴嘴多點分布向冷卻段直接噴水的方式， 水蒸汽上行，進入乾餾段，實現對乾餾區溫度的控制。噴水量折合22kg/t哉。
(3) 應用結果
生產每噸蘭炭配加的冷卻煤氣量由原來的190~200m3/t ^降低到 60~65m3/t蘭炭，富餘煤氣量由原來的360~380m3/t蘭炭提高到560m3/t蘭炭，煤氣 熱值原來基本相當，為11018 12152kJ/Nm3。另外，由於氫有效成分提高， 具備後續化工利用的條件。參考煤氣成分如下
H2: 37.42%, CO: 21.83%, C02: 11.37%, CH4: 7.82%，氮氣:20.98%。 煤氣熱值11240kJ/m3。
乾餾過程穩定，爐況調控方便。 實施例4年產60萬噸的蘭炭生產廠富氧乾餾
(1) 基本情況
應用立式方爐為基本生產設備，富氧比為30%的空氣助燃，煤焦比1.68: 1。焦油產率7.8%左右，蘭炭生產爐富氧助燃空氣消耗量為180mVt^炭 200m3/t^，氧氣耗量22.5m3/t 1，煤氣消耗量76~82m3/t ^，另配入冷煤氣量 90mVt蘭炭 100mVt蘭炭，噸煤剩餘煤氣量580m3左右(神木幹基原煤為基準)。 H2: 23.09%, CO: 16.29%， C02: 10.28%, CH4: 5.85%，氮氣43.45%。 煤氣熱值7223kJ/m3。
(2) 應用方式 同應用實例2。
冷卻段噴水加溼的方式對乾餾溫度進行控制。直接噴水加溼採用特製的 霧化噴嘴多點分布向冷卻段直接噴水的方式，水蒸汽上行，進入乾餾段，實
10現對乾餾區溫度的控制。噴水量折合llkg/t蘭炭。 (3)應用結果
採用本發明的方法後，煤焦比與焦油產率與原工藝基本持平，蘭炭生產 爐30%富氧助燃空氣消耗量為200 210m3/t ^，煤氣燃燒及循環總量降低 到(80 85) m3/t^，噸煤剩餘煤氣量6501113左右(神木幹基原煤)。煤氣 熱值達到(7231.0-7342.8) kJ/Nm3。參考煤氣成分如下
H2: 26.07°/。， CO: 16.20%, C02: 11.08%， CHj: 5.45%,氮氣40.45%。 煤氣熱值7321kJ/m3。
乾餾過程穩定，爐況調控方便。
權利要求
1、一種煤氣內熱低溫乾餾溫度控制與煤氣提質方法，其特徵在於，包括如下步驟1)以富氧乾餾為基礎，以工業純氧和空氣混合製備成氧氣含量為60％～100％的富氧空氣在爐外燃燒器中與煤氣燃燒產生高溫廢氣作為煤乾餾所需基礎熱源；2)對富氧空氣與煤氣加溼後鼓入乾餾爐，利用加溼的水分蒸發與分解吸熱，實現對溫度的調節，減少冷煤氣配入量，最終形成符合煤低溫乾餾溫度要求的760℃～850℃高溫循環氣體；同時，加溼的爐氣在乾餾爐內由於水煤氣反應，產生氫氣，提高煤氣中的氫含量；3)將符合煤低溫乾餾溫度要求的高溫循環氣體，通入內熱式煤低溫乾餾爐，對爐內的煤進行無氧化或弱氧化加熱，產出的高熱值煤氣通過焦油分離捕收設備分離焦油後，部分循環回流到燃燒器中持續提供與富氧空氣燃燒所需的煤氣，剩餘的部分煤氣供後續工序或煤氣發電使用。
2、 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，加溼採用水蒸汽或水霧通 過燃燒器的鼓風加溼，或者向乾餾冷卻段直接噴水加溼，或者採用兩者的結 合方式。
3、 如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述的直接噴水加溼採用 霧化噴嘴多點分布向冷卻段直接噴水，噴水量根據煤乾餾需要的溫度設定。
全文摘要
本發明涉及一種煤氣內熱低溫乾餾溫度控制與煤氣提質方法，以富氧乾餾為基礎，以工業純氧和空氣混合製備成富氧空氣在爐外燃燒器中與煤氣燃燒產生高溫廢氣作為煤乾餾所需熱源；對富氧空氣與煤氣加溼後鼓入乾餾爐，利用加溼的水分蒸發與分解吸熱，形成符合煤低溫乾餾溫度要求的760℃～850℃高溫循環氣體，減少冷煤氣的配入量；同時，加溼的爐氣在乾餾爐內由於水煤氣反應，產生氫氣，提高煤氣中的氫含量；產出的高熱值煤氣通過焦油分離捕收設備分離焦油後，部分循環回流到燃燒器中持續提供與富氧空氣燃燒所需的煤氣，剩餘的部分煤氣供後續工序或煤氣發電等化工使用。具有工藝設備簡單，便於操作，利於對煤的綜合利用，減少廢氣對環境的汙染。
文檔編號C10B57/00GK101497802SQ20091002132
公開日2009年8月5日 申請日期2009年2月27日 優先權日2009年2月27日
發明者蘭新哲, 華建設, 尚文智, 李小明, 趙俊學, 趙西成 申請人:西安建築科技大學