CN101250419B - 一种煤气内热低温干馏方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤气内热低温干馏方法，将富氧或纯氧在炉外燃烧器中与燃烧煤气产生高温废气，作为煤干馏所需基础热源；将产生的高温废气通过和干馏过程产生的脱除焦油后的冷煤气混合，配制成温度为680-810℃的高温循环气；将高温循环气鼓入内热式煤干馏炉，对炉内的煤进行无氧化或弱氧化加热，实现循环部分煤气的无燃烧循环。使用该方法能够有效降低煤气中的氮含量，提高煤气的热值，提高焦油收率，改善兰炭质量。

Description

一种煤气内热低温干馏方法

技术领域

本发明涉及一种煤的干馏方法，特别涉及一种煤气内热低温干馏方法。本发明适用于铁合金焦的生产过程。

背景技术

我国北方部分地区煤炭资源丰富，煤质好，属低灰、低硫、低磷、高挥发分的弱粘、不粘煤。利用这种非焦煤低温干馏炼制铁合金焦(也称兰炭或半焦)工业是地方目前主要的煤转化工业，然而，由于其干馏规模小、焦炭质量差，能耗高、效益低、环境污染严重，不符合国家环保政策和可持续发展的要求，直接影响能源化工基地的现代化建设和发展。从经济社会可持续发展大局出发，积极开展干馏过程的资源综合利用技术，开发清洁干馏新工艺，尽快形成适合该煤质特性的洁净干馏生产新技术与成套装备，大大提高这些地区的煤、煤焦油、焦炉煤气综合技术的技术水平，对行业、地方乃至全国社会和经济可持续发展具有重大意义。

铁合金焦的生产，目前多采用直立外热炉或内热炉，热解温度以中、低温居多。典型的有西方热解法、COED法、TOSCO法和鲁奇一鲁尔煤气法等。国内以侏罗纪不粘煤、弱粘煤、长焰煤等低变质煤生产铁合金焦主要采用立式炉，主要炉型有四类：一是考伯斯外热式直立炭化炉，此工艺以生产城市煤气为主；二是鞍山热能院设计的内热式直立炭化炉，该炉以生产铁合金焦为主，可回收焦油；三是直立不完全气化炉，该炉以供中、小城镇煤气为主，副产品为铁合金焦和焦油；四是工艺、技术较简单的小型炭化炉，这种炉型以生产铁合金焦为主，有回收焦油和不回收焦油两种形式。其中第四种为第二种的简化炉型。

近年来的主要发展趋势有如下几个方面：

(1)干馏设备大型化。通过设备大型化，实现环保等配套设备的完整化。

(2)进一步研究低温干馏的内在规律，提高焦油的产出率和化工产品的回收利用率。

(3)进一步研究和开发适用的煤化联产技术。

对我国的陕、晋、宁蒙地区的冶金焦生产企业而言，存在的主要问题有五个方面，一是内热采用了炉内空气和煤气燃烧加热的方式，燃烧废气混入了煤气中，既降低了煤气的热值，不仅增大了净化系统的处理能力，而且不利于综合利用；二是焦油产率低，煤气中的焦油采用循环水喷淋冷凝法洗涤，经过自然沉淀来分离，焦油分离不彻底；三是未有合理的煤气利用途径，煤气以直接燃烧排放为主；四是设备、操作系统等未优化；五是环境污染和生态问题突出，资源浪费大。具体表现为吨焦耗煤量大，筛分后的煤粉被弃置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种煤气内热低温干馏方法，使用该方法能够有效降低煤气中的氮含量，提高煤气的热值，提高焦油收率，改善兰炭质量。

为解决上述技术问题本发明是这样实现，它包括如下步骤：

1)、将富氧空气在内热式煤干馏炉外燃烧器中与燃烧煤气产生高温废气，作为煤干馏所需基础热源，所述燃烧煤气采用分离焦油后的干馏冷煤气；

2)、将产生的高温废气通过和干馏过程产生的脱除焦油后的冷煤气混合，配制成温度为680-810℃的高温循环气；

3)、将高温循环气鼓入内热式煤干馏炉，对炉内的煤进行无氧化加热。

所述步骤1中富氧空气的富氧率为30-100％。

本发明的有益效果是：

(1)煤气外热循环干馏焦炉采用部分煤气闭路循环，煤气经加热后，直接用于原煤加热干馏，充分利用了热能，热利用效率高。(2)可在不改变现行低温干馏炉结构的情况下，产出低氮高质量煤气，提高焦油产量和兰炭质量。(3)减少煤气的产出量，更容易实现煤气净化，有利于实现联产综合利用。(4)大大提高现有低温干馏装置的技术和装备水平，为低温干馏技术在高焦油含量的低变质侏罗纪煤的高效利用创造条件。

本发明的理论依据：

低温干馏的主要设备分两类：一是密闭式间接加热干馏，像现代的焦化炉，由炭化室和燃烧室构成。其基本原理是利用燃烧产生的高温废气通过导热墙将热量传输给与之隔离的炭化室的原煤，使之在与空气隔离的情况下，实现干馏、炭化、成焦。另一类是炭化室和燃烧室一体的直接炭化炉，向炭化炉内鼓入空气，燃烧产生的废气在炉内加热煤，实现干馏。前者目前主要用于焦化，后者目前在低温干馏兰炭生产中得到较广泛的应用。直接炭化炉有设备简单，投资相对较低，生产率高的特点，但由于采用空气助燃，煤气中的氮含量高，煤气量大质低，直接影响到焦油产出和煤气高效利用。采用富氧及纯氧，可以有效降低采用空气助燃时氮的影响，而且采用外加燃烧器时配加循环冷煤气调整混合气，使之符合低温干馏需要的温度和流量，可以在不改变现有干馏炉基本结构的情况下，实现干馏。由于在炉内没有高温燃烧区，可提高焦油产出量，提高兰炭质量。

附图说明

图1是本发明工艺流程图。

具体实施方式

本发明适用于各类内热式煤干馏炉，即高温介质通过炉子中的煤层，加热原煤实现干馏的过程。

本发明的要点包括三个方面：一是以氧代替空气，有效降低煤气中的氮含量，提高煤气中有效成分含量；二是设置炉外燃烧室，并采用部分冷煤气循环，配制适合低温干馏的干馏气，消除炉内燃烧产生的高温区，从而提高焦油产量和兰炭质量；三是产出的高质量煤气有利于与化工等高效利用途径的对接；四是不用改变现有干馏炉本体结构，可根据干馏炉的结构灵活调整燃烧和配入冷煤气量。

本发明提出了利用富氧燃烧技术(氧气含量30-100％)，以富氧或纯氧在炉外燃烧器中燃烧煤气产生高温废气，作为煤干馏所需基础热源，通过和干馏过程产生的低温干馏煤气(脱除焦油后的冷煤气)混合，配制成符合煤低温干馏要求温度的高温循环气(温度680-810℃)，鼓入内热式煤干馏炉，对炉内的煤进行无氧化(或弱氧化)加热，实现循环部分煤气的无燃烧循环，进而改变因空气鼓入燃烧带来的兰炭质量低，煤气有效成分含量低，氮含量高，煤气热值低，产出量大带来的综合利用问题，尤其是作为下游化工产品等的高效利用奠定基础。

本发明可作为煤低温干馏生产配套技术选用，具体实施方式如图1所示。

富氧或纯氧通过烧嘴喷入燃烧室完全燃烧，在燃烧室末段，通过调节阀通入经脱除焦油后的冷煤气，调节到达煤种干馏需要的温度后(680-810℃)后，供给低温干馏炉，产出的高热值低氮煤气在脱除分离焦油后，部分供后续工序使用，部分循环到干馏气中。

助燃气可采用富氧(富氧率30-100％)或全氧。对煤化集中区或大型煤低温干馏企业，可按照规模，建设空分制氧系统。对规模相对较小的，可选择变压吸附等制氧装置。

在燃烧和配气环节，燃烧器选择氧-燃气复合燃烧器，分离焦油后的冷态净煤气部分经加压返回，配入燃烧后的高温废气，形成满足低温干馏要求温度和流量的煤气。燃烧器功率和冷煤气配入量由干馏工艺要求和炉型决定。

干馏产生的煤气经焦油分离和捕收后，部分用于内部循环，包括燃烧和配气。富余煤气可用于下游工序，如化工和发电等。

本技术可用于新建、改建内热式低温煤干馏企业。

实施例1年处理200万吨煤的低温干馏兰炭集中工业区应用

(1)基本情况：

年处理能力60万吨的兰炭生产厂3座，年处理能力里20万吨的兰碳生产厂一座，采用立式方炉为基本生产设备，空气助燃，煤焦比1.65∶1。焦油产率8％左右(神木干基原煤为基准)，吨煤剩余煤气量580m³左右(神木煤)，煤气热值1700-1900kcal/Nm³，煤气采用燃气燃煤混合发电消纳，发电机效率39％左右。参考煤气成分如下：

H₂ 10.2％，CO 8.6％，CO₂ 6.5％，CH₄ 13.39％，C2-C5 1.04％，其余为氮气。热值1849kcal/m³。

(2)应用方式

采用集中设置空分制氧装置，分散供氧的方式。其他参考实施方式示意图和文字说明。本应用实践中，原兰炭生产炉助燃空气消耗量为260～280m³/t兰炭，煤气消耗量100～110m³/t兰炭。采用本技术后，工业纯氧的实际消耗量按照原助燃空气中的氧量等量折算，所得助燃用纯氧(工业纯氧，99.0％)，消耗量约为52～58m³/t兰炭，燃烧煤气采用分离焦油后的干馏冷煤气，燃烧用煤气消耗量约为51～55m³/t兰炭，燃烧器选用套茼式煤气燃烧器，二者在燃烧室中燃烧产生高温烟气，在燃烧室出口，设置有配气用混合管，另配入冷煤气量250～270m³/t兰炭，混合气温度达到680-750℃，配制后的干馏气总体积和原来基本持平，通过风口送入干馏炉。入炉混合气压力约为1.25～1.28×10⁵Pa。荒煤气分离焦油后，部分用于下游工序，部分返回燃烧和配气系统。燃烧用煤气采用罗茨风机加压，循环冷煤气采用离心加压风机加压。系统设有各分路压力和流量检测与调节装置，燃烧尾气和入炉干馏介质温度检测装置，实现对过程的调节与控制。

(3)应用结果

采用本技术后，煤焦比降低到1.62∶1，焦油产率提高到率8.5％左右(神木干基原煤为基准)，吨煤剩余煤气量190-210m³(神木煤)，煤气热值大幅度提高，达到5600-6500kcal/Nm³，煤气有效成分大幅度提高，采用燃气发电，发电机热循环效率提高到42％左右。另外，由于有效成分提高，具备后续化工利用的条件。参考煤气成分如下：

参考煤气成分为：H2 16.07％，CO 16.08％，CO₂ 11.15％，CH₄40.21％，C2-C5 8.11％，其余为氮气。煤气热值5732kcal/m³。

实施例2年产60万吨的兰炭生产厂的应用

(1)基本情况

应用立式方炉为基本生产设备，空气助燃，煤焦比1.67∶1。焦油产率7.8％左右(神木干基原煤为基准)，吨煤剩余煤气量560m³左右(神木煤)，煤气热值1700-1900kcal/Nm³，煤气采用小型燃气发电消纳，发电机效率38％。发电主要供自用，部分煤气燃烧外排。

参考煤气成分为：H₂ 11.2％，CO 9.9％，CO₂ 6.1％，CH₄ 11.49％，C2-C5 1.14％，其余为氮气。煤气热值1768kcal/m³。

(2)应用方式

采用变压吸附制氧装置，分散供氧的方式。具体实施方法和技术措施和实例1同。助燃气用富氧空气，氧气含量80％，采用工业纯氧(工业纯氧，99.0％)和空气混合，氧气消耗量约为48～51m³/t兰炭，空气为16～20m³/t兰炭；燃烧煤气采用分离焦油后的干馏冷煤气，消耗量约为63～68m³/t兰炭，燃烧器选用套茼式煤气燃烧器，在燃烧室中燃烧产生高温烟气，在燃烧室出口，设置有配气用混合管，另配入冷煤气量230～245m³/t兰炭，保证配制后的干馏气总体积约360～380m³/t兰炭，混合气温度达到760-810℃，通过风口送入干馏炉。入炉混合气压力约为1.25～1.28×10⁵Pa。荒煤气分离焦油后，部分用于下游工序，部分返回燃烧和配气系统。燃烧用煤气采用罗茨风机加压，循环冷煤气采用离心加压风机加压。系统设有各分路压力和流量检测与调节装置，燃烧尾气和入炉干馏介质温度检测装置，实现对过程的调节与控制。

(3)应用结果

采用本技术后，煤焦比降低到1.63∶1，焦油产率提高到8.2％左右(神木干基原煤为基准)，吨煤剩余煤气量220-240m³(神木煤)，煤气热值大幅度提高，达到5100-5400kcal/Nm³，煤气有效成分大幅度提高，具备后续化工利用的条件。参考煤气成分如下：

H₂ 12.52％，CO 12.18％，CO₂ 10.65％，CH₄ 36.13％，C2-C510.21％8.21％，其余为氮气。煤气热值5189kcal/m³。

煤气如采用小型燃气发电消纳，发电机效率提高到41％左右，发电机组数量减少，无剩余煤气外排。

实施例3年产60万吨的兰炭生产厂的应用

(1)基本情况

应用立式方炉为基本生产设备，空气助燃，煤焦比1.67∶1。焦油产率7.8％左右(神木干基原煤为基准)，吨煤剩余煤气量560m³左右(神木煤)，煤气热值1700-1900kcal/Nm³，煤气采用小型燃气发电消纳，发电机效率38％。发电主要供自用，部分煤气燃烧外排。

参考煤气成分为：H₂ 11.2％，CO 9.9％，CO₂ 6.1％，CH₄ 11.49％，C2-C5 1.14％，其余为氮气。煤气热值1768kcal/m³。

(2)应用方式

采用变压吸附制氧装置，分散供氧的方式。具体实施方法和技术措施和实例1同。助燃气用富氧空气，氧气含量60％，采用工业纯氧(工业纯氧，99.0％)和空气混合制得，氧气消耗量约为43～46m³/t兰炭，空气为42～48m³/t兰炭；燃烧煤气采用分离焦油后的干馏冷煤气，消耗量约为83～90m³/t兰炭，燃烧器选用套茼式煤气燃烧器，在燃烧室中燃烧产生高温烟气，在燃烧室出口，设置有配气用混合管，另配入冷煤气量190～200m³/t兰炭，保证配制后的干馏气总体积约360～380m³/t兰炭，混合气温度达到750-780℃，通过风口送入干馏炉。入炉混合气压力约为1.25～1.28×10⁵Pa。荒煤气分离焦油后，部分用于下游工序，部分返回燃烧和配气系统。燃烧用煤气采用罗茨风机加压，循环冷煤气采用离心加压风机加压。系统设有各分路压力和流量检测与调节装置，燃烧尾气和入炉干馏介质温度检测装置，实现对过程的调节与控制。

(3)应用结果

采用本技术后，煤焦比降低到1.63∶1，焦油产率提高到8.2％左右(神木干基原煤为基准)，吨煤剩余煤气量280-310m³(神木煤)，煤气热值，达到4560-4700kcal/Nm³，煤气有效成分大幅度提高，具备后续化工利用的条件。参考煤气成分如下：

H₂ 12.07％，CO 11.29％，CO₂ 10.65％，CH₄ 34.51％，C2-C5 6.86％，其余为氮气。煤气热值4782kcal/m³。

煤气如采用小型燃气发电消纳，发电机效率提高到41％左右，发电机组数量减少，无剩余煤气外排。

实施例4年产60万吨的兰炭生产厂富氧

(1)基本情况

应用立式方炉为基本生产设备，空气助燃，煤焦比1.68∶1。焦油产率7.8％左右(神木干基原煤为基准)，吨煤剩余煤气量580m³左右(神木煤)，煤气热值1700-1900kcal/Nm³，煤气采用小型燃气发电消纳，发电机效率38％。发电主要供自用，部分煤气燃烧外排。

煤气参考成分：H₂ 10.64％，CO 11.0％，CO₂ 5.9％，CH₄ 11.42％，C2-C5 1.13％，热值1779kcal/m³。

(2)应用方式

采用膜分离法富氧装置。助燃气用富氧，富氧率为30％(制得富氧空气中的氧含量30％)。具体实施方法和技术措施和实例1同。兰炭生产炉富氧助燃空气消耗量为180～200m³/t兰炭，煤气消耗量76～82m³/t兰炭，另配入冷煤气量90～100m³/t兰炭，保证配制后的干馏气总体积约360～380m³/t兰炭，入炉混合气压力约为1.22～1.25×10⁵Pa(绝对压力)。操作过程可根据炉膛温度，调整排兰炭速度，以保证过程的稳定性和干馏要求。

(3)应用结果

采用本技术后，煤焦比降低到1.66∶1，焦油产率提高到8.1％左右(神木干基原煤为基准)，吨煤剩余煤气量380-420m³(神木煤)，煤气热值大幅度提高，达到2800-3000kcal/Nm³，煤气有效成分大幅度提高。参考煤气成分如下：

H₂ 12.27％，CO 14.03％，CO₂ 10.15％，CH₄ 13.8％，C2-C5 6.11％，煤气热值2965kcal/m³。

煤气采用小型燃气发电消纳，发电机效率提高到41％左右，发电机组数量减少，无剩余煤气外排。

Claims (2)

1.一种煤气内热低温干馏方法，其特征是：它包括如下步骤：

1)、将富氧空气在内热式煤干馏炉外燃烧器中与燃烧煤气产生高温废气，作为煤干馏所需基础热源，所述燃烧煤气采用分离焦油后的干馏冷煤气；

2)、将产生的高温废气通过和干馏过程产生的脱除焦油后的冷煤气混合，配制成温度为680-810℃的高温循环气；

3)、将高温循环气鼓入内热式煤干馏炉，对炉内的煤进行无氧化加热。

2.根据权利要求1所述的一种煤气内热低温干馏方法，其特征是：所述步骤1中富氧空气的富氧率为30-100％。

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