CN101747918A - 干熄焦联产煤制天然气的方法 - Google Patents

干熄焦联产煤制天然气的方法 Download PDF

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Abstract

干熄焦联产煤制天然气的方法是采用还原性气体作为载热气体，用冷煤及其热解过程回收高温焦炭的大量显热，将高温冶金焦炭的干法熄焦过程和煤热解过程偶合，取消了原有热解工艺中的供煤气和空气系统，燃烧控制系统和废气外排系统，避免了热解的燃烧过程，节约了大量能源，实现了无烟尘，无NOX、SOX和CO2外排。同时，将热解煤气和半焦气化产生的气化煤气用于甲烷化生产合成天然气，实现了煤炭的洁净转化。另外，取消了干法熄焦中的制N2设备和废热锅炉系统，简化了操作和维护过程，使投资和运行费用大大降低。

Description

干熄焦联产煤制天然气的方法
技术领域
本发明涉及一种炼焦过程中用冷煤及其热解过程吸收高温焦炭热能的焦炭冷却方法和一种用热半焦为原料生产气化煤气，并用气化煤气和热解煤气的混合气生产天然气的方法，具体地说，是一种用于干熄焦联产煤制天然气的方法。
背景技术
公开号为CN1694943A的“干熄焦方法及装置”由前置室上方装入高温焦炭，由前置室下方吹入冷却气体(主要是氮气)，冷却气体和高温焦炭在冷却室内逆流接触进行热交换。换热后的高温气体经过除尘送入废热锅炉，通过废热锅炉系统产生蒸汽，回收高温气体携带的热能。该方法采用废热锅炉系统回收热介质的能量，投资高，操作复杂，热效率低。
公开号为CN1752180-250A的“用焦炉煤气干熄焦和焦炭脱硫的方法”是由循环焦炉煤气代替原来工艺中循环的惰性气体(主要是氮气)。焦炉煤气中的甲烷发生裂解反应需要吸收热量，而且焦炉煤气相对于氮气具有更高的传热效率，所以与N2熄焦相比，焦炉煤气熄焦比可以更高效率的，煤气中的氢气与焦炭中硫化物和有机硫反应生成H2S，从而达到焦炭脱硫目的。该发明方法使用焦炉煤气代替氮气等惰性气体作为冷却气体，无需配套制N2系统，降低了投资和运行成本。但是该方法采用废热锅炉系统回收热介质的能量，投资高，操作复杂。
公开号为CN101289620A的“干熄焦联产合成气及其下游产品甲醇一体化工艺”采用低压蒸汽或低压蒸汽与焦炉煤气混合气体作为冷却气体，吸收高温焦炭的热能，并与高温焦炭发生水煤气反应生成合成气；合成气经除尘后，被送到过热蒸汽废热锅炉和低压蒸汽废热锅炉进行热量回收，然后输出。经换热后的粗合成气经过洗涤、净化、变换和循环压缩后进行甲醇合成等下游工艺。该工艺采用冷却煤气和水蒸汽混合进气，大量高温焦炭热能被冷却煤气吸收，同时部分高温焦炭携带的热能被用于水煤气反应，产生合成气并用于合成甲醇等产品。但是该工艺仍是采用废热锅炉回收高温气体的热能，热能利用率低，并且设备庞大，投资高，操作复杂。
上述现有干熄焦方法，利用废热锅炉系统回收高温焦炭的热能，投资大，操作复杂，增加了运行管理成本，而在以氮气作为冷却气体的干熄焦技术中，需要配套制N2设备，其装置结构复杂，设备成本较高，产生含有CO、H2和CH4的气体，既浪费资源又污染环境。
现有CN2649592Y公开了一种“碎煤的干馏炉”，该干馏炉的方法是在燃烧室的火墙内燃烧煤气以提供煤料热解所需的热量，能耗较高，而且排放大量的CO2、NOX、SOX和粉尘，造成了严重的大气污染。
公开号为CN1966609A的专利公开了一种“低温煤干馏方炉”，该干馏炉的方法是空气高速喷入内管，煤气在空气的引射下旋转喷入与空气混合，进入炉体后煤气燃烧成为高温气体，炉腔内干馏段的煤料与高温气体接触后交换热量，煤料热解释放出煤气和焦油，成为半焦。
上述的煤热解方法中，都设计有燃烧机构，消耗了大量的燃料，增加了能耗；同时产生了大量的粉尘和二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物等废气，造成了严重的大气污染；同时燃烧的废气稀释了热解煤气，降低了热解煤气的单位热值。
发明内容
针对现有干熄焦和煤热解方法存在的问题，本发明提供一种干熄焦联产煤制天然气的方法，该方法包括干法熄焦和煤热解，其方法是：以还原性气体作为载热气体，吸收高温焦炭热能，将高温焦炭冷却，将吸收热能后的高温载热气体与煤料直接接触换热，用煤的升温和热解回收热量，将高温焦炭熄焦过程与煤热解过程相偶合，生成热半焦和热解煤气。
在上述干熄焦和煤热解方法的基础上，进一步采用水蒸汽和氧气气化热半焦生成气化煤气；再将气化煤气与热解煤气的混合气经变换和净化用于甲烷化反应生成合成天然气。
本发明方法的具体工艺过程按下列步骤进行：
I.将还原性气体由还原性气体管道输入气体混合器；将25℃～250℃的循环载热气体由循环载热气体管道输入气体混合器，还原性气体和循环载热气体在气体混合器中混合为冷载热气体；
II.将冷载热气体通过载热气体管道由熄焦塔底部输入，在熄焦塔内冷载热气体上升，与从熄焦塔顶部装入并下行的高温焦炭逆流换热，高温焦炭冷却后由熄焦塔底部排出，冷载热气体温度升高到650℃～1000℃，成为高温载热气体并从熄焦塔顶部输出，经除尘净化，由高温载热气体管道进入煤热解器；
III.在煤热解器内，煤料热解转化为250℃～800℃的热半焦，同时产生热解挥发物；高温载热气体换热冷却并与热解挥发物混合为粗煤气，粗煤气(80℃～250℃)从煤热解器顶部排出，送入冷却回收系统进行处理；
经冷却回收系统处理，分离出焦油和冷凝水，粗煤气冷却到25℃～250℃并输入电捕焦油器脱除焦油，脱除的焦油和分离出的焦油混合输出；粗煤气脱除焦油后成为净煤气，一部分净煤气通过循环载热气体管道进入气体混合器作为循环载热气体使用，另一部分净煤气经加压送合成；
从煤热解器底部排出的热半焦，送入加压气化炉，在加压气化炉内输入水蒸汽和氧气与热半焦进行气化反应，生成气化煤气，气化煤气输入除尘和冷却；
将经加压后的净煤气与经除尘和冷却后的气化煤气分别输入气体混合器内进行混合；
经混合后的气体送入变换反应器，变换后的气体经过脱硫脱碳，送入甲烷化反应器反应生成合成天然气。
在上述的工艺过程中，所述的高温载热气体温度进一步选为650℃～895℃；所述的还原性气体包含H2、CO和CH4，其三者的体积百分数的和大于70％；所述的煤料是干基挥发分大于28％的气煤、长焰煤或褐煤；所述的褐煤是原料褐煤或是温度低于330℃条件下干燥的褐煤。
本发明采用还原性气体为载热气体吸收高温焦炭的热能，并用冷煤及其热解过程回收载热气体携带的热能，将高温焦炭的干法熄焦过程和煤热解过程偶合，进一步将热半焦用于煤气化生产气化煤气，再将气化煤气和热解煤气的混合，经变换和脱硫脱碳，最后合成天然气，进而提供了干熄焦联产煤制天然气的方法。
本发明干熄焦联产煤制天然气的方法与现有技术相比，现有的湿法熄焦工艺将高温焦炭与塔顶上部喷淋下来的水直接接触，高温焦炭快速冷却过程中产生并夹带有粉尘和有机物的水蒸气，熄焦废气经塔顶上部除尘后排放，造成了严重的粉尘和挥发性有机物污染。湿法熄焦需消耗大量的一次水，一吨焦需用水量在0.5t左右，熄焦后废水中含有挥发酚、苯和氨等有机物污染物，无法回收焦炭热能，存在明显的资源浪费。本发明方法采用还原性气体如焦炉煤气为热交换介质对高温焦炭冷却熄焦，节约了大量水资源，避免了严重的粉尘、废气和废水的污染，实现了无CO2、NOx和SOx排放；同时，焦炉煤气吸收高温焦炭的大量显热后成为高温气体，进而为煤热解过程提供了高温气体，为偶合热解奠定了基础。
现有的N2干法熄焦和焦炉煤气干法熄焦技术均采用废热锅炉系统产生蒸汽，进而用蒸汽发电的方法，回收载热气体携带的热量。由于载热气体经过废热锅炉后的出口温度仍然较高，而且该方法先产生蒸汽，再用蒸汽发电，有两次能量转化，所以热能利用率低；另外，废热锅炉系统和蒸汽发电系统对载热气体的温度、流量和含尘等都有严格的要求，设备复杂庞大，控制系统也很复杂。本发明采用冷煤及其热解过程回收载热气体携带的热能，载热气体经过冷煤回收热能后的出口温度低(25℃～250℃)，更重要的是只经过一次直接换热就回收了载热气体携带的热能，所以热能利用率高。本发明简化了设备和操作，节约投资，实现了热能的合理配置和有效利用。
现有煤的低温热解技术无论是采用内热式、外热式或者混热式的加热方式，都需要燃烧以提供热解过程中所需的热量。本发明方法将高温焦炭熄焦过程产生的高温气体作为煤低温热解的热量来源，实现了高温冶金焦炭熄焦过程和煤热解过程的偶合，简化了热解时的燃烧设备和燃烧工艺，彻底取消了原有热解工艺中的供煤气和空气系统、燃烧控制系统和废气外排系统，使投资大大降低，简化了操作工艺过程和设备维护，以及减少了运行维护成本。同时，节约了大量能源，实现了无烟尘外排，也无NOx、SOx和CO2外排。
本发明方法采用还原性气体如焦炉煤气作为载热气体，与采用N2熄焦相比，无需复杂的制N2设备，节约了设备投资和运行维护成本，为独立焦化厂的干法熄焦提供了可行的技术。
本发明方法与现有技术相比，还具有以下优点和积极效果：用高温气体与煤料直接接触换热，比燃烧供热的煤热解易于控制煤热解的温度，而且采用高温气体和煤料的逆流换热，所以热能交换均匀快速，换热效率高，焦油产率高，能够生产质量稳定的产品；与煤料充分换热的部分载热气体经过除尘净化后进入熄焦塔中，载热气体循环使用，整个过程易于稳定，易于管理和维护。
干熄焦联产煤制天然气技术以还原性气体为载热气体吸收高温焦炭的大量热能，并用煤的升温和热解来回收热能，将高温焦炭熄焦过程和煤热解过程进行偶合，用热半焦生产气化煤气，将热解煤气和气化煤气的混合气体用于甲烷化，生产合成天然气，实现了高温焦炭大量热能的合理利用和煤炭资源的洁净转化。
附图说明
图1是本发明干熄焦联产煤制天然气方法的工艺流程图
图中：1：还原性气体管道；2：气体混合器；3：载热气体管道；4：熄焦塔；5：除尘；6：高温载热气体管道；7：热解器；8：冷却回收系统；9：循环载热气体管道；10：电捕焦油器；11：焦油；12：冷凝水；13：加压气化炉；14：除尘；15：冷却；16：加压；17：气体混合器；18：变换反应器；19：脱硫脱碳；20：甲烷化反应器。
具体实施方式
下面结合附图用具体实施例对本发明的具体实施方式作出进一步的详细说明，本领域的技术人员在阅读了本具体实施例后，能够实现本发明所述的技术方案，本发明的所述效果同时也能够得到体现。
实施例1
如图1，实施干熄焦联产煤制天然气的方法，首先将还原性气体由还原性气体管道1通入气体混合器2内，循环载热气体由循环载热气体管道9通入气体混合器2内。还原性气体和循环载热气体在气体混合器2混合成为冷载热气体，冷载热气体通过载热气体管道3由熄焦塔4底部通入。所述的还原性气体主要成分为H2、CO和CH4，三者的的体积分数总和应大于70％；循环载热气体为煤热解器7顶部输出的粗煤气经过冷却和净化后的一部分净煤气。900℃～1050℃的高温焦炭由熄焦塔4顶部装入熄焦塔4内，冷载热气体与温度为900℃～1050℃的高温焦炭在熄焦塔4内直接接触逆流换热，高温焦炭冷却后由熄焦塔4底部排出，冷载热气体吸收高温焦炭的热能后升温成为温度为650℃～1000℃的高温载热气体，或者是进一步控制温度为(850±40)℃的高温载热气体。高温载热气体从熄焦塔4顶部输出后，经过除尘5，由高温载热气体管道6通入煤热解器7底部。煤料由煤热解器7顶部加入。上述煤料是干基挥发分大于28％的气煤、长焰煤或褐煤。在煤热解器7内，高温载热气体与煤料直接接触逆流换热，煤料受热热解转化为热解挥发物和温度约250℃～800℃的热半焦，高温载热气体换热冷却后与热解挥发物混合成为温度约80℃～250℃的粗煤气。上述的煤热解器可以由现有的煤热解装置进行改造，或者使用为本工艺方法设计的煤热解装置。半焦从煤热解器7底部排出，温度约80℃～250℃粗煤气从煤热解器7顶部排出，送入冷却回收系统8。经过冷却回收系统8，分离出焦油和冷凝水，冷凝水12送往水处理设备。进一步冷却后的粗煤气温度约25℃～250℃，并输入电捕焦油器10脱除焦油，脱除的焦油和分离的焦油11混合输出，可以作为产品输出外运，也可以输入下游焦油加工工艺。粗煤气净化后成为净煤气，一部分净煤气通过循环载热气体管道9进入气体混合器2作为循环载热气体使用；另一部分净煤气经过加压16，使其压力与气化煤气的压力相匹配，加压后的混合煤气输入气体混合器17。在实际生产过程中，可以根据生产需要调配循载热气体的比例。煤热解器7底部排出的热半焦送入加压气化炉13，在加压气化炉13内采用水蒸汽和氧气与热半焦进行气化反应，生成的气化煤气。气化煤气经过除尘14和冷却15后，输入气体混合器17。气化煤气和净煤气经气体混合器17混合后送入变换反应器18；变换后的气体经过脱硫脱碳19，送入甲烷化反应器20生产合成天然气。
实施例2
如图1，实施干熄焦联产煤制天然气的方法，首先将还原性气体由还原性气体管道1通入气体混合器2内，循环载热气体由循环载热气体管道9通入气体混合器2内。还原性气体和循环载热气体在气体混合器2混合成为冷载热气体，冷载热气体通过载热气体管道3由熄焦塔4底部通入。所述的还原性气体主要成分为H2、CO和CH4，其三者的比例在理论上可以是其中之一为零，但在实际中，其H2、CO和CH4三者之一不可能为零，因为在一般情况下，使用的是焦炉煤气，不是纯气体，无论三者的比例大小，只要其三者的体积分数总和应大于70％即可；循环载热气体为煤热解器顶部输出的粗煤气经过冷却和净化后的一部分净煤气。900℃～1050℃的高温焦炭由熄焦塔4顶部装入熄焦塔4内，冷载热气体与温度为900℃～1050℃的高温焦炭在熄焦塔4内直接接触逆流换热，高温焦炭冷却后由熄焦塔4底部排出，载热气体吸收高温焦炭的热能后升温成为温度为650℃～895℃的高温载热气体，或者是进一步选为(800±30)℃的高温载热气体从熄焦塔4顶部输出后，经过除尘5，由高温载热气体管道6通入煤热解器7底部。由煤热解器7顶部加入煤料。上述煤料可以是干基挥发分大于28％褐煤，因为褐煤原煤水分较大，为避免原煤中的水分吸收高温载热气体的热能，所以在加入煤热解器前，应该在温度低于330℃下进行初步干燥。在煤热解器7内，高温载热气体与干燥后的煤料直接接触逆流换热，煤料受热热解转化为热解挥发物和温度为250℃～800℃的热半焦，高温载热气体换热冷却后与热解挥发物混合成为温度约80℃～250℃的粗煤气。上述的煤热解器可以由现有的煤热解装置进行改造，或者使用为本工艺方法设计的煤热解装置。半焦从煤热解器7底部排出，80℃～250℃的粗煤气从煤热解器7顶部排出，送入冷却回收系统8。经过冷却回收系统8，分离出冷凝的煤焦油和冷凝水。冷凝水12送往水处理设备。进一步冷却的粗煤气温度为25℃～250℃，并输入电捕焦油器10脱除焦油，脱除的焦油和分离的焦油11混合输出，可以作为产品输出外运，也可以输入下游焦油加工工艺。净化后的粗煤气成为净煤气，一部分净煤气通过循环载热气体管道9进入气体混合器2作为循环载热气体使用；另一部分净煤气经过加压16，使净煤气的压力与气化煤气的压力相匹配。加压后的净煤气输入气体混合器17。在实际生产过程中，可以根据生产需要调配循环载热气体的比例。煤热解器7底部排出的热半焦送入加压气化炉13，在加压气化炉13内采用水蒸汽和氧气与热半焦进行气化反应，生成的气化煤气。气化煤气经过除尘14和冷却15后，输入气体混合器17。气化煤气和净煤气经气体混合器17混合后送入变换反应器18；变换后的气体经过脱硫脱碳19，送入甲烷化反应器20生产合成天然气。
在上述实施例的基础上，本领域普通技术人员能够实施本发明所述的技术方案是显而易见的，说明书中未涉及到的技术内容、科技术语以及装置设置，是本领域普通技术人员熟知的公知常识，并根据分析推理采用惯用手段进行科学设置，其合理的改变装置的设置并不违背本发明的方法。

Claims (7)

1.干熄焦联产煤制天然气的方法，包括干法熄焦和煤热解，其方法是：
以还原性气体作为载热气体，吸收高温焦炭热能，将高温焦炭冷却，将吸收热能后的高温载热气体与煤料直接接触换热，用煤的升温和热解回收热量，将高温焦炭熄焦过程与煤热解过程相偶合，生成热半焦和热解煤气。
2.如权利要求1所述的方法，其方法是：
进一步采用水蒸汽和氧气气化热半焦生成气化煤气；
气化煤气与热解煤气的混合气经变换和净化用于甲烷化反应生成合成天然气。
3.如权利要求1或2所述的方法，其方法是：
I.将还原性气体由还原性气体管道(1)输入气体混合器(2)；将25℃～250℃的循环载热气体由循环载热气体管道(9)输入气体混合器(2)，还原性气体和循环载热气体在气体混合器(2)中混合为冷载热气体；
II.将冷载热气体通过载热气体管道(3)由熄焦塔(4)底部输入，在熄焦塔(4)内冷载热气体上升，与从熄焦塔顶部装入并下行的高温焦炭逆流换热，高温焦炭冷却后由熄焦塔(4)底部排出，冷载热气体温度升高到650℃～1000℃，成为高温载热气体并从熄焦塔(4)顶部输出，经除尘净化(5)，由高温载热气体管道(6)进入煤热解器(7)；
III.在煤热解器(7)内，煤料热解转化为250℃～800℃的热半焦，同时产生热解挥发物；高温载热气体换热冷却并与热解挥发物混合为粗煤气，粗煤气(80℃～250℃)从煤热解器(7)顶部排出，送入冷却回收系统(8)进行处理；
经冷却回收系统(8)处理，分离出焦油和冷凝水(12)，粗煤气冷却到25℃～250℃并输入电捕焦油器(10)脱除焦油，脱除的焦油和分离出的焦油(11)混合输出；粗煤气脱除焦油后成为净煤气，一部分净煤气通过循环载热气体管道(9)进入气体混合器(2)作为循环载热气体使用，另一部分净煤气经加压(16)送合成；
从煤热解器(7)底部排出的热半焦，送入加压气化炉(13)，在加压气化炉(13)内输入水蒸汽和氧气与热半焦进行气化反应，生成气化煤气，气化煤气输入除尘(14)和冷却(15)；
将经加压(16)后的净煤气与经除尘(14)和冷却(15)后的气化煤气分别输入气体混合器(17)内进行混合；
经混合后的气体送入变换反应器(18)，变换后的气体经过脱硫脱碳(19)，送入甲烷化反应器(20)反应生成合成天然气。
4.如权利要求3所述的方法，其高温载热气体的温度进一步选为650℃～895℃。
5.如权利要求1或3所述的方法，其还原性气体包含H2、CO和CH4，其三者的体积百分数的和大于70％。
6.如权利要求1所述的方法，其煤料是干基挥发分大于28％的气煤、长焰煤或褐煤。
7.如权利要求6所述的方法，其褐煤是原料褐煤或是温度低于330℃条件下干燥的褐煤。
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