CN105778952A - 煤气脱氮装置以及调节煤气组分的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤气脱氮装置以及调节煤气组分的方法，该装置包括主烧嘴辅助烧嘴及导气孔，主烧嘴包括第一圆管、第二圆管和第三圆管，辅助烧嘴包括辅助圆，在第一圆管的外部依次套设有第二圆管、第三圆管，第一圆管、第二圆管及第三圆管均穿过燃烧室侧壁伸入燃烧室内部，燃烧室内部通过第一圆管、第二圆管及第三圆管与燃烧室外部相连通，辅助圆管位于第三圆管的外周且穿过燃烧室侧壁伸入燃烧室内部，使得燃烧室内部与燃烧室外部相连通，导气孔开设在燃烧室侧壁上，使得燃烧室内部与炭化室相连通。在该装置中通入根据煤气以及所选用的介质，可以灵活调节煤气的组分。该装置可脱除煤气中的氮气，调节煤气的组分，且结构简单，制备方便。

Description

煤气脱氮装置以及调节煤气组分的方法

技术领域

本发明涉及煤气加工领域，特别地，涉及一种煤气脱氮装置以及调节煤气组分的方法。

背景技术

低温热解是低阶煤的一种重要加工方式，被广泛应用于侏罗纪不粘烟煤和褐煤的深加工，内热式直立炭化炉因其生产得到的兰炭产品质量较好、荒煤气产量大、煤焦油产率较高，与此同时该内热式直立炭化炉还具有工程造价较低、以及与其配套的环保设施相对简单等优势，而在工业上得到广泛应用。

内热式直立炭化炉的煤热解过程如下：以空气为氧气来源，副产煤气为炭化加热燃料，在燃烧室内燃烧产生高温介质，携带热量的高温介质从贯通燃烧室炉墙的火孔进入炭化室，之后从炭化室中的煤块缝隙间穿过，完成原料煤的干馏过程，然后经后续工序处理得到半焦、煤焦油和焦炉煤气三种不同相态的产品。

然而，内热式直立炭化炉却存在着严重的不足：由于采用内热式加热方式，导致燃烧废气和煤干馏产生的煤气相混合，出炉的煤气中含有大量的氮气，使得制备得到的煤气热值降低，对后续煤气高附加值加工利用造成很大影响，难以符合工业或民用要求。

针对以上缺陷，在现有技术中，选用变压吸附的方法来脱除煤气中所含有的大量氮气(N₂)，其中在煤气中所含有的N₂的含量为40～50v％。由于氮气含量高，即使煤气中CO经变换，提高了H₂含量，物料仍存在大量N₂组分，且N₂组分与H₂组分属于最后一级分离组分对，增大了整个装置的物料体积规模，导致工程投资的增大。

由于N₂组分的大量存在，在通过变压吸附分离提氢的过程中，由于H₂/N₂、N₂/CO、N₂/CH₄组分对之间的分离系数较小，为了保证H₂收率，需要提高操作压力，导致过程压缩功消耗巨大。此外，N₂组分在吸附剂上的吸附量很小，因此需要的吸附剂数量大，从而导致设备尺寸大、以及工程投资数量大。另外，变压吸附外排的解吸气由于量相对增大到70～80％，使得解吸气变成了不可燃的废气，排向大气当中，造成H₂和可燃组分CH₄等有效成分的无谓散失。与此同时，由于N₂组分的大量存在，能够产生HCN产物，并且能够增加HCN产物，则增加了湿法脱硫过程负荷，导致溶剂消耗量的增加。然而，利用现有装置对煤气脱硫化氢的问题，导致硫化氢大量排放，影响煤气的质量和环保排放达标。

在专利CN201110058345.9中，涉及一种以CO₂为燃烧过程中的控温组分的煤炭化工艺，将常规煤炭化工艺中燃烧过程的控温组分CO部分或全部更换为CO₂，达到了使得荒煤气组分体系成为贫氮体系的目的。CO₂是通过利用煤气中的CO变换反应，以及再用变压吸附的方法来提取。这种方法由于需要增加变换装置、变压吸附脱碳及煤气预净化等装置，从而造成设备复杂、投资庞大，并且原料煤气浪费大。

在文献“煤富氧内热低温干馏实验研究”中，提出了富氧干馏的方案，在现行内热式干馏炉内通入氧气或富氧空气来代替空气进行试验，认为富氧干馏可大幅度降低煤气中的含氮量，提高有效可燃成分。然而由于富氧与煤气燃烧时，局部温度升高剧烈，炉膛内温度不均匀，则对燃烧室的耐火材料造成烧蚀，还会进一步造成炭化炉损坏，导致生产过程不能继续。

由于内热式直立炭化炉需要用空气燃烧煤气提供原料煤干馏所需要的热量，不可避免地将空气中所含的氮气带入煤气中。氮气由于本身所具有的化学惰性较高，现有技术尚未找到行之有效的方法来将之脱除。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种煤气脱氮装置以及调节煤气组分的方法，能够脱除煤气中的氮气，调节了最终获得的煤气的组分，与此同时还能够灵活调节煤气组分。

为了实现上述目的，本发明提供的一种煤气脱氮装置，包括主烧嘴12辅助烧嘴14以及导气孔16，主烧嘴12包括第一圆管121、第二圆管122和第三圆管123，辅助烧嘴14包括辅助圆管141，其中，在第一圆管121的外部依次套设有第二圆管122、第三圆管123，第一圆管121、第二圆管122以及第三圆管123均穿过燃烧室侧壁10伸入燃烧室内部，燃烧室内部通过第一圆管121、第二圆管122以及第三圆管123与燃烧室外部相连通，辅助圆管141位于第三圆管的外周、且穿过燃烧室侧壁10伸入燃烧室内部，使得燃烧室内部与燃烧室外部相连通，导气孔16开设在燃烧室侧壁10上，使得燃烧室内部与炭化室相连通。

优选地，主烧嘴12还包括第一支管124、第二支管125以及第三支管126，其中，第一支管124与第一圆管121相连接，以使燃烧室外部与第一圆管121的内部相连通，第二支管125与第二圆管122相连接，以使燃烧室外部与第二圆管122的内部相连通，第三支管126与第三圆管123的侧壁相连接，使得燃烧室外部与第三圆管123的内部相连通。

优选地，第一支管124垂直与第一圆管121、且与第一圆管121位于燃烧室外部的端口相连接，第二支管125垂直与第二圆管122、且与第二圆管122位于燃烧室外部的侧壁相连接，第三支管126垂直与第三圆管123、且与第三圆管123位于燃烧室外部的侧壁相连接。

优选地，辅助烧嘴14还包括辅助支管142，辅助支管142与辅助圆管141位于燃烧室外部的端口相连接，使得燃烧室外部与辅助圆管141的内部相连通。

优选地，第一圆管121、第二圆管122、第三圆管123以及辅助圆管141位于燃烧室内部的端口均呈锥形缩口。

优选地，还包括第一预混区24和第二预混区26，第一预混区24设置在第一圆管121的端口与第二圆管122的端口之间，以供通入的介质预混合，第二预混区26设置在第二圆管122的端口与第三圆管123的端口之间，以供通入的介质预混合。

优选地，辅助圆管141设有多个，均匀分布在第三圆管123的外周且与第三圆管123平行，辅助圆管141伸入燃烧室内部的长度小于第一圆管121伸入燃烧室内部的长度。

本发明还提供了一种利用上述提供的煤气脱氮装置调节煤气组分的方法，包括以下步骤：

(1)向第一圆管121、第二圆管122、第三圆管123中的一个通入煤气，向剩余的圆管中的一个通入氧气、空气、纯氧气、和富氧空气中的至少一种，以及向剩余的另一个圆管中通入蒸汽、或二氧化碳，同时控制通入第一圆管121、第二圆管122以及第三圆管123中的介质的流量；

(2)向辅助圆管141中通入煤气、空气、或被雾化的焦化废水，同时控制向所述辅助圆管中通入介质的速度。

优选地，通入第一圆管121中的介质的流量为20～60Nm³/h，通入第二圆管122中的介质的流量为20～40Nm³/h，通入第三圆管123中的介质的流量为30～70Nm³/h，通入辅助圆管141中的介质的速度为火焰中心的气体速度的1.1～3倍。

优选地，通入辅助圆管141中的介质的流量为30～50Nm³/h。

本发明提供的煤气脱氮装置不仅可以脱除煤气中的氮气，调节了最终获得的煤气的组分，与此同时还能够灵活调节煤气组分，而且该煤气脱氮装置结构简单，制备方便，生产成本低，有利于大规模的推广。

本发明提供的方法简单方便，便于操作，能够灵活调节煤气组分，还能够处理焦化废水，不仅节能而且环保。

附图说明

图1为本发明实施例提供的煤气脱氮装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的煤气脱氮装置的使用状态示意图。

附图标号说明：

10-燃烧室侧壁；12-主烧嘴；121-第一圆管；122-第二圆管；第三圆管123；124-第一支管；125-第二支管；126-第三支管；14-辅助烧嘴；141-辅助圆管；142-辅助支管；16-导气孔；18-主燃烧区；20-第一环隙；22-第二环隙；24-第一预混区；26-第二预混区；30-炉体；32-燃烧室；34-炭化室；36-下料段；38-出料口；39-装煤孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

本发明提供了一种煤气脱氮装置，如图1、图2中所示，包括主烧嘴12、辅助烧嘴14以及导气孔16，主烧嘴12包括第一圆管121、第二圆管122和第三圆管123，主烧嘴12还包括第一支管124、第二支管125和第三支管126，辅助烧嘴14包括辅助圆管141，还包括辅助支管142。其中，内热式直立炭化炉，如图2中所示，包括炉体30、燃烧室32、燃烧室侧壁10、炭化室34、下料段36、装煤孔39以及出料口38，其中，燃烧室侧壁10围合而成燃烧室32，炭化室34、燃烧室32、以及燃烧室侧壁10均位于炉体30的内部。在实际实施中，只要符合本发明基本原理的内热式直立炭化炉均可以达到本发明的目的，并无特别的需求。

在上述煤气脱氮的燃烧装置中，在第一圆管121的外部依次套设有第二圆管122、第三圆管123，第一圆管121、第二圆管122以及第三圆管123均穿过燃烧室侧壁10伸入燃烧室内部，燃烧室内部通过第一圆管121、第二圆管122以及第三圆管123与燃烧室外部相连通。为了方便从燃烧室外部向燃烧室内部通入介质，则还可在第一圆管121、第二圆管122以及第三圆管123上依次相应的设置第一支管124、第二支管125、第三支管126，也就是说，在第一圆管121上设置第一支管124，在第二圆管122上设置第二支管125，在第三圆管123上设置第三支管126。在设置支管时，支管在圆管上的位置可根据实际需求进行设定，只要能将所要通入到燃烧室内部的介质通入即可，然而出于便于制备和安装的角度考虑，优选在圆管的侧壁或者圆管的端口设置支管，更具体而言，第一支管124与第一圆管121位于燃烧室外部的端口相连接，第二支管125与第二圆管122位于燃烧室外部的侧壁相连接，第三支管126与第三圆管123位于燃烧室外部的侧壁相连接，特别的优选每一个支管位于相邻的圆管的端口的外部。由于上述支管的设置，燃烧室外部通过第一支管124、第二支管125以及第三支管126依次相应的与第一圆管121、第二圆管122以及第三圆管123的内部相连通。另外，还优选支管垂直于圆管，也就是说，第一支管124垂直于第一圆管121，第二支管125垂直于第二圆管122，第三支管126垂直于第三圆管123。此外，还可使得圆管与支管为一体结构，这样更便于制备主烧嘴。为了能够使得在圆管中通入的介质在燃烧室内部的中心处形成主燃烧区18，各个圆管均垂直于燃烧室侧壁10，也就是说，第一圆管121、第二圆管122以及第三圆管123均垂直于燃烧室侧壁10。

在本发明中，所提到的介质可根据实际需求进行选择，例如气体、蒸汽以及被雾化的液体均可，作为气体的例子，具体可以举出：氧气、二氧化碳、焦炉煤气、烟道气以及煤气，其中氧气可以为纯氧气、也可以为富氧空气；蒸汽如水蒸汽等均可；还可以向圆管内通入被雾化的液体焦油、以及焦化废水等。

由于在燃烧室侧壁10上设置了贯穿燃烧室侧壁10的圆管，能够向不同的圆管中通入不同的介质，能够将通入圆管的煤气中的氮气除去，与此同时，还能通过控制在不同圆管中通入介质的量以及通入速度，并且根据实际需求灵活调节最终得到的煤气的组分分布和煤气产量。为了能够调节通入的介质的角度，以及使得通入的介质之间进行充分且均匀的作用，第一圆管121、第二圆管122以及第三圆管123位于燃烧室内部的端口均呈锥形缩口。

为了进一步提高通入介质之间的相互作用，使得介质均在主燃烧区18，也就是在圆管的锥形缩口处的前方进行燃烧，需要将通入的介质进行预混合，优选第一圆管121的端口与第二圆管122的端口之间设有第一预混区24以供通入的介质进行预混合，同样的，优选第二圆管122的端口与第三圆管123的端口之间设有第二预混区26以供通入的介质进行预混合。其中，第一预混区24和第二预混区26的空间大小均可根据实际通入的介质进行设置，并无特别的需求。

还需要指出的是，为了装配方便，第一圆管121、第二圆管122以及第三圆管123的中心轴线相重合，其中，各个圆管之间选用法兰进行装配，与此同时，利用法兰之间的垫片厚度来调整第一预混区24以及第二预混区26的空间容积大小，以适应不同燃烧条件的需要。

为了大量的向燃烧室内部通入所选用的介质，在第一圆管121与第二圆管122之间留有第一环隙20，同样的，优选在第二圆管122与第三圆管123之间留有第二环隙22。也就是说，第一环隙20环绕在第一圆管121的外部，同样的，第二环隙22环绕在第二圆管122的外部。当由燃烧室外部向燃烧室内部通入介质时，介质穿过第一环隙或者第二环隙，进入燃烧室内部。

为了将由主燃烧区18扩散出的氧气再次进行燃烧处理，并通过流体的湍流作用，降低主燃烧区18的焰心温度，拉长火焰喷射距离，从而使得燃烧室的炉膛温度更加趋于均匀，还在燃烧室侧壁10上设置辅助烧嘴14。辅助烧嘴14包括辅助圆管141，辅助圆管141位于第三圆管123的外周、且穿过燃烧室侧壁10伸入燃烧室内部，使得燃烧室内部与燃烧室外部相连通。此外，还可在辅助圆管141上设置辅助支管142，使得燃烧室外部与辅助圆管141的内部相连通，从而进一步便于由燃烧室外部向燃烧室内部通入根据需求所选用的介质，其中，辅助支管142可设置在辅助圆管141的侧壁上，也可设置在辅助圆管141的端口处，为了制备方便，优选辅助支管142与辅助圆管141位于燃烧室外部的端口相连接，优选辅助支管142垂直于辅助圆管141，也就是说，辅助支管142的中心轴线垂直于辅助圆管141的中心轴线。为了能够调节通入的介质的角度，以及使得通入的介质之间进行充分且均匀的作用，辅助圆管141位于燃烧室内部的端口呈锥形缩口。此外，为了进一步使得燃烧室的炉膛温度更加趋于均匀，辅助圆管141平行设置于第三圆管123。辅助圆管141伸入燃烧室内部的长度小于第一圆管121伸入燃烧室内部的长度，则大大提高了与由主燃烧区18扩散出的气体之间的相互作用。

还需要说明的是，主烧嘴12中所包括的圆管的个数并不局限于上述提到的3个，可根据实际需求向燃烧室内通入的介质进行选择，当包括大于3个圆管的情况时，圆管进行层层套设即可，在此不再赘述。另外，辅助圆管141的个数也不受到具体的限制，可根据实际需求选择辅助圆管141的个数。当选用2个以上的辅助圆管时，辅助圆管以第三圆管123为对称轴分布在第三圆管123的周围。可设置多个辅助圆管141，辅助圆管141均匀分布在第三圆管123的外周且与第三圆管123平行。

在本发明中，第一圆管121、第二圆管122、第三圆管123、第一支管124、第二支管125、第三支管126、辅助圆管141以及辅助支管142的材料优选耐热材料，例如可选用普通碳钢、耐热碳钢、不锈钢，也可以选用高温陶瓷材料。

在上述煤气脱氮装置中，在燃烧室侧壁10上设置导气孔16，以使燃烧室内部与炭化室34相连通，从而将燃烧室内部形成的高温气体均匀导入与其毗邻的炭化室34，为炭化室内原料煤干馏提供高温热源。为了防止在炭化炉内的下行的物料进入燃烧室内部，导气孔16的开口向下。开设在燃烧室侧壁10上的导气孔16的数量也可根据实际需求进行选择。

本发明提供的煤气脱氮装置不仅可以脱除煤气中的氮气，调节了最终获得的煤气的组分，与此同时还能够灵活调节煤气组分，而且该煤气脱氮装置结构简单，制备方便，生产成本低，有利于大规模的推广。此外，本发明提供的煤气脱氮装置应该广泛，可适合调节由各种原料煤生产的煤气，尤其是适合调节由兰炭生产的煤气，大大提高了煤的用途和附加值。还需要指出的是，本发明提供的煤气脱氮装置还能够用于处理焦化废水，减少了污水处理，环保节能，有效降低成本。

本发明的目的还在于提供一种利用上述提供的煤气除氮装置调节煤气组分的方法，包括以下两个步骤。

步骤一、向第一圆管121、第二圆管122、第三圆管123中的一个通入煤气，向剩余的圆管中的一个通入氧气、空气、纯氧气、和富氧空气中的至少一种，以及向剩余的另一个圆管中通入蒸汽、或二氧化碳，同时控制通入第一圆管121、第二圆管122以及第三圆管123中的介质的流量，通入各管圆管的介质在主燃烧区形成火焰。

步骤二、向辅助圆管141中通入煤气、空气、或被雾化的焦化废水，同时控制向辅助圆管141中通入介质的速度。

在上述调节煤气组分的方法中，上述所涉及的两个步骤之间在时序上并没有特别的需求，可根据实际需求进行选择，也就是说，向各个圆管以及向辅助圆管中通入介质在时序上并没有特别的要求，可同时向各个圆管以及辅助圆管中通入各自相应的介质，也可以先向各个圆管中通入所选用的介质，然后向辅助圆管中通入所选用的介质。

在上述调节煤气组分的方法中，根据实际需求选择例如气体、蒸汽以及被雾化的液体均可，作为气体的例子，具体可以举出：氧气、空气、二氧化碳、焦炉煤气、烟道气、煤气、纯氧气，也可以为富氧空气；蒸汽如水蒸汽等均可；还可以向圆管内通入被雾化的液体焦油、以及被雾化的焦化废水等。

在本发明中，向各个圆管以及辅助圆管141中通入的上述所所提到的氧气如纯氧气、富氧空气、空气、二氧化碳、焦炉煤气、烟道气、煤气、蒸汽如水蒸汽、被雾化的液体焦油、以及被雾化的焦化废水等均可称之为介质。

在上述上述调节煤气组分的方法中，可根据实际需求选择向各个圆管以及辅助圆管中通入介质，例如，向第一圆管121中通入煤气，向第二圆管122中通入氧气，向第三圆管123中通入蒸汽，以及向辅助圆管141中通入煤气；或者，向第一圆管121中通入煤气，向第二圆管122中通入氧气，向第三圆管123中通入蒸汽，以及向辅助圆管141中通入空气如人造空气；或者，向第一圆管121中通入煤气，向第二圆管122中通入氧气，向第三圆管123中通入蒸汽，以及向辅助圆管141中通入被雾化的焦化废水；或者，向第一圆管121中通入煤气，向第二圆管122中通入氧气，向第三圆管123中通入二氧化碳，以及向辅助圆管141中通入煤气；或者，向第一圆管121中通入氧气，向第二圆管122中通入蒸汽，向第三圆管123中通入煤气，以及向辅助圆管141中通入空气如人造空气；又或者，向第一圆管121中通入煤气，向第二圆管122中通入氧气，向第三圆管123中通入煤气，以及向辅助圆管141中通入焦化废水。其中空气可为自然界存在的空气，也可为人造空气。至于术语“人造空气”是指氧气含量与非氮非可燃气体介质预混提及比例为约79/21，非氮气体包括水蒸汽、二氧化碳、烟道气、焦化废水等气相介质。

在上述调节煤气组分的方法中，由向主烧嘴12与辅助烧嘴14中通入的气体燃烧后形成的气体，一齐汇合从导气孔16进入炭化室34作为原料煤干馏的热介质。未燃烧的过量煤气被加热到高温状态，其中所含的未消耗完的氧气与水蒸汽穿过干馏煤层，与赤热的炭层中的碳元素进行水煤气化反应，而使出炉煤气中的合成气含量增高。

在上述上述调节煤气组分的方法中，向第一圆管121、第二圆管122以及第三圆管123内通入的介质，由于具有一定的速度，因此通入的介质在流体的动能作用下，可在第一预混区24和第二预混区26发生强烈湍动混合，同时借助燃烧室炉膛的高温蓄热，在第一圆管121、第二圆管122以及第三圆管123位于燃烧室内部的端口前方的主燃烧区18进行燃烧，在主燃烧区18的火焰温度可达1200～1500℃。其中，调节通入第一圆管121、第二圆管122以及第三圆管123的介质的方式并没有特别的需求，只要能够使得通入第一圆管121、第二圆管122以及第三圆管123的介质达到预设的流量即可。

在上述上述调节煤气组分的方法中，通入第一圆管121中的介质的流量为20～60Nm³/h，进一步优选地，介质的流量为20～50Nm³/h，通入第一圆管121的介质的压力为3～6KPa，进一步优选地，通入第一圆管121的介质的压力为5KPa；通入第二圆管122中的介质的流量为20～40Nm³/h，进一步优选地，通入第二圆管122的介质的流量为20～30Nm³/h；通入第三圆管123中的介质的流量为30～70Nm³/h，进一步优选地，通入第三圆管123的介质的流量为40～70Nm³/h。

在上述上述调节煤气组分的方法中，向辅助圆管141内通入的介质的流量为30～50Nm³/h，进一步优选地，向辅助圆管141内通入的介质的流量为30～40Nm³/h。此外，向辅助圆管141的煤气喷入量可以导气孔16的温度作为调节标准，其中可通过调节阀进行自动调节温度，导气孔16的出气温度根据原料煤种类和对煤气的要求，优选导气孔16的温度为600～850℃。

在上述上述调节煤气组分的方法中，介质燃烧后，在主燃烧区18形成火焰，火焰中心的气体速度为1.5～3m/s，进一步优选地，火焰中心的气体速度速度为1.5～2.5m/s，通入辅助圆管的介质的线速度为火焰中心的气体速度的1.1～3倍，进一步优选地，通入辅助圆管的介质的线速度为火焰中心的气体速度的1.2～2倍。

在上述上述调节煤气组分的方法中，主烧嘴12和辅助烧嘴14喷入燃烧室的煤气量为与煤气完全燃烧时的需氧量的0.5～2.0倍，也就是说向第一圆管121、第二圆管122、第三圆管123以及辅助圆管141中通入的煤气的总量为通入的所有煤气完全燃烧时所需氧气的量0.5～2倍，进一步优选地，可为1.2～2倍。

在利用本发明提供的煤气脱氮装置调节煤气组分的方法中，当第一圆管121内通入煤气，第二圆管122内通入氧气，第三圆管123内通入蒸汽，辅助圆管141内通入煤气时，多余的煤气与由主燃烧区18扩散出的氧气进行二次氧化燃烧，并通过流体的湍动作用，降低主燃烧区18的焰心温度，拉长火焰喷射距离，使燃烧室的炉膛温度更加趋于均匀。此种方式下主烧嘴和辅助烧嘴喷入燃烧室的煤气量为与煤气完全燃烧时的需氧量的0.5～1.0倍，也就是说向第一圆管121、第二圆管122、第三圆管123以及辅助圆管141中通入的煤气的总量为通入的所有煤气完全燃烧时所需氧气的量的0.5～1倍。未燃烧的过量煤气被加热到高温状态，其中所含的H₂与CO穿过干馏煤层在煤炭的灰分中的金属氧化物作用下，易与赤热的炭层进行甲烷化反应，而使出炉煤气中的甲烷含量增高。如果使用纯氧作为燃烧氧化剂，煤气中除了原料煤带入的极微量的氮元素外，出炉煤气几乎不含氮气，如果使用氮气含量85％以上的富氧空气，则出炉煤气中的氮气含量可通过总产气量的调节控制在5％以下，以符合化工原料用气，在整个调节的过程中，所用到的反应如下所示。

2H₂+C→CH₄

3H₂+CO→CH₄+H₂O

4H₂+CO₂→CH₄+2H₂O

当第一圆管121内通入煤气，第二圆管122内通入氧气，第三圆管123内通入蒸汽，辅助圆管141内通入“人造空气”，“人造空气”喷入燃烧室的线速度大于主烧嘴喷入燃烧室气体线速度的1.2～1.8倍。过量的氧气、水蒸气与主燃烧区18扩散出的可燃组分进行二次氧化燃烧，并通过流体的湍动作用，降低主燃烧区18的焰心温度，拉长火焰喷射距离，使燃烧室的炉膛温度更加趋于均匀。此种方式下主烧嘴和辅助烧嘴喷入燃烧室的煤气量为与煤气完全燃烧需氧量的1.2～2倍，也就是说，向第一圆管121、第二圆管122、第三圆管123以及辅助圆管141中通入的煤气的总量为通入的所有煤气完全燃烧时所需氧气的量的1.2～2倍。未燃烧的过量煤气被加热到高温状态，其中所含的未消耗完的氧气与水蒸汽穿过干馏煤层，与赤热的炭层中的碳元素进行水煤气化反应，而使出炉煤气中的合成气含量增高。在整个调节的过程中，所用到的反应如下所示。

O₂+2C→2CO

O₂+C→CO₂

H₂O+C→H₂+CO

2H₂O+C→2H₂+CO₂

此种方式可得到高含碳量的焦炉煤气，通过进一步变换处理，使之适于用作甲醇或合成氨原料气。如果用于合成氨原料气则可使用氮气含量85v％以上的富氧空气。

当第一圆管121内通入煤气，第二圆管122内通入氧气，第三圆管123内通入CO₂，辅助圆管141内通入煤气，多余的煤气与主燃烧区18扩散出的氧气进行二次氧化燃烧，并通过流体的湍动作用，降低主燃烧区18的焰心温度，拉长火焰喷射距离，使燃烧室的炉膛温度更加趋于均匀。此种方式下主烧嘴和辅助烧嘴喷入燃烧室的煤气量为与煤气完全燃烧需氧量的0.5～1.0倍，也就是说，向第一圆管121、第二圆管122、第三圆管123以及辅助圆管141中通入的煤气的总量为通入的所有煤气完全燃烧时所需氧气的量的0.5～1倍。未燃烧的过量煤气被加热到高温状态，其中所含的H₂与CO₂穿过干馏煤层在煤炭的灰分中的金属氧化物作用下，易与赤热的炭层进行甲烷化反应，而使出炉煤气中的甲烷含量增高，同时因CO₂含量增加，出炉煤气中的CO含量也大幅度增加。在整个调节的过程中，所用到的反应如下所示。

CO₂+C→2CO

当向第一圆管121内通入煤气，第二圆管122内通入氧气，第三圆管123内通入蒸汽，在辅助圆管141内通入被雾化的焦化浓废水，优选氧气动力雾化的焦化浓废水，辅助圆管内的介质的喷入燃烧室内部的角度与第一圆管的中心轴线呈15°，以便于焦化废水中的有机物得到充分焚烧。还需要说明的是，焦化废水的喷入量要严格控制，以防燃烧室炉膛的温度大幅度下降，从而影响煤的干馏速度。优选地，焦化废水的喷入量控制在小于原料煤加入量1.0％以下，主烧嘴和辅助烧嘴喷入燃烧室的煤气量为与煤气完全燃烧需氧量的1.2～2倍，也就是说，向第一圆管121、第二圆管122、第三圆管123以及辅助圆管141中通入的煤气的总量为通入的所有煤气完全燃烧时所需氧气的量的1.2～2倍。利用本发明提供的煤气脱氮装置处理焦化废水，能够将焦化废水汽化，则汽化后的焦化废水中的有机物在燃烧室和炭化室的高温气氛中燃烧或脱氢焦化，则焦化废水中所含的无机组分被焚烧成金属氧化物吸附于干馏后的焦炭上。

实施例

以下通过具体实例进一步描述本发明。不过这些实例仅仅是范例性的，并不对本发明的保护范围构成任何限制。下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

在下述实施例中均通过以下给出的内热式直立炭化炉，以及在炭化炉上设置本发明提供的煤气除氮装置进行实施，其中内热式直立炭化炉的结构大致如图2中所示：

炭化室：宽600mm，长4000mm，高度1500mm；

燃烧室：上部为60°锥顶，宽度300mm，长度4000mm，高度500mm；

下料段：为锥形(30°)结构，上口宽度600mm，下口宽度200mm；

出料口：宽度200mm，长度4000mm，高度300mm；

燃烧室侧壁两侧各设置有8个200mm×100mm的导气孔，导气孔的开口向下，为斜开式，且与垂直于水平面的直线的夹角为30°。

在燃烧室侧壁上设置本发明提供的煤气除氮装置，其中主烧嘴安装在燃烧室的中心处，且在主烧嘴的上下位置处各安装与以主烧嘴的中心轴线为对称轴的辅助烧嘴，辅助烧嘴的中心轴线与主烧嘴的中心轴线之间的距离为200mm，其中辅助烧嘴共两个，主烧嘴一个。

内热式直立炭化炉的顶部为耐火保温砌体，在顶部的中心处设有的2个直径为400mm的装煤孔，装煤孔之间的中心距为2000mm。

此外，装煤孔上设有快开式密封盖，下料口下方设有熄焦水封和出焦设施，这些均采用采用工业定型设备，此处不再标出。

在下述实施例以及对比例中，原料煤为神木地区所产长焰煤。

实施例1

在第一圆管内通入常温煤气，其中煤气的压力为5.0kPa，煤气的流量为30Nm³/h；在第二圆管内通入氧气，氧气的流量控制为30Nm³/h；在第三圆管内通入100℃的饱和水蒸汽，其中水蒸汽压力为5.0kPa，流量为40Nm³/h；上述三种气体在流体的动能作用下，在第一预混区以及第二预混区内发生强烈湍动混合，借助燃烧室炉膛的高温蓄热，在第三圆管的端口处进行燃烧，在燃烧室中心形成主燃烧区。经检测，主燃烧区的火焰温度可达1200～1500℃，火焰中心气体线速度约2.5m/s。

在上、下布置的辅助烧嘴中均引入40Nm³同样的煤气，煤气的喷出速度控制在4m/s。喷入的煤气与主燃烧区的高温流体强烈混合，发生不完全燃烧，将主燃烧区内的未燃烧完的高温氧气消耗掉，将燃烧室通道的火焰拉长，降低了主燃烧区的高温介质，并使火道内的温度趋于均匀。每一个辅助烧嘴的煤气喷入量以导气孔温度作为调节参数，其中通过调节阀自动调节。导气孔的出气温度控制在650～800℃。

由向主烧嘴与辅助烧嘴中通入的气体燃烧后形成的气体，一齐汇合从导气孔进入炭化室作为原料煤干馏的热介质。

待运行稳定后，在炭化炉的集气管取样点采样分析，得到煤气1的组分的体积分数，如下述表1中所示。

实施例2

利用与实施例1中所用到的同样的装置进行实施。第一圆管内通入氧气，其中氧气的流量为30Nm³/h；向第二圆管中通入水蒸汽，其中水蒸汽的流量为20Nm³/h；向第三圆管中通入煤气，其中煤气的流量为70Nm³/h；上述三种气体在流体的动能作用下，在第一预混区以及第二预混区内发生强烈湍动混合，借助燃烧室炉膛的高温蓄热，在第三圆管的端口处进行燃烧，在燃烧室中心形成主燃烧区。经检测，主燃烧区的热流体速度保持在约2m/s。

在上、下布置的辅助烧嘴内通入“人造空气”，“人造空气”喷入燃烧室的速度为2.2m/s。过量的氧气与水蒸气与从主燃烧区扩散出的富余可燃组分进行二次氧化燃烧，并通过流体的湍动作用，降低主燃烧区的焰心温度，拉长火焰喷射距离，使燃烧室的炉膛温度更加趋于均匀。此种方式下由主烧嘴和辅助烧嘴喷入燃烧室的煤气量的总量为所通入的所有煤气完全燃烧所需氧气量的1.5倍。未燃烧的过量煤气被加热到高温状态，其中所含的未消耗完的氧气与水蒸汽穿过干馏煤层，与赤热的炭层中的碳元素进行水煤气化反应，而使出炉煤气中的合成气含量增高。

待运行稳定后，在炭化炉的集气管中采样分析，得到煤气2组分的体积分数如下述表1中所示。

实施例3

利用与实施例1中所用到的同样的装置进行实施。第一圆管内通入5.0kPa的煤气，其中煤气的流量为50Nm³/h；向第二圆管中通入氧气，其中氧气的流量为30Nm³/h；向第三圆管中通入煤气，其中煤气的流量为40Nm³/h；上述三种气体在流体的动能作用下，在第一预混区以及第二预混区内发生强烈湍动混合，借助燃烧室炉膛的高温蓄热，在第三圆管的端口处进行燃烧，在燃烧室中心形成主燃烧区。经检测，主燃烧区的火焰温度可达1200～1500℃，火焰中心气体线速度约2.5m/s。

在上、下布置的辅助烧嘴中通入雾化的高浓度焦化废水，雾化器件采用采用双流体喷头，且以压力0.01MPa，流量40Nm³/h的纯氧气作为液体雾化为驱动力，被雾化的焦化废水的喷入角度与主烧嘴的中心轴线成15°。每个辅助烧嘴内的焦化废水的喷入量控制在20～50L/h。另外，将通入辅助喷嘴的氧气和焦化废水预热至80℃。焦化废水的喷入量控制在小于原料煤加入量的1.0％以下，为控制生产过程中的水平衡，所处理的焦化废水需部分浓缩再行处理。

汽化后的焦化废水中的有机物在燃烧室和炭化室的高温气氛中燃烧或脱氢焦化，废水中所含的无机组分被焚烧成金属氧化物吸附于干馏后的焦炭上，对于7.5万吨/年单台炭化炉焦化废水处理量能达到1.5～2.0t/h，从而可以大幅度减少装置污水处理总量。

对比例1

由上述提供的内热式直立炭化炉，且并未设置本发明提供的煤气除氮装置直接得到的煤气1#的组分的体积分数，由下述表1中所示。

表1

编号	H2/％	CO/％	CO2/％	CH4/％	CmHn/％	N2/％	O2/％
								煤气1	46.8	12.9	8.3	28.4	1.2	0.8	0.6
煤气2	46.5	36.2	8.8	5.6	1.7	0.7	0.5
								煤气1#	19～24	6～8	8～10	4～10	0.8～1.2	42～50	0.8～1.2

注：在上述表1中，C_mH_n表示非甲烷碳氢化合物。

从上述表1中可以得知：由本发明提供的煤气除氮装置设置在炭化炉中后，煤气中的N₂含量将至1％以下，并且H₂、CO、CH₄和CO₂等有效成分大幅度提升，可以将其净化后，直接用作来合成天然气(SNG)的原料。另外，还可以得知，所生产的煤焦油中的轻质组成得到明显提高，估计是高温气氛中氢气与重芳烃反应加氢的原因。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种煤气脱氮装置，其特征在于，包括主烧嘴(12)辅助烧嘴(14)以及导气孔(16)，主烧嘴(12)包括第一圆管(121)、第二圆管(122)和第三圆管(123)，辅助烧嘴(14)包括辅助圆管(141)，其中，

在第一圆管(121)的外部依次套设有第二圆管(122)、第三圆管(123)，第一圆管(121)、第二圆管(122)以及第三圆管(123)均穿过燃烧室侧壁(10)伸入燃烧室内部，燃烧室内部通过第一圆管(121)、第二圆管(122)以及第三圆管(123)与燃烧室外部相连通，

辅助圆管(141)位于第三圆管的外周、且穿过燃烧室侧壁(10)伸入燃烧室内部，使得燃烧室内部与燃烧室外部相连通，

导气孔(16)开设在燃烧室侧壁(10)上，使得燃烧室内部与炭化室相连通。

2.根据权利要求1所述一种煤气脱氮装置，其特征在于，主烧嘴(12)还包括第一支管(124)、第二支管(125)以及第三支管(126)，其中，第一支管(124)与第一圆管(121)相连接，以使燃烧室外部与第一圆管(121)的内部相连通，第二支管(125)与第二圆管(122)相连接，以使燃烧室外部与第二圆管(122)的内部相连通，第三支管(126)与第三圆管(123)的侧壁相连接，使得燃烧室外部与第三圆管(123)的内部相连通。

3.根据权利要求2所述一种煤气脱氮装置，其特征在于，第一支管(124)垂直与第一圆管(121)、且与第一圆管(121)位于燃烧室外部的端口相连接，第二支管(125)垂直与第二圆管(122)、且与第二圆管(122)位于燃烧室外部的侧壁相连接，第三支管(126)垂直与第三圆管(123)、且与第三圆管(123)位于燃烧室外部的侧壁相连接。

4.根据权利要求1所述一种煤气脱氮装置，其特征在于，辅助烧嘴(14)还包括辅助支管(142)，辅助支管(142)与辅助圆管(141)位于燃烧室外部的端口相连接，使得燃烧室外部与辅助圆管(141)的内部相连通。

5.根据权利要求1所述一种煤气脱氮装置，其特征在于，第一圆管(121)、第二圆管(122)、第三圆管(123)以及辅助圆管(141)位于燃烧室内部的端口均呈锥形缩口。

6.根据权利要求1所述一种煤气脱氮装置，其特征在于，还包括第一预混区(24)和第二预混区(26)，第一预混区(24)设置在第一圆管(121)的端口与第二圆管(122)的端口之间，以供通入的介质预混合，第二预混区(26)设置在第二圆管(122)的端口与第三圆管(123)的端口之间，以供通入的介质预混合。

7.根据权利要求1所述一种煤气脱氮装置，其特征在于，辅助圆管(141)设有多个，均匀分布在第三圆管(123)的外周且与第三圆管(123)平行，

辅助圆管(141)伸入燃烧室内部的长度小于第一圆管(121)伸入燃烧室内部的长度。

8.一种利用权利要求1中所述的煤气脱氮装置调节煤气组分的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)向第一圆管(121)、第二圆管(122)、第三圆管(123)中的一个通入煤气，向另两个圆管中的一个通入氧气和空气中的至少一种，向剩余的最后一个圆管中通入蒸汽或二氧化碳，同时控制通入第一圆管(121)、第二圆管(122)以及第三圆管(123)中的介质的流量；

(2)向辅助圆管(141)中通入煤气、空气或被雾化的焦化废水，同时控制向辅助圆管(141)中通入介质的速度。

9.根据权利要求8所述的调节煤气组分的方法，其特征在于，

通入第一圆管(121)中的介质的流量为20～60Nm³/h，

通入第二圆管(122)中的介质的流量为20～40Nm³/h，

通入第三圆管(123)中的介质的流量为30～70Nm³/h，

通入辅助圆管(141)中的介质的速度为火焰中心的气体速度的1.1～3倍。

10.根据权利要求8所述的调节煤气组分的方法，其特征在于，通入辅助圆管(141)中的介质的流量为30～50Nm³/h。