CN107189794A - 一种煤内热低温干馏的干熄焦煤气调控方法 - Google Patents

一种煤内热低温干馏的干熄焦煤气调控方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种煤内热低温干馏干熄焦煤气调控方法，包括：干馏段干馏产生的煤气经焦油分离和捕收后，部分冷态净化煤气返回熄焦段，与熄焦段中热态兰炭换热，使得兰炭温度降低到不复燃温度后排出；换热后的热煤气自熄焦段导出进入干馏段；助燃气体经花墙或布气道的微孔进入干馏段内，与热煤气相遇进行燃烧；燃烧产生的高温气体与未燃烧的热煤气混合，形成满足低温干馏要求温度和流量的高温混气体，与干馏段的煤进行换热，实现对煤的干馏。本发明在干馏段循环气量基本不变的情况下，进一步增大熄焦段煤气循环量，确保熄焦效果，兰炭的物理热得到更充分利用，节能效果好。同时，由于无独立燃烧器、燃烧煤气风机及管路和阀门，系统进一步简化。

Description

一种煤内热低温干馏的干熄焦煤气调控方法
技术领域
本发明涉及煤化工、新能源和环保技术领域，特别涉及一种煤内热低温干馏的干熄焦煤气调控方法。
背景技术
我国晋陕宁蒙地区低变质煤炭资源丰富，该类煤为高挥发分的弱粘、不粘煤，同时焦油含量较高，对其进行低温干馏可以在分离焦油的同时，得到煤气和半焦(兰炭)，是一种分质综合利用或煤提质的有效方法，近年来得到快速发展。据报道，在晋陕宁蒙地区及新疆、云贵等地，产能可达6000万吨/a以上，已成为这些地方目前主要的煤转化工业。
对我国陕晋宁蒙等地区的兰炭生产企业而言，目前多采用内热式低温干馏直立方炉，将煤气与空气混合燃烧后从炉子下部鼓入炉内，与从上部装入的块煤相向运动，进行换热，使得煤被加热干馏。从炉顶引出的煤气经冷却和焦油捕收后，部分返回燃烧入炉，其余作为富余煤气用作其它用途；煤被干馏后成为半焦(兰炭)，经喷水或水浸熄焦后，作为碳质材料(燃料或还原剂、气化焦)外卖。
现行低温干馏用内热式直立方炉工艺目前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，而且低热值煤气缺乏合理的煤气高附加值利用途径；
二是采用喷水或水浸熄焦，不仅浪费当地宝贵的水资源，而且兰炭的物理热被白白消耗，未得到有效的利用。尤其是采用水浸熄焦，兰炭中的水接近饱和，可达25～32％，为满足客户要求，不得不另外燃烧煤气烘烤；
三是焦油和粉尘分离困难；
四是碎煤无法入炉干馏；
五是干馏废水处理难度较大。其中前两个问题影响较大。
现有技术针对前两个主要问题，提出了采用富氧燃烧解决煤气热值低的问题，采用新型干熄焦技术回收利用兰炭物理热并减少兰炭中水分和节水。
现有技术提出的新型干熄焦技术(一种煤低温干馏干熄焦的方法，ZL200910021306.4；一种低温干馏干熄焦装置，ZL200920032520.5)的要点如下：将干馏炉分作干馏段和熄焦段，以净化的冷煤气进入熄焦段与高温兰炭换热，被兰炭加热的煤气自熄焦段导出，进入干馏段作为干馏介质对煤进行干馏，干馏所需热量不足的部分由干馏段下部的喷嘴燃烧煤气提供。也就是说在燃烧器中燃烧冷煤气产生高温废气，作为煤干馏所需基础热源，和干熄焦产生的高温干馏煤气混合，配制成符合煤低温干馏要求温度的高温混合气(温度760℃～850℃)，对内热式煤干馏炉炉内的煤进行无氧化加热，生产优质的兰炭。
该干馏干熄焦方法，可与常规工艺(空气助燃)或富氧干馏(助燃气体氧气含量25％－100％)配合使用。
具体实施方法为：
将干馏干熄焦产生的高温干馏煤气经洗涤、捕收焦油后制成冷煤气，冷煤气通过循环风机后，一部分引入燃烧器和高温废气合成符合煤低温干馏要求温度的高温混合气体，高温混合气体进入焦炉的干馏段，作为干馏热源；
而经过循环风机的另一部分净煤气，通过加压风机引入干馏炉的熄焦段，作为冷却兰炭熄焦的惰性介质，经过干馏炉熄焦段的冷煤气吸热后进一步经过焦炉的干馏段，和干馏热源一起对煤进行无氧化或弱氧化加热，实现无燃烧循环。
该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。可作为煤低温干馏生产配套技术选用。
煤气循环系统如附图1所示。根据煤气的循环要求，在煤气系统增设煤气加压风机，保证煤气系统正常循环的流量和压力要求。
对干馏过程的炉温等炉况参数的控制，通过燃烧参数进行调节(即调节燃烧器煤气和助燃气体流量)，也可通过调节熄焦煤气流量、提高熄焦料速的方式进行调节。
典型年处理能力60万吨的兰炭生产厂，采用立式方炉为基本生产设备，空气助燃，采用干熄焦技术(一种煤低温干馏干熄焦的方法，ZL200910021306.4)前后，煤焦比、焦油产率与原工艺基本持平。入炉助燃空气量由190m3/t兰炭降低到120m3/t兰炭，燃烧及循环煤气量由549Nm3/t兰炭提高到780m3/t兰炭以上，烘干用煤气量由105Nm3/t兰炭减少为零，成品兰炭水分含量由原来的28％降低到0.8％以下，可取消烘干工序。吨煤剩余煤气量由460Nm3/t兰炭提高到560Nm3/t兰炭以上，煤气热值由7029kJ/Nm3提高到8929kJ/Nm3。
可以看出煤气质量明显提高，干熄焦方法可以回收大部分兰炭显热；能耗降低450～480MJ/t煤；节水量达320～388.10kg/t兰炭。经济和环保效益十分明显。
但该干熄焦技术在应用中仍存在如下问题：
为保证能将兰炭熄焦后温度控制在150℃以下，要求熄焦冷煤气量在780～1100m3/t兰炭以上；而在干馏段，需要从烧嘴另输入煤气和助燃空气，这部分煤气和烧嘴煤气燃烧产生的烟气进一步混合，使得干馏段煤气总量可达约1280～1600m3/t兰炭。导致需要处理的煤气和煤气风机能力不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤内热低温干馏的干熄焦煤气调控方法，以解决上述现有技术的缺陷；本发明提供新的煤气调控方法，确保上述的煤气内热低温干馏干熄焦的有效实施并实现进一步节能降耗。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种煤内热低温干馏干熄焦煤气调控方法，包括：内热低温干馏竖炉的干馏段干馏产生的煤气经煤气洗涤捕收焦油装置进行焦油分离和捕收后，部分冷态净化煤气经循环风机返回内热低温干馏竖炉的熄焦段，与熄焦段中热态兰炭换热，使得兰炭温度降低到不复燃温度后排出；换热后的热煤气自熄焦段导出进入干馏段；所述内热低温干馏竖炉未设置烧嘴，助燃气体(不含煤气)由干馏段下部管道导入，经花墙或布气道的微孔进入干馏段内，与热煤气相遇进行燃烧；燃烧产生的高温气体与未燃烧的热煤气混合，形成满足低温干馏要求温度和流量的高温混合气体，与干馏段的煤进行换热，实现对煤的干馏。
进一步的，所有返回干馏炉熄焦段的冷煤气量为880～1200m3/t兰炭。
进一步的，高温混合气体的温度为700℃～850℃。
进一步的，兰炭温度降低到不复燃的150℃以下排出。
进一步的，内热低温干馏竖炉、煤气洗涤捕收焦油装置、循环风机组成干馏系统；整个系统只包括一台煤气循环风机和一台助燃气体用助燃风机，无独立燃烧器、燃烧用煤气风机及相关阀门、管路。
进一步的，助燃气体为助燃空气或富氧气体。
进一步的，助燃气体通过花墙或布气道上的微孔进入炉内和热煤气相遇进行无焰燃烧，使干馏段无热点和温度分布均匀。
本发明方法，具有以下特点：
(1)熄焦用冷煤气通过循环风机后，全部进入熄焦段用于与热兰炭换热熄焦，取消烧嘴燃烧煤气；
(2)原燃烧器(煤气+空气或富氧气体)改造后只通入助燃空气(或富氧气体)；助燃空气(或富氧气体)与熄焦段被加热的煤气在炉内干馏段下部燃烧；
(3)干熄焦段引出的高温煤气与助燃气体燃烧产生的废气合成符合煤低温干馏要求温度的高温混合气体，进入干馏段，作为干馏热源，对煤进行无氧化加热，实现干馏；
(4)与原工艺比，系统减少了燃烧煤气风机、管路、阀门及燃烧器，只需设置助燃空气(或富氧气体)管道，同时对炉内花墙改为微孔透气；助燃空气(或富氧气体)通过微孔进入炉内后与热煤气接触，实现无焰燃烧。
(5)系统可根据干馏炉的控制要求灵活进行干馏煤气流量的调节及助燃气体流量调节。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)在干馏段气体流量不变的情况下，可进一步加大熄焦段冷煤气循环量，将熄焦段排焦温度进一步降低，确保熄焦效果；同时，干馏段煤气量增幅可明显降低；
(2)燃烧用煤气和助燃空气量可进一步降低，富余煤气热值可进一步提高，具有较明显的节能降耗效果；
(3)炉内花墙改为微孔透气，热煤气和助燃空气(或富氧气体)在较高温度下可实现无焰燃烧，有利于减少热点；
(4)可直接利用现行未采用干熄焦干馏炉用风机，不需风机过载或另加助燃煤气风机。
与现有的干熄焦技术(一种煤低温干馏干熄焦的方法，ZL200910021306.4)相比，采用本发明后，可在熄焦用煤气量保持不变的情况下(保证熄焦效果)，取消了烧嘴输入的冷煤气，同时助燃空气量也相应降低，干馏段煤气总量明显降低，可维持在880～1200m3/t兰炭的水平。系统燃烧煤气量减少50～100m3/t兰炭，富余煤气量相应增加50～100m3/t兰炭。可直接利用现行未采用干熄焦干馏炉用风机，不需风机过载或另加助燃煤气风机。
附图说明
图1是专利“一种煤低温干馏干熄焦的方法，ZL200910021306.4”的干熄焦的方法流程图；图中连接实线为煤气循环系统，虚线为煤、兰炭和焦油产出走向。
图2是本发明提出的煤低温干馏干熄焦煤气调控方法流程图；图中连接实线为煤气循环系统，虚线为煤、兰炭和焦油产出走向。
以下结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细说明。
具体实施方式
本发明是在新型干熄焦技术(一种煤低温干馏干熄焦的方法，ZL200910021306.4)以净化的冷煤气为介质与高温兰炭换热实现熄焦，换热后的热煤气进入干馏段对煤进行干馏，从而实现兰炭余热直接回收利用的基础上提出的改进方案。具体实施方案如附图2所示。
请参阅图2所示，本发明将带干熄焦的低温干馏炉分为干馏段和熄焦段。干馏产生的煤气经焦油分离和捕收后，根据干馏的工艺要求，部分冷态净化煤气经循环风机返回熄焦段，与热态兰炭换热，使得兰炭温度降低到不复燃好球的温度后排出；换热后的热煤气自熄焦段上部导出进入干馏段；助燃空气(或富氧气体)由干馏段下部管道导入，经花墙(布气道)的微孔进入干馏段内，与热煤气相遇进行无焰燃烧；燃烧产生的高温气体与未燃烧的热煤气混合，形成满足低温干馏要求温度和流量的高温混合，与干馏段的煤进行换热，实现对煤的干馏。
干馏产生的煤气经焦油分离和捕收后，部分用于循环熄焦(其中少量在炉内燃烧)。其余作为富余煤气可用于下游工序，如化工和发电等。
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。可作为煤低温干馏生产配套技术选用。
煤气循环系统如附图2所示。系统不设独立烧嘴，也无燃烧煤气风机及管路、阀门。
对干馏过程的炉温等炉况参数的控制，可通过燃气体流量及熄焦煤气流量、改变料速等方式进行调节。
以下是发明人给出的实施例，这些实施例是一些较优的例子，本发明不限于这些实施例。
实施例1：年处理60万吨兰炭生产厂的应用
(1)基本情况：
年处理能力60万吨的兰炭生产厂，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，燃烧及循环煤气量549Nm3/t兰炭，入炉助燃空气量190m3/t兰炭，烘干用煤气量100Nm3/t兰炭，吨煤剩余煤气量460Nm3/t兰炭左右(神木干基原煤为基准)，煤气热值6771-7106kJ/Nm3。参考煤气成分如下：
H2：16.2％，CO：14.49％，CO2：7.41％，CH4：5.68％，氮气：50.10％。热值：7029kJ/m3。
(2)应用方式
应用方式如图2所示。对原干馏炉进行改造，增加高度4m的熄焦段，同时对花墙砖改为微孔透气砖，直接利用原有的煤气风机，取消烧嘴、燃烧煤气管路及截止和调节阀门。干馏产生的煤气经焦油分离和捕收后，根据干馏的工艺要求，冷态净化煤气按照780～900m3/t兰炭的循环量经循环风机返回熄焦段，与热态兰炭换热，使得兰炭温度降低到不复燃的150℃以下排出；换热后温度可达400℃～460℃的热煤气自熄焦段上部导出进入干馏段；助燃空气(或富氧气体)由干馏段下部管道导入，经花墙(布气道)的微孔进入炉内，与热煤气相遇进行无焰燃烧；燃烧产生的高温气体与未燃烧的热煤气混合，形成满足低温干馏要求温度和流量的煤气，与干馏段的煤进行换热，实现对煤的干馏。
干馏产生的煤气经焦油分离和捕收后，部分用于循环熄焦(其中少量在炉内燃烧)。其余作为富余煤气可用于下游工序，如化工和发电等。
(3)应用结果
采用本发明方法后，煤焦比、焦油产率等与原工艺基本持平。入炉助燃空气量由190m3/t兰炭降低到100m3/t兰炭，循环及燃烧用冷煤气总量由549Nm3/t兰炭提高到850m3/t兰炭，成品兰炭水分含量由原来的28％降低到1.2％以下，可取消烘干工序。吨煤剩余煤气量由460Nm3/t兰炭提高到560Nm3/t兰炭，煤气热值达到9229kJ/Nm3，排焦温度降低到120～150℃，能耗降低760MJ/t兰炭。节水量达352kg/t兰炭。经济和环保效益十分明显。本发明干熄焦工艺参考煤气成分如下：
H2：19.8％，CO：11.63％，CO2：5.60％，CH4：9.29％，氮气：41.52％，C2-C57.83％。
实施例2：年产60万吨的兰炭生产厂的应用
(1)基本情况
年处理能力60万吨的兰炭生产厂，采用立式方炉为基本生产设备，富氧空气助燃，富氧比80％，煤焦比1.65：1，焦油产率8％左右。燃烧及循环煤气量619m3/t兰炭，入炉助燃富氧空气量100m3/t兰炭，烘干用煤气量100Nm3/t兰炭，吨煤剩余煤气量260Nm3/t兰炭左右，煤气热值13102kJ/Nm3。参考煤气成分如下：
H2：35.05％，CO 23.04％，CO2：12.06％，CH4：12.55％，氮气：9.85％。煤气热值13102kJ/m3。
(2)应用方式
应用方式与实例1基本相同。对原干馏炉进行改造，增加高度4m的熄焦段，同时对花墙砖改为微孔透气砖。助燃富氧空气量68m3/t兰炭，干馏产生的煤气经焦油分离和捕收后，根据干馏的工艺要求，冷态净化煤气按照780～860m3/t兰炭的循环量经循环风机返回熄焦段，与热态兰炭换热，使得兰炭温度降低到不复燃的150℃以下后排出；换热后温度可达450℃～480℃的热煤气自熄焦段上部导出进入干馏段；助燃空气(或富氧气体)由干馏段下部管道导入，经花墙(布气道)的微孔进入炉内，与热煤气相遇进行无焰燃烧；燃烧产生的高温气体与未燃烧的热煤气混合，形成满足低温干馏要求温度和流量的煤气，与干馏段的煤进行换热，实现对煤的干馏。
(3)应用结果
采用本发明方法后，煤焦与原工艺持平，焦油产率提高到8.2％左右(神木干基原煤为基准)，熄焦循环冷煤气量789m3/t兰炭，入炉助燃富氧空气量由100m3/t兰炭降低到68m3/t兰炭，成品兰炭水分含量由原来的29.2％降低到1.5％以下，消烘了干工序。吨煤剩余煤气量相应提高到310Nm3/t兰炭左右(神木煤)，节约煤气约20％。煤气热值13826kJ/Nm3，与原工艺基本相当。能耗降低720MJ/t兰炭。节水量达365kg/t兰炭。
实施例3：年产120万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，采用富氧比30％的空气助燃，已改造加装有干熄焦装置，煤焦比1.67：1，焦油产率7.6％左右，兰炭水分在1.5～2.0％，无烘干工序。燃烧及循环煤气量861Nm3/t兰炭，入炉助燃空气量136m3/t兰炭，富余煤气量532m3/t兰炭，煤气热值9231.0-9342.8kJ/Nm3。
(2)应用方式
停掉燃烧用煤气风机、管道及调节阀门，取消了烧嘴，并对火道(花墙)进行改造，改用小孔透气砖。适当降低助燃空气用量。具体应用方式与实例2同。
(3)应用结果
煤焦比1.66：1，焦油产率7.6％左右，与原工艺相当。兰炭水分可降低到1.5％以下。熄焦用循环煤气量806Nm3/t兰炭，入炉助燃空气量122m3/t兰炭，富余煤气量提高到586m3/t兰炭，煤气热值未发生明显变化。富余煤气产出量增大了54m3/t兰炭，折合能耗降低503MJ/t兰炭。
参考煤气成分为：H2：22.4％，CO：12.46％，CO2：6.81％，CH4：13.01％，氮气：41.3％。热值：9329kJ/m3。
本发明一种煤气内热低温干馏干熄焦新型煤气调控方法，不设独立燃烧器；将经洗涤、捕收焦油后的冷煤气部分通过循环风机鼓入熄焦段，与兰炭换热后被加热的煤气进入干馏段；助燃空气(或富氧气体)直接通入炉内，经花墙的微孔与炉内热煤气实现无焰燃烧，作为补充热源。该方法可以在干馏段循环气量基本不变的情况下，进一步增大熄焦段煤气循环量，确保熄焦效果，使干兰炭的物理热得到更充分的利用，具有较好节能效果。同时，由于无独立燃烧器、燃烧煤气风机及管路和阀门，煤气系统装备进一步简化。

Claims (7)

1.一种煤内热低温干馏干熄焦煤气调控方法，其特征在于：包括：内热低温干馏竖炉分为干馏段和熄焦段，部分冷态净化煤气经循环风机返回内热低温干馏竖炉的熄焦段下部，与熄焦段中热态兰炭换热，使得兰炭温度降低到不复燃温度后排出；换热后的热煤气自熄焦段导出进入干馏段；所述内热低温干馏竖炉未设置烧嘴，助燃空气或富氧气体由干馏段下部管道导入，经花墙或布气道的微孔进入干馏段内，与干馏段内热煤气相遇进行燃烧；燃烧产生的高温气体与未燃烧的热煤气混合，形成满足低温干馏要求温度和流量的高温混合气体，与干馏段的煤进行换热，实现对煤的干馏。
2.根据权利要求1所述的一种煤内热低温干馏干熄焦煤气调控方法，其特征在于：所有返回熄焦段的冷煤气量为880～1200m3/t兰炭。
3.如权利要求1所述的一种煤内热低温干馏干熄焦煤气调控方法，其特征在于，高温混合气体的温度为700℃～850℃。
4.如权利要求1所述的一种煤内热低温干馏干熄焦煤气调控方法，其特征在于，兰炭温度降低到不复燃的150℃以下排出。
5.如权利要求1所述的一种煤内热低温干馏干熄焦煤气调控方法，其特征在于，内热低温干馏竖炉、煤气洗涤捕收焦油装置、循环风机组成干馏系统；整个系统只包括一台煤气循环风机和一台助燃气体用助燃风机，无独立燃烧器、燃烧用煤气风机及相关阀门、管路。
6.如权利要求1所述的一种煤内热低温干馏干熄焦煤气调控方法，其特征在于，助燃气体通过花墙或布气道上的微孔进入炉内和热煤气相遇进行无焰燃烧，使干馏段无热点和温度分布均匀。
7.如权利要求1所述的一种煤内热低温干馏干熄焦煤气调控方法，其特征在于，所述部分冷态净化煤气为干馏产生的煤气经焦油分离和捕收后所得。
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