CN108342207A - 一种石灰石煅烧与煤气化及干馏联产的方法 - Google Patents

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

本发明公开了一种石灰石煅烧与煤气化及干馏联产的方法，将煅烧窑内石灰石煅烧产生的煅烧窑尾气引入煤干馏炉内，煤干馏炉内的煤料通过引入的煅烧窑尾气进行加热干馏和煤气化反应，生成CO，生成的CO与煤干馏炉内的煤干馏气混合形成混合气体，煤料通过混合气体对煤料进行干馏；煤干馏炉内产生的混合气体进行石灰石的煅烧或其它物料的加热热源。本发明能够将石灰石煅烧过程产生的高温高CO2含量的废气中的热量及CO2充分的利用，减少温室气体排放，同时减少煤气化、干馏的热耗，使煤得到充分热解，同时得到半焦、高CO浓度的混合煤气，提高了混合煤气的热值。

Description

一种石灰石煅烧与煤气化及干馏联产的方法
技术领域
本发明属于煤炭气化、干馏及石灰石的煅烧技术领域，具体涉及一种石灰石煅烧与煤气化及干馏联产的方法。
背景技术
煤干馏是煤化工的重要过程之一，指煤在隔绝空气或控制空气量的条件下加热，分解，生成焦炭/半焦(兰炭)、煤焦油、粗苯和煤气等产物的过程。按加热终温的不同，可分为三种：900℃～1100℃为高温干馏，即焦化；700℃～900℃为中温干馏；500℃～700℃为低温干馏。
煤干馏过程主要经历如下变化：当煤料的温度高于100℃时，煤中的水分蒸发出；温度升高到200℃以上时，煤中结合水释出；高达350℃以上时，粘结性煤开始软化，并进一步形成粘稠的胶质体(泥煤、褐煤等不发生此现象)；至400℃～500℃大部分煤气和焦油析出，称一次热分解产物；在450℃～550℃，热分解继续进行，残留物逐渐变稠并固化形成半焦(兰炭)；高于550℃，半焦(兰炭)继续分解，析出余下的挥发物(主要成分是氢气和甲烷等)，半焦失重同时进行收缩，形成裂纹；温度高于800℃，半焦体积缩小变硬形成多孔焦炭/半焦或兰炭等。当干馏在室式干馏炉内进行时，一次热分解产物与赤热焦炭及高温炉壁相接触，发生二次热分解，形成二次热分解产物(焦炉煤气和其它炼焦化学产品)。
目前煤的干馏方法分为外热法和内热法，外热法是利用炭化室外侧炉墙对煤料传热，虽然产生的煤气质量稳定，但传热不均匀，热解时间较长，生产效率相对较低；内热法利用热载体直接对煤料传热，具有传热均匀的优点，但产生的煤气会被稀释，增加煤气量，降低了煤气的有效成分含量，对煤气的进一步综合利用不利，而且煤的热解速度低，热解时间长。
石灰是电厂湿式脱硫、电石生产及冶金过程的重要原料，石灰石在1050℃左右煅烧生成CaO，煅烧石灰石的设备主要有回转窑、立窑等形式，这两种煅烧设备的加热方式均为：将燃料(煤、重油、煤气等)和空气送入炉(窑)内，利用空气与燃料之间的放热反应来加热石灰石温度升至1050-1200℃，使石灰石受热分解，炉(窑)煅烧石灰石后会产生大量高CO2的高温废气，通常废气温度在1000℃，目前对石灰石煅烧炉(窑)排出的废气只做余热利用，而未对其中的CO2进行回收利用，CO2属于温室气体，会给环境造成大的破坏，因此需要将石灰石煅烧过程中产生的高温、高CO2含量的尾气进行尽可能的利用。
碳与二氧化碳在900℃以上时会发生如下反应：
CO2+C＝2CO
该反应称作布多尔反应或C的气化反应，可以利用碳与二氧化碳的反应将CO2转变为可燃的CO，因此可以使CO2达到减排和利用，兰炭、无烟煤由于其中挥发分较少，在与CO2接触时主要发生的是C的气化反应，而干馏反应将会很少，低变质煤在于高温CO2接触时，高温区发生C的气化反应，在低温区将发生低变质煤的干馏反应。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种石灰石煅烧与煤气化及干馏联产的方法，该方法是将密闭煅烧窑产生的高温，高CO2含量的煅烧窑尾气通入煤干馏炉内，煅烧窑尾气中的CO2与煤干馏炉中的C在高温区发生C的气化反应，转变为CO，煤干馏炉产出的高CO含量的干馏炉尾气再作为煅烧石灰石的燃料，从而实现石灰石煅烧与煤气化及煤干馏的联产。该方法能够将石灰石煅烧过程产生的高温高CO2含量的废气中的热量及CO2充分的利用，减少温室气体排放，同时减少煤气化、干馏的热耗，使煤得到充分热解，同时得到半焦和高CO浓度的干馏炉尾气，提高了干馏炉尾气的热值。
为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：
一种石灰石煅烧与煤气化及干馏联产的方法，其特征在于，在密闭煅烧窑内对石灰石进行煅烧，煅烧温度为1050～1200℃，将密闭煅烧窑内石灰石煅烧产生的煅烧窑尾气引入煤干馏炉内，煤干馏炉内的煤料利用煅烧窑尾气进行干馏及发生气化反应，发生气化反应生成的CO与煤料干馏所产生的煤干馏气体混合形成CO含量较高的混合气体，将该混合气体从煤干馏炉引出，然后用于对密闭煅烧窑进行加热，对石灰石进行煅烧，或将该混合气体用作其它工序的燃料。
煤干馏炉内的温度为650-1200℃。
煤料为低变质煤、兰炭和无烟煤中的一种或至少两种的混合物。
煤料干馏的产物为兰炭、碳素材料和高CO浓度的煤气。
煤料的粒径为0-300mm。
石灰石的粒径为0-300mm。
密闭煅烧窑内石灰石煅烧产生的煅烧窑尾气从煤干馏炉的底部引入煤干馏炉。
煤干馏炉内下部的煤料发生高温干馏，中部的煤料发生中温干馏，上部的煤料发生低温干馏。
煤干馏炉从其顶部将混合气体引出。
本发明具有如下有益效果：
本发明将石灰石煅烧时分解产生的高温含CO2的气体通入煤干馏炉内，使高温含CO2的煅烧窑尾气与煤干馏炉内的煤料进行充分的热交换和物质交换，从而使煤料中部分煤发生气化、部分煤发生干馏，同时使干馏炉尾气中的CO浓度提高。CO再与煤干馏过程产生的H2、和CH4等气体形成干馏炉混合煤气，以该混合煤气作为煅烧石灰石或其它物料的加热热源，从而实现石灰石煅烧与煤干馏的联产。本发明能够将石灰石煅烧过程产生的高温高CO2含量的废气中的热量及CO2充分的利用，减少温室气体排放，同时减少煤气化、干馏的热耗，使煤得到充分热解，同时得到半焦、高CO浓度的混合煤气，提高了混合煤气的热值。本发明的方法是利用石灰石煅烧窑产生高温高浓度CO2气体对煤进行加热，高温气体加热具有、均匀性好，加热时间短，操作方便，能源利用率和加热效率高，安全卫生无污染。
附图说明
图1为石灰石煅烧与煤气化、干馏联产示意图。
图中，1-密闭煅烧窑，2-煤干馏炉。
具体实施方式
下面结合附图实施例来对本发明作进一步的说明。
参照图1，本发明的石灰石煅烧与煤干馏联产的方法如下：
煅烧石灰石时，将石灰石装入密闭煅烧窑内，密闭煅烧窑上开设排气孔，排气孔外接排气管道，外接的排气管道将石灰石煅烧分解产生的高温含CO2的气体引入煤干馏炉内，使高温含CO2的煅烧窑尾气与煤干馏炉内煤进行充分的热交换和物质交换，从而使煤得到气化和干馏，同时使煤干馏炉尾气中的CO浓度提高。煤干馏炉内产生的高浓度CO气体可作为石灰石煅烧及其它物料加热的热源，石灰石煅烧的加热方式为间接加热。煤干馏炉内的煤料在发生气化和干馏后生成半焦(兰炭)、碳素材料和高浓度CO，CO再与煤干馏过程产生的H2和CH4等组成混合煤气，该混合煤气作为煅烧石灰石的燃料进行燃烧放热，或用于其它设备的加热。其中，石灰石的煅烧温度为1050-1200℃；煤干馏炉内的温度为650～1200℃。
本发明的联产方法中，煅烧石灰石在1050-1200℃之间进行，煅烧炉内产生的高温气体靠煅烧炉内高温气体产生的压力外排，排出的高温气体直接由干馏炉底部引入煤干馏炉，随着煅烧炉尾气与煤干馏炉内的煤层之间发生热交换，煤干馏炉内温度将随料层的厚度温度呈梯度变化，与煅烧窑尾气首先接触的位置煤层温度达到1000℃以上，在此称作高温区，在高温区主要发生煤的气化反应，即CO2与C转变为CO的反应区，随着煤层与煅烧窑尾气换热的进行，后接触煅烧窑尾气的煤层温度将逐渐降低至中温区，中温区温度在900℃-650℃，在此区域主要发生煤干馏反应。随着温度降低至650℃以下，在此称作低温区，在此区域主要进行的是煤气的冷却及煤的脱水干燥过程。当煤干馏炉内加入的是兰炭或无烟煤时，煤干馏炉内主要进行的是高温区的C的气化反应，煤干馏过程的反应将会很少发生。
本发明的方法是利用石灰石煅烧窑产生高温高浓度CO2气体对煤进行加热，高温气体加热具有、均匀性好，加热时间短，操作方便，能源利用率和加热效率高，安全卫生无污染。
本发明的方法所适用的煤种主要是一些低变质煤，半焦(兰炭)，无烟煤等，本方法处理的煤料粒径在0-300mm之间，该方法不仅可以提高资源综合利用率，而且可以有效调节煤气中的有价组分含量，减少温室气体的排放。
本发明利用石灰石煅烧产生的含CO2高温烟气进行煤的气化和干馏，在煤气化和干馏过程中，石灰石煅烧窑中的含CO2的高温烟气加热煤干馏炉中的煤，煤干馏炉中的高温区发生煤气化反应，使烟气中的CO2转变为CO，富含CO和混合有煤干馏气的混合气体对煤进行干馏，该方法充分利用煅烧石灰石过程中产生的CO2和石灰石煅烧窑的烟气余热，同时提高了煤干馏炉外排烟气中的CO浓度,提高了煤干馏混合煤气的热值。充分利用煤干馏生产兰炭(半焦)、煤焦油和低温干馏煤气。该方法将石灰石煅烧窑尾气用作低变质煤干馏的热源，同时煅烧窑尾气中的CO2与C在煤干馏过程中反应转变为CO，以此提高干馏煤气中的CO浓度，将提高CO浓度后的低变质煤干馏煤气作为煅烧石灰石的燃料进行石灰石的煅烧。
实施例1：
取1000g石灰石置于密闭耐热不锈钢钢桶内，钢桶上设置有排气孔，对耐热不锈钢桶进行加热，加热温度为1050℃，加热过程中采集排出的烟气，测定烟气成分，煅烧石灰石烟气成分见表1.1。煅烧石灰石产生的烟气通入一高径比为20的耐热钢圆筒，圆筒高度为500mm，圆筒内充满粒度为2mm的低变质煤，高温煅烧烟气的通入方式为从盛装煤的圆筒底部通入，煤样的成分见表2.1。在煤气化干馏过程中，导出气化和干馏过程中产生的烟气，并对该烟气进行采样，将烟气样品中的焦油除掉后进行分析，干馏煤气成分见表3.1。
表1.1
气体 N2 CO2 O2
％(V/V) 2.59 97.26 0.15
表2.1
表3.1
气体 N2 CO CH4 CO2 H2 O2
％(V/V) 3.1 50.74 21.31 8.6 13.76 0.25
实施例2
取1000g石灰石置于密闭耐热不锈钢钢桶内，钢桶上设置有排气孔，对耐热不锈钢桶进行加热，加热温度为1200℃，加热过程中采集排出的烟气，测定烟气成分，煅烧石灰石烟气成分见表1.2。煅烧石灰石产生的烟气通入一高径比为20的耐热钢圆筒，圆筒高度为500mm，圆筒内充满粒度为2mm的低变质煤，高温煅烧烟气的通入方式为从盛装煤的圆筒底部通入，煤样的成分见表2.2。在煤气化干馏过程中，导出气化、干馏过程中产生的烟气，并对该烟气进行采样，将烟气样品中的焦油除掉后进行分析，干馏煤气成分见表3.2。
表1.2
气体 N2 CO2 O2
％(V/V) 1.59 98.26 0.15
表2.2
表3.2
实施例3
取1000g石灰石置于密闭耐热不锈钢钢桶内，钢桶上设置有排气孔，对耐热不锈钢桶进行加热，加热温度为1050℃，加热过程中采集排出的烟气，测定烟气成分，煅烧石灰石烟气成分见表1.3。煅烧石灰石产生的烟气通入一高径比为20的耐热钢圆筒，圆筒高度为500mm，圆筒内充满粒度为2mm的无烟煤，高温煅烧烟气的通入方式为从盛装煤的圆筒底部通入，煤样的成分见表2.3。在煤气化干馏过程中，导出气化、干馏过程中产生的烟气，并对该烟气进行采样，将烟气样品中的焦油除掉后进行分析，干馏煤气成分见表3.3。
表1.3
气体 N2 CO2 O2
％(V/V) 1.59 98.26 0.15
表2.3
表3.3
气体 N2 CO CH4 CO2 H2 O2
％(V/V) 3.1 65.74 13.31 8.6 6.76 0.25
实施例4
取1000g石灰石置于密闭耐热不锈钢钢桶内，钢桶上设置有排气孔，对耐热不锈钢桶进行加热，加热温度为1050℃，加热过程中采集排出的烟气，测定烟气成分，煅烧石灰石烟气成分见表1.4。煅烧石灰石产生的烟气通入一高径比为20的耐热钢圆筒，圆筒高度为500mm，圆筒内充满粒度为2mm的兰炭，高温煅烧烟气的通入方式为从盛装煤的圆筒底部通入，煤样的成分见表2.4。在煤气化干馏过程中，导出气化、干馏过程中产生的烟气，并对该烟气进行采样，将烟气样品中的焦油除掉后进行分析，干馏煤气成分见表3.4。
表1.4
气体 N2 CO2 O2
％(V/V) 1.59 98.26 0.15
表2.4
表3.4
气体 N2 CO CH4 CO2 H2 O2
％(V/V) 3.1 75.74 3.31 8.6 6.76 0.25
实施例5：
取1000g石灰石置于密闭耐热不锈钢钢桶内，钢桶上设置有排气孔，对耐热不锈钢桶进行加热，加热温度为1130℃，加热过程中采集排出的烟气，测定烟气成分，煅烧石灰石烟气成分见表1.5。煅烧石灰石产生的烟气通入一高径比为20的耐热钢圆筒，圆筒高度为500mm，圆筒内充满粒度为2mm的低变质煤，高温煅烧烟气的通入方式为从盛装煤的圆筒底部通入，煤样的成分见表2.5。在煤气化干馏过程中，导出气化和干馏过程中产生的烟气，并对该烟气进行采样，将烟气样品中的焦油除掉后进行分析，干馏煤气成分见表3.5。
表1.5
气体 N2 CO2 O2
％(V/V) 2.59 98.26 0.15
表2.5
表3.5
从以上实施例可以看出，采用石灰石煅烧产生的高CO2浓度、高温尾气可以对煤进行热解，并产出高浓度CO含量的热解气。

Claims (9)

1.一种石灰石煅烧与煤气化及干馏联产的方法，其特征在于，在密闭煅烧窑内对石灰石进行煅烧，煅烧温度为1050～1200℃，将密闭煅烧窑内石灰石煅烧产生的煅烧窑尾气引入煤干馏炉内，煤干馏炉内的煤料利用煅烧窑尾气进行干馏及发生气化反应，发生气化反应生成的CO与煤料干馏所产生的煤干馏气体混合形成混合气体，将该混合气体从煤干馏炉引出，然后用于对密闭煅烧窑进行加热，对石灰石进行煅烧，或将该混合气体用作其它工序的燃料。
2.根据权利要求1所述的一种石灰石煅烧与煤气化及干馏联产的方法，其特征在于，煤干馏炉内的温度为650-1200℃。
3.根据权利要求1所述的一种石灰石煅烧与煤气化及干馏联产的方法，其特征在于，煤料为低变质煤、兰炭和无烟煤中的一种或至少两种的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种石灰石煅烧与煤气化及干馏联产的方法，其特征在于，煤料干馏的产物为兰炭、碳素材料和高CO浓度的煤气。
5.根据权利要求1所述的一种石灰石煅烧与煤气化及干馏联产的方法，其特征在于，煤料的粒径为0-300mm。
6.根据权利要求1所述的一种石灰石煅烧与煤气化及干馏联产的方法，其特征在于，石灰石的粒径为0-300mm。
7.根据权利要求1所述的一种石灰石煅烧与煤气化及干馏联产的方法，其特征在于，密闭煅烧窑内石灰石煅烧产生的煅烧窑尾气从煤干馏炉的底部引入煤干馏炉。
8.根据权利要求7所述的一种石灰石煅烧与煤气化及干馏联产的方法，其特征在于，煤干馏炉内下部的煤料发生高温干馏，中部的煤料发生中温干馏，上部的煤料发生低温干馏。
9.根据权利要求1所述的一种石灰石煅烧与煤气化及干馏联产的方法，其特征在于，煤干馏炉从其顶部将混合气体引出。
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