CN108893127A - 一种常规内热式低温干馏炉改造为富氧干馏炉的方法 - Google Patents

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胡冰
何江勇
康毅
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Abstract

本发明公开一种常规内热式低温干馏炉改造为富氧干馏炉的方法，包括：(1)在常规干馏炉生产期间，建设配套的制氧装置，加工富氧干馏用烧嘴，增设氧气管路；(2)在常规干馏炉设备检修期间，将常规干馏炉的烧嘴替换为富氧干馏用烧嘴。本发明的常规内热式低温干馏炉改造富氧干馏炉方法可以充分利用现行内热低温干馏企业的现有设备，只需对加热单元改造，可大幅度降低投资费用与缩短建设周期，企业可在现有设备正常生产的前提下，建设制氧装置，定制新煤气风机，加工新型烧嘴。利用干馏炉大修，完成花墙改造和烧嘴更换，进而完成常规干馏与富氧干馏的切换。

Description

一种常规内热式低温干馏炉改造为富氧干馏炉的方法
技术领域
本发明属于煤化工的低温干馏领域，具体涉及一种常规内热式低温干馏炉改造为富氧干馏炉的方法。
背景技术
我国低变质煤资源丰富，低温干馏可以得到煤气、兰炭和焦油，是一种低变质煤分质利用的有效方法，近年在我国，尤其是晋陕宁蒙和新疆等地得到快速的发展，产能已达8000万吨以上。目前主要采用直立内热炉，以块煤为原料。主要工艺为：将块煤由炉顶加入，将煤气与空气混合点燃后自炉子下部鼓入，与炉内的煤相向而行，实现换热进而使得煤中的挥发份和焦油分离，实现低温干馏(温度一般在750℃以下)。由于燃烧采用空气助燃，燃烧废气与混合在煤气中，不仅增大了煤气净化系统的处理压力，而且降低了煤气的热值，导致煤气量大质低，缺乏有效的利用途径，容易带来环保问题。
近年来，煤气提质和高附加值利用受到了广泛的关注，已经提出了富氧干馏技术，即以富氧空气或纯氧替代常规干馏工艺中的助燃空气，利用煤气富氧燃烧，和冷煤气配合鼓入干馏炉循环，从而提高干馏的煤气质量，为煤气的高附加值利用奠定基础。富氧干馏技术展示出了良好的产业化应用前景，目前已进入工业化应用阶段。
现有常规内热式低温干馏炉无法直接进行富氧干馏；如能有效利用现有的干馏装置，进行富氧干馏技术改造，不仅可大幅降低建设投资，而且可大幅压缩建设周期，对快速推进富氧干馏技术的推广和应用具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种常规内热式低温干馏炉改造为富氧干馏炉的方法，该方法可适用于现有常规内热低温干馏炉改造为富氧干馏炉，不仅可大幅降低建设投资，而且可大幅压缩建设周期，为常规内热低温干馏企业采用富氧干馏技术提供有力的技术支撑。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种常规内热式低温干馏炉改造为富氧干馏炉的方法，包括：
(1)在常规干馏炉生产期间，建设配套的制氧装置，加工富氧干馏用烧嘴，增设氧气管路；(2)在常规干馏炉设备检修期间，将常规干馏炉的烧嘴替换为富氧干馏用烧嘴。
进一步的，富氧干馏用烧嘴采用套管结构，氧气管道与助燃空气管道合并作为内管；制氧装置通过氧气管路连通内管；助燃空气风机通过助燃空气管道连通内管；内管外套设有外管，外管与内管的夹层通过煤气管道连接煤气风机。
进一步的，对煤气总管进行改造，改造后的煤气总管一端连通煤气风机，另一端连通外管与内管的夹层。
进一步的，改造后的内管截面积缩小0-85％；外管与内管夹层截面积加大0-30％；对火道：截面积相应缩小0-15％；对带火眼的花墙：结构尺寸不作改变。
进一步的，步骤(2)中，在常规干馏炉设备检修期间，对花墙进行改造；花墙耐火材料耐火度提高一个等级。
进一步的，花墙材料由黏土质耐火材料改为莫来石质或高铝质耐火材料。
进一步的，改造后富氧干馏炉与常规内热式低温干馏炉相比，保持通过加热单元进入炉内的气体总流量及压力、氧气总量及压力保持不变；采用富氧气体或全氧替代助燃空气后的体积减小部分由煤气补充。
进一步的，氧气管路加装逆止阀和调节装置。
进一步的，改造后煤气总管加装有逆止阀。
本技术方案提出的方法适用于运行效果正常的常规内热低温干馏炉。相关运行参数准确、合理。改造后的富氧干馏炉，可以确保正常运行，并使得煤气质量大幅度改善。
本方法提出的常规内热式低温干馏炉进行富氧干馏改造的方法，重点包括：加热单元(由套管燃烧器或称为煤气与助燃气体混合器、火道及带火眼的花墙构成)改造，助燃风机、煤气风机选择及供氧装置选择。改造前后助燃风机、煤气风机和供氧装置与加热单元的连接如图1、图2所示，每条管路上均设置有压力表、流量检测与调节阀门；
常规干馏炉改造成为富氧干馏炉时，炉体结构及尺寸维持不变。花墙耐火材料耐火度提高一个等级，建议由黏土质耐火材料改为莫来石质或高铝质耐火材料。
常规干馏其它部分，在进行富氧干馏改造时保留，不作改造。包括原料准备(破碎筛分系统)、加料系统、煤气导出系统、排焦系统、煤气净化系统、焦油捕收系统、水循环系统、焦油池(罐)及控制系统等。
氧气总管与煤气总管在分叉进入加热单元之前的位置加装逆止阀，确保在出现煤气循环系统或氧气供应系统故障时不会出现煤气进入氧气总管或氧气进入煤气总管。
统煤气量与氧气量的设定：常规干馏与富氧干馏相比，保持“两个不变”，即通过加热单元进入炉内的气体总流量及压力、氧气总量及压力保持不变；由于采用富氧气体或全氧替代助燃空气后的体积减小部分由煤气补充，也就是说煤气量要相应增大，已保证入炉总气体体积基本不变。依此进行系统管路改造依据，按照相关管径选择标准核定后确定是否需要进行管路更换。以陕北神木典型煤种为原料，对常规干馏与100％富氧比(全氧)富氧干馏进行测算比较，相关气体流量变化见表1(以干馏一吨煤为基准)。
表1常规内热低温干馏炉与全氧干馏炉相关气体流量变化(以一吨煤为基准)
编号 指标，m3/t 常规干馏炉 全氧干馏炉
1 入炉气体总量 840 840
2 助燃空气量 300 -
3 氧气(工业纯) - 60
4 回炉煤气总量 540 780
按照系统气量，助燃风机每组干馏炉(一般4-6台5-10万吨单体炉一组。设置多台助燃风机)按照保留两台(一用一备即可)；按照核定的煤气量更换或增加煤气风机；制氧设备按照加热单元改造方法步骤中要求增设。
加热单元改造方法：氧气管道与助燃空气管道合并作为内管，外加套管夹层中通煤气(与常规干馏炉结构一致)；对年产5万吨到10万吨的单体干馏炉，由常规干馏炉改造为富氧干馏炉时，依照富氧比(氧气占助燃气体的体积比)20-100％,内管截面积相应缩小0-85％；外管与内管夹层截面积相应加大0-30％；火道截面积相应缩小0-15％；火眼结构尺寸不作改变。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明的常规内热式低温干馏炉改造富氧干馏炉方法可以充分利用现行内热低温干馏企业的现有设备，只需对加热单元(由套管燃烧器或称为煤气与助燃气体混合器、火道及火眼构成)改造，对助燃风机、煤气风机进行选择，增建供氧装置，其余设备全部保留与利用，包括原料准备(破碎筛分系统)、加料系统、煤气导出系统、排焦系统、煤气净化系统、焦油捕收系统、水循环系统、焦油池(罐)及控制系统等。可大幅度降低投资费用与缩短建设周期，企业可在现有设备正常生产的前提下，建设制氧装置，定制新煤气风机，加工新型烧嘴。利用干馏炉大修，完成花墙改造和烧嘴更换，进而完成常规干馏与富氧干馏的切换，改造周期可在一个月内完成。
利用本方法，可最大限度地利用现有的常规干馏装置，不仅可大幅降低建设投资，而且可大幅压缩建设周期，对快速推进富氧干馏技术的推广和应用具有重要意义。
完成富氧干馏改造后，干馏炉的煤气指标将发生明显变化，富氧干馏与常规干馏工艺相比，富余煤气量将减少40％～50％，煤气质量大幅改善。基于陕北低变质煤的富氧干馏前后煤气组成变化对比如表2所示。过程稳定、顺行。
表2不同富氧比条件下煤气成分分析检测结果(体积百分数)，％(v)
附图说明
图1为常规内热低温干馏炉燃烧系统连接示意图；
图2为本发明的常规内热式低温干馏炉改造成富氧干馏炉的燃烧系统连接对比示意图。
具体实施方式
请参阅图2所示，本发明提供一种常规内热式低温干馏炉改造为富氧干馏炉的方法，适用于现行常规内热式煤干馏工艺向富氧干馏工艺改造，具体包括：
(1)在常规干馏炉生产期间，建设配套的深冷空分制氧装置，加工富氧干馏用烧嘴，增设氧气管路并加装逆止阀和调节装置，改造煤气总管并加装逆止阀；
(2)在常规干馏炉设备检修期间，将常规干馏炉的烧嘴替换为富氧干馏用烧嘴；如企业用煤灰熔点较高，可不进行花墙耐火材料更换。如果煤灰熔点较低，花墙耐火材料耐火度提高一个等级，由黏土质耐火材料改为莫来石质或高铝质耐火材料。
请参阅图2所示，富氧干馏用烧嘴采用套管结构，氧气管道与助燃空气管道合并作为内管，外加套管后的夹层中通煤气(与常规干馏炉结构一致)；对年产5万吨到10万吨的单体干馏炉，由常规干馏炉改造为富氧干馏炉时，依照富氧比(氧气占助燃气体的体积比)20-100％,内管截面积相应缩小0-85％；外管与内管夹层截面积相应加大0-30％；对火道：截面积相应缩小0-15％；对带火眼的花墙：结构尺寸不作改变。
进行富氧干馏改造时：加热单元(包括烧嘴、火道、带火眼的花墙)、助燃风机、煤气风机、供氧装置改造；常规干馏其它部分，包括干馏炉本体、原料准备(破碎筛分系统)、加料系统、煤气导出系统、排焦系统、煤气净化系统、焦油捕收系统、水循环系统、焦油池(罐)及控制系统等，在进行富氧干馏改造时全部保留与利用。
富氧干馏与常规干馏相比，保持“两个不变”，即通过加热单元进入炉内的气体总流量及压力、氧气总量及压力保持不变；由于采用富氧气体或全氧替代助燃空气后的体积减小部分由煤气补充，也就是说煤气量要相应增大。依此作为富氧干馏烧嘴设计及系统管路改造依据，按照相关管径选择标准核定后确定是否需要进行管路更换。
改为富氧干馏炉时，氧气总管与煤气总管在分叉进入加热单元之前的位置加装逆止阀，确保在出现煤气循环系统或氧气供应系统故障时不会出现煤气进入氧气总管或氧气进入煤气总管。
如采用100％富氧比(全氧气)改造后，空气助燃风机仅用于开炉，只需保留两台即可(一用一备)；每吨半焦需氧气(工业纯)量90-110m3，回炉煤气风机流量需增加30-40％，企业可按照核定的煤气量更换或增加煤气风机，并配置制氧设备。
除加热单元、基于现有设备运行参数和下游煤气用户需求，按照本专利提出的方法，确定制氧设备参数及相应的煤气、空气入炉参数。以保持入炉气体总量(体积)不变和入炉氧气总量(体积)不变，空气改氧气后的体积减少部分由煤气等量(体积)补充。
在不影响常规干馏生产的情况下，建设制氧供氧设施。并加工富氧干馏用烧嘴，架设氧气管路，核定煤气管路能力后确定是否改造。由于回炉煤气流量增幅较大，需对煤气风机能力进行核定，部分企业原安装煤气风机能力有富余(部分企业由变频电机带动，通过调频可增大流量，满足回炉煤气流量要求)，可能不需增设煤气风机。如需添置风机，应在制氧设备定制同时完成风机订货。
利用常规干馏装置设备检修时间进行富氧干馏改造。如企业用煤灰熔点较高，可不进行花墙耐火材料更换。
保留的空气助燃风机主要用于开炉点火，应通过管路与各单体干馏炉相连。富氧干馏改造中可拆除多余的空气助燃风机。
以下为具体应用实施例：
实施例1年产120万吨兰炭的低温干馏企业富氧干馏改造
(1)基本情况：
年处理能力30万吨的兰炭生产厂4座(每座有年产5万吨的单体炉6台连体构成)，采用常规立式方炉为基本生产设备。煤气供下游化肥生产企业作原料气。煤气成分为：H219.07％,CO 16.08％,CO2 13.15％,CH4 14.21％,C2-C5 3.01％，其余为氮气。煤气低位发热值1732kcal/m3。
(2)应用方式
企业按照本发明方法，在常规干馏炉生产期间，建设配套的深冷空分制氧装置，加工富氧干馏专用烧嘴，增设氧气管路并加装逆止阀和调节装置，改造煤气总管并加装逆止阀，增设煤气风机12台(原配置风机24台)。
将原来火道和火眼部位的黏土质耐火材料改为高铝质耐火材料。
其余设备全部利用，未做更改。
(3)应用结果
按照上述方案，利用干馏炉停炉维修时间，仅耗时21天即完成富氧改造，投入生产后运行情况良好。最终拆除助燃风机16台，保留8台。
富氧干馏改造后煤气成分为：H2 40.07％,CO 13.08％,CO2 7.15％,CH4 9.21％,C2-C5 4.11％，其余为氮气。煤气低位发热值5732kcal/m3。由于煤气质量改善，整体生产成本明显降低。
实施例2年产200万吨的兰炭生产厂的富氧干馏改造
(1)基本情况：
在建年处理能力60万吨的兰炭生产厂4座(每座有年产10万吨的单体炉5台连体构成)采用内热立式方炉为基本生产设备，常规干馏工艺。煤气供下游甲醇生产企业作原料气。按照要求将煤气中氢氮比保持在约3.0以上即可。常规干馏煤气成分：H2 19.87％,CO15.38％,CO2 13.10％,CH4 13.61％,C2-C5 2.11％，其余为氮气。煤气低位发热值1762kcal/m3。
(2)应用方式
企业按照本发明方法，在常规干馏炉生产期间，建设配套的深冷空分制氧装置，加工富氧干馏专用烧嘴，增设氧气管路并加装逆止阀和调节装置，改造煤气总管并加装逆止阀，增设煤气风机10台(原配置风机20台)。
将原来火道和火眼部位的黏土质耐火材料改为高铝质耐火材料。
其余设备全部利用，未做更改。
(3)应用结果
按照上述方案，利用干馏炉停炉维修时间，仅耗时25天即完成富氧改造，投入生产后运行情况良好。最终拆除助燃风机12台，保留8台。
富氧干馏改造后煤气成分为：H2 40.87％,CO 14.08％,CO2 8.15％,CH4 12.21％,C2-C5 4.11％，其余为氮气。煤气低位发热值5822kcal/m3。
由于煤气质量改善，下游企业以高出原煤气价格三倍的价格接受，经济效益良好，改造投资半年收回。
实施例3年产90万吨的兰炭生产厂的富氧干馏改造与应用
(1)基本情况
建设有2组立式方炉为基本生产设备(单体炉年产7.5万吨半焦，6台一组)，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)，煤气用于小型燃气发电。改造前煤气组成：H2 18.27％,CO 8.55％,CO2 6.18％,CH4 5.69％,C2-C5 2.35％，其余为氮气。煤气低位发热值1762kcal/m3。邻厂为CNG生产企业，利用煤气化生产原料气，进一步制备合成气。该CNG企业有富余氧气生产能力。
(2)应用方式
企业按照本发明方法，在常规干馏炉生产期间，加工富氧干馏专用烧嘴，增设氧气管路并加装逆止阀和调节装置，改造煤气总管并加装逆止阀，增设煤气风机3台(原配置风机6台)。
炉体花墙材质等未做更改。
其余设备全部利用，未做更改。
(3)应用结果
按照上述方案，利用干馏炉停炉维修时间，仅耗时10天即完成富氧改造，投入生产后运行情况良好。最终拆除助燃风机10台，保留2台。炉况运行正常，产品质量稳定，经过进一步摸索，产量提高10％。
富氧干馏改造后煤气成分为：H2 38.07％,CO 13.06％,CO2 9.10％,CH4 12.61％,C2-C5 3.12％，其余为氮气。煤气低位发热值5623kcal/m3。
由于煤气质量改善，已全部用于下游企业用于CNG生产，实现高附加值利用，经济效益良好。

Claims (9)

1.一种常规内热式低温干馏炉改造为富氧干馏炉的方法，其特征在于，包括：
(1)在常规干馏炉生产期间，建设配套的制氧装置，加工富氧干馏用烧嘴，增设氧气管路；
(2)在常规干馏炉设备检修期间，将常规干馏炉的烧嘴替换为富氧干馏用烧嘴。
2.根据权利要求1所述的一种常规内热式低温干馏炉改造为富氧干馏炉的方法，其特征在于，富氧干馏用烧嘴采用套管结构，氧气管道与助燃空气管道合并作为内管；制氧装置通过氧气管路连通内管；助燃空气风机通过助燃空气管道连通内管；内管外套设有外管，外管与内管的夹层通过煤气管道连接煤气风机。
3.根据权利要求1所述的一种常规内热式低温干馏炉改造为富氧干馏炉的方法，其特征在于，对煤气总管进行改造，改造后的煤气总管一端连通煤气风机，另一端连通外管与内管的夹层。
4.根据权利要求1所述的一种常规内热式低温干馏炉改造为富氧干馏炉的方法，其特征在于，改造后的内管截面积缩小0-85％；外管与内管夹层截面积加大0-30％；对火道：截面积相应缩小0-15％；对带火眼的花墙：结构尺寸不作改变。
5.根据权利要求1所述的一种常规内热式低温干馏炉改造为富氧干馏炉的方法，其特征在于，在常规干馏炉设备检修期间，对花墙进行改造；花墙耐火材料耐火度提高一个等级。
6.根据权利要求5所述的一种常规内热式低温干馏炉改造为富氧干馏炉的方法，其特征在于，花墙材料由黏土质耐火材料改为莫来石质或高铝质耐火材料。
7.根据权利要求1所述的一种常规内热式低温干馏炉改造为富氧干馏炉的方法，其特征在于，改造后富氧干馏炉与常规内热式低温干馏炉相比，保持通过加热单元进入炉内的气体总流量及压力、氧气总量及压力保持不变；采用富氧气体或全氧替代助燃空气后的体积减小部分由煤气补充。
8.根据权利要求1所述的一种常规内热式低温干馏炉改造为富氧干馏炉的方法，其特征在于，氧气管路加装逆止阀和调节装置。
9.根据权利要求1所述的一种常规内热式低温干馏炉改造为富氧干馏炉的方法，其特征在于，改造后煤气总管加装有逆止阀。
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