CN112812794A - 兰炭焦炉煤气生产返碳工艺、兰炭生产工艺以及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明为克服现有技术中兰炭干馏产生的荒煤气品质差的问题，本发明公开了一种兰炭焦炉煤气生产返碳工艺，兰炭焦炉煤气经脱硫、变换、脱碳后返送至干馏炉中。本发明还公开了一种兰炭生产工艺，包括兰炭干馏工艺、兰炭焦炉煤气处理工艺和兰炭焦炉煤气生产返碳工艺。本发明还公开了一种兰炭生产系统，包括兰炭干馏单元、兰炭焦炉煤气处理单元和兰炭焦炉煤气生产返碳单元。本发明提供一种兰炭焦炉煤气生产返碳工艺，通过实施返碳技术，减少了入炉助燃空气氮气含量从而降低了兰炭焦炉煤气中的氮含量，有效改善兰炭焦炉煤气质量。本发明还提供了一种兰炭生产工艺，提高了兰炭焦炉煤气质量的再利用率。本发明还提供一种兰炭生产系统，保证兰炭品质。

Description

兰炭焦炉煤气生产返碳工艺、兰炭生产工艺以及系统
技术领域
本发明涉及煤炭热解干馏技术，尤其涉及一种兰炭焦炉煤气生产返碳工艺、兰炭生产工艺以及系统。
背景技术
兰炭（又称半焦、焦粉），块状，粒度一般小于80mm，颜色呈浅黑色，广泛用于化工、冶炼、造气等行业。在生产金属硅、铁合金、硅铁、硅锰、化肥、电石等高耗能产品过程中优于焦炭。
目前，兰炭生产多采用内热式干馏炉进行生产。干馏过程中产生的荒煤气，一部分被送至干馏炉，一部分被送至兰炭烘干机，剩余部分送至事故火炬放空，或送至发电厂发电，或进一步净化综合利用。配送到煤气烘干机和干馏炉的煤气总量与送至事故火炬煤气量之比大约为4:6。由于内热式干馏炉工艺中氮气含量高，致使产生的煤气中，惰性气体（N2、CO2）含量高，影响荒煤气品质，可利用价值低。
发明内容
本发明为克服现有技术中兰炭干馏产生的荒煤气品质差的问题，提供一种兰炭焦炉煤气生产返碳工艺，通过实施返碳技术，减少了入干馏炉的助燃空气氮气含量从而降低了兰炭焦炉煤气中的氮含量，有效改善兰炭焦炉煤气质量。
本发明还提供了一种兰炭生产工艺，该工艺中实施返碳技术，提高了兰炭焦炉煤气质量，提高了兰炭焦炉煤气质量的再利用率。
本发明还提供一种兰炭生产系统，实施返碳技术，改善兰炭焦炉煤气质量，保证兰炭品质。
本发明采用的技术方案是：
兰炭焦炉煤气生产返碳工艺，包括以下流程
步骤1，对兰炭焦炉煤气进行脱硫处理；
步骤2，对脱硫后的兰炭焦炉煤气进行变换处理，将兰炭焦炉煤气中的CO转变为H2和CO2；
步骤3，对变换后的兰炭焦炉煤气进行脱碳处理，降低兰炭焦炉煤气中的CO2含量，得到燃烧气；
步骤4，将燃烧气与富氧空气混合，返送至干馏炉内。
兰炭生产工艺，包括
兰炭干馏工艺，最终制得兰炭成品；
兰炭焦炉煤气处理工艺，处理所述兰炭干馏工艺中产生的荒煤气，分离得到煤焦油和兰炭焦炉煤气；
上述的兰炭焦炉煤气生产返碳工艺，处理兰炭焦炉煤气，改善兰炭焦炉煤气质量后，返送至兰炭干馏工艺中再次利用。
进一步地，所述兰炭干馏工艺的流程包括
步骤1，原料煤准备；
步骤2，将原料煤送至干馏内，进行干馏；
步骤3，干馏产生的荒煤气送至所述兰炭焦炉煤气处理工艺工序，干馏得到的半成品，冷却，以所述兰炭焦炉煤气处理工艺处理得到兰炭焦炉煤气为干燥介质，干燥后得到兰炭成品。
进一步地，所述兰炭焦炉煤气处理工艺的流程包括
步骤1，荒煤气收集；
步骤2，荒煤气冷却，分离得到煤焦油；
步骤3，荒煤气再次电捕焦油，得到兰炭焦炉煤气；兰炭焦炉煤气一部分被返送至所述兰炭干馏工艺工序中。
兰炭生产系统，包括
兰炭干馏单元，制备兰炭成品；
兰炭焦炉煤气处理单元，处理所述兰炭干馏单元中产生的荒煤气，分离得到煤焦油和兰炭焦炉煤气；
兰炭焦炉煤气生产返碳单元，处理兰炭焦炉煤气，改善兰炭焦炉煤气质量后，返送至兰炭干馏单元中再次利用。
进一步地，所述兰炭干馏单元包括煤仓、粉碎装置、皮带传送装置、干馏炉、推焦机、熄焦池、刮板机、烘干机和筛分装置。
进一步地，所述兰炭焦炉煤气处理单元收集罩、集气槽、文式管塔、旋流板式喷淋塔、电捕焦油器、煤气风机和焦油储罐。
进一步地，所述兰炭焦炉煤气生产返碳单元包括脱硫塔、变换炉、脱碳塔、混合罐、PSA制氧机和空气风机。
进一步地，所述空气风机和所述煤气风机亦分别与所述干馏炉连接。
本发明的有益效果是：
1.本发明为克服现有技术中兰炭干馏产生的煤气品质差的问题，提供一种兰炭焦炉煤气生产返碳新工艺，通过实施返碳技术，减少了入干馏炉的助燃空气氮气含量从而降低了兰炭焦炉煤气中的氮含量，有效改善兰炭焦炉煤气质量，使得后序脱除杂质的工艺流程简化易实现。
2. 本发明中兰炭生产工艺中，煤干馏过程中所需要的热量来自于回流煤气和空气的燃烧。兰炭焦炉煤气生产返碳新工艺，通过实施返碳技术，减少了入炉助燃空气氮气含量从而降低了兰炭焦炉煤气中的氮含量，有效改善兰炭焦炉煤气质量，提高了兰炭品质。
3. 本发明中的兰炭生产系统，通过实施返碳技术，减少了入炉助燃空气氮气含量从而降低了兰炭焦炉煤气中的氮含量，有效改善兰炭焦炉煤气质量，提高了兰炭品质。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有现技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1中，兰炭焦炉煤气生产返碳工艺流程示意图。
图2为实施例2中，兰炭生产工艺流程示意图。
图3为实施例3中，兰炭生产系统示意图。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。
下面结合附图对发明的实施例进行详细说明。
实施例1
兰炭生产多采用内热式干馏炉进行生产。干馏过程中产生的荒煤气，一部分被返送至干馏炉，一部分被送至兰炭烘干机，剩余部分至事故火炬放空或送至发电厂发电或进一步净化综合利用。配送到煤气烘干机和干馏炉的煤气总量与送至事故火炬煤气量之比大约为4:6。由于内热式干馏炉工艺中氮气含量高，致使产生的煤气中，惰性气体（N2、CO2）含量高，影响荒煤气品质，可利用价值低。热值越低，品质越差。
为解决兰炭干馏产生的荒煤气热值低，品质差的问题，本实施例中提供一种兰炭焦炉煤气生产返碳工艺，其工艺流程如附图1所示。
该兰炭焦炉煤气生产返碳工艺的流程如下：
步骤1，对兰炭焦炉煤气进行脱硫处理。
步骤2，对脱硫后的兰炭焦炉煤气进行变换处理，将兰炭焦炉煤气中的CO转变为H2和CO2。
步骤3，对变换后的兰炭焦炉煤气进行脱碳处理，降低兰炭焦炉煤气中的CO2含量，得到燃烧气。
步骤4，将燃烧气与富氧空气混合，返送至干馏炉内。
具体的，步骤1中，兰炭焦炉煤气经贮存、缓冲后，一部分送至兰炭烘干机，用于兰炭成品干燥，一部分送至事故火炬放空，或送至发电厂发电，或进一步净化综合利用，剩余部分送至脱硫塔。脱硫塔中，兰炭焦炉煤气中的硫化物、焦油以及萘、苯、酚等物质脱除。经脱硫塔脱硫处理后的兰炭焦炉煤气，一部分送至下一处理工序，另一部分可送至电厂燃烧发电。
步骤2中，脱硫后的兰炭焦炉煤气送至变换炉后，在催化剂的作用下，使兰炭焦炉煤气其中所含的CO变换为H2和CO2。经变换后，兰炭焦炉煤气中CO含量降低，H2含量增加。
步骤3中，变换后的兰炭焦炉煤气送至脱碳塔，采用变压吸附技术或者湿法脱碳技术，降低兰炭焦炉煤气的CO2含量，兰炭焦炉煤气的主要成为H2和CH4的燃烧气。燃烧气一部分送至下一处理工序，另一部分可综合利用。
步骤4中，燃烧气送至混合罐中。同时，空气风机和变压吸附（PSA）制氧机获得一定纯度的富氧。富氧经减压进入混合罐与燃烧气混合，然后均匀喷入干馏炉花墙内，进行炉内燃烧。
本实施例中的兰炭焦炉煤气生产返碳新工艺，通过实施返碳技术，减少了入炉助燃空气氮气含量从而降低了兰炭焦炉煤气中的氮含量，有效改善兰炭焦炉煤气质量，使得后序脱除杂质的工艺流程简化易实现。
实施例2
兰炭生产工艺，其工艺流程如附图2所示。
该兰炭生产工艺包括兰炭干馏工艺、兰炭焦炉煤气处理工艺和兰炭焦炉煤气生产返碳工艺。其中，兰炭干馏工艺中最终制得兰炭成品。兰炭焦炉煤气处理工艺处理的对象为兰炭干馏工艺中产生的荒煤气，分离得到煤焦油和兰炭焦炉煤气。兰炭焦炉煤气生产返碳工艺处理的对象为兰炭焦炉煤气，改善兰炭焦炉煤气质量后，返送至兰炭干馏工艺中再次利用。
具体的，兰炭干馏工艺的流程如下：
步骤1，原料煤准备。
步骤2，将原料煤送至干馏内，进行干馏。
步骤3，干馏产生的荒煤气送至兰炭焦炉煤气处理工艺工序，干馏得到的半成品冷却后，以兰炭焦炉煤气处理工艺处理得到兰炭焦炉煤气为干燥介质，干燥后得到兰炭成品。
兰炭焦炉煤气处理工艺的流程如下：
步骤1，荒煤气收集。
步骤2，荒煤气冷却，分离得到煤焦油。
步骤3，荒煤气电捕焦油，得到兰炭焦炉煤气。兰炭焦炉煤气一部分被返送至干馏炉，一部分被送至兰炭烘干机，剩余部分至事故火炬放空，或送至发电厂发电，或进一步净化综合利用。煤焦油存储、外售。
兰炭焦炉煤气生产返碳工艺的流程如下：
步骤1，对部分兰炭焦炉煤气进行脱硫处理；
步骤2，对脱硫后的兰炭焦炉煤气进行变换处理，将兰炭焦炉煤气中的CO转变为H2和CO2；
步骤3，对变换后的兰炭焦炉煤气进行脱碳处理，降低兰炭焦炉煤气中的CO2含量，得到燃烧气；
步骤4，将燃烧气与富氧空气混合，返送至干馏炉内。
本实施例中兰炭生产工艺中，煤干馏过程中所需要的热量来自于回流煤气和空气的燃烧。兰炭焦炉煤气生产返碳新工艺，通过实施返碳技术，减少了入炉助燃空气氮气含量从而降低了兰炭焦炉煤气中的氮含量，有效改善兰炭焦炉煤气质量，提高了兰炭品质。
实施例3
兰炭生产系统，其结构如附图3所示。兰炭生产系统包括兰炭干馏单元10、兰炭焦炉煤气处理单元20和兰炭焦炉煤气生产返碳单元30。其中，兰炭干馏单元10中最终制得兰炭成品。兰炭焦炉煤气处理单元20处理的对象为兰炭干馏单元中10产生的荒煤气，分离得到煤焦油和兰炭焦炉煤气。兰炭焦炉煤气生产返碳单元30处理的对象为兰炭焦炉煤气，改善兰炭焦炉煤气质量后，返送至兰炭干馏单元10中再次利用。
具体的，兰炭干馏单元10包括煤仓11、粉碎装置12、皮带传送装置13、干馏炉14、推焦机15、熄焦池16、刮板机17、烘干机18和筛分装置19。
煤仓11内卸出的原料煤经粉碎装置12破碎后，通过皮带传送装置13送入位于干馏炉14上方的储煤仓，加煤。原料煤在干馏炉14内逐渐下降，与燃烧室送入的高温气体逆流接触，依次经过干燥段，块煤在此段被加热到400℃左右；接着进入干馏炉中部的干馏段，块煤在此段被加热到600℃左右，并被热解为兰炭半成品和荒煤气。进而进入冷却段，最后经推焦机15推落至熄焦池16内，经刮扳机17将兰炭送至烘干机18内进行干燥，干燥后经皮带传送装置13送至筛装置19，筛分得兰炭成品。荒煤气溢出进入兰炭焦炉煤气处理20。
兰炭焦炉煤气处理单元20包括收集罩21、集气槽22、文式管塔23、旋流板式喷淋塔24、电捕焦油器25、煤气风机26和焦油储罐27。
荒煤气自兰炭干馏单元10溢出，通过收集罩21，经上升管、桥管进入集气槽22内，缓存。集气槽22内荒煤气自文式管塔23底部进入，与冷却水接触，初冷后，大约80%的焦油被冷却水带入塔底，冷却并除去大部分焦油。荒煤气再进入旋流板式喷淋塔24底部，再次与冷却水接触，换热冷却，荒煤气被继续冷却并除去其中所含焦油。经过两级冷却和除焦油处理的荒煤气继续下行，进入电捕焦油器25，进一步除去煤气中的焦油后得到兰炭焦炉煤气。收集的焦油汇集至焦油储罐27。兰炭焦炉煤气进入煤气风机26，一部分被送至烘干机，用于兰炭干燥，一部分送至事故火炬放空，或送至发电厂发电，或进一步净化综合利用，一部分送至兰炭焦炉煤气生产返碳单元30。配送到煤气烘干机和干馏炉的煤气总量与送至事故火炬煤气量之比大约为4:6。
兰炭焦炉煤气生产返碳单元30包括脱硫塔31、变换炉32、脱碳塔33、混合罐34、PSA制氧机35和空气风机36。
兰炭焦炉煤气自脱硫塔31进入，与脱硫液接触，兰炭焦炉煤气中的硫化物、焦油以及萘、苯、酚等物质脱除。经脱硫塔脱硫处理后的兰炭焦炉煤气，一部分送至变换炉32内，另一部分可送至电厂燃烧发电。在变换炉32中，在催化剂的作用下，使兰炭焦炉煤气其中所含的CO变换为H2和CO2。经变换后，兰炭焦炉煤气中CO含量降低，H2含量增加。变换后的兰炭焦炉煤气送至脱碳塔33，采用变压吸附技术或者湿法脱碳技术，降低兰炭焦炉煤气的CO2含量，兰炭焦炉煤气的主要成为H2和CH4的燃烧气。燃烧气一部分送至混合罐34，另一部分可综合利用。同时，空气风机36和PSA制氧机35获得一定纯度的富氧。富氧经减压进入混合罐34与燃烧气混合，然后均匀喷入干馏炉14花墙内，进行炉内燃烧。
本实施例中的兰炭生产系统，通过实施返碳技术，减少了入炉助燃空气氮气含量从而降低了兰炭焦炉煤气中的氮含量，有效改善兰炭焦炉煤气质量，提高了兰炭品质。
本实施例中，空气风机36和煤气风机26亦分别与干馏炉14连接，当无需脱碳返碳时，仍可以完成兰炭生产。
采用本实施例中的兰炭生产系统进行模拟计算，其结果如下：
模拟计算依据
1.正常操作指标：
①炉顶温度： 70~150℃；
②炉中部温度：650~750℃；
③单位风量： 260~300m3/吨煤，计算取值260。其中单位风量——加工吨煤需空气量，总风量／每小时入炉煤量；
④稀释比： 1:1.8~2，计算取值1.8，其中稀释比就是空气总量与回炉煤气总量之比。
2. 物料衡算
以年产60万吨半炭为例，入炉煤量为125t/h。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
返碳浓度对煤气品质的影响如下所示，
1）脱碳前煤气氮气变化
Figure 7717DEST_PATH_IMAGE002
2）脱碳后煤气氮气变化
Figure DEST_PATH_IMAGE003
3）煤气热值的变化
Figure 737907DEST_PATH_IMAGE004
通过兰炭焦炉煤气生产返碳工艺物料衡算，可以看出通过返碳技术，能够有效改善煤气质量，一方面降低了煤气中的氮含量，同时煤气的热值从5~7MJ/Nm3提高到~10MJ/Nm3，为兰炭煤气的综合利用提供了条件。
为了保证正常的稀释比，同时不额外增加外需CO2量，按改进后的工艺，返回二氧化碳占富氧气中的比例为~35%左右，一方面满足CO2平衡，一方面达到改善煤气品质的目的。如果有外供CO2，可继续提高富氧气中的CO2含量，这样可更好地改善煤气品质。

Claims (9)

1.兰炭焦炉煤气生产返碳工艺，其特征在于：包括以下流程
步骤1，对兰炭焦炉煤气进行脱硫处理；
步骤2，对脱硫后的兰炭焦炉煤气进行变换处理，将兰炭焦炉煤气中的CO转变为H2和CO2；
步骤3，对变换后的兰炭焦炉煤气进行脱碳处理，降低兰炭焦炉煤气中的CO2含量，得到燃烧气；
步骤4，将燃烧气与富氧空气混合，返送至干馏炉内。
2.兰炭生产工艺，其特征在于：包括
兰炭干馏工艺，最终制得兰炭成品；
兰炭焦炉煤气处理工艺，处理所述兰炭干馏工艺中产生的荒煤气，分离得到煤焦油和兰炭焦炉煤气；
权利要求1所述的兰炭焦炉煤气生产返碳工艺，处理兰炭焦炉煤气，改善兰炭焦炉煤气质量后，返送至兰炭干馏工艺中再次利用。
3.根据权利要求2所述的兰炭生产工艺，其特征在于：所述兰炭干馏工艺的流程包括
步骤1，原料煤准备；
步骤2，将原料煤送至干馏内，进行干馏；
步骤3，干馏产生的荒煤气送至所述兰炭焦炉煤气处理工艺工序，干馏得到的半成品，冷却，以所述兰炭焦炉煤气处理工艺处理得到兰炭焦炉煤气为干燥介质，干燥后得到兰炭成品。
4.根据权利要求2所述的兰炭生产工艺，其特征在于：所述兰炭焦炉煤气处理工艺的流程包括
步骤1，荒煤气收集；
步骤2，荒煤气冷却，分离得到煤焦油；
步骤3，荒煤气再次电捕焦油，得到兰炭焦炉煤气；兰炭焦炉煤气一部分被返送至所述兰炭干馏工艺工序中。
5.兰炭生产系统，其特征在于：包括
兰炭干馏单元，制备兰炭成品；
兰炭焦炉煤气处理单元，处理所述兰炭干馏单元中产生的荒煤气，分离得到煤焦油和兰炭焦炉煤气；
兰炭焦炉煤气生产返碳单元，处理兰炭焦炉煤气，改善兰炭焦炉煤气质量后，返送至兰炭干馏单元中再次利用。
6.根据权利要求5所述的兰炭生产系统，其特征在于：所述兰炭干馏单元包括煤仓、粉碎装置、皮带传送装置、干馏炉、推焦机、熄焦池、刮板机、烘干机和筛分装置。
7.根据权利要求6所述的兰炭生产系统，其特征在于：所述兰炭焦炉煤气处理单元收集罩、集气槽、文式管塔、旋流板式喷淋塔、电捕焦油器、煤气风机和焦油储罐。
8.根据权利要求7所述的兰炭生产系统，其特征在于：所述兰炭焦炉煤气生产返碳单元包括脱硫塔、变换炉、脱碳塔、混合罐、PSA制氧机和空气风机。
9.根据权利要求8所述的兰炭生产系统，其特征在于：所述空气风机和所述煤气风机亦分别与所述干馏炉连接。
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