CN115058265B - 用于焦炉煤气的化学产品的回收装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提出了一种用于焦炉煤气的化学产品的回收装置和方法，用于焦炉煤气的化学产品的回收装置包括用于接受焦炉煤气的第一冷却箱，在所述第一冷却箱内设置有水；连通式设置在所述第一冷却箱的下游的第一气体收集罐；连通式设置在所述第一冷却箱的下游的液体收集罐，所述液体收集罐与所述第一气体收集罐并联；连通式设置在所述第一气体收集罐下游的加热炉；连通式设置在所述加热炉的下游的第二冷却箱，在所述第二冷却箱内设置有水；连通式设置在所述第二冷却箱的下游的精馏塔，该装置解决焦炉煤气直接排放到空气中造成空气的污染问题以及可用气体资源浪费的问题。

Description

用于焦炉煤气的化学产品的回收装置和方法
技术领域
本发明属于焦炉煤气的处理技术领域，具体涉及一种用于焦炉煤气的化学产品的回收装置和方法。
背景技术
煤焦化又称煤炭高温干馏，以煤为原料，在隔绝空气条件下，加热到950℃左右，经高温干馏生产焦炭，同时获得煤气、煤焦油并回收其它化工产品的一种煤转化工艺。焦炭的主要用途是炼铁，少量用作化工原料制造电石、电极等。煤焦油是黑色粘稠性的油状液体，其中含有苯、酚、萘、蒽、菲等重要化工原料，它们是医药、农药、炸药、染料等行业的原料。
由于煤焦化的过程中，会产生煤气，煤气中主要气体包括NH3、N2、CO、SO2和H2S等，直接排放到空气中必然会造成空气的污染，也容易造成一些可用气体，例如N2的资源浪费。
本发明提供一种用于焦炉煤气的化学产品的回收装置和方法以用于避免空气污染以及资源浪费。
发明内容
针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了用于焦炉煤气的化学产品的回收装置和方法。该用于焦炉煤气的化学产品的回收装置可以解决焦炉煤气直接排放到空气中造成空气的污染问题以及可用气体资源浪费的问题。
根据本发明的一方面，提供了一种用于焦炉煤气的化学产品的回收装置，包括：用于接受焦炉煤气的第一冷却箱，在所述第一冷却箱内设置有水，
连通式设置在所述第一冷却箱的下游的第一气体收集罐，
连通式设置在所述第一冷却箱的下游的液体收集罐，所述液体收集罐与所述第一气体收集罐并联，
连通式设置在所述第一气体收集罐下游的加热炉，
连通式设置在所述加热炉的下游的第二冷却箱，在所述第二冷却箱内设置有水，
连通式设置在所述第二冷却箱的下游的精馏塔。
在一个实施例中，在所述液体收集罐的顶端间隔式设置有用于注入酸液的第一料口和用于注入碱料的第二料口，在所述液体收集罐的底端设置有排污口，在所述液体收集罐的下游连通式设置第二气体收集罐。
在一个实施例中，在所述液体收集罐的顶壁外设置有电机箱，在所述液体收集罐内设置有所述电机箱驱动的搅拌桨，所述搅拌桨由玻璃制成。
在一个实施例中，所述第二气体收集罐连通到所述加热炉上。
在一个实施例中，用于输送焦炉煤气的气管由所述第一冷却箱的顶部贯穿到所述第一冷却箱的内腔并至临近所述第一冷却箱的底部，该气管的出口位于水的液面之下。
在一个实施例中，在输送焦炉煤气的气管的出口处设置转换接头，所述转换接头具有多个与该气管连通的细管出口，所述转换接头与所述第一冷却箱的底壁具有间隙。
在一个实施例中，在所述第一冷却箱与所述液体收集罐之间连通式设有化工泵，所述液体收集罐与所述化工泵连接的液管上设置有流量计。
在一个实施例中，所述加热炉包括位于下端的气体引入区和位于上端的气体加热区，其中，所述第一气体收集罐和所述第二气体收集罐均与气体引入区连通。
通过发明的另一方面，提供一种利用上述的用于焦炉煤气的化学产品的回收装置的用于焦炉煤气的化学产品的回收方法，包括：
步骤一，将焦炉煤气输送到第一冷却箱，以在水作用下进行粗筛，
步骤二，不溶于水的焦炉煤气被输送到所述第一气体收集罐后，被输送到所述加热炉以进行燃烧，其中，所述加热炉内温度为800-1000摄氏度，同时，溶于水的焦炉煤气被输送到所述液体收集罐，
步骤三，经过所述加热炉的气体经过所述第二冷却箱后输送到精馏塔。
在一个实施例中，在所述步骤二中，先向所述液体收集罐内注入酸液，反应完全后，再注入碱料用于进行反应，所述产生的气体输送到第二气体收集罐进行存储，而所产生的液体通过所述液体收集罐的排污口排出。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在第一冷却箱内，根据煤气中不同气体溶于水的特性进行粗筛分，有助于在气体溶于水的特性基础上分别对溶于水和不溶于水两种不同特性的气体再次通过物理和化学法的形式进行二次处理，从而实现对氨氮的独立回收，本装置有效避免了煤焦化过程中产生的煤气对环境的污染，同时也起到资源回收的目的，避免了资源的浪费。
附图说明
下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：
图1显示了根据本发明的用于焦炉煤气的化学产品的回收装置；
图2显示了根据本发明的第一冷却箱；
图3显示了根据本发明的液体收集罐；
图4显示了根据本发明的加热炉；
图5显示了根据本发明的第二冷却箱。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。
本发明的实施例提出了一种用于焦炉煤气的化学产品的回收装置。如图1所示，焦炉煤气在煤炭炉1中产生，而本申请的用于焦炉煤气的化学产品的回收装置用于接受煤炭炉1中产生的焦炉煤气，并对煤气进行净化和分离，最终得到想要的化学产品。
具体地，用于焦炉煤气的化学产品的回收装置包括第一冷却箱2、第一气体收集罐3、液体收集罐4、加热炉6、第二冷却箱8和精馏塔9。第一冷却箱2与煤炭炉1连通，用于接受煤炭炉1所产生的焦炉煤气，其中如图1所示的，焦炉煤气主要包含NH3、N2、CO、SO2和H2S。更具体地，在煤炭炉1的顶端设置有气管，同时，该气管贯穿到第一冷却箱2的内腔中，用于将煤气输送到第一冷却箱2中。在第一冷却箱2的内腔中，装有水，以对输入的煤气进行粗筛。第一气体收集罐3连通式设置在所述第一冷却箱2的下游，用于收集通过第一冷却箱2分离出气体。液体收集罐4连通式设置在所述第一冷却箱2的下游，用于收集通过第一冷却箱2分离出的液体。加热炉6连通式设置在所述第一气体收集罐3下游，用于接受第一气体收集罐3内的气体，并对所收集的气体加热进行反应。第二冷却箱8连通式设置在所述加热炉6的下游，并且，在第二冷却箱8内装有水，用于对加热炉6内所产生的气体进行进一步冷却，以进行分离。精馏塔9连通式设置在所述第二冷却箱8的下游，用于对N2进行加压蒸馏，根据气体的沸点的特性，将N2液化进行统一收集。可以理解地，在图1中，箭头方向表示液体或者气体流动的方向。
在本申请中，主要成分为NH3、N2、CO、SO2和H2S的焦炉煤气，进入到第一冷却箱2中。在第一冷却箱2中，根据煤气中气体是否具有溶水的特性进行粗筛分。具体地，如图1所述，N2、CO并不溶于水，则被输送到第一气体收集罐3以进行收集。而NH3、SO2和H2S溶于水，形成NH3·H2O、H SO和H2S的混合溶液并被输送到液体收集罐4中，以进行收集。然后对N2、CO输送到加热炉6中进行细筛。在加热炉6中，CO在氧气以及NH3存在下被加热反应生成CO2，而N2比较稳定，并不产生化学反应。加热炉6引出的CO2和N2被输送到第二冷却箱8。在第二冷却箱8内继续通过溶水特性进行筛分，其中，CO2溶于水，而不溶于水的N2被输送到精馏塔9。在精馏塔9中对N2进行加压蒸馏，根据气体的沸点的特性，将N2液化进行统一收集。根据本申请的回收装置可以有效地回收N2，并将其液化方便存储。同时，NH3·H2O、H SO和H2S的混合溶液存储到液体收集罐4中，还能进一步细筛进行分离和收集。
可以理解地，如图2所示，第一冷却箱2顶部设有第一流通口21，底部设有第二流通口22。第一流通口21通过气管与第一气体收集罐3的内部连通。第二流通口22通过液管与液体收集罐4的内部连通。第一气体收集罐3通过气管与加热炉6的内部连通，第一气体收集罐3与加热炉6之间设有第一气泵31。加热炉6通过气管与第二冷却箱8的内部连通。第一气泵31两端接口通过连接气管分别与第一气体收集罐3和加热炉6连通，由于N2、CO不溶于水将通过气管直接进入至第一气体收集罐3内进行储存。在对N2、CO进行筛分时，需要通过第一气泵31对气体进行传动，使得N2、CO可进入加热炉6内。第二冷却箱8通过气管与精馏塔9的内部连通。
如图3所示，在所述液体收集罐4的顶端间隔式设置有用于注入酸液的第一料口41和用于注入碱料的第二料口42。在所述液体收集罐4的底端设置有排污口43。在所述液体收集罐4的下游连通式设置第二气体收集罐5。第一冷却箱2与液体收集罐4之间设有化工泵23。化工泵23的两端接口通过连接液管分别与第一冷却箱2和液体收集罐4连通。所述液体收集罐4与化工泵连接的液管上连接有流量计24。由于混合气体进入第一冷却箱2内时，由于NH3、SO2和H2S均易溶于水，得到了NH3·H2O、H SO和H2S的混合溶液。通过化工泵23可实现对混合溶液的流通进行调控。例如，化工泵的可选型号为1GY-401PW。流量计24主要对流通的含硫的氨水的流通量进行记录，根据具体的流量，按照添加比例，添加对应量的酸液，用于确保反应的全面性。
对于NH3·H2O、H SO和H2S的混合溶液进行筛分时，对于NH3·H2O通过化学试剂转换为气体的形式，使得与H SO以及H2S溶液之间进行气液分离。具体地，首先，通过第一料口41注入酸液(酸液可以为HCl或H2SO4)。酸液注入后，产生化学反应，根据注入酸液为HCl或H2SO4，相应地获得NH4Cl或者NH4SO4。待反应完全后，再通过第二料口42注入碱料，例如，Ca(OH)2。在注入的酸为HCl的情况下，相应地获得NH4Cl，注入碱料后得出反应式为：2NH4Cl+Ca(OH)2＝2NH3+CaCl2+2H2O。由此，在液体收集罐4内得到气体NH3，并将气体NH3输送到第二气体收集罐5中。如果必要的情况下，可将得出的氨气连接空气净化装置，进一步提纯处理。
所述第二气体收集罐5与加热炉6之间设有第二气泵32。所述第二气泵32两端接口通过连接第一气体支管34分别与第二气体收集罐5和加热炉6连通。所述第二气体收集罐5与第三气体收集罐7之间设有第三气泵33。所述第三气泵33两端接口通过连接第二气体支管35分别与第二气体收集罐5和第三气体收集罐7连通。第一气体支管34主要将液体收集罐4内二次提纯NH3，引入至加热炉6内，为CO的燃烧提供催化的作用。由于作为催化作用的NH3涉及的量较少，因此，大部分的NH3将通过第二气体支管35引入至第三气体收集罐7进行收集。当然，也可通过注水的收集装置以HN3·H2O的形式进行收集NH3。第二气泵32和第三气泵33分别起到气体催化引导和收集引导的作用，第一气泵31、第二气泵32和第三气泵33均为同型号的真空泵，其可选型号为GLD-N051。
液体收集罐4的内部设有搅拌桨44。液体收集罐4的顶壁外设置电机箱45。电机箱45的内部设有电机46。电机46的传动端通过转动轴与搅拌桨44连接，用于驱动搅拌桨44进行旋转，而进行搅动，从而保证反应的效率以及反应的全面性。优选地，搅拌桨44由玻璃制成。搅拌桨44与酸液接触，玻璃制成的搅拌桨44可以有效避免腐蚀，提高使用寿命。
如图2所示，煤炭炉1连接的气管由第一冷却箱2的顶部贯穿至临近第一冷却箱2的底部。上述设置可以确保气管可以淹没至水中，确保了气体与水溶合的充分性。优选地，在该段气管的出口处设置转换接头(图中未示出)。所述转换接头具有多个与所述气管连通的细管。例如，在该段气管的出口段设置有格栅网，用于形成多个细管结构。优选地，各细管的通流面积为气管的通流面积的五分之一到二十分之一。所述转换接头与所述第一冷却箱2的底壁具有间隙。在气体通过气管的出口段并进入细管，用于将输入气管内的大气流转化为多股小气流，避免输入气管通流面积过大而形成大型的气泡，进而保证溶于水的气体与水接触的全面性。
同理地，加热炉6连接的气管由第二冷却箱8的顶部贯穿至第二冷却箱8的底部，气管可以淹没至水中，确保了气体与水溶合的充分性。第一冷却箱2和第二冷却箱8的顶部均设有注水端口，第一冷却箱2和第二冷却箱8的底部均设有排水端口，分别实现了第一冷却箱2和第二冷却箱8的注水和排水。
上述的气管、液管、第一气体支管34、第二气体支管35、注水端口、排水端口、第一料口41、第二料口42和排污口43上均安装有电磁阀。电磁阀实现对气体和液体的流通控制，电磁阀为气、液流通阀，其可选型号为F9A74807。
如图4所示，加热炉6的内部设有气体引入区61和气体加热区62。加热炉6主要对N2、CO混合气体中的CO进行热处理，转换为CO2。具体地，将加热炉6温度提升至800℃～1000℃，由于N2在高温下具有较高的稳定性，因此转换后的CO2、N2将一同进入第二冷却箱8内。如图5所示，在第二冷却箱8内，由于CO2溶于水，实现了对N2的筛分。如果必要的情况下，可将得出的N2连接空气净化装置，进一步提纯处理。
下面根据图1到5详细描述用于焦炉煤气的化学产品的回收方法。
首先，进行粗筛操作。煤炭炉1在对煤炭燃烧过程中，产生的煤气(主要包括NH3、N2、CO、SO2和H2S)将通过气管引入至第一冷却箱2内。需要说明地，在气体通入之前，需要向第一冷却箱2和第二冷却箱8内注入适量的水，确保注入水要完全淹没煤炭炉1连接的气管和加热炉6连接的气管。第一冷却箱2和第二冷却箱8内的压力值为一个正常大气压。气体进入第一冷却箱2后，由于N2、CO不溶于水，将通过第一冷却箱2顶部的气管引入至第一气体收集罐内3进行存储，待处理。而NH3、SO2和H2S等硫化物将溶于常温大体20℃的水中，形成含有硫的氨水，通过化工泵23将混合溶液引至液体收集罐4内，暂存，待处理。
然后，进行细筛操作。一方面，对N2、CO处理，另一方面对含有硫的氨水进行处理。具体如下：
一方面，含硫的氨水处理作为优先处理，通过流量计24对含硫的氨水的流通量进行记录，通过液体收集罐4顶部的第一料口41注入对应比例量适量的酸液，启动电机46，电机46带动搅拌桨44运动，提高了反应的效率以及反应的全面性。酸液以HCl为例，含硫的氨水与HCl之间反应会获得NH4Cl。待反应完全后，再通过第二料口42注入适量的碱料，碱料以Ca(OH)2为例，由于Ca(OH)2与NH4Cl之间产生化学反应，2NH4Cl+Ca(OH)2＝2NH3+CaCl2+2H2O，NH3获将通过气管引入至第二气体收集罐5内，用于进行存储。液体收集罐4内的残留的混合溶液通过排污口43进行统一排出至废液收集装置内进行统一处理。
另一方面，对N2、CO处理。启动第一气泵31，将第一气体收集罐3内的N2、CO混合气体一同引入至加热炉6内。同时，启动第二气泵32，第二气泵32将一定量的NH3引入至加热炉6内作为CO的燃烧催化作用，确保了CO燃烧的充分性。其余的NH3在催化结束后，启动第三气泵33将NH3传输至第三气体收集罐7进行统一收集。启动加热炉6且将温度调节至800℃～1000℃，在高温下配合NH3的催化，使得CO转换为CO2，同时N2在高温下化学特性较为稳定，不与其他的气体发生反应。因此，CO2和N2将一同通过气管传输至第二冷却箱8内，由于CO2溶于水，而N2将通过气管直接传输至精馏塔9内进行加压蒸馏，根据气体的沸点的特性，将N2实现液化进行统一收集。
通过上述，本装置在对煤气处理的过程中，需要根据粗、细筛分需要对相关的管体上的电磁阀进行开闭控制，同时第一冷却箱2的排水端口，主要为对第一冷却箱2的清洗提供排水的作用。而第二冷却箱8的排水端口需要连接废液收集装置，进行统一排污处理。如果需要，可以在第一气体支管34、第二气体支管35以及第二冷却箱8连接的气管上加装气体净化装置，进一步提高HN3、N2的纯度。进一步说明，气体净化装置，可选用带有活性炭颗粒的气体净化罩，罩体为球状罩体，罩体内填充有活性炭颗粒，罩体两端的接口分别与第一气体支管34、第二气体支管35以及第二冷却箱8连接的气管进行连通即可。
在本申请中，采用粗筛和细筛两种方式对煤气进行采集回收处理，粗筛是根据煤气中不同气体溶于水的特性进行筛分，而细筛是在气体溶于水的特性基础上分别对溶于水和不溶于水两种不同特性的气体再次通过物理和化学法的形式进行二次处理，从而实现对氨氮的独立回收。同时，对于氨气回收的同时，也可以将其通入至加热炉6内，对CO的燃烧提供催化的作用，提高了CO燃烧的充分性，增强了本装置的功能性和实用性。同时本装置在处理气体的过程中，可以同步进行，实现了气体处理的一体化。对于液体收集箱4内反应后的硫化溶液可通过排污口43进行同一排放处理。本装置可对煤焦化过程中煤气中含有的不同气体进行分类处理，对于氨氮等可用的气体可进行独立回收，对于一些硫化物质可进行独立排放处理。因此，本装置有效避免了煤焦化过程中产生的煤气对环境的污染，同时也起到资源回收的目的，避免了资源的浪费。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于焦炉煤气的化学产品的回收装置，其特征在于，包括：
第一冷却箱，在所述第一冷却箱内设置有水，
连通式设置在所述第一冷却箱的下游的第一气体收集罐，
连通式设置在所述第一冷却箱的下游的液体收集罐，所述液体收集罐与所述第一气体收集罐并联，
连通式设置在所述第一气体收集罐下游的加热炉，
连通式设置在所述加热炉的下游的第二冷却箱，在所述第二冷却箱内设置有水，
连通式设置在所述第二冷却箱的下游的精馏塔，
其中，所述第一冷却箱用于接受焦炉煤气，根据焦炉煤气中的气体是否具有溶水的特性进行粗筛，粗筛后溶于水的焦炉煤气被输送到所述液体收集罐，粗筛后不溶于水的焦炉煤气被输送到所述第一气体收集罐后，再被输送到所述加热炉内以配合NH3的催化进行燃烧，所述第二冷却箱用于接受所述加热炉产生的气体并根据是否具有溶水的特性进行筛分，之后不溶水的气体被输送到所述精馏塔内进行加压蒸馏并在液化后收集。
2.根据权利要求1所述的用于焦炉煤气的化学产品的回收装置，其特征在于，在所述液体收集罐的顶端间隔式设置有用于注入酸液的第一料口和用于注入碱料的第二料口，在所述液体收集罐的底端设置有排污口，在所述液体收集罐的下游连通式设置第二气体收集罐。
3.根据权利要求2所述的用于焦炉煤气的化学产品的回收装置，其特征在于，在所述液体收集罐的顶壁外设置有电机箱，在所述液体收集罐内设置有所述电机箱驱动的搅拌桨，所述搅拌桨由玻璃制成。
4.根据权利要求2所述的用于焦炉煤气的化学产品的回收装置，其特征在于，所述第二气体收集罐连通到所述加热炉上。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的用于焦炉煤气的化学产品的回收装置，其特征在于，用于输送焦炉煤气的气管由所述第一冷却箱的顶部贯穿到所述第一冷却箱的内腔并至临近所述第一冷却箱的底部，该气管的出口位于水的液面之下。
6.根据权利要求5所述的用于焦炉煤气的化学产品的回收装置，其特征在于，在输送焦炉煤气的气管的出口处设置转换接头，所述转换接头具有多个与该气管连通的细管出口，所述转换接头与所述第一冷却箱的底壁具有间隙。
7.根据权利要求2到4中任一项所述的用于焦炉煤气的化学产品的回收装置，其特征在于，在所述第一冷却箱与所述液体收集罐之间连通式设有化工泵，所述液体收集罐与所述化工泵连接的液管上设置有流量计。
8.根据权利要求2到4中任一项所述的用于焦炉煤气的化学产品的回收装置，其特征在于，所述加热炉包括位于下端的气体引入区和位于上端的气体加热区，其中，所述第一气体收集罐和所述第二气体收集罐均与气体引入区连通。
9.一种利用根据权利要求1到8中任一项所述的用于焦炉煤气的化学产品的回收装置的回收方法，其特征在于，包括：
步骤一，将焦炉煤气输送到第一冷却箱，以在水作用下进行粗筛，
步骤二，不溶于水的焦炉煤气被输送到所述第一气体收集罐后，被输送到所述加热炉以进行燃烧，其中，所述加热炉内温度为800-1000摄氏度，同时，溶于水的焦炉煤气被输送到所述液体收集罐，
步骤三，经过所述加热炉的气体经过所述第二冷却箱后输送到精馏塔。
10.一种根据权利要求9所述的回收方法，其特征在于，在所述步骤二中，先向所述液体收集罐内注入酸液，反应完全后，再注入碱料用于进行反应，所述产生的气体输送到第二气体收集罐进行存储，而所产生的液体通过所述液体收集罐的排污口排出。
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