一种煤气内热低温干馏温度控制与煤气提质方法.pdf

本发明涉及一种煤气内热低温干馏温度控制与煤气提质方法，以富氧干馏为基础，以工业纯氧和空气混合制备成富氧空气在炉外燃烧器中与煤气燃烧产生高温废气作为煤干馏所需热源；对富氧空气与煤气加湿后鼓入干馏炉，利用加湿的水分蒸发与分解吸热，形成符合煤低温干馏温度要求的760℃～850℃高温循环气体，减少冷煤气的配入量；同时，加湿的炉气在干馏炉内由于水煤气反应，产生氢气，提高煤气中的氢含量；产出的高热值煤气通过焦油分离捕收设备分离焦油后，部分循环回流到燃烧器中持续提供与富氧空气燃烧所需的煤气，剩余的部分煤气供后续工序或煤气发电等化工使用。具有工艺设备简单，便于操作，利于对煤的综合利用，减少废气对环境的污染。

1、  一种煤气内热低温干馏温度控制与煤气提质方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)以富氧干馏为基础，以工业纯氧和空气混合制备成氧气含量为60％～100％的富氧空气在炉外燃烧器中与煤气燃烧产生高温废气作为煤干馏所需基础热源；
2)对富氧空气与煤气加湿后鼓入干馏炉，利用加湿的水分蒸发与分解吸热，实现对温度的调节，减少冷煤气配入量，最终形成符合煤低温干馏温度要求的760℃～850℃高温循环气体；同时，加湿的炉气在干馏炉内由于水煤气反应，产生氢气，提高煤气中的氢含量；
3)将符合煤低温干馏温度要求的高温循环气体，通入内热式煤低温干馏炉，对炉内的煤进行无氧化或弱氧化加热，产出的高热值煤气通过焦油分离捕收设备分离焦油后，部分循环回流到燃烧器中持续提供与富氧空气燃烧所需的煤气，剩余的部分煤气供后续工序或煤气发电使用。

2、  如权利要求1所述的方法，其特征在于，加湿采用水蒸汽或水雾通过燃烧器的鼓风加湿，或者向干馏冷却段直接喷水加湿，或者采用两者的结合方式。

3、  如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的直接喷水加湿采用雾化喷嘴多点分布向冷却段直接喷水，喷水量根据煤干馏需要的温度设定。

一种煤气内热低温干馏温度控制与煤气提质方法
技术领域
本发明涉及煤化工、新能源和环保领域。涉及一种干馏方法，特别涉及一种煤气内热低温干馏温度控制与煤气提质方法。
背景技术
我国北方部分地区煤炭资源丰富，煤质好，属低灰、低硫、低磷、高挥发分的弱粘、不粘煤。利用这种非焦煤低温干馏炼制兰炭或半焦是地方目前主要的煤转化工业。与优质动力煤相比，通过一定的干馏工艺可以实现煤的综合利用，是一个发展方向。然而，由于其干馏规模小、焦炭质量差，能耗高、效益低、环境污染严重，尤其是产出的低热值煤气难以利用，直接影响该行业的发展。积极探索新的干馏工艺，开发干馏过程的资源综合利用技术，对该行业、地方乃至全国社会和经济可持续发展具有重大意义。
对我国的陕、晋、宁、蒙地区的兰炭生产企业而言，目前主要采用内热干馏的方式，即采用了空气和过量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，也增大了净化系统的处理能力，而且不利于综合利用。采用富氧干馏是解决该问题的一个有效措施，然而，如何保证内热式低温干馏温度控制就成为一个十分关键性的问题。目前对于低温干馏的温度控制，主要采用如下途径：一是采用空气助燃，利用空气中的氮气吸热，并适当增加冷煤气的配入量；二是在富氧条件下，采用大幅度增加冷煤气的配入量的方法，该方法已在申请人前期申请的中国专利(申请号：200810017769.9，公开号：CN 101250419A)的申请文件中提出。上述第一种途径方法简便易行，但存在煤气热值低，综合利用难度大的问题。通过进一步研究，申请人发现第二种途径虽然可有效克服第一方法的不足，具有煤气循环量大，煤气产出量相对较低的特点，但在干馏后煤气后续接化工不一定适合化工相关程序对煤气的要求。因此寻求一种既能够有效提供大量煤气，又能降低煤气中氮气的含量，同时能够确保对煤实现低温干馏，有效控制内热炉的干馏温度，并且提高煤气中氢气的含量，是一个有待探索和解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种煤气内热低温干馏温度控制与煤气提质方法，该方法将煤气富氧燃烧，同时与冷煤气及水蒸汽配合，通过水煤气反应的冷却效果，保证低温干馏的温度要求，同时提高煤气质量。
本发明的目的可以通过以下技术措施来实现：
一种煤气内热低温干馏温度控制与煤气提质方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)以神木干基原煤为主原料，以工业纯氧和空气混合制备成氧气含量为60％—100％的富氧空气在炉外燃烧器中与煤气燃烧产生高温废气作为煤干馏所需基础热源；
2)对富氧空气与煤气加湿后鼓入干馏炉，利用加湿的水分蒸发与分解吸热，实现对温度的调节，减少冷煤气配入量，最终形成符合煤低温干馏温度要求的760℃～850℃高温循环气体；同时，加湿的炉气在干馏炉内由于水煤气反应，产生氢气，提高煤气中的氢含量；
3)将符合煤低温干馏温度要求的高温循环气体，通入内热式煤低温干馏炉，对炉内的煤进行无氧化或弱氧化加热，产出的高热值煤气通过焦油分离捕收设备分离焦油后，部分循环回流到燃烧器中持续提供与富氧空气燃烧所需的煤气，剩余的部分煤气供后续工序或煤气发电使用。
上述对富氧空气与煤气燃烧产生高温废气和分离焦油后的干馏冷煤气混合后的高温循环气体进行加湿采用水蒸汽或水雾通过燃烧器的鼓风(或煤气)加湿，或者向干馏冷却段直接喷水加湿，或者采用两者的结合方式。
其中，鼓风加湿是将富氧空气或者纯氧与加湿后的煤气通过烧嘴喷入燃烧器，然后进入燃烧室燃烧，产生的高温烟气进入干馏炉干馏段，对煤进行干馏。
直接喷水加湿采用雾化喷嘴多点分布向冷却段直接喷水，喷水量根据煤干馏需要的温度设定。
本发明的方法适用于各类内热式煤低温干馏炉，即高温介质通过炉子中的煤层，加热原煤实现干馏的过程。本发明的方法能在有效降低煤气中的氮含量的同时，提高煤气的氢含量，有利于煤气的化工方向的利用。同时与目前低温干馏生产煤气的方法相比具有工艺设备简单，便于操作，利于对煤的综合利用，减少废气对环境的污染。
与此同时，本发明的方法可作为内热富氧低温干馏的一项配套技术，为富氧干馏提供一种有效的温度调节手段，有利于发挥内热干馏换热效率高、生产效率高的特点，将低温干馏和生产煤气有机结合。
附图说明
图1是本发明适用的方法流程图。
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
参见图1，本发明的煤气内热低温干馏温度控制与煤气提质方法，具体包括如下步骤：
1、以神木干基原煤为主原料，以工业纯氧(工业纯氧，99.0％)和空气混合制备成氧气含量为60％～100％的富氧空气在炉外燃烧器中与煤气燃烧产生高温废气作为煤干馏所需基础热源。
2、对富氧空气与煤气加湿后鼓入干馏炉，利用加湿的水分蒸发与分解吸热，实现对温度的调节，减少冷煤气配入量，最终形成符合煤低温干馏温度要求的760℃～850℃高温循环气体；同时，加湿的炉气在干馏炉内由于水煤气反应，产生氢气，提高煤气中的氢含量。
3、将符合煤低温干馏温度要求的高温循环气体通入内热式煤低温干馏炉，对炉内的煤进行无氧化(或弱氧化)加热，产出的高热值煤气通过焦油分离捕收设备分离焦油后，部分循环回流到燃烧器中持续提供与富氧空气燃烧所需的煤气，剩余的部分煤气供后续工序或煤气发电等化工使用。
对富氧空气与煤气燃烧产生高温废气和分离焦油后的干馏冷煤气混合后的高温循环气体进行加湿方式，加湿采用水蒸汽或水雾的形式，可以通过燃烧器的鼓风加湿，或者向干馏冷却段直接喷水加湿，或者采用两者的结合方式。
图1中虚线为加湿可选择的另一个技术方案，也可同时采用。
发明的方法采用的技术原理是：
富氧燃烧技术(氧气含量60％～100％)即以富氧或纯氧与煤气燃烧产生高温废气作为煤干馏所需基础热源，通过向助燃空气或煤气中加湿，实现对燃烧后干馏介质(炉内干馏用气)温度的控制，形成符合煤低温干馏温度要求的高温循环气(温度760℃～850℃)，对炉内的煤进行无氧化(或弱氧化)加热，实现循环部分煤气的无燃烧循环。加湿的煤气在炉内由于水煤气反应，产生氢气，为过程煤气的综合利用尤其是作为下游化工产品等的利用奠定基础。
本发明的要点包括三个方面：一是和富氧燃烧技术结合，利用加湿控制燃烧后气体的温度，使之符合低温干馏的温度条件；二是利用水煤气反应，提高煤气中氢含量；三是产出的高质量煤气有利于与化工等高效利用途径的对接；四是不用改变现有干馏炉本体结构，可根据干馏炉过程需要进行灵活调整。
加湿可以结合不同工艺和设备特点，灵活安排。例如：
(1)鼓风加湿：富氧或纯氧与加湿后的煤气通过烧嘴喷入燃烧室燃烧，产生的高温烟气进入干馏炉干馏段，对煤进行干馏。可以通过煤气中加湿(水汽)量实现对温度干馏段温度的控制。调节温度可按照煤种干馏需要(680℃-910℃)设定。产出的高热值煤气在分离焦油后，部分循环作燃烧或到干馏气中，部分供后续工序化工使用。
(2)直接喷水加湿。对立式低温干馏炉，可以采用向冷却段直接喷水的方式，水蒸汽上行，进入干馏段，实现对干馏区温度的控制。
本发明的方法也可用于新建、改建内热式低温煤干馏企业。
以下是发明人给出的具体实施例，需要说明的是，本发明不限于这些实施例。
实施例1：年处理200万吨煤的低温干馏兰炭集中工业区应用
(1)基本情况：
年处理能力60万吨的兰炭生产厂3座，年处理能力20万吨的兰碳生产厂一座，采用立式方炉为基本生产设备，煤焦比1.65：1。焦油产率8％左右(神木干基原煤为基准)。在富氧干馏改造后，系统设有各分路压力和流量检测与调节装置，燃烧尾气和入炉干馏介质温度检测装置，实现对过程的调节与控制。采用100％富氧比干馏，助燃用纯氧(工业纯氧，99.0％)消耗量约为52～58m³/t_兰炭，燃烧用煤气消耗量约为51～55m³/t_兰炭，另配入冷煤气量250～270m³/t_兰炭，混合气温度达到680-750℃。炉温调节主要靠冷煤气配入量和煤气氧气比。富余煤气量210m³/t_兰炭。参考煤气成分为：
参考煤气成分为：H₂：40.95％，CO：25.04％，CO₂：12.46％，CH₄：14.65％，氮气：5.85％。煤气热值13182kJ/m³。
(2)应用方式
本应用实例采用鼓风加湿和冷却段喷水加湿结合的方式对干馏温度进行控制。
鼓风加湿通过煤气中加湿的方式进行，采用雾化喷嘴，向烧嘴的煤气喷入管喷入水，加湿量为30g/m³_煤气，折合9kg/t_兰炭。氧气与加湿后的煤气通过烧嘴喷入燃烧室混合燃烧，产生的高温烟气进入干馏炉干馏段，对煤进行干馏。适当的加湿量可防止富氧燃烧产生的温度过高。
冷却段喷水加湿采用特制的雾化喷嘴多点分布向冷却段直接喷水的方式，水蒸汽上行，进入干馏段，实现对干馏区温度的控制。喷水量折合18kg/t_兰炭。为了防止温度过高对干馏过程的影响，上行的水蒸汽及水煤气反应形成的混合气体经布气装置，尽快和燃烧产生的气体混合，实现对干馏温度的调节。
(3)应用结果
生产每吨兰炭配加的冷却煤气量降低到60～70m³/t_兰炭，富余煤气量提高到480m³/t_兰炭，煤气热值比原来略有提高，达到(13400-14220)kJ/Nm³。另外，由于氢有效成分提高，具备后续化工利用的条件。参考煤气成分为：H₂：48.95％，CO：20.04％，CO₂：10.46％，CH₄：13.95％，氮气：4.85％。煤气热值：14182kJ/m³。
干馏过程稳定，炉况调控方便。
实施例2：年产60万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，煤焦比1.67：1。兰炭生产炉助燃气用富氧空气，氧气含量80％，采用工业纯氧(工业纯氧，99.0％)和空气混合，氧气消耗量约为48～51m³/t_兰炭，空气为16～20m³/t_兰炭；煤气消耗量约为63～68m³/t_兰炭，另配入冷煤气量230～245m³/t_兰炭。富余煤气量310m³/t_兰炭。参考煤气成分为：
H₂：39.05％，CO：23.04％，CO₂：12.06％，CH₄：12.55％，氮气：8.85％。煤气热值：13102kJ/m³。
(2)应用方式
采用鼓风加湿和冷却段喷水加湿结合的方式对干馏温度进行控制。
鼓风加湿通过煤气中加湿(水汽)的方式进行，采用雾化喷嘴，向烧嘴的煤气喷入管喷入水，加湿量8kg/t_兰炭。富氧或纯氧与加湿后的煤气通过烧嘴喷入燃烧室燃烧，产生的高温烟气进入干馏炉干馏段，对煤进行干馏。
直接喷水加湿采用特制的雾化喷嘴多点分布向冷却段直接喷水的方式，水蒸汽上行，进入干馏段，实现对干馏区温度的控制。喷水量折合16kg/t_兰炭。
(3)应用结果
生产每吨兰炭配加的冷却煤气量由原来的230～245m³/t_兰炭降低到60～70m³/t_兰炭，富余煤气量由原来的310m³/t_兰炭提高到500m³/t_兰炭，煤气热值比原来略有提高，达到13400-13920kJ/Nm³。另外，由于氢有效成分提高，具备后续化工利用的条件。参考煤气成分如下：
参考煤气成分为：H₂：42.51％，CO：21.04％，CO₂：11.06％，CH₄：14.55％，氮气：8.05％。煤气热值：13402kJ/m³。
过程炉况稳定、调控方便。
实施例3 年产60万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，煤焦比1.67：1。焦油产率7.8％左右(神木干基原煤为基准)。本应用实践中，兰炭生产炉助燃气用富氧空气，氧气含量60％，采用工业纯氧(工业纯氧，99.0％)和空气混合制得，氧气消耗量约为43～46m³/t_兰炭，空气为42～48m³/t_兰炭；燃烧煤气采用分离焦油后的干馏冷煤气，消耗量约为83～90m³/t_兰炭，另配入冷煤气量190～200m³/t_兰炭。富余煤气量360～380m³/t_兰炭。
H₂ 34.32％，CO 22.53％，CO₂ 11.87％，CH₄ 9.10％，氮气：21.68％。煤气热值：11058kJ/m³。
(2)应用方式
冷却段喷水加湿的方式对干馏温度进行控制。
直接喷水加湿采用特制的雾化喷嘴多点分布向冷却段直接喷水的方式，水蒸汽上行，进入干馏段，实现对干馏区温度的控制。喷水量折合22kg/t_兰炭。
(3)应用结果
生产每吨兰炭配加的冷却煤气量由原来的190～200m³/t_兰炭降低到60～65m³/t_兰炭，富余煤气量由原来的360～380m³/t_兰炭提高到560m³/t_兰炭，煤气热值原来基本相当，为11018～12152kJ/Nm³。另外，由于氢有效成分提高，具备后续化工利用的条件。参考煤气成分如下：
H₂：37.42％，CO：21.83％，CO₂：11.37％，CH₄：7.82％，氮气：20.98％。煤气热值：11240kJ/m³。
干馏过程稳定，炉况调控方便。
实施例4 年产60万吨的兰炭生产厂富氧干馏
(1)基本情况
应用立式方炉为基本生产设备，富氧比为30％的空气助燃，煤焦比1.68：1。焦油产率7.8％左右，兰炭生产炉富氧助燃空气消耗量为180m³/t_兰炭～200m³/t_兰炭，氧气耗量22.5m³/t_兰炭，煤气消耗量76～82m³/t_兰炭，另配入冷煤气量90m³/t_兰炭～100m³/t_兰炭，吨煤剩余煤气量580m³左右(神木干基原煤为基准)。
H₂：23.09％，CO：16.29％，CO₂：10.28％，CH₄：5.85％，氮气：43.45％。煤气热值：7223kJ/m³。
(2)应用方式
同应用实例2。
冷却段喷水加湿的方式对干馏温度进行控制。直接喷水加湿采用特制的雾化喷嘴多点分布向冷却段直接喷水的方式，水蒸汽上行，进入干馏段，实现对干馏区温度的控制。喷水量折合11kg/t_兰炭。
(3)应用结果
采用本发明的方法后，煤焦比与焦油产率与原工艺基本持平，兰炭生产炉30％富氧助燃空气消耗量为200～210m³/t_兰炭，煤气燃烧及循环总量降低到(80～85)m³/t_兰炭，吨煤剩余煤气量650m³左右(神木干基原煤)。煤气热值达到(7231.0-7342.8)kJ/Nm³。参考煤气成分如下：
H₂：26.07％，CO：16.20％，CO₂：11.08％，CH₄：5.45％，氮气：40.45％。煤气热值7321kJ/m³。
干馏过程稳定，炉况调控方便。