專利名稱：一種煤氣內(nèi)熱低溫干餾溫度控制與煤氣提質(zhì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤化工、新能源和環(huán)保領(lǐng)域。涉及一種干餾方法，特別涉及 一種煤氣內(nèi)熱低溫干餾溫度控制與煤氣提質(zhì)方法。
背景技術(shù)：
我國北方部分地區(qū)煤炭資源豐富，煤質(zhì)好，屬低灰、低硫、低磷、高揮 發(fā)分的弱粘、不粘煤。利用這種非焦煤低溫干餾煉制蘭炭或半焦是地方目前 主要的煤轉(zhuǎn)化工業(yè)。與優(yōu)質(zhì)動力煤相比，通過一定的干餾工藝可以實現(xiàn)煤的 綜合利用，是一個發(fā)展方向。然而，由于其干餾規(guī)模小、焦炭質(zhì)量差，能耗 高、效益低、環(huán)境污染嚴重，尤其是產(chǎn)出的低熱值煤氣難以利用，直接影響 該行業(yè)的發(fā)展。積極探索新的干餾工藝，開發(fā)干餾過程的資源綜合利用技術(shù)， 對該行業(yè)、地方乃至全國社會和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。
對我國的陜、晉、寧、蒙地區(qū)的蘭炭生產(chǎn)企業(yè)而言，目前主要采用內(nèi)熱 干餾的方式，即采用了空氣和過量煤氣燃燒加熱的方式，燃燒廢氣混入了煤 氣中，既降低了煤氣的熱值，也增大了凈化系統(tǒng)的處理能力，而且不利于綜 合利用。采用富氧干餾是解決該問題的一個有效措施，然而，如何保證內(nèi)熱 式低溫干餾溫度控制就成為一個十分關(guān)鍵性的問題。目前對于低溫干餾的溫 度控制，主要采用如下途徑 一是采用空氣助燃，利用空氣中的氮氣吸熱， 并適當增加冷煤氣的配入量；二是在富氧條件下，采用大幅度增加冷煤氣的 配入量的方法，該方法已在申請人前期申請的中國專利(申請?zhí)?200810017769.9，公開號CN 101250419A)的申請文件中提出。上述第一 種途徑方法簡便易行，但存在煤氣熱值低，綜合利用難度大的問題。通過進 一步研究，申請人發(fā)現(xiàn)第二種途徑雖然可有效克服第一方法的不足，具有煤
3氣循環(huán)量大，煤氣產(chǎn)出量相對較低的特點，但在干餾后煤氣后續(xù)接化工不一 定適合化工相關(guān)程序?qū)γ簹獾囊蟆Ｒ虼藢で笠环N既能夠有效提供大量煤 氣，又能降低煤氣中氮氣的含量，同時能夠確保對煤實現(xiàn)低溫干餾，有效控 制內(nèi)熱爐的干餾溫度，并且提高煤氣中氫氣的含量，是一個有待探索和解決 的問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種煤 氣內(nèi)熱低溫干餾溫度控制與煤氣提質(zhì)方法，該方法將煤氣富氧燃燒，同時與 冷煤氣及水蒸汽配合，通過水煤氣反應的冷卻效果，保證低溫干餾的溫度要 求，同時提高煤氣質(zhì)量。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)措施來實現(xiàn)
一種煤氣內(nèi)熱低溫干餾溫度控制與煤氣提質(zhì)方法，其特征在于，包括如 下步驟
1) 以神木干基原煤為主原料，以工業(yè)純氧和空氣混合制備成氧氣含量 為60%—100%的富氧空氣在爐外燃燒器中與煤氣燃燒產(chǎn)生高溫廢氣作為煤 干餾所需基礎(chǔ)熱源；
2) 對富氧空氣與煤氣加濕后鼓入干餾爐，利用加濕的水分蒸發(fā)與分解 吸熱，實現(xiàn)對溫度的調(diào)節(jié)，減少冷煤氣配入量，最終形成符合煤低溫干餾溫 度要求的760'C 85(TC高溫循環(huán)氣體；同時，加濕的爐氣在干餾爐內(nèi)由于 水煤氣反應，產(chǎn)生氫氣，提高煤氣中的氫含量；
3) 將符合煤低溫干餾溫度要求的高溫循環(huán)氣體，通入內(nèi)熱式煤低溫干 餾爐，對爐內(nèi)的煤進行無氧化或弱氧化加熱，產(chǎn)出的高熱值煤氣通過焦油分 離捕收設(shè)備分離焦油后，部分循環(huán)回流到燃燒器中持續(xù)提供與富氧空氣燃燒 所需的煤氣，剩余的部分煤氣供后續(xù)工序或煤氣發(fā)電使用。
上述對富氧空氣與煤氣燃燒產(chǎn)生高溫廢氣和分離焦油后的干餾冷煤氣混合后的高溫循環(huán)氣體進行加濕采用水蒸汽或水霧通過燃燒器的鼓風(或煤 氣)加濕，或者向干餾冷卻段直接噴水加濕，或者采用兩者的結(jié)合方式。
其中，鼓風加濕是將富氧空氣或者純氧與加濕后的煤氣通過燒嘴噴入燃 燒器，然后進入燃燒室燃燒，產(chǎn)生的高溫煙氣進入干餾爐干餾段，對煤進行 干餾。
直接噴水加濕采用霧化噴嘴多點分布向冷卻段直接噴水，噴水量根據(jù)煤 干餾需要的溫度設(shè)定。
本發(fā)明的方法適用于各類內(nèi)熱式煤低溫干餾爐，即高溫介質(zhì)通過爐子中 的煤層，加熱原煤實現(xiàn)干餾的過程。本發(fā)明的方法能在有效降低煤氣中的氮 含量的同時，提高煤氣的氫含量，有利于煤氣的化工方向的利用。同時與目 前低溫干餾生產(chǎn)煤氣的方法相比具有工藝設(shè)備簡單，便于操作，利于對煤的 綜合利用，減少廢氣對環(huán)境的污染。
與此同時，本發(fā)明的方法可作為內(nèi)熱富氧低溫干餾的一項配套技術(shù)，為 富氧干餾提供一種有效的溫度調(diào)節(jié)手段，有利于發(fā)揮內(nèi)熱干餾換熱效率高、 生產(chǎn)效率高的特點，將低溫干餾和生產(chǎn)煤氣有機結(jié)合。


圖1是本發(fā)明適用的方法流程圖。
以下結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
具體實施例方式
參見圖1，本發(fā)明的煤氣內(nèi)熱低溫干餾溫度控制與煤氣提質(zhì)方法，具體 包括如下步驟
1、 以神木干基原煤為主原料，以工業(yè)純氧(工業(yè)純氧，99.0%)和空氣 混合制備成氧氣含量為60% 100%的富氧空氣在爐外燃燒器中與煤氣燃燒 產(chǎn)生高溫廢氣作為煤干餾所需基礎(chǔ)熱源。
2、 對富氧空氣與煤氣加濕后鼓入干餾爐，利用加濕的水分蒸發(fā)與分解吸熱，實現(xiàn)對溫度的調(diào)節(jié)，減少冷煤氣配入量，最終形成符合煤低溫干餾溫
度要求的76(TC 85(TC高溫循環(huán)氣體；同時，加濕的爐氣在干餾爐內(nèi)由于 水煤氣反應，產(chǎn)生氫氣，提高煤氣中的氫含量。
3、將符合煤低溫干餾溫度要求的高溫循環(huán)氣體通入內(nèi)熱式煤低溫干餾 爐，對爐內(nèi)的煤進行無氧化(或弱氧化)加熱，產(chǎn)出的高熱值煤氣通過焦油 分離捕收設(shè)備分離焦油后，部分循環(huán)回流到燃燒器中持續(xù)提供與富氧空氣燃 燒所需的煤氣，剩余的部分煤氣供后續(xù)工序或煤氣發(fā)電等化工使用。
對富氧空氣與煤氣燃燒產(chǎn)生高溫廢氣和分離焦油后的干餾冷煤氣混合 后的高溫循環(huán)氣體進行加濕方式，加濕采用水蒸汽或水霧的形式，可以通過 燃燒器的鼓風加濕，或者向干餾冷卻段直接噴水加濕，或者采用兩者的結(jié)合 方式。
圖1中虛線為加濕可選擇的另一個技術(shù)方案，也可同時采用。 發(fā)明的方法采用的技術(shù)原理是
富氧燃燒技術(shù)(氧氣含量60% 100%)即以富氧或純氧與煤氣燃燒產(chǎn) 生高溫廢氣作為煤干餾所需基礎(chǔ)熱源，通過向助燃空氣或煤氣中加濕，實現(xiàn) 對燃燒后干餾介質(zhì)(爐內(nèi)干餾用氣)溫度的控制，形成符合煤低溫干餾溫度 要求的高溫循環(huán)氣(溫度760'C 85(TC)，對爐內(nèi)的煤進行無氧化(或弱氧 化)加熱，實現(xiàn)循環(huán)部分煤氣的無燃燒循環(huán)。加濕的煤氣在爐內(nèi)由于水煤氣 反應，產(chǎn)生氫氣，為過程煤氣的綜合利用尤其是作為下游化工產(chǎn)品等的利用 奠定基礎(chǔ)。
本發(fā)明的要點包括三個方面 一是和富氧燃燒技術(shù)結(jié)合，利用加濕控制 燃燒后氣體的溫度，使之符合低溫干餾的溫度條件；二是利用水煤氣反應， 提高煤氣中氫含量；三是產(chǎn)出的高質(zhì)量煤氣有利于與化工等高效利用途徑的 對接；四是不用改變現(xiàn)有干餾爐本體結(jié)構(gòu)，可根據(jù)干餾爐過程需要進行靈活 調(diào)整。加濕可以結(jié)合不同工藝和設(shè)備特點，靈活安排。例如
(1) 鼓風加濕富氧或純氧與加濕后的煤氣通過燒嘴噴入燃燒室燃燒， 產(chǎn)生的高溫煙氣進入干餾爐干餾段，對煤進行干餾?？梢酝ㄟ^煤氣中加濕(水 汽)量實現(xiàn)對溫度干餾段溫度的控制。調(diào)節(jié)溫度可按照煤種干餾需要(680 °C-910°C)設(shè)定。產(chǎn)出的高熱值煤氣在分離焦油后，部分循環(huán)作燃燒或到干 餾氣中，部分供后續(xù)工序化工使用。
(2) 直接噴水加濕。對立式低溫干餾爐，可以采用向冷卻段直接噴水 的方式，水蒸汽上行，進入干餾段，實現(xiàn)對干餾區(qū)溫度的控制。
本發(fā)明的方法也可用于新建、改建內(nèi)熱式低溫煤干餾企業(yè)。 以下是發(fā)明人給出的具體實施例，需要說明的是，本發(fā)明不限于這些實 施例。
實施例1:年處理200萬噸煤的低溫干餾蘭炭集中工業(yè)區(qū)應用
(1) 基本情況
年處理能力60萬噸的蘭炭生產(chǎn)廠3座，年處理能力20萬噸的蘭碳生產(chǎn) 廠一座，采用立式方爐為基本生產(chǎn)設(shè)備，煤焦比1.65: 1。焦油產(chǎn)率8%左右 (神木干基原煤為基準)。在富氧干餾改造后，系統(tǒng)設(shè)有各分路壓力和流量 檢測與調(diào)節(jié)裝置，燃燒尾氣和入爐干餾介質(zhì)溫度檢測裝置，實現(xiàn)對過程的調(diào) 節(jié)與控制。采用100%富氧比干餾，助燃用純氧(工業(yè)純氧，99.0%)消耗 量約為52 58mVt^，燃燒用煤氣消耗量約為51 55mVt^，另配入冷煤氣 量250~270m3/t i，混合氣溫度達到680-750°C。爐溫調(diào)節(jié)主要靠冷煤氣配 入量和煤氣氧氣比。富余煤氣量210mVt^。參考煤氣成分為
參考煤氣成分為H2: 40.95%， CO: 25.04%, C02: 12.46%, CH4: 14.65%，氮氣5.85%。煤氣熱值13182kJ/m3。
(2) 應用方式
本應用實例采用鼓風加濕和冷卻段噴水加濕結(jié)合的方式對干餾溫度進行控制。
鼓風加濕通過煤氣中加濕的方式進行，采用霧化噴嘴，向燒嘴的煤氣噴
入管噴入水，加濕量為30g/m、氣，折合9kg/t^炭。氧氣與加濕后的煤氣通過 燒嘴噴入燃燒室混合燃燒，產(chǎn)生的高溫煙氣進入干餾爐干餾段，對煤進行干 餾。適當?shù)募訚窳靠煞乐垢谎跞紵a(chǎn)生的溫度過高。
冷卻段噴水加濕采用特制的霧化噴嘴多點分布向冷卻段直接噴水的方 式，水蒸汽上行，進入干餾段，實現(xiàn)對干餾區(qū)溫度的控制。噴水量折合18kg /t^。為了防止溫度過高對干餾過程的影響，上行的水蒸汽及水煤氣反應形 成的混合氣體經(jīng)布氣裝置，盡快和燃燒產(chǎn)生的氣體混合，實現(xiàn)對干餾溫度的 調(diào)節(jié)。
(3)應用結(jié)果
生產(chǎn)每噸蘭炭配加的冷卻煤氣量降低到60~70m3/t^，富余煤氣量提高 到480mVt蘭炭，煤氣熱值比原來略有提高，達到(13400-14220) kJ /Nm3。 另外，由于氫有效成分提高，具備后續(xù)化工利用的條件。參考煤氣成分為 H2: 48.95%, CO: 20.04%， C02: 10.46%, CH4: 13.95%，氮氣:4.85%。 煤氣熱值14182kJ/m3。
干餾過程穩(wěn)定，爐況調(diào)控方便。 實施例2:年產(chǎn)60萬噸的蘭炭生產(chǎn)廠的應用 (1)基本情況
應用立式方爐為基本生產(chǎn)設(shè)備，煤焦比1.67: 1。蘭炭生產(chǎn)爐助燃氣用 富氧空氣，氧氣含量80%，采用工業(yè)純氧(工業(yè)純氧，99.0%)和空氣混合， 氧氣消耗量約為48~51 m3/t蘭炭，空氣為16~20 m3/t蘭炭；煤氣消耗量約為 63 68mVt蘭炭，另配入冷煤氣量230 245m3/t蘭炭。富余煤氣量310m3/t蘭炭。參 考煤氣成分為
H2: 39.05%, CO: 23.04%, C02: 12.06%, CH4: 12.55%，氮氣:8.85%。
8煤氣熱值13102kJ/m3。
(2) 應用方式
采用鼓風加濕和冷卻段噴水加濕結(jié)合的方式對干餾溫度進行控制。 鼓風加濕通過煤氣中加濕(水汽)的方式進行，采用霧化噴嘴，向燒嘴 的煤氣噴入管噴入水，加濕量8kg/t^。富氧或純氧與加濕后的煤氣通過燒 嘴噴入燃燒室燃燒，產(chǎn)生的高溫煙氣進入干餾爐干餾段，對煤進行干餾。
直接噴水加濕采用特制的霧化噴嘴多點分布向冷卻段直接噴水的方式， 水蒸汽上行，進入干餾段，實現(xiàn)對干餾區(qū)溫度的控制。噴水量折合16kg/t哉。
(3) 應用結(jié)果
生產(chǎn)每噸蘭炭配加的冷卻煤氣量由原來的230~245m3/t蘭炭降低到 Aa^/7nm3/+ — 宣全'麼與昏出瞎求的"rvn3/t 、,山堪宮至i1 snnm3/t "山.'麼與扭佶
比原來略有提高，達到13400-13920kJ/Nm3。另外，由于氫有效成分提高， 具備后續(xù)化工利用的條件。參考煤氣成分如下
參考煤氣成分為H2: 42.51%， CO: 21.04%， C02: 11.06%， CHt: 14.55%， 氮氣8.05%。煤氣熱值13402kJ/m3。
過程爐況穩(wěn)定、調(diào)控方便。 實施例3年產(chǎn)60萬噸的蘭炭生產(chǎn)廠的應用 (1)基本情況
應用立式方爐為基本生產(chǎn)設(shè)備，煤焦比1.67: 1。焦油產(chǎn)率7.8%左右(神 木干基原煤為基準)。本應用實踐中，蘭炭生產(chǎn)爐助燃氣用富氧空氣，氧氣 含量60%，采用工業(yè)純氧(工業(yè)純氧，99.0%)和空氣混合制得，氧氣消耗 量約為43~46 m3/t蘭炭，空氣為42~48 m3/t蘭炭；燃燒煤氣采用分離焦油后的干 餾冷煤氣，消耗量約為83 90mVt ^，另配入冷煤氣量190~200m3/t^。富 余煤氣量360~380m3/t蘭炭。
H2 34.32%, CO 22.53%， C02 11.87%， 0^9.10%,氮氣21.68%。煤氣熱值11058kJ/m3。
(2) 應用方式 冷卻段噴水加濕的方式對干餾溫度進行控制。
直接噴水加濕采用特制的霧化噴嘴多點分布向冷卻段直接噴水的方式， 水蒸汽上行，進入干餾段，實現(xiàn)對干餾區(qū)溫度的控制。噴水量折合22kg/t哉。
(3) 應用結(jié)果
生產(chǎn)每噸蘭炭配加的冷卻煤氣量由原來的190~200m3/t ^降低到 60~65m3/t蘭炭，富余煤氣量由原來的360~380m3/t蘭炭提高到560m3/t蘭炭，煤氣 熱值原來基本相當，為11018 12152kJ/Nm3。另外，由于氫有效成分提高， 具備后續(xù)化工利用的條件。參考煤氣成分如下
H2: 37.42%, CO: 21.83%, C02: 11.37%, CH4: 7.82%，氮氣:20.98%。 煤氣熱值11240kJ/m3。
干餾過程穩(wěn)定，爐況調(diào)控方便。 實施例4年產(chǎn)60萬噸的蘭炭生產(chǎn)廠富氧干餾
(1) 基本情況
應用立式方爐為基本生產(chǎn)設(shè)備，富氧比為30%的空氣助燃，煤焦比1.68: 1。焦油產(chǎn)率7.8%左右，蘭炭生產(chǎn)爐富氧助燃空氣消耗量為180mVt^炭 200m3/t^，氧氣耗量22.5m3/t 1，煤氣消耗量76~82m3/t ^，另配入冷煤氣量 90mVt蘭炭 100mVt蘭炭，噸煤剩余煤氣量580m3左右(神木干基原煤為基準)。 H2: 23.09%, CO: 16.29%， C02: 10.28%, CH4: 5.85%，氮氣43.45%。 煤氣熱值7223kJ/m3。
(2) 應用方式 同應用實例2。
冷卻段噴水加濕的方式對干餾溫度進行控制。直接噴水加濕采用特制的 霧化噴嘴多點分布向冷卻段直接噴水的方式，水蒸汽上行，進入干餾段，實
10現(xiàn)對干餾區(qū)溫度的控制。噴水量折合llkg/t蘭炭。 (3)應用結(jié)果
采用本發(fā)明的方法后，煤焦比與焦油產(chǎn)率與原工藝基本持平，蘭炭生產(chǎn) 爐30%富氧助燃空氣消耗量為200 210m3/t ^，煤氣燃燒及循環(huán)總量降低 到(80 85) m3/t^，噸煤剩余煤氣量6501113左右(神木干基原煤)。煤氣 熱值達到(7231.0-7342.8) kJ/Nm3。參考煤氣成分如下
H2: 26.07°/。， CO: 16.20%, C02: 11.08%， CHj: 5.45%,氮氣40.45%。 煤氣熱值7321kJ/m3。
干餾過程穩(wěn)定，爐況調(diào)控方便。
權(quán)利要求
1、一種煤氣內(nèi)熱低溫干餾溫度控制與煤氣提質(zhì)方法，其特征在于，包括如下步驟1)以富氧干餾為基礎(chǔ)，以工業(yè)純氧和空氣混合制備成氧氣含量為60％～100％的富氧空氣在爐外燃燒器中與煤氣燃燒產(chǎn)生高溫廢氣作為煤干餾所需基礎(chǔ)熱源；2)對富氧空氣與煤氣加濕后鼓入干餾爐，利用加濕的水分蒸發(fā)與分解吸熱，實現(xiàn)對溫度的調(diào)節(jié)，減少冷煤氣配入量，最終形成符合煤低溫干餾溫度要求的760℃～850℃高溫循環(huán)氣體；同時，加濕的爐氣在干餾爐內(nèi)由于水煤氣反應，產(chǎn)生氫氣，提高煤氣中的氫含量；3)將符合煤低溫干餾溫度要求的高溫循環(huán)氣體，通入內(nèi)熱式煤低溫干餾爐，對爐內(nèi)的煤進行無氧化或弱氧化加熱，產(chǎn)出的高熱值煤氣通過焦油分離捕收設(shè)備分離焦油后，部分循環(huán)回流到燃燒器中持續(xù)提供與富氧空氣燃燒所需的煤氣，剩余的部分煤氣供后續(xù)工序或煤氣發(fā)電使用。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，加濕采用水蒸汽或水霧通 過燃燒器的鼓風加濕，或者向干餾冷卻段直接噴水加濕，或者采用兩者的結(jié) 合方式。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的直接噴水加濕采用 霧化噴嘴多點分布向冷卻段直接噴水，噴水量根據(jù)煤干餾需要的溫度設(shè)定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種煤氣內(nèi)熱低溫干餾溫度控制與煤氣提質(zhì)方法，以富氧干餾為基礎(chǔ)，以工業(yè)純氧和空氣混合制備成富氧空氣在爐外燃燒器中與煤氣燃燒產(chǎn)生高溫廢氣作為煤干餾所需熱源；對富氧空氣與煤氣加濕后鼓入干餾爐，利用加濕的水分蒸發(fā)與分解吸熱，形成符合煤低溫干餾溫度要求的760℃～850℃高溫循環(huán)氣體，減少冷煤氣的配入量；同時，加濕的爐氣在干餾爐內(nèi)由于水煤氣反應，產(chǎn)生氫氣，提高煤氣中的氫含量；產(chǎn)出的高熱值煤氣通過焦油分離捕收設(shè)備分離焦油后，部分循環(huán)回流到燃燒器中持續(xù)提供與富氧空氣燃燒所需的煤氣，剩余的部分煤氣供后續(xù)工序或煤氣發(fā)電等化工使用。具有工藝設(shè)備簡單，便于操作，利于對煤的綜合利用，減少廢氣對環(huán)境的污染。
文檔編號C10B57/00GK101497802SQ20091002132
公開日2009年8月5日 申請日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者蘭新哲, 華建設(shè), 尚文智, 李小明, 趙俊學, 趙西成 申請人:西安建筑科技大學