專利名稱：一種加壓法內(nèi)熱式煤干餾造氣工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加壓法內(nèi)熱式煤干餾造氣工藝，與常規(guī)常壓法內(nèi)熱式煤干餾造氣工藝相比提高了炭化爐內(nèi)的氣相操作壓力，可以顯著地縮小氣相系統(tǒng)體積、節(jié)省占地面積、提高煤干餾造氣生產(chǎn)效率、降低消耗、拓寬煤料范圍。
背景技術(shù)：
本發(fā)明使用如下概念描述內(nèi)熱式煤干餾造氣工藝過(guò)程①內(nèi)熱式煤干餾造氣部分以煤、水(煤料攜帶水和或外供水)、供氧體、燃料體為原料，得到炭、離環(huán)煤氣、焦油、含焦油污水等固體、氣體、液體產(chǎn)品的工藝過(guò)程，包括煤料入 爐系統(tǒng)、炭化爐ST系統(tǒng)、炭出爐系統(tǒng)、粗煤氣冷卻分離系統(tǒng)、載熱氣返爐循環(huán)系統(tǒng)等；②造氣部分內(nèi)循環(huán)物流造氣部分內(nèi)部的循環(huán)物流如返爐載熱氣；③離環(huán)煤氣加工部分離開(kāi)煤氣內(nèi)循環(huán)回路(即排出造氣部分)的煤氣的加工工藝過(guò)程，如濕法脫硫化氫過(guò)程、變壓吸附法脫焦油過(guò)程等；④造氣部分外循環(huán)物流由離環(huán)煤氣加工部分向造氣部分流動(dòng)的循環(huán)物流。對(duì)內(nèi)熱式煤干餾爐包含的傳熱過(guò)程的熱平衡而言，涉及固體氣化量和氣體物流的質(zhì)量比例，固體空隙率本質(zhì)上就是氣相空間，以PV表示氣相操作壓力(絕對(duì)壓力)，以e表示床層空隙率，則氣相物流質(zhì)量與固體氣化量質(zhì)量之比KW表示為Kff = (PV X氣相空間體積X氣相平均標(biāo)準(zhǔn)密度)/ (煤料實(shí)體體積X固體平均密度X固體氣化率)對(duì)于特定煤干餾過(guò)程，由于氣相平均標(biāo)準(zhǔn)密度、固體平均密度、固體氣化率相對(duì)恒定，上式變化為氣相物料與固體氣化量的體積比KV KV = (PV X氣相空間體積)/ (煤料實(shí)體體積X固體氣化率)= (PVX e /(I- e ))/ 固體氣化率= (KffX固體平均密度)/氣相平均標(biāo)準(zhǔn)密度任意一個(gè)特定內(nèi)熱式煤干餾過(guò)程的適宜操作條件均必須滿足熱平衡要求，基于供熱串聯(lián)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)要求，氣相加熱煤料時(shí)氣相傳熱(供熱方)能力必須大于等于固相受熱(被加熱方)能力，氣相冷卻炭料時(shí)氣相傳熱(吸熱方)能力必須大于等于固相放熱(被冷卻方)能力，因此存在對(duì)應(yīng)的最小KW，也就是說(shuō)存在對(duì)應(yīng)的最小KV，對(duì)于特定的“床層空隙率e和固體氣化率”存在特定的最小PV，或者說(shuō)對(duì)于特定的“PV和固體氣化率”必須維持特定的最小床層空隙率e。由于現(xiàn)有的內(nèi)熱式煤干餾爐的PV均為常壓即PV約為0. 12 0. 18MPa(絕對(duì)壓力)，對(duì)于煤料及其干餾氣化率已經(jīng)確定的干餾操作過(guò)程，與之相適應(yīng)的床層空隙率e存在一個(gè)下限值，當(dāng)床層空隙率e達(dá)到或低于該下限值時(shí)，僅從熱平衡角度講，內(nèi)熱式煤干餾爐已經(jīng)無(wú)法正常工作，這就是現(xiàn)有內(nèi)熱式煤干餾爐限制煤料粒度下限的一個(gè)根本原因。從KV= ((PVX e/(I-e))/固體氣化率)可以看出，改善粉煤干餾操作途徑之一是降低固體氣化率，本發(fā)明人另有相關(guān)專利申請(qǐng)。
從KV= ((PVX e/(I-e ))/固體氣化率)可以看出，改善粉煤干餾操作途徑之一是增大床層空隙率e，本發(fā)明人另有相關(guān)專利申請(qǐng)。從KV= ((PVX e/(I-e))/固體氣化率)可以看出，改善粉煤干餾操作途徑之一是增大PV，此即為本發(fā)明之目標(biāo)。眾所周知，中國(guó)鋼鐵集團(tuán)鞍山熱能研究院于二十世紀(jì)八十年代初開(kāi)始不斷研究開(kāi)發(fā)的“以不粘煤或弱粘煤塊煤為原料在直立式炭化爐煉制鐵合金專用蘭炭”技術(shù)(以下簡(jiǎn)稱中鋼內(nèi)熱式煤干餾造氣技術(shù)BT)，采用適合煤源(比如中國(guó)大同、神府地區(qū)的煤炭)，在直立式炭化爐內(nèi)煉制蘭炭并副產(chǎn)荒煤氣和中低溫煤焦油，是一種蘭炭產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良、煤焦油產(chǎn)率高、工程造價(jià)較低、配套環(huán)保技術(shù)完善的成熟工業(yè)化技術(shù)，業(yè)已得到大量應(yīng)用。中鋼內(nèi)熱式煤干餾造氣技術(shù)BT，具有同類內(nèi)熱式煤干餾制蘭炭工藝的一般特征干餾爐內(nèi)氣體壓力為常壓(通常壓力介于0. 12 0. ISMPa(絕對(duì)壓力))，干餾爐產(chǎn)生的粗煤氣屬于常壓煤氣。在此常規(guī)常壓法內(nèi)熱式煤干餾造氣工藝中，主要因?yàn)楦绅s爐內(nèi)氣體操作壓力低即氣體密度低、氣體與固體碰撞幾率低、傳熱速率低，導(dǎo)致干餾效率低、干餾爐設(shè)備體積龐大、占地面積大、投資高、焦油收率低，同時(shí)產(chǎn)生的煤氣為常壓煤氣，具有氣體系統(tǒng)體積龐大、占地面積大、投資高、煤氣壓力能低、煤氣冷卻過(guò)程水耗高、外輸煤氣攜帶水和大分子烴的濃度高、煤氣濕法脫硫化氫脫除率地、循環(huán)載熱氣循環(huán)過(guò)程壓縮比大等眾多缺點(diǎn)。對(duì)內(nèi)熱式煤干餾造氣過(guò)程包含的傳熱過(guò)程而言，涉及固體、液體和氣體物流。壓力對(duì)固體導(dǎo)熱系數(shù)和分子間距離影響微小。對(duì)液體導(dǎo)熱系數(shù)和分子間距離影響微小，壓力對(duì)液體物理行為主要是影響氣體在液體中的溶解度和液體組分在氣體中平衡濃度。壓力對(duì)氣體導(dǎo)熱系數(shù)影響微小，但是壓力對(duì)氣體分子間距離則影響巨大，提高壓力可以產(chǎn)生以下效果第一方面，成倍提高操作壓力可以成倍壓縮氣體體積、成倍提高氣體密度、成倍縮短了氣體傳熱遷移行程或者說(shuō)延長(zhǎng)了停留時(shí)間即傳熱時(shí)間、成倍提高傳熱速率，可以顯著提高干餾效率、顯著縮短干餾時(shí)間、顯著降低投資，可以更加適應(yīng)煤料間孔隙率小的粉煤干餾過(guò)程；第二方面，提高操作壓力利用固體內(nèi)壓能量在產(chǎn)生大量高壓粗煤氣的同時(shí)降低造氣產(chǎn)品做出的膨脹功，顯著降低了無(wú)效膨脹功消耗，可以顯著降低造氣過(guò)程能耗即降低氧氣耗量、降低燃料消耗量，同時(shí)降低煤料脫水過(guò)程水蒸發(fā)體積膨脹比、降低煤料氣化過(guò)程油氣體積膨脹比因而減少煤料的破裂降低粉料產(chǎn)率；第三方面，成倍提高操作壓力可以成倍提高粗煤氣壓力、成倍提高粗煤氣密度、成倍提高水和大分子烴在煤氣中分壓，可以成倍縮小氣體系統(tǒng)體積、大幅度節(jié)省占地面積、大幅度節(jié)省投資、煤氣冷卻過(guò)程可以采用空氣冷卻器顯著降低水耗、成倍降低外輸煤氣攜帶水和大分子烴的濃度、成倍降低煤氣濕法脫硫化氫后凈化氣中硫化氫濃度、成倍降低循環(huán)載熱氣循環(huán)過(guò)程壓縮比；第四方面，提高操作壓力必然配套使用加壓燃燒室，其單位體積燃燒強(qiáng)度將成比例增強(qiáng)，這為液體燃料(比如煤焦油重油)或固體燃料部分或全部代替煤氣燃燒供熱實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料煤氣中合成氣組分的置換創(chuàng)造了一定有利條件。上述提高干餾爐操作壓力帶來(lái)的效果的描述中，使用的“成倍”概念屬于大體比較，不是確切的比例說(shuō)明。因此，本發(fā)明認(rèn)為，常規(guī)的內(nèi)熱式煤干餾工藝屬于常壓法內(nèi)熱式煤干餾工藝，沒(méi)有形成完整的“內(nèi)熱式煤干餾造氣工藝”概念，忽視了氣相物流的壓力特性，存在一個(gè)氣相操作壓力低的重大技術(shù)缺陷?；谶@一概念性認(rèn)識(shí)，本發(fā)明提出一種提高內(nèi)熱式煤干餾造氣過(guò)程操作壓力的加壓法內(nèi)熱式煤干餾造氣工藝，以實(shí)現(xiàn)以下高效低耗目的
①因增大了單位體積中氣體分子的數(shù)量、縮短了氣體傳熱遷移路程，第一效果是顯著地縮小干餾爐操作系統(tǒng)體積、節(jié)省占地、節(jié)省投資、提高單位體積干餾設(shè)備炭產(chǎn)品產(chǎn)倉(cāng)泛;②因增大了單位體積中氣體分子的數(shù)量、縮短了氣體傳熱遷移路程，第二效果是顯著地縮短干餾時(shí)間、利于降低干餾溫度、利于提高焦油收率、利于改善焦油質(zhì)量；因?yàn)槊毫细绅s時(shí)間大幅度縮短，同時(shí)縮短了煤料或炭料粘結(jié)成塊時(shí)間，在一定程度上拓寬了煤干餾原料范圍，為粉煤干餾工藝創(chuàng)造了一定有利條件；③因增大了單位體積中氣體分子的數(shù)量、縮短了氣體傳熱遷移路程，第三效果是 可以更加適應(yīng)煤料間孔隙率小的粉煤干餾過(guò)程；④基于內(nèi)熱式煤干餾過(guò)程是外輸煤氣體體積數(shù)量通常大于煤干餾爐外輸氧化劑體積數(shù)量的氣體物流體積增加過(guò)程即屬于宏觀造氣過(guò)程，提高操作壓力可以利用固體內(nèi)壓能量產(chǎn)生大量高壓力的粗煤氣，第四效果是可以獲得高壓外輸煤氣壓力能、節(jié)省煤氣冷卻過(guò)程水耗、降低外輸煤氣攜帶水和大分子烴數(shù)量、提高煤氣濕法脫硫化氫效率、降低循環(huán)載熱氣循環(huán)過(guò)程壓縮比等；⑤提高操作壓力利用固體內(nèi)壓能量在產(chǎn)生大量高壓粗煤氣的同時(shí)降低了造氣產(chǎn)品做出的膨脹功，降低了無(wú)效功耗，第五效果是可以降低造氣過(guò)程能耗即降低氧氣耗量、降低燃料消耗量；⑥提高操作壓力利用固體內(nèi)壓能量在產(chǎn)生大量高壓粗煤氣的同時(shí)降低了造氣產(chǎn)品做出的膨脹功，降低了無(wú)效功耗，第六效果是可以降低煤料脫水過(guò)程水蒸發(fā)體積膨脹比、降低煤料氣化過(guò)程油氣體積膨脹比，減少煤料的破裂、降低粉料產(chǎn)率，特別地為粉煤干餾工藝創(chuàng)造了一定有利條件；⑦提高操作壓力，加壓燃燒室單位體積燃燒強(qiáng)度將成比例增強(qiáng)，第七效果是可以拓寬燃料來(lái)源，為實(shí)現(xiàn)“以低(低級(jí)能源)代高(高級(jí)能源)”即實(shí)現(xiàn)燃料節(jié)能創(chuàng)造了一定有利條件。本發(fā)明的核心特征是利用內(nèi)熱式干餾爐內(nèi)存在大量氣體的特點(diǎn)，通過(guò)增大壓力縮短分子間距離進(jìn)而獲得所需效果。相關(guān)物料導(dǎo)熱系數(shù)列舉如下。焦炭粉導(dǎo)熱系數(shù)，在100°C溫度時(shí)為0. 164千卡/ (米 時(shí) °C )。表I弱粘結(jié)性煤導(dǎo)熱系數(shù)
權(quán)利要求
1.一種加壓法內(nèi)熱式煤干餾造氣工藝，包含以下步驟造氣部分包括炭化爐和炭化室載熱組分內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，炭化爐包括煤的炭化室和可能存在的燃料氣燃燒室；在炭化室內(nèi)，按照煤料的前進(jìn)路線，劃分為第一段即煤預(yù)熱段(或稱氣體冷卻段)、第二段即煤炭化段、第三段即炭冷卻段(或稱氣體預(yù)熱段)；在第三段區(qū)域，包含炭化室載熱組分的第一路氣體與二段過(guò)程料接觸換熱回收其熱量升溫后成為三段過(guò)程氣，三段過(guò)程料離開(kāi)三段區(qū)域；在第二段區(qū)域，三段過(guò)程氣及可能存在的燃燒室煙氣，與一段過(guò)程料進(jìn)行氣固直接接觸發(fā)生炭化作用，二段過(guò)程料離開(kāi)第二段區(qū)域進(jìn)入第三段區(qū)域，二段過(guò)程氣離開(kāi)第二段區(qū)域進(jìn)入第一段區(qū)域；在第一段區(qū)域，二段過(guò)程氣與自外部加入的煤料接觸加熱煤料傳遞熱量冷卻并混入一段產(chǎn)生氣后成為一段產(chǎn)品氣(粗煤氣)，煤料升溫后成為一段過(guò)程料進(jìn)入第二段區(qū)域；粗煤氣排出炭化爐；炭產(chǎn)品排出炭化爐；在粗煤氣冷卻分離部分，冷卻并分離排出炭化爐的粗煤氣得到離環(huán)煤氣、煤焦油、含焦油污水；至少一部分基于粗煤氣的氣體物流返回炭化室用作炭化室載熱組分，構(gòu)成造氣部分炭化室載熱組分內(nèi)循環(huán)；其特征在于炭化爐內(nèi)氣相操作壓力PV為高壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于 炭化爐內(nèi)氣相操作壓力PV大于0. 18MPa (絕對(duì)壓力)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于 炭化爐內(nèi)氣相操作壓力PV大于0. 20MPa (絕對(duì)壓力)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于 炭化爐內(nèi)氣相操作壓力PV大于0. 30MPa (絕對(duì)壓力)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于 炭化爐內(nèi)氣相操作壓力PV大于0. 40MPa (絕對(duì)壓力)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于 炭化爐內(nèi)氣相操作壓力PV大于0. 50MPa (絕對(duì)壓力)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于 炭化爐內(nèi)氣相操作壓力PV大于I. OOMPa (絕對(duì)壓力)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于 炭化爐內(nèi)氣相操作壓力PV大于I. 50MPa (絕對(duì)壓力)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于 炭化爐內(nèi)氣相操作壓力PV大于2. OMPa (絕對(duì)壓力)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于 炭化爐內(nèi)氣相操作壓力PV為0. 40 3. OMPa (絕對(duì)壓力)。
11.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3或4或5或6或7或8或9或10所述的方法，其特征在于 炭化室煤炭化段操作溫度為500 900°C。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于 炭化室煤炭化段操作溫度為550 800°C。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于 炭化室煤炭化段操作溫度為600 750°C。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于炭化室煤炭化段操作溫度為600 700°C。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于 在粗煤氣冷卻分離部分，粗煤氣經(jīng)過(guò)水噴淋直接冷卻步驟后，經(jīng)過(guò)空氣冷卻器冷卻步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于 在粗煤氣冷卻分離部分，粗煤氣經(jīng)過(guò)水噴淋直接冷卻步驟后冷卻至65 95°C后，經(jīng)過(guò)空氣冷卻器冷卻步驟冷卻至60 20°C。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于 在粗煤氣冷卻分離部分，粗煤氣經(jīng)過(guò)水噴淋直接冷卻步驟后冷卻至70 90°C后，經(jīng)過(guò)空氣冷卻器冷卻步驟冷卻至50 35°C。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于 在炭化室內(nèi)，所述煤料為不粘結(jié)煤或弱粘結(jié)煤，炭產(chǎn)品為半焦(即蘭炭)，煤炭化段操作溫度為550 850°C，循環(huán)載熱氣體積流率與煤料體積流率之比為150 450標(biāo)準(zhǔn)立方米/立方米。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于 在炭化室內(nèi)，所述煤料為不粘結(jié)煤或弱粘結(jié)煤，炭產(chǎn)品為半焦(即蘭炭)，煤炭化段操作溫度為550 800°C，循環(huán)載熱氣體積流率與煤料體積流率之比為200 400標(biāo)準(zhǔn)立方米/立方米。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于 在炭化室內(nèi)，所述煤料為不粘結(jié)煤或弱粘結(jié)煤，炭產(chǎn)品為半焦(即蘭炭)，煤炭化段操作溫度為600 700°C，循環(huán)載熱氣體積流率與煤料體積流率之比為250 350標(biāo)準(zhǔn)立方米/立方米。
21.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于 使用煤料加料料鎖系統(tǒng)、耐壓干餾爐、加壓燃燒室、炭料出爐料鎖系統(tǒng)、干式熄焦系統(tǒng)。
22.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于 在炭化室內(nèi)，所述煤料為不粘結(jié)煤或弱粘結(jié)煤，粒度為25 100mm。
23.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于 在炭化室內(nèi)，所述煤料為不粘結(jié)煤或弱粘結(jié)煤，粒度為10 40mm。
24.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于 在炭化室內(nèi)，所述煤料為不粘結(jié)煤或弱粘結(jié)煤，粒度為3 15mm。
25.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于 在炭化室內(nèi)，所述煤料為不粘結(jié)煤或弱粘結(jié)煤，粒度為I 5mm。
26.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于 在炭化室內(nèi)，所述煤料為不粘結(jié)煤或弱粘結(jié)煤，粒度為0. 5 3mm。
全文摘要
常規(guī)常壓法內(nèi)熱式煤干餾造氣工藝，因操作壓力低(通常操作壓力低于絕對(duì)壓力0.2MPa)、氣相密度低故傳熱系數(shù)小存在煤干餾時(shí)間長(zhǎng)、生產(chǎn)的煤氣壓力低等缺點(diǎn)，本發(fā)明提出一種加壓法內(nèi)熱式煤干餾造氣工藝，可將操作壓力提高到絕對(duì)壓力0.5MPa以上，因加壓增大了單位體積中氣體分子的數(shù)量可以縮短傳熱時(shí)間、縮短干餾時(shí)間，可以獲得高壓外輸煤氣。對(duì)于氣體體積數(shù)量增加的煤干餾過(guò)程，當(dāng)外輸煤氣需要進(jìn)一步加壓進(jìn)行加工處理時(shí)，本發(fā)明還可以降低整體過(guò)程能耗。
文檔編號(hào)C10B57/00GK102653683SQ201210025458
公開(kāi)日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2012年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月26日
發(fā)明者何巨堂 申請(qǐng)人:何巨堂