一种加压法内热式煤干馏造气工艺的制作方法

专利名称：一种加压法内热式煤干馏造气工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种加压法内热式煤干馏造气工艺，与常规常压法内热式煤干馏造气工艺相比提高了炭化炉内的气相操作压力，可以显著地缩小气相系统体积、节省占地面积、提高煤干馏造气生产效率、降低消耗、拓宽煤料范围。
背景技术：
本发明使用如下概念描述内热式煤干馏造气工艺过程①内热式煤干馏造气部分以煤、水(煤料携带水和或外供水)、供氧体、燃料体为原料，得到炭、离环煤气、焦油、含焦油污水等固体、气体、液体产品的工艺过程，包括煤料入 炉系统、炭化炉ST系统、炭出炉系统、粗煤气冷却分离系统、载热气返炉循环系统等；②造气部分内循环物流造气部分内部的循环物流如返炉载热气；③离环煤气加工部分离开煤气内循环回路(即排出造气部分)的煤气的加工工艺过程，如湿法脱硫化氢过程、变压吸附法脱焦油过程等；④造气部分外循环物流由离环煤气加工部分向造气部分流动的循环物流。对内热式煤干馏炉包含的传热过程的热平衡而言，涉及固体气化量和气体物流的质量比例，固体空隙率本质上就是气相空间，以PV表示气相操作压力(绝对压力)，以e表示床层空隙率，则气相物流质量与固体气化量质量之比KW表示为Kff = (PV X气相空间体积X气相平均标准密度)/ (煤料实体体积X固体平均密度X固体气化率)对于特定煤干馏过程，由于气相平均标准密度、固体平均密度、固体气化率相对恒定，上式变化为气相物料与固体气化量的体积比KV KV = (PV X气相空间体积)/ (煤料实体体积X固体气化率)= (PVX e /(I- e ))/ 固体气化率= (KffX固体平均密度)/气相平均标准密度任意一个特定内热式煤干馏过程的适宜操作条件均必须满足热平衡要求，基于供热串联过程的动力学要求，气相加热煤料时气相传热(供热方)能力必须大于等于固相受热(被加热方)能力，气相冷却炭料时气相传热(吸热方)能力必须大于等于固相放热(被冷却方)能力，因此存在对应的最小KW，也就是说存在对应的最小KV，对于特定的“床层空隙率e和固体气化率”存在特定的最小PV，或者说对于特定的“PV和固体气化率”必须维持特定的最小床层空隙率e。由于现有的内热式煤干馏炉的PV均为常压即PV约为0. 12 0. 18MPa(绝对压力)，对于煤料及其干馏气化率已经确定的干馏操作过程，与之相适应的床层空隙率e存在一个下限值，当床层空隙率e达到或低于该下限值时，仅从热平衡角度讲，内热式煤干馏炉已经无法正常工作，这就是现有内热式煤干馏炉限制煤料粒度下限的一个根本原因。从KV= ((PVX e/(I-e))/固体气化率)可以看出，改善粉煤干馏操作途径之一是降低固体气化率，本发明人另有相关专利申请。
从KV= ((PVX e/(I-e ))/固体气化率)可以看出，改善粉煤干馏操作途径之一是增大床层空隙率e，本发明人另有相关专利申请。从KV= ((PVX e/(I-e))/固体气化率)可以看出，改善粉煤干馏操作途径之一是增大PV，此即为本发明之目标。众所周知，中国钢铁集团鞍山热能研究院于二十世纪八十年代初开始不断研究开发的“以不粘煤或弱粘煤块煤为原料在直立式炭化炉炼制铁合金专用兰炭”技术(以下简称中钢内热式煤干馏造气技术BT)，采用适合煤源(比如中国大同、神府地区的煤炭)，在直立式炭化炉内炼制兰炭并副产荒煤气和中低温煤焦油，是一种兰炭产品质量优良、煤焦油产率高、工程造价较低、配套环保技术完善的成熟工业化技术，业已得到大量应用。中钢内热式煤干馏造气技术BT，具有同类内热式煤干馏制兰炭工艺的一般特征干馏炉内气体压力为常压(通常压力介于0. 12 0. ISMPa(绝对压力))，干馏炉产生的粗煤气属于常压煤气。在此常规常压法内热式煤干馏造气工艺中，主要因为干馏炉内气体操作压力低即气体密度低、气体与固体碰撞几率低、传热速率低，导致干馏效率低、干馏炉设备体积庞大、占地面积大、投资高、焦油收率低，同时产生的煤气为常压煤气，具有气体系统体积庞大、占地面积大、投资高、煤气压力能低、煤气冷却过程水耗高、外输煤气携带水和大分子烃的浓度高、煤气湿法脱硫化氢脱除率地、循环载热气循环过程压缩比大等众多缺点。对内热式煤干馏造气过程包含的传热过程而言，涉及固体、液体和气体物流。压力对固体导热系数和分子间距离影响微小。对液体导热系数和分子间距离影响微小，压力对液体物理行为主要是影响气体在液体中的溶解度和液体组分在气体中平衡浓度。压力对气体导热系数影响微小，但是压力对气体分子间距离则影响巨大，提高压力可以产生以下效果第一方面，成倍提高操作压力可以成倍压缩气体体积、成倍提高气体密度、成倍缩短了气体传热迁移行程或者说延长了停留时间即传热时间、成倍提高传热速率，可以显著提高干馏效率、显著缩短干馏时间、显著降低投资，可以更加适应煤料间孔隙率小的粉煤干馏过程；第二方面，提高操作压力利用固体内压能量在产生大量高压粗煤气的同时降低造气产品做出的膨胀功，显著降低了无效膨胀功消耗，可以显著降低造气过程能耗即降低氧气耗量、降低燃料消耗量，同时降低煤料脱水过程水蒸发体积膨胀比、降低煤料气化过程油气体积膨胀比因而减少煤料的破裂降低粉料产率；第三方面，成倍提高操作压力可以成倍提高粗煤气压力、成倍提高粗煤气密度、成倍提高水和大分子烃在煤气中分压，可以成倍缩小气体系统体积、大幅度节省占地面积、大幅度节省投资、煤气冷却过程可以采用空气冷却器显著降低水耗、成倍降低外输煤气携带水和大分子烃的浓度、成倍降低煤气湿法脱硫化氢后净化气中硫化氢浓度、成倍降低循环载热气循环过程压缩比；第四方面，提高操作压力必然配套使用加压燃烧室，其单位体积燃烧强度将成比例增强，这为液体燃料(比如煤焦油重油)或固体燃料部分或全部代替煤气燃烧供热实现对燃料煤气中合成气组分的置换创造了一定有利条件。上述提高干馏炉操作压力带来的效果的描述中，使用的“成倍”概念属于大体比较，不是确切的比例说明。因此，本发明认为，常规的内热式煤干馏工艺属于常压法内热式煤干馏工艺，没有形成完整的“内热式煤干馏造气工艺”概念，忽视了气相物流的压力特性，存在一个气相操作压力低的重大技术缺陷。基于这一概念性认识，本发明提出一种提高内热式煤干馏造气过程操作压力的加压法内热式煤干馏造气工艺，以实现以下高效低耗目的
①因增大了单位体积中气体分子的数量、缩短了气体传热迁移路程，第一效果是显著地缩小干馏炉操作系统体积、节省占地、节省投资、提高单位体积干馏设备炭产品产倉泛;②因增大了单位体积中气体分子的数量、缩短了气体传热迁移路程，第二效果是显著地缩短干馏时间、利于降低干馏温度、利于提高焦油收率、利于改善焦油质量；因为煤料干馏时间大幅度缩短，同时缩短了煤料或炭料粘结成块时间，在一定程度上拓宽了煤干馏原料范围，为粉煤干馏工艺创造了一定有利条件；③因增大了单位体积中气体分子的数量、缩短了气体传热迁移路程，第三效果是 可以更加适应煤料间孔隙率小的粉煤干馏过程；④基于内热式煤干馏过程是外输煤气体体积数量通常大于煤干馏炉外输氧化剂体积数量的气体物流体积增加过程即属于宏观造气过程，提高操作压力可以利用固体内压能量产生大量高压力的粗煤气，第四效果是可以获得高压外输煤气压力能、节省煤气冷却过程水耗、降低外输煤气携带水和大分子烃数量、提高煤气湿法脱硫化氢效率、降低循环载热气循环过程压缩比等；⑤提高操作压力利用固体内压能量在产生大量高压粗煤气的同时降低了造气产品做出的膨胀功，降低了无效功耗，第五效果是可以降低造气过程能耗即降低氧气耗量、降低燃料消耗量；⑥提高操作压力利用固体内压能量在产生大量高压粗煤气的同时降低了造气产品做出的膨胀功，降低了无效功耗，第六效果是可以降低煤料脱水过程水蒸发体积膨胀比、降低煤料气化过程油气体积膨胀比，减少煤料的破裂、降低粉料产率，特别地为粉煤干馏工艺创造了一定有利条件；⑦提高操作压力，加压燃烧室单位体积燃烧强度将成比例增强，第七效果是可以拓宽燃料来源，为实现“以低(低级能源)代高(高级能源)”即实现燃料节能创造了一定有利条件。本发明的核心特征是利用内热式干馏炉内存在大量气体的特点，通过增大压力缩短分子间距离进而获得所需效果。相关物料导热系数列举如下。焦炭粉导热系数，在100°C温度时为0. 164千卡/ (米 时 °C )。表I弱粘结性煤导热系数
权利要求
1.一种加压法内热式煤干馏造气工艺，包含以下步骤造气部分包括炭化炉和炭化室载热组分内循环系统，炭化炉包括煤的炭化室和可能存在的燃料气燃烧室；在炭化室内，按照煤料的前进路线，划分为第一段即煤预热段(或称气体冷却段)、第二段即煤炭化段、第三段即炭冷却段(或称气体预热段)；在第三段区域，包含炭化室载热组分的第一路气体与二段过程料接触换热回收其热量升温后成为三段过程气，三段过程料离开三段区域；在第二段区域，三段过程气及可能存在的燃烧室烟气，与一段过程料进行气固直接接触发生炭化作用，二段过程料离开第二段区域进入第三段区域，二段过程气离开第二段区域进入第一段区域；在第一段区域，二段过程气与自外部加入的煤料接触加热煤料传递热量冷却并混入一段产生气后成为一段产品气(粗煤气)，煤料升温后成为一段过程料进入第二段区域；粗煤气排出炭化炉；炭产品排出炭化炉；在粗煤气冷却分离部分，冷却并分离排出炭化炉的粗煤气得到离环煤气、煤焦油、含焦油污水；至少一部分基于粗煤气的气体物流返回炭化室用作炭化室载热组分，构成造气部分炭化室载热组分内循环；其特征在于炭化炉内气相操作压力PV为高压。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于 炭化炉内气相操作压力PV大于0. 18MPa (绝对压力)。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于 炭化炉内气相操作压力PV大于0. 20MPa (绝对压力)。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于 炭化炉内气相操作压力PV大于0. 30MPa (绝对压力)。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于 炭化炉内气相操作压力PV大于0. 40MPa (绝对压力)。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于 炭化炉内气相操作压力PV大于0. 50MPa (绝对压力)。
7.根据权利要求I所述的方法，其特征在于 炭化炉内气相操作压力PV大于I. OOMPa (绝对压力)。
8.根据权利要求I所述的方法，其特征在于 炭化炉内气相操作压力PV大于I. 50MPa (绝对压力)。
9.根据权利要求I所述的方法，其特征在于 炭化炉内气相操作压力PV大于2. OMPa (绝对压力)。
10.根据权利要求I所述的方法，其特征在于 炭化炉内气相操作压力PV为0. 40 3. OMPa (绝对压力)。
11.根据权利要求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温度为500 900°C。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于 炭化室煤炭化段操作温度为550 800°C。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于 炭化室煤炭化段操作温度为600 750°C。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于炭化室煤炭化段操作温度为600 700°C。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于 在粗煤气冷却分离部分，粗煤气经过水喷淋直接冷却步骤后，经过空气冷却器冷却步骤。
16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于 在粗煤气冷却分离部分，粗煤气经过水喷淋直接冷却步骤后冷却至65 95°C后，经过空气冷却器冷却步骤冷却至60 20°C。
17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于 在粗煤气冷却分离部分，粗煤气经过水喷淋直接冷却步骤后冷却至70 90°C后，经过空气冷却器冷却步骤冷却至50 35°C。
18.根据权利要求11所述的方法，其特征在于 在炭化室内，所述煤料为不粘结煤或弱粘结煤，炭产品为半焦(即兰炭)，煤炭化段操作温度为550 850°C，循环载热气体积流率与煤料体积流率之比为150 450标准立方米/立方米。
19.根据权利要求11所述的方法，其特征在于 在炭化室内，所述煤料为不粘结煤或弱粘结煤，炭产品为半焦(即兰炭)，煤炭化段操作温度为550 800°C，循环载热气体积流率与煤料体积流率之比为200 400标准立方米/立方米。
20.根据权利要求11所述的方法，其特征在于 在炭化室内，所述煤料为不粘结煤或弱粘结煤，炭产品为半焦(即兰炭)，煤炭化段操作温度为600 700°C，循环载热气体积流率与煤料体积流率之比为250 350标准立方米/立方米。
21.根据权利要求11所述的方法，其特征在于 使用煤料加料料锁系统、耐压干馏炉、加压燃烧室、炭料出炉料锁系统、干式熄焦系统。
22.根据权利要求11所述的方法，其特征在于 在炭化室内，所述煤料为不粘结煤或弱粘结煤，粒度为25 100mm。
23.根据权利要求11所述的方法，其特征在于 在炭化室内，所述煤料为不粘结煤或弱粘结煤，粒度为10 40mm。
24.根据权利要求11所述的方法，其特征在于 在炭化室内，所述煤料为不粘结煤或弱粘结煤，粒度为3 15mm。
25.根据权利要求11所述的方法，其特征在于 在炭化室内，所述煤料为不粘结煤或弱粘结煤，粒度为I 5mm。
26.根据权利要求11所述的方法，其特征在于 在炭化室内，所述煤料为不粘结煤或弱粘结煤，粒度为0. 5 3mm。
全文摘要
常规常压法内热式煤干馏造气工艺，因操作压力低(通常操作压力低于绝对压力0.2MPa)、气相密度低故传热系数小存在煤干馏时间长、生产的煤气压力低等缺点，本发明提出一种加压法内热式煤干馏造气工艺，可将操作压力提高到绝对压力0.5MPa以上，因加压增大了单位体积中气体分子的数量可以缩短传热时间、缩短干馏时间，可以获得高压外输煤气。对于气体体积数量增加的煤干馏过程，当外输煤气需要进一步加压进行加工处理时，本发明还可以降低整体过程能耗。
文档编号C10B57/00GK102653683SQ201210025458
公开日2012年9月5日 申请日期2012年1月26日 优先权日2012年1月26日
发明者何巨堂 申请人:何巨堂