扩增焦炉煤气的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种扩增焦炉煤气量的方法，更具体而言，涉及一种通过优化向焦炉 碳化室中的烟道（gas way)内引入水蒸气的起点并因此增加水蒸气进入烟道的引入时间而 扩增焦炉煤气量的方法。
【背景技术】
[0002] 焦炉是通过在高温下将煤（原料）碳化而制备焦炭的装置。在焦炉中，将煤装载在 碳化室中，加热至ll〇〇°C至1340°C，然后在相同的温度下保持预定的时间以使煤炭化。此 处，为了保持这样的温度状态，向燃烧室中供入空气和燃料气体。
[0003] 焦炉配备有多个独立的碳化室，并且每个碳化室设有烟气上升管。
[0004] 这样的焦炉在将储存在每个碳化室中的煤碳化的过程期间产生焦炉煤气（COG)， 其为挥发性气体。该焦炉煤气通过焦炉的烟气上升管排出。
[0005] 通过焦炉烟气上升管排出的焦炉煤气含有大量的环境污染物（例如粉尘、焦油 等）和挥发性物质。为了除去这些环境污染物，通常将它们收集在集气管中，然后送至后处 理工艺中。
[0006] 同时，通过精炼法而主要重新利用焦炉煤气作为炼铁厂中的燃料。随着焦炉煤气 用量的增加，近年来已研宄和开发了扩增焦炉煤气用量的方法。
[0007] 关于这些研宄和开发，公开了多种常规技术。
[0008] 日本未审查专利申请公开号2000-144142(2000. 05. 26.)公开了一种"除去附着 在焦炉碳化室上的碳的方法"。
[0009] 该方法是一种通过向碳化室中注入包含二氧化碳和水蒸气的气体混合而除去附 着在焦炉碳化室上的碳的技术，其特征在于交替提供二氧化碳（水蒸气）和空气以防止在 注入气体时碳化室中的温度过度上升和下降。
[0010] 此外，韩国专利登记号10-1082127(2011. 11.03.)--由本发明的申请人提交和 登记一一公开了一种"通过使用二氧化碳扩增焦炉煤气量的方法"。该方法是通过利用焦 炉产生的余热使高温碳与二氧化碳和水反应而扩增焦炉煤气量的技术，其特征在于向焦炉 碳化室中的烟道内供入二氧化碳、水或其混合物（气化剂），因此气化剂与碳化室中的碳反 应，从而扩增焦炉煤气量。
[0011] 上述常规技术公开了通过向焦炉中注入二氧化碳和水以引发与高温碳的吸热反 应而扩增焦炉煤气量的方法，以及从焦炉煤气中回收余热的方法。
[0012] 然而，本发明人确定当通过常规技术扩增焦炉煤气量时会发生各种问题。
[0013] 为证实上述问题，本发明人进行了关于位于焦炉碳化室的上部的烟道温度和焦炉 煤气的产生量随时间变化的实验，假定在一个循环中焦炉的运行时间设置为24小时。其结 果示于图1中。
[0014] 如图1所示，可确定的是位于碳化室上部的烟道的温度保持在500°C至1100°C，并 且焦炉煤气的产生量在约6小时处开始迅速增加，在约10小时处最大、且在约13. 5小时处 迅速降低。这些数据结果可因多种因素（例如升温速率、焦炉结构、原料装载量等）而变化， 但是焦炉煤气的产生方式彼此类似。
[0015] 根据这种焦炉煤气产生量的变化，当焦炉煤气的产生量小于其平均的产生量时， 必须引入二氧化碳。因此，在那之前当将二氧化碳引入时，存在其连同焦炉煤气一起在烟道 中移动的问题，因此二氧化碳在烟道中的有效停留时间不充足，从而其与碳在烟道中的反 应时间也不充足。
[0016] 即，仅当在14小时处引入二氧化碳时，才能确保预定水平的停留时间，并且甚至 当装载在焦炉中的煤温度达到800°C以上时，才发生二氧化碳与附着在焦炉中的煤的吸热 反应。因此，出现了碳化区间一一在二氧化碳与碳反应时可使用的区间一一被限定在预定 区间的问题。
[0017] 同时，为了处理焦炉煤气，在焦炉的尾端配置焦炉煤气处理系统。此处，当通过引 入二氧化碳使焦炉煤气量扩增时，将部分未反应的二氧化碳引入硫化氢（H 2S)除去系统以 除去H2S，然而向后续处理中供入的大部分未反应的二氧化碳却从焦炉煤气中除去可燃组 分，从而降低了热值。此外，在这种情况下，二氧化碳而不是H 2S通过硫化氢（H2S)除去系统 本身而被除去，从而降低了 H2S的除去效率。
[0018] 应理解提供上文的说明仅为辅助理解本发明，并非意指本发明落入本领域普通技 术人员已知的相关技术范围内。
[0019] [引用文献]
[0020] (专利文献1)日本未审查专利申请公开号2000-144142 (2000. 05. 26.)
[0021] (专利文献2)韩国专利登记号10-1082127(2011. 11.03.)
【发明内容】
[0022] 技术问题
[0023] 因此，提出本发明来解决上述问题，并且本发明的目的是提供一种扩增焦炉煤气 量的方法，其中可通过优化将水蒸气--水蒸气与碳的反应速率高于二氧化碳与碳的反应 速率一一引入焦炉的起点并因此使水蒸气与碳在焦炉中的反应时间最大化而扩增焦炉煤 气的产生量。
[0024] 技术方案
[0025] 为实现以上目的，本发明的一个方面提供了一种扩增焦炉煤气量的方法，包括下 列步骤：向焦炉碳化室的烟道中引入水蒸气，使得在将焦炉碳化室中的煤碳化的过程期间 水-气反应在500°C以上进行，其中将水蒸气引入烟道的起点前移至焦炉煤气产生量达到 最大的时间点之前，以便增加水蒸气的引入时间，从而使水蒸气与存在于焦炉碳化室中的 碳的反应最大化。
[0026] 假定在焦炉中碳化时间为24小时，可以在距碳化起点2小时后引入水蒸气。
[0027] 在碳化早期阶段生成的焦油可以根据以下反应式除去：焦油+H20-->C0+CH 4+H2，且 水蒸气的有效停留时间（τ)可以通过用引入的水蒸气和产生的焦炉煤气的总量除以烟道 的有效体积而确定。
[0028] 可增加存在于焦炉碳化室中的碳与引入烟道中的水蒸气的碰撞频率。
[0029] 存在于焦炉碳化室中的碳与引入烟道中的水蒸气的碰撞频率可以由碰撞频率因 子（A)表示，且碰撞频率因子（A)可以由烟道结构和水蒸气流量确定。
[0030] 所引入的水蒸气至焦炉煤气的转化率（X)可以由下式表示：
[0031] X = [l-l/(Ae_E/ET* τ )]1/n
[0032] (E :活化能（J/mol)，R :8. 3144 (J/mol*k)，T :反应温度（K)，η :反应级数）。
[0033] 根据水蒸气的有效停留时间以及反应温度，可改变水蒸气的引入量。
[0034] 根据水蒸气的引入位置和水蒸气的引入方式，可改变水蒸气的有效停留时间。
[0035] 所引入的水蒸气与存在于焦炉碳化室中的碳可根据下式进行反应：
[0036] C+H20-->H2+C0，
[0037] 并且还原性气体（H2+C0)的总产量（P)、水蒸气的转化率（X)和水蒸气的引入量 (F_)之间的关系可以由下式表示：
[0038] P = 2* Σ X*FH20*t
[0039] (P :还原性气体的总产量（Nm3/min)，FH2Q:水蒸气的引入量（Nm 3/min)，t :水蒸气的 引入时间（min))。
[0040] 所引入的水蒸气至焦炉煤气的转化率（X)与存在于焦炉碳化室中的水蒸气的分 压之间的关系可以由下式表示：
[0041] dX/dt = Ae_E/KT (PH2Q)n (I-X)
[0042] (Ε :活化能（J/mol)，R :8. 3144 (J/mol*k)，T :反应温度（K)，η :反应级数）。
[0043] 在将水蒸气引入烟道中之前，可向焦炉碳化室中供入氧气。
[0044] 可将水蒸气引入焦炉碳化室的烟道中，同时通过提供在碳化室上的烟气上升管排 出的余热对水蒸气进行预热。
[0045] 有益效果
[0046] 由于以上技术配置，本发明可展现出以下优势。
[0047] 第一，由于可在焦炉碳化室中的焦炉煤气的产生量达到最大之前引入水蒸气，因 此可增加水蒸气的引入时间。
[0048] 第二，由于水蒸气的引入时间增加，因此与使用利用二氧化碳的常规焦炉相比，焦 炉煤气的产生量可扩增数倍。
[0049] 第三，将碳化早期阶段产生的焦油与水蒸气反应以转化为氢和一氧化碳，从而可 减轻焦油除去过程中的负担。
[0050] 第四，可解决因引入二氧化碳而降低H2S除去率的问题。
[0051] 第五，可利用水蒸气在焦炉碳化室的烟道中的停留时间来计算水蒸气的转化率。
[0052] 第六，可利用水蒸气的转化率来计算还原性气体的总产量。
【附图说明】
[0053] 图1为示出焦炉中产生的焦炉煤气量随时间变化的图。
[0054] 图2为示出用于实现本发明的扩增