焦炉煤气量的方法的焦炉的示意图。
[0055] 图3为示出在本发明的扩增焦炉煤气量的方法中水蒸气的引入起点的图。
【具体实施方式】
[0056] 在下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施方案。
[0057] 如图2所示，本发明的扩增焦炉煤气量的方法是通过包括碳化室10、燃烧室（未示 出）、焦炭供应单元20、水蒸气引入管30和烟气上升管40的焦炉进行的。由于这些构件与 韩国专利登记号1082127中公开的那些相同，因此将省略其详细描述。
[0058] 但是，优选将水蒸气引入管30配置在碳化室10的一侧上，在其相反侧设有烟气上 升管40,所述侧面远离其相反侧。即，以此方式配置蒸气引入管30,从而确保水蒸气在穿过 碳化室10的烟道（W)移向烟气上升管40期间有足够的停留时间和足够的反应时间。
[0059] 本发明的扩增焦炉煤气量的方法的特征在于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，因此水蒸气的 有效停留时间增加，从而使得水蒸气与存在于焦炉碳化室中的碳的反应时间最大化。
[0060] 当在低于500°C的条件下引入水蒸气时，在热力学上，反应不容易发生。
[0061] 如上，通过对应于在500°C以上吸热反应的水-气反应，可有效回收高温余热，并 且扩大了能够引入水蒸气的碳化区间，从而显著扩增了焦炉煤气量。
[0062] 如图1所示，当将焦炉中的碳化时间设置为24小时时，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距碳化起点约6小时处开始迅速增 加，在距其约10小时处为最大、且在距其约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）改变，但是焦炉煤气的产生方式彼此类似。
[0063] 根据焦炉煤气的产生随碳化时间变化的图，为了通过向焦炉中引入二氧化碳而扩 增焦炉煤气量，只有在从碳化起点开始推移至少13. 5小时之后才能确保足够的二氧化碳 停留时间，因而存在二氧化碳引入起点受限的问题。即，由于在焦炉中产生的焦炉煤气穿过 烟道移向烟气上升管，当在焦炉煤气产生量迅速增加的碳化时间区间引入二氧化碳时，存 在因二氧化碳在焦炉中的停留时间以及二氧化碳与存在于碳化室中的碳的反应时间非常 短而导致扩增焦炉煤气量的效率减半的问题。
[0064] 在本发明的扩增焦炉煤气量的方法中，在将焦炉碳化室中的煤碳化的过程中产生 的焦炉煤气量达到最大之前，将水蒸气引入焦炉碳化室中的烟道内，使得水蒸气的引入时 间增加，从而使得水蒸气与存在于焦炉碳化室中的碳的反应时间最大化，并解决因引入二 氧化碳而导致的问题。即，水蒸气与碳的反应温度低于二氧化碳与碳的反应温度，且水蒸气 与碳的反应速率高于二氧化碳与碳的反应速率，因此使得水蒸气的引入起点提前。
[0065] 如图3所示，根据本发明，假定焦炉中的碳化时间为24小时，如果烟道中的温度为 500°C以上，则在距碳化起点2小时后可引入水蒸气。
[0066] 通常，烟道中的温度达到500°C至1100°C。但是，为了使水蒸气与附着在焦炉碳化 室上部内侧的碳（约500°C )反应，必须在500°C以上引入水蒸气。
[0067] 当碳化时间为约2小时时，包含在所装载煤中的水基本上已挥发，因此根据引入 的水蒸气可预期最佳反应效率。但是，当在距碳化起点2小时之前引入水蒸气时，存在因煤 含有水而导致反应效率减半的问题。
[0068] 因为水蒸气与碳的反应速率高于二氧化碳与碳的反应速率，所以焦炉煤气的产生 迅速增加。因此，即便烟道中焦炉煤气的流量增加，水蒸气也会在其流出烟道之前与存在于 烟道中的碳进行反应，从而在焦炉煤气的产生达到最大之前，可将水蒸气的引入起点提前。
[0069] 此外，因为水蒸气与碳的反应温度低于二氧化碳与碳的反应温度，所以当烟道中 的温度高于500°C时可引入水蒸气。
[0070] 本发明人认识到与二氧化碳与碳的反应相比，水蒸气与碳的反应在低温下发生， 并且水蒸气与碳的反应速率比二氧化碳与碳的反应速率高3倍以上。基于这些认识，在距 碳化起点2小时后引入水蒸气，从而保证水蒸气的引入时间，其比常规的二氧化碳引入时 间长两倍。因此，可确定可以水蒸气的摩尔数约为二氧化碳摩尔数的六倍的程度引入水蒸 气。
[0071] 此外，根据本发明，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。
[0072] 焦油 +H20->C0+CH4+H2
[0073] 基于这些事实，本发明人进行了二氧化碳和水蒸气与高温碳的反应性随反应温度 和停留时间变化的实验。
[0074] 在将部分填充有碳的测试仪中的反应温度改变为800°C和900°C，并将水蒸气和 二氧化碳在测试仪中的停留时间改变为30秒和1分钟的时候，评估水蒸气和二氧化碳的转 化率。
[0075] 在这种情况下，使用氮气作为平衡气体以用于停留时间对照，并且以6L/hr的流 量引入水蒸气和二氧化碳。其结果（反应性（转化率））示于下表1中。
[0076] [表 1]
[0077]
【主权项】
1. 一种扩增焦炉煤气量的方法，包括以下步骤： 将水蒸气引入焦炉碳化室中的烟道内，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。
2. 权利要求1的方法，其中，假定在焦炉中的碳化时间为24小时，将水蒸气在距碳化起 点2小时后引入。
3. 权利要求2的方法，其中将在碳化早期阶段产生的焦油根据以下反应式除去：焦油 +H20-->C0+CH 4+H2，水蒸气的有效停留时间（t)通过用所引入的水蒸气和所产生的焦炉煤 气的总和除以烟道的有效体积而确定。
4. 权利要求1的方法，其中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 率增加。
5. 权利要求4的方法，其中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 率由碰撞频率因子（A)表示，且所述碰撞频率因子（A)由烟道结构和水蒸气流量确定。
6. 权利要求4的方法，其中所引入的水蒸气至焦炉煤气的转化率（X)由下式表示： X = [l-l/(Ae^E/ET*T)]1/n (E :活化能（J/mol)，R :8. 3144(J/mol*k)，T :反应温度（K)，n :反应级数）。
7. 权利要求6的方法，其中水蒸气的引入量随水蒸气的有效停留时间和反应温度变 化。
8. 权利要求6的方法，其中水蒸气的有效停留时间随水蒸气引入位置和水蒸气引入方 式变化。
9. 权利要求6的方法，其中将引入的水蒸气与存在于焦炉碳化室内的碳根据以下反应 式进行反应： C+H20->H2+C0,以及 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 HJ之间 的关系由下式表示： P = 2*2X*FH20*t (P :还原性气体的总产量（Nm3/min)，FH2Q:水蒸气的引入量（Nm3/min)，t :水蒸气的引入 时间（min))。
10. 权利要求4的方法，其中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： dX/dt = Ae-E/KT(PH2〇)n(l-X) (E :活化能（J/mol)，R :8. 3144(J/mol*k)，T :反应温度（K)，n :反应级数）。
11. 权利要求1的方法，其中在将水蒸气引入烟道之前，向焦炉碳化室中供入氧气。
12. 权利要求1的方法，其中将水蒸气引入焦炉碳化室中的烟道内，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。
【专利摘要】本发明提出一种通过优化水蒸气输入时间而可使产生的焦炉煤气量最大化的扩增焦炉煤气的方法。该方法的特征在于，为使在将焦炉碳化室内的煤碳化的步骤中水-气反应可在至少500℃下进行，向焦炉碳化室中的烟道内输入水蒸气，将水蒸气输入点提前至焦炉煤气产生量为最佳的点之前，从而增加水蒸气的输入时间，使得水蒸气与存在于焦炉碳化室中的碳的反应最大化。
【IPC分类】C10B29-00, C10B45-00
【公开号】CN104662129
【申请号】CN201280075969
【发明人】朴奏炯, 李昌勋
【申请人】Posco公司, 浦项产业科学研究院
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2012年10月4日
【公告号】EP2899251A1, US20150218458, WO2014046329A1