专利名称：一种煤气内热低温干馏方法
技术领域：
本发明涉及一种煤的干馏方法，特别涉及一种煤气内热低温干馏 方法。本发明适用于铁合金焦的生产过程。
技术背景我国北方部分地区煤炭资源丰富，煤质好，属低灰、低硫、低磷、 高挥发分的弱粘、不粘煤。利用这种非焦煤低温干馏炼制铁合金焦(也 称兰炭或半焦)工业是地方目前主要的煤转化工业，然而，由于其干 馏规模小、焦炭质量差，能耗高、效益低、环境污染严重，不符合国 家环保政策和可持续发展的要求，直接影响能源化工基地的现代化建 设和发展。从经济社会可持续发展大局出发，积极开展干馏过程的资 源综合利用技术，开发清洁干馏新工艺，尽快形成适合该煤质特性的 洁净干馏生产新技术与成套装备，大大提高这些地区的煤、煤焦油、 焦炉煤气综合技术的技术水平，对行业、地方乃至全国社会和经济可 持续发展具有重大意义。铁合金焦的生产，目前多采用直立外热炉或内热炉，热解温度以中、低温居多。典型的有西方热解法、COED法、TOSCO法和鲁奇 一鲁尔煤气法等。国内以侏罗纪不粘煤、弱粘煤、长焰煤等低变质煤 生产铁合金焦主要采用立式炉，主要炉型有四类 一是考伯斯外热式 直立炭化炉，此工艺以生产城市煤气为主；二是鞍山热能院设计的内 热式直立炭化炉，该炉以生产铁合金焦为主，可回收焦油；三是直立 不完全气化炉，该炉以供中、小城镇煤气为主，副产品为铁合金焦和 焦油；四是工艺、技术较简单的小型炭化炉，这种炉型以生产铁合金 焦为主，有回收焦油和不回收焦油两种形式。其中第四种为第二种的 简化炉型。近年来的主要发展趋势有如下几个方面-(1) 干馏设备大型化。通过设备大型化，实现环保等配套设备 的完整化。(2) 进一步研究低温干馏的内在规律，提高焦油的产出率和化 工产品的回收利用率。(3) 进一步研究和开发适用的煤化联产技术。 对我国的陕、晋、宁蒙地区的冶金焦生产企业而言，存在的主要问题有五个方面， 一是内热采用了炉内空气和煤气燃烧加热的方式， 燃烧废气混入了煤气中，既降低了煤气的热值，不仅增大了净化系统 的处理能力，而且不利于综合利用；二是焦油产率低，煤气中的焦油 采用循环水喷淋冷凝法洗涤，经过自然沉淀来分离，焦油分离不彻底； 三是未有合理的煤气利用途径，煤气以直接燃烧排放为主；四是设备、 操作系统等未优化；五是环境污染和生态问题突出，资源浪费大。具 体表现为吨焦耗煤量大，筛分后的煤粉被弃置。 发明内容本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种煤 气内热低温干馏方法，使用该方法能够有效降低煤气中的氮含量，提 高煤气的热值，提高焦油收率，改善兰炭质量。为解决上述技术问题本发明是这样实现，它包括如下步骤1) 、将富氧或纯氧在炉外燃烧器中与燃烧煤气产生高温废气，作 为煤干馏所需基础热源；2) 、将产生的高温废气通过和干馏过程产生的脱除焦油后的冷煤 气混合，配制成温度为680-81(TC的高温循环气；3) 、将高温循环气鼓入内热式煤干馏炉，对炉内的煤进行无氧化或弱氧化加热，实现循环部分煤气的无燃烧循环。所述步骤1中富氧或纯氧含量为30-100%。 所述步骤1中燃烧煤气采用分离焦油后的干馏冷煤气。 在所述步骤2中配制的高温循环气是在所述燃烧室出口设置的 配气用混合管中进行的。 本发明的有益效果是(1)煤气外热循环干馏焦炉采用部分煤气闭路循环，煤气经加热 后，直接用于原煤加热干馏，充分利用了热能，热利用效率高。(2) 可在不改变现行低温干馏炉结构的情况下，产出低氮高质量煤气，提 高焦油产量和兰炭质量。(3)减少煤气的产出量，更容易实现煤气净 化，有利于实现联产综合利用。(4)大大提高现有低温干馏装置的技 术和装备水平，为低温干馏技术在高焦油含量的低变质侏罗纪煤的高 效利用创造条件。本发明的理论依据低温干馏的主要设备分两类 一是密闭式间接加热干馏，像现代 的焦化炉，由炭化室和燃烧室构成。其基本原理是利用燃烧产生的高 温废气通过导热墙将热量传输给与之隔离的炭化室的原煤，使之在与 空气隔离的情况下，实现干馏、炭化、成焦。另一类是炭化室和燃烧 室一体的直接炭化炉，向炭化炉内鼓入空气，燃烧产生的废气在炉内 加热煤，实现干馏。前者目前主要用于焦化，后者目前在低温干馏兰 炭生产中得到较广泛的应用。直接炭化炉有设备简单，投资相对较低， 生产率高的特点，但由于采用空气助燃，煤气中的氮含量高，煤气量 大质低，直接影响到焦油产出和煤气高效利用。采用富氧及纯氧，可 以有效降低采用空气助燃时氮的影响，而且采用外加燃烧器时配加循 环冷煤气调整混合气，使之符合低温干馏需要的温度和流量，可以在 不改变现有干馏炉基本结构的情况下，实现干馏。由于在炉内没有高 温燃烧区，可提高焦油产出量，提高兰炭质量。
图1是本发明工艺流程图。
具体实施方式
本发明适用于各类内热式煤干馏炉，即高温介质通过炉子中的煤 层，加热原煤实现干馏的过程。本发明的要点包括三个方面 一是以氧代替空气，有效降低煤气 中的氮含量，提高煤气中有效成分含量；二是设置炉外燃烧室，并采 用部分冷煤气循环，配制适合低温干馏的千馏气，消除炉内燃烧产生 的高温区，从而提高焦油产量和兰炭质量；三是产出的高质量煤气有 利于与化工等高效利用途径的对接；四是不用改变现有干馏炉本体结 构，可根据干馏炉的结构灵活调整燃烧和配入冷煤气量。本发明提出了利用富氧燃烧技术(氧气含量30-100%)，以富氧 或纯氧在炉外燃烧器中燃烧煤气产生高温废气，作为煤干馏所需基础 热源，通过和干馏过程产生的低温干馏煤气(脱除焦油后的冷煤气) 混合，配制成符合煤低温干馏要求温度的高温循环气(温度680-810 nC)，鼓入内热式煤干馏炉，对炉内的煤进行无氧化(或弱氧化)加 热，实现循环部分煤气的无燃烧循环，进而改变因空气鼓入燃烧带来 的兰炭质量低，煤气有效成分含量低，氮含量高，煤气热值低，产出 量大带来的综合利用问题，尤其是作为下游化工产品等的高效利用奠 定基础。本发明可作为煤低温干馏生产配套技术选用，具体实施方式
如图 l所示。富氧或纯氧通过烧嘴喷入燃烧室完全燃烧，在燃烧室末段，通过 调节阀通入经脱除焦油后的冷煤气，调节到达煤种干馏需要的温度后 (680-810°C)后，供给低温干馏炉，产出的高热值低氮煤气在脱除 分离焦油后，部分供后续工序使用，部分循环到干馏气中。助燃气可采用富氧(富氧率30-100%)或全氧。对煤化集中区或 大型煤低温干馏企业，可按照规模，建设空分制氧系统。对规模相对 较小的，可选择变压吸附等制氧装置。在燃烧和配气环节，燃烧器选择氧-燃气复合燃烧器，分离焦油 后的冷态净煤气部分经加压返回，配入燃烧后的高温废气，形成满足 低温干馏要求温度和流量的煤气。燃烧器功率和冷煤气配入量由干馏 工艺要求和炉型决定。干馏产生的煤气经焦油分离和捕收后，部分用于内部循环，包括 燃烧和配气。富余煤气可用于下游工序，如化工和发电等。本技术可用于新建、改建内热式低温煤干馏企业。 实施例1年处理200万吨煤的低温干馏兰炭集中工业区应用(1) 基本情况年处理能力60万吨的兰炭生产厂3座，年处理能力里20万吨的 兰碳生产厂一座，采用立式方炉为基本生产设备，空气助燃，煤焦比 1.65: 1。焦油产率8%左右(神木干基原煤为基准)，吨煤剩余煤气 量5801113左右(神木煤)，煤气热值1700-1900 kcal/Nm3，煤气采用 燃气燃煤混合发电消纳，发电机效率39%左右。参考煤气成分如下-H2 10.2%， CO 8.6%, C02 6,5%， CH4 13.39%, C2-C5 1.04%,其余 为氮气。热值1849kcal/m3。(2) 应用方式采用集中设置空分制氧装置，分散供氧的方式。其他参考实施方 式示意图和文字说明。本应用实践中，原兰炭生产炉助燃空气消耗量 为260 280mVt兰炭，煤气消耗量100~110m3/t兰炭。采用本技术后， 工业纯氧的实际消耗量按照原助燃空气中的氧量等量折算，所得助燃 用纯氧(工业纯氧，99.0%)，消耗量约为52 58mVt兰炭，燃烧煤气 采用分离焦油后的干馏冷煤气，燃烧用煤气消耗量约为51 55mVt兰炭，燃烧器选用套茼式煤气燃烧器，二者在燃烧室中燃烧产生高温烟 气，在燃烧室出口，设置有配气用混合管，另配入冷煤气量25(K270mVt兰炭，混合气温度达到680-75(TC，配制后的干馏气总体 积和原来基本持平，通过风口送入干馏炉。入炉混合气压力约为 1.25 1.28xl05Pa。荒煤气分离焦油后，部分用于下游工序，部分返回 燃烧和配气系统。燃烧用煤气采用罗茨风机加压，循环冷煤气采用离 心加压风机加压。系统设有各分路压力和流量检测与调节装置，燃烧 尾气和入炉干馏介质温度检测装置，实现对过程的调节与控制。 (3)应用结果采用本技术后，煤焦比降低到1.62: 1，焦油产率提高到率8，5% 左右(神木干基原煤为基准)，吨煤剩余煤气量190-2101113(神木煤)， 煤气热值大幅度提高，达到5600-6500 kcal/Nm3，煤气有效成分大幅 度提高，采用燃气发电，发电机热循环效率提高到42%左右。另外， 由于有效成分提高，具备后续化工利用的条件。参考煤气成分如下参考煤气成分为H2 16.07%， CO 16.08%, C02 11.15%, CH4 40.21%， C2-C5 8.11%,其余为氮气。煤气热值5732kcal/m3。 实施例2年产60万吨的兰炭生产厂的应用(1) 基本情况应用立式方炉为基本生产设备，空气助燃，煤焦比1.67: 1。焦 油产率7.8%左右(神木干基原煤为基准)，吨煤剩余煤气量560m3 左右(神木煤)，煤气热值1700-1900 kcal /Nm3，煤气采用小型燃气 发电消纳，发电机效率38%。发电主要供自用，部分煤气燃烧外排。参考煤气成分为H2 11.2%, CO 9.9%， C02 6.1%， CH4 11.49%, C2-C5 1.14%，其余为氮气。煤气热值1768kcal/m3。(2) 应用方式采用变压吸附制氧装置，分散供氧的方式。具体实施方法和技术措施和实例1同。助燃气用富氧空气，氧气含量80%，采用工业纯氧 (工业纯氧，99.0%)和空气混合，氧气消耗量约为48 51mVt兰炭， 空气为16 20mVt兰炭；燃烧煤气采用分离焦油后的干馏冷煤气，消 耗量约为63 68mVt兰炭，燃烧器选用套茼式煤气燃烧器，在燃烧室 中燃烧产生高温烟气，在燃烧室出口，设置有配气用混合管，另配入 冷煤气量230~245m3/t兰炭，保证配制后的干馏气总体积约360~380 mVt兰炭，混合气温度达到760-81(TC，通过风口送入干馏炉。入炉 混合气压力约为1.25~1.28xl05Pa。荒煤气分离焦油后，部分用于下 游工序，部分返回燃烧和配气系统。燃烧用煤气采用罗茨风机加压， 循环冷煤气采用离心加压风机加压。系统设有各分路压力和流量检测 与调节装置，燃烧尾气和入炉干馏介质温度检测装置，实现对过程的 调节与控制。(3)应用结果采用本技术后，煤焦比降低到1.63: 1，焦油产率提高到8.2%左 右(神木干基原煤为基准)，吨煤剩余煤气量220—240m"神木煤)， 煤气热值大幅度提高，达到5100-5400 kcal/Nm3,煤气有效成分大幅 度提高，具备后续化工利用的条件。参考煤气成分如下H2 12.52%， CO 12.18%， C02 10.65%， CH4 36.13%， C2-C5 10.21%8.21%，其余为氮气。煤气热值5189kcal/m3。煤气如采用小型燃气发电消纳，发电机效率提高到41%左右，发 电机组数量减少，无剩余煤气外排。 实施例3年产60万吨的兰炭生产厂的应用 (1)基本情况应用立式方炉为基本生产设备，空气助燃，煤焦比1.67: 1。焦 油产率7.8%左右(神木干基原煤为基准)，吨煤剩余煤气量560m3 左右(神木煤)，煤气热值1700-1卯0 kcal/Nm3，煤气采用小型燃气发电消纳，发电机效率38%。发电主要供自用，部分煤气燃烧外排。 参考煤气成分为H2 11.2%， CO 9.9%， C02 6.1%, CH4 11.49%， C2-C5 1.14%，其余为氮气。煤气热值1768kcal/m3。(2) 应用方式采用变压吸附制氧装置，分散供氧的方式。具体实施方法和技术 措施和实例1同。助燃气用富氧空气，氧气含量60%，采用工业纯氧 (工业纯氧，99.0%)和空气混合制得，氧气消耗量约为43~46 m3/t 兰炭，空气为42 48mVt兰炭；燃烧煤气采用分离焦油后的干馏冷煤 气，消耗量约为83 90mVt兰炭，燃烧器选用套茼式煤气燃烧器，在 燃烧室中燃烧产生高温烟气，在燃烧室出口，设置有配气用混合管， 另配入冷煤气量l卯 200mVt兰炭，保证配制后的干馏气总体积约 360-380 mVt兰炭，混合气温度达到750-780°C，通过风口送入干馏 炉。入炉混合气压力约为1.25~1.28xl05Pa。荒煤气分离焦油后，部 分用于下游工序，部分返回燃烧和配气系统。燃烧用煤气采用罗茨风 机加压，循环冷煤气采用离心加压风机加压。系统设有各分路压力和 流量检测与调节装置，燃烧尾气和入炉干馏介质温度检测装置，实现 对过程的调节与控制。(3) 应用结果采用本技术后，煤焦比降低到1.63: 1，焦油产率提高到8.2%左 右(神木干基原煤为基准)，吨煤剩余煤气量280—310mS(神木煤)， 煤气热值，达到4560-4700 kcal/Nm3，煤气有效成分大幅度提高，具 备后续化工利用的条件。参考煤气成分如下H212.07%， CO 11.29%, C02 10.65%， CH4 34.51%， C2-C5 6.86%, 其余为氮气。煤气热值4782kcal/m3。煤气如采用小型燃气发电消纳，发电机效率提高到41%左右，发 电机组数量减少，无剩余煤气外排。实施例4年产60万吨的兰炭生产厂富氧(1) 基本情况应用立式方炉为基本生产设备，空气助燃，煤焦比1.68: 1。焦 油产率7.8%左右(神木干基原煤为基准)，吨煤剩余煤气量580m3 左右(神木煤)，煤气热值1700-1900 kcal /Nm3，煤气采用小型燃气 发电消纳，发电机效率38%。发电主要供自用，部分煤气燃烧外排。煤气参考成分H2 10.64%, CO 11.0%, C02 5.9%, CH4 11.42%， C2画C5 1.13%,热值1779kcal/m3。(2) 应用方式采用膜分离法富氧装置。助燃气用富氧，富氧率为30% (制得富 氧空气中的氧含量30%)。具体实施方法和技术措施和实例1同。兰 炭生产炉富氧助燃空气消耗量为180~200m3/t兰炭，煤气消耗量 76 82mVt兰炭，另配入冷煤气量90 100mVt兰炭，保证配制后的干 馏气总体积约360~380 mVt兰炭，入炉混合气压力约为 1.22~1.25xl05Pa (绝对压力)。操作过程可根据炉膛温度，调整排兰 炭速度，以保证过程的稳定性和干馏要求。(3) 应用结果采用本技术后，煤焦比降低到1.66: 1，焦油产率提高到8.1%左 右(神木干基原煤为基准)，吨煤剩余煤气量380-420m3 (神木煤)， 煤气热值大幅度提高，达到2800-3000 kcal/Nm3，煤气有效成分大幅 度提高。参考煤气成分如下H212.27%, CO 14.03%, C0210.15%， CH4 13.8%, C2-C5 6.11%，煤 气热值2965kcal/m3。煤气采用小型燃气发电消纳，发电机效率提高到41%左右，发电 机组数量减少，无剩余煤气外排。
权利要求
1、一种煤气内热低温干馏方法，其特征是它包括如下步骤1)、将富氧或纯氧在炉外燃烧器中与燃烧煤气产生高温废气，作为煤干馏所需基础热源；2)、将产生的高温废气通过和干馏过程产生的脱除焦油后的冷煤气混合，配制成温度为680-810℃的高温循环气；3)、将高温循环气鼓入内热式煤干馏炉，对炉内的煤进行无氧化或弱氧化加热，实现循环部分煤气的无燃烧循环。
2、 根据权利要求1所述的一种煤气内热低温干馏方法，其特征是 所述步骤1中富氧或纯氧含量为30-100%。
3、 根据权利要求l所述的一种煤气内热低温干馏方法，其特征是所述步骤1中燃烧煤气采用分离焦油后的干馏冷煤气。
4、 根据权利要求l所述的一种煤气内热低温干馏方法，其特征是在所述步骤2中配制的高温循环气是在所述燃烧室出口设置的配气用混合管中进行的。全文摘要
本发明公开了一种煤气内热低温干馏方法，将富氧或纯氧在炉外燃烧器中与燃烧煤气产生高温废气，作为煤干馏所需基础热源；将产生的高温废气通过和干馏过程产生的脱除焦油后的冷煤气混合，配制成温度为680-810℃的高温循环气；将高温循环气鼓入内热式煤干馏炉，对炉内的煤进行无氧化或弱氧化加热，实现循环部分煤气的无燃烧循环。使用该方法能够有效降低煤气中的氮含量，提高煤气的热值，提高焦油收率，改善兰炭质量。
文档编号C10B57/00GK101250419SQ200810017769
公开日2008年8月27日 申请日期2008年3月21日 优先权日2008年3月21日
发明者兰新哲, 李小明, 媛 袁, 赵俊学 申请人:西安建筑科技大学