本发明属于煤热解工艺技术领域，具体涉及一种无氮低阶煤热解工艺方法及系统。
背景技术
我国能源显著特点是“富煤、贫油、少气”，资源禀赋决定了煤炭的基础能源地位，如何清洁、高效、综合利用煤炭，是国家和社会关切的重要课题。
煤热解工艺生产兰炭和煤气，热解的固体产品兰炭作为清洁燃料使用；热解的液体产品煤焦油通过加氢后可以作为汽柴油的调和油，也可以精制出酚类等化工产品；热解的气体产品煤气净化后可以作为燃料，也可以作为生产化工产品的合成气。相比于煤炭的直接燃烧和煤炭的直接气化，煤热解提供了多种附加值较高的产品，提高了煤炭的综合利用率。
传统内热式低阶煤热解工艺是空气作为助燃剂，天然气或回炉煤气作为燃料，传统热解工艺制成的煤气氮气含量高(氮气含量超过40％)、热值低，无法满足工业生产的需要，限值了煤气的用途和价值。提高荒煤气的用途和价值主要方法是降低或消除煤气中的氮气。
如果回炉煤气燃烧将助燃剂改为氧气，就可以达到煤气脱氮提质的目的。但是氧气与回炉煤气直接混合入炉，则会造成热解炉内的局部温度过高，使煤的热解温度局部过高而且不均匀。
目前热解装置主要还是小规模运行，热解的煤气主要作为燃料使用。但是煤碳大规模热解生产的时候，煤气产量太大，只能一小部分煤气作为燃料使用，大部分煤气只能作为合成甲烷或甲醇等化工产品的原料。如果煤气作为生产化工产品的合成气，n2的含量太高，系统循环大量的无效气体消耗大量的能耗和资源。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种煤热解无氮工艺方法及系统，可以减少系统中的无效气体，达到高效、节能的效果。
本发明的煤热解无氮工艺方法，采用下述四股原料气作为用于煤热解的燃料流体：一股为氧气，一股为煤热解后经净化回收的低压蒸汽、一股为煤热解后经净化回收的二氧化碳、一股为煤热解后经净化回炉的净化煤气。
其中，所述燃料流体中氧气的体积含量为15％-30％。
其中，所述燃料流体的压力为0.05-0.1mpa(g)，以体积含量计，燃料流体中氧气占15％-30％、低压蒸汽占10％-25％、二氧化碳占10％-25％、净化煤气占40％-60％。进一步，低压蒸汽与二氧化碳的体积比优选为1：(1-9)。
其中，所述燃料流体中氧气为常温、压力为0.05-0.1mpa(g)，低压蒸汽温度为100-120℃、压力为0.05-0.1mpa(g)，二氧化碳为常温、压力为0.05-0.1mpa(g)，净化煤气为常温、压力为0.05-0.1mpa(g)。
其中，所述净化煤气以体积计，组成为：co12-25％、h230-70％、ch415-30％。
具体的，本发明煤热解无氮工艺方法包括下述过程：燃烧单元中的燃料流体经燃烧后，产生的高温燃烧气进入煤热解单元中用于热解低阶煤，低阶煤在煤热解单元中热解后，固体部分经熄焦单元熄焦成为兰炭产品送出，气体部分经焦油回收单元回收煤焦油，然后进入净化单元净化；自净化单元输出四股物料：一股为净化后的低压蒸汽、一股为净化后的二氧化碳、一股为回炉的净化煤气，一股为干煤气产品；其中，低压蒸汽、二氧化碳和净化煤气作为原料气与一股氧气混合作为燃料流体进入燃烧单元，干煤气产品作为产品送出。
进一步，所述燃烧单元中燃烧温度为600-1000℃；所述煤热解单元中煤热解温度为500-800℃；自煤热解单元2气体出口采出的气体部分温度为80-100℃，气体组成以体积占比计为：co26％-25％、co8-14％、h220-60％、ch410-20％、cmhn1-30％，还有极少量的其他气体。
本发明的煤热解无氮工艺系统，包括依次连接的燃烧单元、煤热解单元、焦油回收单元和净化单元，所述燃烧单元设有配气系统，所述配气系统具有如下四个配气管道：氧气管道、与净化单元连接的低压蒸汽管道、与净化单元连接的二氧化碳管道、与净化单元连接的净化煤气管道。
其中，所述燃烧单元为燃烧器。
其中，所述煤热解单元为内热式热解炉，所述煤热解单元还配置有熄焦单元。
其中，所述焦油回收单元包括依次连接的气液分离器、冷却塔、电捕焦油器、旋风捕捉器，旋风捕捉器之后连接有氨气回收单元，氨气回收单元通过循环管道与气液分离器连接。
其中，所述净化单元包括煤气脱硫装置、变换装置和脱碳装置。
本发明所提供的煤热解无氮工艺方法及系统，具有如下优势：采用氧气代替空气作为燃烧助剂，使低阶煤在无氮工艺条件下实现热解，提高煤热解干煤气产品作为化工产品合成气等高附加值方面的应用价值，并降低资源和能耗，同时通过合理的气体调配，避免了氧气带来的局部温度过高、煤热解不均匀等缺陷。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明工艺方法及系统的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合具体附图对本发明进行详细描述。
本发明提供的煤热解无氮工艺系统，如图1所示，包括燃烧单元1、煤热解单元2、焦油回收单元3和净化单元4。燃烧单元1中的燃料流体经燃烧后，产生的高温燃烧气进入煤热解单元2中用于热解低阶煤，低阶煤在煤热解单元2中热解后，固体部分经熄焦单元(图未示)熄焦成为兰炭产品送出，气体部分经焦油回收单元3回收煤焦油，然后进入净化单元4净化。
燃烧单元1中的燃料流体包括四股原料气：一股为自外部输入的氧气，一股为净化单元4回收的低压蒸汽、一股为净化单元4回收的二氧化碳、一股为净化单元4回炉的净化煤气。原料气混合后，燃料流体中氧气的体积含量为15％-30％，采用氧气替代原有工艺中的空气作为燃料气，有利于达到煤气脱氮提质的目的，同时控制氧气含量并混入低压蒸汽及二氧化碳，能够避免热解炉内局部温度过高、使煤热解局部过高而不均匀的现象。燃烧单元1可以采用常规的燃烧器，燃烧单元1中可以单独配置配气系统用于燃料流体的配置。
进一步，原料气混合后，燃料流体的压力为0.05-0.1mpa(g)。净化煤气体积流量根据装置规模所需要的热量计算得到，氧气体积流量根据煤气的成分和流量计算得到，低压蒸汽和二氧化碳的流量以控制热解炉内温度自动调节。其中，氧气为常温、压力为0.05-0.1mpa(g)，低压蒸汽温度为100-120℃、压力为0.05-0.1mpa(g)，二氧化碳为常温、压力为0.05-0.1mpa(g)，净化煤气为常温、压力为0.05-0.1mpa(g)；以体积含量计，燃料流体中氧气占15％-30％、低压蒸汽占10％-25％、二氧化碳占10％-25％、净化煤气占40％-60％，低压蒸汽与二氧化碳的体积比优选为1：(1-9)。原料气尤其是低压蒸汽与二氧化碳配气比例的控制对燃烧火焰温度起到了良好的控制调节作用，理论上火焰温度随着氧气浓度的增加而增高，控制低压蒸汽和二氧化碳的流量，也就控制了氧气浓度及燃烧环境，使得燃烧温度控制在600-1000℃，保证了煤热解温度平稳和均匀，有效防止局部高温。
煤热解单元2可以采用常规的内热式热解炉，也可视为低阶煤提质装置。内热式热解炉可分为三段：干燥段、干馏段、冷却段。低阶煤以块煤或煤粉的形式从内热式热解炉顶部自上而下降落，与来自燃烧单元1的高温燃烧气逆流直接接触受热，当炉顶进料水分约15％时，在干燥段可脱除至1.0％以下，逆流而上约250℃的热气体则冷至80-100℃，干燥后的低阶煤在干馏段被600-1000℃不含氧的燃烧气加热至约500-800℃，发生热分解，热气体冷至约250℃。低阶煤热解后，固体部分经冷却段冷却，然后在熄焦单元进行熄焦后成为兰炭产品自煤热解单元2采出；气体部分自煤热解单元2气体出口的采出温度为80-100℃，气体组成以体积占比计为：co26％-25％、co8-14％、h220-60％、ch410-20％、cmhn1-30％，还有极少量的其他气体。熄焦单元可以采用现有的熄焦装置，也可以采用配制有熄焦装置的现有内热式热解炉产品。
焦油回收单元3中，自煤热解单元2采出的气体部分与循环氨水混合后进入气液分离器，分离气体由气液分离器上部出来进入冷却塔，在冷却塔中利用油水分离池的氨水将分离气体冷却至25℃，而后从冷却塔上部排出，经风机加压后依次经过电捕焦油器、旋风捕捉器，除掉分离器中夹带的焦油，去除的焦油作为煤焦油产品采出，除焦后的气体将其中的氨气回收后进入净化单元4，回收氨气作为循环氨水原料与自煤热解单元2采出的气体部分混合。上述焦油回收单元3的具体结构可以采用常规的任何焦油回收系统或装置替代实现，目的在于回收其中的煤焦油产品。
净化单元4包括煤气脱硫装置、变换装置和脱碳装置，均为现有的常规装置产品。自净化单元4能够输出四股物料：一股为净化后的低压蒸汽、一股为净化后的二氧化碳、一股为回炉的净化煤气，一股为干煤气产品；净化煤气可以是干煤气产品中的一部分分流气体。其中，低压蒸汽、二氧化碳和净化煤气作为原料气，经过(若需要)或不经过调温调压后送入燃烧单元1成为燃料流体的一部分；在温度、压力、占比适合情况下，低压蒸汽、二氧化碳和净化煤气中的几股也可以自净化单元4中合并输出。干煤气产品中以体积计，组成为：co12-25％、h230-70％、ch415-30％，可以作为生产化工产品的合成气或作为高热值燃气，具有较高的应用价值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。