一种兰炭炉荒煤气改质方法及装置与流程

本发明涉及煤炭热解干馏技术，具体涉及一种兰炭炉荒煤气改质方法及装置。

背景技术：

传统的兰炭炉采用空气和煤气混合气体作为气体热载体，通过贫氧燃烧获得600-900℃气体热载体，对块煤进行热解干馏，获得兰炭、煤焦油和荒煤气三种产品。根据煤气与空气不同稀释比贫氧燃烧后可获得不同温度的气体热载体，工业上通过稀释比来调节兰炭炉热解温度，实现中低温煤炭热解。

现有生产技术中，兰炭炉由于采用空气作为助燃剂，通过中低温煤热解后，出产的荒煤气中氮气含量高，通常荒煤气中氮气体积含量为30-50％，严重影响了荒煤气的利用价值。

为了降低荒煤气中氮气含量，一种简单的办法就是利用纯氧或者富氧气体作为助燃剂使用，但是实际中这种方法的弊端是易引起爆炸，制氧提高了兰炭炉的运营成本，经济上不合算。

除此之外，可用荒煤气制备合成氨，可以容忍荒煤气中含有一定量的氮气，但是经过变换后，荒煤气中氮氢比为3:1左右便于合成氨生产，而实际荒煤气中氮气含量比合成氨的要求高出一倍左右，而后续降氮工艺又使得合成氨成本增加。

现实中受市场因素影响，兰炭产品往往供大于求，而荒煤气和煤焦油供不应求，需要在同样生产条件下，增大兰炭炉的产气量，降低兰炭产出量，技术上有将蒸汽直接通入兰炭炉的措施，但是蒸汽与兰炭发生强吸热水煤气反应，兰炭炉降温迅速，兰炭炉产量下降，而增加空气量维持兰炭炉产量又提高了荒煤气中氮气的含量，因此，直接注入蒸汽的荒煤气降氮技术效果不明显。

技术实现要素：

针对现有技术的缺点或不足，一种兰炭炉荒煤气改质方法。

本发明所提供的方法包括：在炉内热解干馏原煤后冷却热解干馏产品，过程中回收冷却时的余热，产生蒸汽，并将蒸汽加热到600℃以上后，送入炉内对原煤进行热解和部分气化，增加煤气产量,同时降低兰炭产出量和降低煤气中的氮氢比。

一些实施方式中，余热产生的蒸汽压力为0.1-0.6mpa，蒸汽被加热到600-1000℃后送入炉内。

一些实施方式中，蒸汽通入炉内的量为50-200公斤/吨兰炭。

本发明还提供一种兰炭制备方法。

所提供的兰炭制备方法包括：在炉内热解干馏原煤后冷却热解干馏产品，过程中回收冷却时的余热，产生蒸汽，并将蒸汽加热到600℃以上后，送入炉内对原煤进行热解和部分气化。

同时本发明提供了一种兰炭炉荒煤气改质装置。

本发明提供的兰炭炉荒煤气改质装置包括：设在兰炭炉外部两侧的蓄热室和安装在兰炭炉内的上火道；所述蓄热室内设有蓄热体和燃烧器，所述蓄热室上设有蒸汽进口、空气进口、烟气出口和上火道连接口，所述蒸汽进口与兰炭冷却余热回收装置连通，所述上火道与兰炭炉内相通并与所述上火道接口连通。

优选的，本发明的上火道为耐火材料通道，该通道壁上开设有火眼孔，所述上火道砌筑在兰炭炉内火道上方。

进一步，本发明的蒸汽进口、烟气出口和空气进口处设置有电磁阀。

本发明还提供了一种兰炭炉。该兰炭炉上安装有本发明的兰炭炉荒煤气改质装置。

进一步，本发明的兰炭炉包括炉膛，设在兰炭炉上方的煤仓、设在炉膛内的火道、设在炉膛下方的兰炭冷却段，及设在兰炭冷却段下方的出料装置。

本发明结构简单，投资小，充分利用兰炭炉自身余热蒸汽，即可明显提高煤气质量，增加兰炭炉产气量，降低兰炭产量，改善荒煤气中的氮氢比，为兰炭炉煤气进一步高质利用提供了良好条件。

附图说明

图1为本发明兰炭炉煤气改质装置参考示意图。

图中：1-煤仓、2-集气伞、3-炉膛、4-蓄热室空气烧嘴(燃烧器)、5-空气风机、6-蓄热体、7-烟囱、8-烟气风机、9-蒸汽包、10-余热蒸汽管、11-推焦机、12-熄焦仓、13-电液闸门、14-出焦皮带、15-火道、16-上火道、17-兰炭炉烧嘴、18-电磁阀、19-出炉煤气桥管。

具体实施方式

除非另有说明，本发明的科技术语均为本领域的常规理解。

以下是本发明的具体实施方案，以对本发明做进一步解释说明。

在传统兰炭炉中，兰炭经热解后需继续被冷却，冷却一般在兰炭炉冷却部进行，具体采用水冷却，经冷却后之后水被加热蒸汽，成为余热可以回收利用。冷却用装置具体包括余热蒸汽管10和余热蒸汽包9，其中余热蒸汽包9的作用是汽水分离。

本发明的上火道在结构上与兰炭炉内原有的下火道(原火道用于提供热量)基本相同，其功能主要是蒸汽加热循环时，用于分配已经加热的蒸汽进入炉内；同时在蓄热室燃烧加热蓄热体循环时，炉内部分煤气经上火道进入蓄热室。

本发明所述的荒煤气是指在兰炭生产过程中炉内煤热解产生的煤气。

本发明的兰炭炉是指制备兰炭的整套设备。例如图1所示的兰炭炉，其主要结构包括炉膛3，设在兰炭炉上方的煤仓1、设在兰炭炉膛内的集气伞2和火道15，设在炉膛3下方的兰炭冷却段，及设在兰炭冷却段下方的出料装置。进一步出料装置包括推焦机11、熄焦仓12、电液闸门13和出焦皮带14，所述火道15内设有兰炭炉烧嘴17，兰炭炉烧嘴17可设在火道两端，所述兰炭炉顶设有出炉煤气桥管19。

该设备的兰炭生产工艺是采用空气和煤气混合气体作为气体热载体，通过贫氧燃烧获得600-900℃气体热载体，对块煤进行热解干馏，获得兰炭、煤焦油和荒煤气三种产品。根据煤气与空气不同稀释比贫氧燃烧后可获得不同温度的气体热载体，工业上通过稀释比来调节兰炭炉热解温度，实现中低温煤炭热解。

实施例1：

本发明的一种具体实施方式是在兰炭生产装置和工艺基础上外加以下装置和相应工艺措施：

在兰炭炉冷却段设置余热回收装置，余热回收装置具体可采用余热回收蒸汽管10和蒸汽包9。在兰炭炉外设蓄热室和在炉膛3内安装上火道16。为提高工作效率，可在兰炭炉外两侧各安装蓄热室。

其中蓄热室内设有蓄热体6和燃烧器，蓄热室上设有蒸汽进口、空气进口、烟气出口和上火道连接口，蒸汽进口与兰炭冷却余热回收装置连通，上火道与兰炭炉内相通并与所述上火道接口连通。

一种具体实施方式的，蒸汽进口通过蒸汽管道、蒸汽包与冷却余热回收装置连通。

一种具体的实施方式，上火道16砌筑在火道15上方，上火道16为一耐火材料通道，其壁上开设有火眼孔与炉膛内相通。

一些具体实施方式中，蓄热室内的燃烧器采用空气烧嘴4，空气烧嘴上设有空气进口，该进口处安装有风机5。

还有一些具体实施方案中，烟气出口处安装有烟囱7和烟气风机8。

为实现自动化控制，蒸汽进口、烟气出口和空气进口处设置有电磁阀18，电磁阀与控制器连接。安装有两个蓄热室时，可采用换向电磁阀，以对两个蓄热室燃烧加热蓄热体和蓄热体加热蒸汽进行换向控制。

兰炭制备过程中，余热产生的蒸汽通过蒸汽包9送入设置在兰炭炉外的蓄热室，蒸汽在蓄热室内被加热达到一定温度后，送入兰炭炉膛3内，进入炉内蒸汽作用一个是热载体，用于物理加热煤进行热解，另外一个作用是气化剂，与煤反应生成一氧化碳和氢气有用气体，由于蒸汽温度不够高，所以气化反应不完全，蒸汽部分气化，因此，蒸汽大部分作为热载体增强热解，一部分作为气化反应消耗了，增大产气量。

利用兰炭炉内产生的煤气，在蓄热室加热蓄热体循环时，由于抽力，通过上火道两侧的喷火口从炉内进入上火道，再进入蓄热室，与蓄热室空气烧嘴4燃烧产生热量，用于加热蓄热体6；蓄热体6被加热后，用于蒸汽加热，蓄热室煤气燃烧加热蓄热体产生的烟气，被蓄热体降温后，通过烟气风机和烟囱排出蓄热室，煤气燃烧所需空气通过空气风机5送入蓄热室。

有两个蓄热室时，蓄热体6温度下降后，可通过换向操作，停止蒸汽加热，再经过煤气燃烧加热蓄热体，进行下一个循环。具体的，设在两侧的蓄热体进行间歇式加热，通入蒸汽加热一段时间后，蓄热体温度下降，蒸汽管道电磁阀关闭，进入下一个循环，煤气从炉内抽出，空气管道电磁阀打开，燃烧，加热蓄热体，烟气管道电磁阀打开，排烟，蓄热体达到温度后，空气和烟气管道电磁阀关闭，蒸汽管道电磁阀打开，蒸汽被加热送入炉内，煤气被蒸汽压入炉内完成一个循环。

一些优选的工艺中，余热产生的蒸汽压力为0.1-0.6mpa，通过蓄热室加热后，出蓄热室蒸汽温度为700-1000℃，被加热的蒸汽通过兰炭炉上火道送入兰炭炉内。

一些工况下，除兰炭炉自身余热产生的蒸汽外，也可以是外源蒸汽，利用蓄热室加热后通过兰炭炉上火道送入兰炭炉内。

还有一些优选工艺中，蓄热体加热采用兰炭炉内的热煤气为燃料，燃烧后蓄热体上部温度为800-1100℃，排烟温度低于400℃,燃烧时间(换向时间)为2-20min。

在具体工艺中，蒸汽通入量(即从冷却部余热锅炉产生的蒸汽，经过蓄热室加热进入炉内的蒸汽量)可为50-200公斤/吨兰炭。

考虑到环保，蓄热室烟气环境排放不达标时，可增加脱硫脱硝设备，通过烟气净化后达标排放。

另外，在蓄热室排出烟气温度过高时，可增加换热设备，通过与蓄热室煤气燃烧所需空气进行换热，回收烟气余热，提高煤气燃烧温度。

以下实施例中氮气含量、氢氮比、煤气有效组成检测采用奥斯气体分析仪进行检测。所述煤气有效组成或煤气有效成分是指除了氮气、二氧化碳、氧气以外的如：氢气，一氧化碳，甲烷，烯烃类，烷烃类，芳香类有机气体。

实施例2：

将台时产量5吨兰炭炉余热回收每小时产0.5吨蒸汽全部送入蓄热室加热到700℃后入炉，蓄热室换向时间为5分钟，出炉荒煤气中氮气含量由原来的45％降低至30％；氮氢比1:1降为1:1.7；煤气有效组成增加15％。

实施例3：

将台时产量5吨兰炭炉余热回收每小时产1吨蒸汽全部送入蓄热室加热到900℃后入炉，蓄热室换向时间为10分钟，出炉荒煤气中氮气含量由原来的45％降低至20％；氮氢比1:1降为1:3；煤气有效成分增加30％。

实施例4：

将台时产量5吨兰炭炉余热回收每小时产1吨蒸汽全部送入蓄热室加热到950℃后入炉，蓄热室换向时间为15分钟，出炉荒煤气中氮气含量由原来的45％降低至18％。氮氢比1:1降为1:3.3；煤气有效成分增加30％。