一种内热式清洁炼焦工艺及系统的制作方法

本发明涉及煤焦化技术领域，尤其涉及一种内热式清洁炼焦工艺及系统。

背景技术：

炼焦是用适合炼焦的煤经高温干馏转化成焦炭和煤气的过程。目前，在煤焦化领域应用最为广泛的炼焦设备是机械化蓄热式焦炉，采用炭化室和燃烧室相邻间隔布置的形式。在燃烧室内，用于给焦炉加热的燃气(焦炉煤气或其他类型燃气)与空气混合后发生燃烧反应，同时放出大量热量。燃烧产生的热量通过燃烧室与炭化室之间的炉墙传递给炭化室内的煤料，煤料在持续不断的高温热量供给作用下在炭化室内被干馏成焦炭，同时煤料中的挥发性成分在高温作用下形成荒煤气。炭化室中煤料干馏得到的荒煤气在经过焦炉顶部的上升管、桥管时被循环氨水冷却降温，同时荒煤气中的焦油等成分被冷凝后与煤气分离，再经过焦炉煤气集气管的汇集导引到煤气净化系统中，在煤气净化系统中，煤气中的焦油、氨、苯、硫等杂质和其中有价值的成分被有效分离出来，通过相应的加工生产工艺处理形成各种高附加值的化工产品。

对于钢铁联合企业的焦化生产，上述工艺过程中，焦炉加热时通常采用来自高炉生产过程的高炉煤气(又称贫煤气)与少量经过煤气净化系统处理后的焦炉煤气掺杂而成的混合煤气与空气燃烧为焦炉生产提供热能。对于独立的焦化生产企业，则通常采用焦炉自身生产得到的经过净化的焦炉煤气(又称富煤气)与空气燃烧为焦炉生产提供热能。无论使用混合煤气加热还是焦炉煤气加热，在燃烧室内发生燃烧反应放出热量的同时，煤气中的含碳成分燃烧后会生成co2，而在高温条件下，空气中的氮气会氧化生成nox，煤气中的硫化物会氧化生成so2，这些燃烧后生成的co2、nox和so2会随着燃烧废气一同依次进入焦炉的小烟道、分烟道、总烟道，最后通过焦炉烟囱排入大气中。

在焦炉排出的废气中，nox和so2是对大气具有污染作用的污染物，随着环保政策和相关法律法规的日益严格，必须将有害物从废气中尽可能地脱除，通常采用焦炉烟气脱硫脱硝系统对焦炉烟气进行净化。而废气中的co2是公认的温室气体，其向大气的大量排放是造成地球表面温度升高、引发冰川消融、海平面上升、飓风、洪水以及干旱等自然灾害的重要因素，因此控制co2排放越来越受到世界各国和各类国际组织的关注。

在当前的炼焦生产工艺中，对于焦炉加热过程中生成的nox和so2可以通过设置脱硫脱硝系统对焦炉烟气进行净化处理，但脱硫脱硝系统的建设和运行需要焦化生产企业不断投入更多的费用和精力。而对于焦炉废气中的co2则到目前为止还没有能够有效实施的减排措施。

以一座焦炭生产能力为100万吨/年的焦化生产设施为例，若采用混合煤气加热，粗略计算，每年大约产生约50万吨的co2，仅按照我国钢铁联合企业年焦炭产量近1.2亿吨的数据计算，每年我国钢铁联合企业的焦化生产会向大气排放0.6亿吨的co2。

可见，为了保护人类赖以生存的环境，减少焦化生产企业对大气的污染，有必要不断改进焦化生产工艺，开发清洁环保的炼焦工艺。

技术实现要素：

本发明提供了一种内热式清洁炼焦工艺及系统，能够有效减少或避免炼焦生产过程中包括co2在内的大气污染物生成，生产出清洁能源产品，提高炼焦生产过程资源和能源的利用效率，减少炼焦生产过程大气污染物及温室气体的排放，打造焦化行业绿色生态工程。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种内热式清洁炼焦工艺，包括如下步骤：

1)在焦炉加热系统中，采用纯氧作为助燃气体参与焦炉的加热过程；焦炉加热系统采用焦炉自身生产的经净化、提氢后含有ch4、co及其它碳氢化合物的焦炉煤气作为燃料，在焦炉加热系统的燃烧单元内，氧气与焦炉煤气充分燃烧，生成的高温烟气进入后续的煤高温干馏系统；

2)在煤高温干馏系统内，高温烟气将热量传递给煤料并产生高温烟气，高温烟气的主要成分是co2、h2o及少量so2，其中co2和h2o在煤高温干馏过程中与煤料发生化学反应转化为co和h2，与煤料干馏产生的荒煤气一同作为焦炉煤气进入煤气收集与净化系统；

3)在煤气收集与净化系统内，焦炉煤气通过冷却、净化，除去其中的杂质，得到相应的焦油、氨水、苯类产品及副产品，净化后的焦炉煤气进入煤气提氢系统；

4)在煤气提氢系统内，从焦炉煤气中分离出来的氢气送入后续的氢气储存及外供系统中，作为产品氢气外供或外销；焦炉煤气提氢后剩余的气体以碳氢化合物为主，热值达到28000kj/m³以上，其中一部分送入焦炉加热系统作为燃气使用，另一部分作为燃料外供。

所述煤气提氢系统采用变压吸附气体分离工艺将焦炉煤气中的氢气与其它气体成分进行分离。

所述焦炉加热系统由助燃气供给单元、燃气供给单元及燃烧单元组成，其中燃烧单元与煤高温干馏系统中的干馏单元相邻设置，燃烧单元与干馏单元之间设隔墙，燃烧单元产生的高温烟气穿过隔墙直接对干馏单元中的煤料进行加热。

所述焦炉加热系统由助燃气供给单元、燃气供给单元及燃烧单元组成，其中燃烧单元与煤高温干馏系统中的干馏单元分开设置，燃烧单元与干馏单元之间设高温烟气输送通道，燃烧单元产生的高温烟气通过高温烟气输送通道进入干馏单元。

一种用于实现所述工艺的内热式清洁炼焦系统，包括依次连接的焦炉加热系统、煤高温干馏系统、煤气收集与净化系统及煤气提氢系统；所述焦炉加热系统由助燃气供给单元、燃气供给单元及燃烧单元组成；煤高温干馏系统至少包括干馏单元；所述助燃气供给单元通过助燃气管道连接燃烧单元的助燃气入口，所述燃气供给单元通过提氢后焦炉煤气管道连接燃烧单元的燃气入口；所述燃烧单元与干馏单元相连接；所述干馏单元的焦炉煤气出口通过焦炉煤气管道连接煤气收集与净化系统的焦炉煤气入口，所述煤气收集与净化系统的焦炉煤气出口通过净化后煤气管道连接煤气提氢系统的煤气入口，所述煤气提氢系统的煤气出口通过煤气管道连接焦炉加热系统的燃气供给单元及外供煤气管道；所述煤气提氢系统的氢气出口连接外送氢气管道。

所述焦炉加热系统的燃烧单元与煤高温干馏系统中的干馏单元相邻设置，燃烧单元与干馏单元之间设隔墙，隔墙上设连通孔。

所述焦炉加热系统的燃烧单元与煤高温干馏系统中的干馏单元分开设置，燃烧单元的高温烟气出口与干馏单元的高温烟气入口之间通过高温烟气输送通道连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)生产清洁能源；

煤炭经高温干馏产生的焦炉煤气中富含h2，而h2作为清洁能源使用已经越来越受到各界的关注，h2的制备已经成为氢能源利用产业不可逾越的前提；炼焦生产是对煤炭资源的高效转化和利用过程，在生产钢铁行业必需的原料--焦炭的同时，对副产的焦炉煤气中氢气的提取会大大降低氢能源利用产业氢气制备的成本，成为氢能源产业重要的氢源；本发明对焦炉煤气中的氢气进行提取，可拓宽焦化产业发展的道路，夯实煤焦化产业的根基；

2)实现炼焦生产过程大气污染物的源头减排；

本发明中焦炉加热系统采用纯氧燃烧，减少甚至避免nox的生成，从炼焦生产的源头实现污染物的减排；同时将燃烧单元产生的烟气直接送入干馏单元，不再作为废气排放，也从源头上杜绝了炼焦生产产生的大气污染物向大气的排放，实现了清洁生产；

3)实现了资源和能源的高效利用和转化；

由于采用纯氧而不是常规焦炉加热系统使用的空气作助燃气体，避免了燃烧后废气中大量n2的存在，使内热式高温炼焦工艺得以实现，保证了焦炉煤气的品质不因大量n2的存在而降低；另外，由于直接将燃烧产生的高温烟气送入干馏单元用于煤料干馏，避免了废气携带大量热量外排而导致的有效能源损失，使焦炉加热系统的能源利用效率得到显著提高，从源头上实现了节能；同时，由于焦炉废气的主要成分co2和h2o在干馏单元内被转化为可用的燃气，不但避免了co2气体外排影响大气环境，还实现了co2和h2o的资源化转化，提高了资源的利用水平。

附图说明

图1是本发明所述一种内热式清洁炼焦工艺的流程示意图。

图2是本发明所述焦炉加热系统与干馏单元连接关系示意图。

图中：1.焦炉加热系统11.助燃气供给单元12.燃气供给单元13.燃烧单元2.煤高温干馏系统21.干馏单元3.煤气收集与净化系统4.煤气提氢系统

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1、图2所示，本发明所述一种内热式清洁炼焦工艺，包括如下步骤：

1)在焦炉加热系统1中，采用纯氧作为助燃气体参与焦炉的加热过程；焦炉加热系统1采用焦炉自身生产的经净化、提氢后含有ch4、co及其它碳氢化合物的焦炉煤气作为燃料，在焦炉加热系统1的燃烧单元13内，氧气与焦炉煤气充分燃烧，生成的高温烟气进入后续的煤高温干馏系统2；

2)在煤高温干馏系统2内，高温烟气将热量传递给煤料并产生高温烟气，高温烟气的主要成分是co2、h2o及少量so2，其中co2和h2o在煤高温干馏过程中与煤料发生化学反应转化为co和h2，与煤料干馏产生的荒煤气一同作为焦炉煤气进入煤气收集与净化系统3；

3)在煤气收集与净化系统3内，焦炉煤气通过冷却、净化，除去其中的杂质，得到相应的焦油、氨水、苯类产品及副产品，净化后的焦炉煤气进入煤气提氢系统4；

4)在煤气提氢系统4内，从焦炉煤气中分离出来的氢气送入后续的氢气储存及外供系统中，作为产品氢气外供或外销；焦炉煤气提氢后剩余的气体以碳氢化合物为主，热值达到28000kj/m³以上，其中一部分送入焦炉加热系统1作为燃气使用，另一部分作为燃料外供。

所述煤气提氢系统4采用变压吸附气体分离工艺将焦炉煤气中的氢气与其它气体成分进行分离。

所述焦炉加热系统1由助燃气供给单元11、燃气供给单元12及燃烧单元13组成，其中燃烧单元13与煤高温干馏系统2中的干馏单元21相邻设置，燃烧单元13与干馏单元21之间设隔墙，燃烧单元13产生的高温烟气进入隔墙直接对干馏单元21中的煤料进行加热。

所述焦炉加热系统1由助燃气供给单元11、燃气供给单元12及燃烧单元13组成，其中燃烧单元13与煤高温干馏系统2中的干馏单元21分开设置，燃烧单元13与干馏单元21之间设高温烟气输送通道，燃烧单元13产生的高温烟气通过高温烟气输送通道进入干馏单元21。

如图1所示，本发明所述一种用于实现所述工艺的内热式清洁炼焦系统，包括依次连接的焦炉加热系统1、煤高温干馏系统2、煤气收集与净化系统3及煤气提氢系统4；如图2所示，所述焦炉加热系统1由助燃气供给单元11、燃气供给单元12及燃烧单元13组成；煤高温干馏系统2至少包括干馏单元21；所述助燃气供给单元11通过助燃气管道连接燃烧单元13的助燃气入口，所述燃气供给单元12通过提氢后焦炉煤气管道连接燃烧单元13的燃气入口；所述燃烧单元13与干馏单元21相连接；所述干馏单元21的焦炉煤气出口通过焦炉煤气管道连接煤气收集与净化系统3的焦炉煤气入口，所述煤气收集与净化系统3的焦炉煤气出口通过净化后煤气管道连接煤气提氢系统4的煤气入口，所述煤气提氢系统4的煤气出口通过煤气管道连接焦炉加热系统1的燃气供给单元12及外供煤气管道；所述煤气提氢系统4的氢气出口连接外送氢气管道。

所述焦炉加热系统1的燃烧单元13与煤高温干馏系统2中的干馏单元21相邻设置，燃烧单元13与干馏单元21之间设隔墙，隔墙上设连通孔。

所述焦炉加热系统1的燃烧单元13与煤高温干馏系统2中的干馏单元分开设置，燃烧单元13的高温烟气出口与干馏单元21的高温烟气入口之间通过高温烟气输送通道连接。

本发明所述焦炉加热系统1、煤高温干馏系统2、煤气收集与净化系统3及煤气提氢系统4均为现有成熟的工艺系统。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。