一种干熄焦方法
阅读：617发布：2020-06-12
专利汇可以提供一种干熄焦方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种干 熄焦 方法，所述方法包括将工业生产过程中产生的含有一 氧 化 碳 的 低热值气体 用作干熄焦的气体。所述的低热值气体为来自 钢 铁 厂的 高炉 煤 气、转炉煤气或由煤炭地下 气化 工艺产生的空气煤气。经过熄焦或循环多次熄焦后的高温高热值气体用于 炼焦 ，或用于 整体 煤气化 联合循环 或者燃气 蒸汽 联合循环发电或与空气进行燃烧后进入换热系统。，下面是一种干熄焦方法专利的具体信息内容。
1.一种干熄焦方法，特征在于将工业生产过程中产生的含有一氧化碳的低热值气体用
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作干熄焦的气体，所述的低热值是指热值在10000kJ/Nm 以下。
2.权利要求1的干熄焦方法，其中所述工业生产过程中产生的含有一氧化碳的低热值气体是高炉煤气、转炉煤气或由煤炭地下气化工艺产生的空气煤气。
3.权利要求1或2的干熄焦方法，其中用作干熄焦的气体与焦炭换热后从干熄炉排出，在换热系统中进行换热后返回干熄炉，再次用于熄焦。
4.权利要求3的干熄焦方法，其中再次熄焦后的气体，在换热系统中进行换热后返回干熄炉仍然用于熄焦，如此循环1-5次后将熄焦气体取出，用于炼焦。
5.权利要求1或2的干熄焦方法，其中用作干熄焦的气体与焦炭换热后从干熄炉排出，在换热系统中进行换热后用于炼焦。
6.权利要求1或2的干熄焦方法，其中用作干熄焦的气体与焦炭换热后从干熄炉排出，用于炼焦。
7.权利要求1或2的干熄焦方法，其中用作干熄焦的气体与焦炭换热后从干熄炉排出，用于整体煤气化联合循环或者燃气蒸汽联合循环发电。
8.权利要求1或2的干熄焦方法，其中用作干熄焦的气体与焦炭换热后从干熄炉排出，与空气进行燃烧后进入换热系统。
一种干熄焦方法
技术领域
背景技术
[0002] 炼焦是由煤炭经过干馏制得焦炭的过程，该过程是煤炭化学工业的一个重要工艺。在煤炭制焦炭的过程中，需要对高温焦炭(俗称红焦，温度一般为950-1050℃)进行降温，从而将红焦冷却到便于运输和储存的温度。将红焦冷却到便于运输和贮存温度的操作过程称为熄焦。经过熄焦，焦炭冷却到250℃以下。目前，世界上主要存在两类熄焦方法，即湿熄焦法和干熄焦法。
[0003] 湿熄焦法是直接利用水浇洒在高温红焦上降温的一种方法，该方法工艺简单，投资少，但不能回收焦炭显热，对环境污染较大。干熄焦法是相对于湿熄焦法而言的以惰性气体为热载体，由循环风机将冷的循环气体送入红焦冷却室冷却高温焦炭，吸收焦炭热量后的循环热气导入废热锅炉回收热量，产生蒸汽。循环气体冷却、除尘后，再经风机返回冷却室，如此循环将红焦冷却至250℃以下排出。与湿熄焦法相比，干熄焦法存在以下好处：回收红焦显热、减少环境污染物排放和改善焦炭质量。随着能源危机以及对环境保护的日益重视，干熄焦法具有更好的发展前景。
[0004] 焦炉煤气是在煤炭炼焦过程中产生的煤热解气态产物，热值约18500kJ/Nm3，属较高热值的气体，主要含有氢和甲烷等可燃气。CN101289620A公开了一种干熄焦方法，其中采用低压蒸汽或低压蒸汽与焦炉煤气的混合气体作为熄焦气体，吸收红焦显热，并与红焦发生反应生成合成气。该方法将干熄焦与合成气生产结合在一起，利用干 熄焦过程中产生的合成气制备甲醇。
[0005] CN1752180A公开的干熄焦法采用高热值的富氢气体，例如焦炉煤气(氢气约56％，甲烷约27％)来代替传统干熄焦方法中的惰性气体。该方法主要关注利用焦炉煤气中大量的氢气还原焦炭中的硫分，从而有效减少焦炭硫含量(提高＞30％)。 [0006] 太原理工大学的王丽秀，张永发等人(干熄焦技术现状和焦炉煤气干熄焦新技术研究开发，化工进展，2009(28)：74-77.)公开的干熄焦法将焦炭冷却过程分为两段，即气化冷却段和物理冷却段。在气化冷却段中，蒸汽和高温焦炭发生气化反应，吸收热量形成合成气(H2和CO)；然后在物理冷却段中，循环焦炉煤气与热焦炭换热使高温焦炭冷却。该方法使焦炭质量提高，并减少污染物排放。
[0007] 目前，用于干熄焦法的气体可以是氮气、蒸汽或焦炉煤气，工业大多采用氮气。这类气体的共同特点是通常需经过前处理步骤才能用于熄焦，成本较高，例如，氮气通常是由空气分离得来的、蒸汽是水经过吸热后产生的气体(往往不能直接用来熄焦，而是先与其它气体混合再熄焦)、焦炉煤气是炼焦过程中煤炭经过高温干馏后产生的气体。 [0008] 许多工业生产过程中产生大量含有一氧化碳的低热值气体，气体来源非常丰富。例如来自钢铁厂的高炉煤气、转炉煤气或由煤炭地下气化工艺产生的空气煤气。 [0009] 来自钢铁厂的高炉煤气主要可燃成分的变化范围为是CO(20.0％-30.0％)和少量的H2(1.0％-8.0％)，大部分为不可燃的惰性气体CO2(13.0％-25.0％)和N2(50.0％-55.0％)。因此，其特点是可燃物含量少(只占21.0％-38.0％)、燃烧性能差、
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发热量低、热值低(一般为2510-3520kJ/Nm)。高炉煤气多用于高炉热风炉和烧结点火，因其热值较低，若用于炼焦则需与高热值的气体混合后才可以，还有相当一部分则被直接排放到大气当中。由于高炉煤气的特点使人们认定它是一种劣质燃料，使用价值不高，一般企业在煤气平衡不好时首先选择放散，因此，高炉煤气放散率一般作为衡量一个企业煤气平衡措施和水平的标志。如何有效地利用高炉煤气，减少放散，对钢铁企业实现节能减排 具有重大的意义。据报道，每年我国各钢铁企业高炉煤气的放散率为13.72％。高炉煤气大量放散，不但造成大量的能源浪费，而且造成严重的环境污染。
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发热量低、热值低(一般为2510-3520kJ/Nm)。高炉煤气多用于高炉热风炉和烧结点火，因其热值较低，若用于炼焦则需与高热值的气体混合后才可以，还有相当一部分则被直接排放到大气当中。由于高炉煤气的特点使人们认定它是一种劣质燃料，使用价值不高，一般企业在煤气平衡不好时首先选择放散，因此，高炉煤气放散率一般作为衡量一个企业煤气平衡措施和水平的标志。如何有效地利用高炉煤气，减少放散，对钢铁企业实现节能减排 具有重大的意义。据报道，每年我国各钢铁企业高炉煤气的放散率为13.72％。高炉煤气大量放散，不但造成大量的能源浪费，而且造成严重的环境污染。
[0010] 转炉煤气是氧气转炉冶炼钢水时产生的，在吹炼期间，转炉生产1吨钢水通常产3 3
生80～100m 的转炉煤气，主要成分为CO和CO2，热值一般为7500～8000kJ/Nm。煤气回收是钢厂设备能力和操作水平的集中体现，它是一项系统工作。煤气回收系统担负转炉煤气回收任务，关系到转炉生产时的能源回收，直接影响负能炼钢指标。2007年，中国重点钢
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铁企业平均转炉煤气回收水平为63m/t，这说明有很大一部分转炉煤气未被回收利用。因此，需要开发一种能够提高煤气回收利用率的方法。
生80～100m 的转炉煤气，主要成分为CO和CO2，热值一般为7500～8000kJ/Nm。煤气回收是钢厂设备能力和操作水平的集中体现，它是一项系统工作。煤气回收系统担负转炉煤气回收任务，关系到转炉生产时的能源回收，直接影响负能炼钢指标。2007年，中国重点钢
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铁企业平均转炉煤气回收水平为63m/t，这说明有很大一部分转炉煤气未被回收利用。因此，需要开发一种能够提高煤气回收利用率的方法。
[0011] 煤炭地下气化(Underground Coal Gasification，UCG)是将处于地下的煤炭进行有控制地燃烧，通过对煤的热作用及化学作用而产生可燃气体的过程。采用不同气化工艺得到的净化煤气的组分差别很大。目前地下气化生产的空气煤气热值偏低，主要可燃成分3
为CO，H2，CH4和CO2，热值一般为3000～4000kJ/Nm，因此使应用范围受到限制。为了提高煤气热值和增加可燃稳定气体组分含量，在过去的试验中采用水蒸汽气化和富氧气化煤气等工艺，但目前这些工艺在技术装备上，尚需要进一步开展研究。鉴于目前煤炭地下气化工艺的发展现状，开发一种能够提高煤炭地下气化生产的低热值空气煤气的热值的方法，具有很大的吸引力。
为CO，H2，CH4和CO2，热值一般为3000～4000kJ/Nm，因此使应用范围受到限制。为了提高煤气热值和增加可燃稳定气体组分含量，在过去的试验中采用水蒸汽气化和富氧气化煤气等工艺，但目前这些工艺在技术装备上，尚需要进一步开展研究。鉴于目前煤炭地下气化工艺的发展现状，开发一种能够提高煤炭地下气化生产的低热值空气煤气的热值的方法，具有很大的吸引力。
[0012] 综上所述，上述低热值气体的特点是热值偏低，但产量很大，如不加以有效利用势必会造成浪费。
发明内容
[0013] 对于工业生产过程中产生大量含有一氧化碳的低热值气体如何更加合理的利用，本发明提出了一种熄焦方法。所述方法包括将工业生产过程中产生的含有一氧化碳的低热值气体，例如来自钢铁厂的高炉煤气、转炉煤气或由煤炭地下气化工艺产生的空气煤气用作干熄焦的 气体。本发明所述的工业生产过程中产生的含有一氧化碳的低热值气体通常也含有一定量的二氧化碳。本发明所述的工业生产过程中产生的含有一氧化碳的低热值气3 3
体的热值通常小于10000kJ/Nm，例如小于9000kJ/Nm，在某些实施方案中，所述热值小于
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5000kJ/Nm。如本领域技术人员所能理解的，所述低热值气体的热值下限没有特别的限定，
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例如，在某些实施方案中，所述低热值气体的热值可以大于500kJ/Nm，或者大于1000kJ/
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Nm。
体的热值通常小于10000kJ/Nm，例如小于9000kJ/Nm，在某些实施方案中，所述热值小于
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5000kJ/Nm。如本领域技术人员所能理解的，所述低热值气体的热值下限没有特别的限定，
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例如，在某些实施方案中，所述低热值气体的热值可以大于500kJ/Nm，或者大于1000kJ/
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Nm。
[0014] 本发明将工业生产过程中产生的含有一氧化碳的低热值气体用于干熄焦的联合方法，在实现熄焦作用的同时，能够更加方便的对该低热值气体进行合理的利用，减少这些低热值气体的直接对空排放，既环保又节能。
[0015] 本发明所述的低热值气体经过熄焦，回收熄焦过程中红焦释放的显热，同时发生部分化学反应，提高了低热值气体的热值，变成热值更高的气体，以便于后续的利用。在本发明的方法中，熄焦后的低热值气体变为高温高热值气体，为了提高气体的热值而使其更有利用价值，熄焦可以是一次，也可是循环多次；为确保每次熄焦都能产生预期的熄焦效果，因此低热值气体在循环多次熄焦时，每次熄焦后的气体还应经过一个换热步骤，以回收其显热。熄焦后的高温高热值气体还可以便利地通过以下方式或以下方式的组合进行利用：
[0016] (1)将熄焦后的高温高热值气体进行直接利用。所述直接利用方式，包括例如，将熄焦后的高温高热值气体用于整体煤气化联合循环或者燃气蒸汽联合循环发电；用于炼焦；或者与空气进行燃烧后进入换热系统。
[0017] (2)将熄焦后的高温高热值气体与换热系统进行换热，换热系统可以是本领域技术人员所熟悉的任何设备或设备的集合，例如在锅炉中与水或蒸汽进行间接换热来回收热量，换热后的蒸汽用来发电，换热后的熄焦气体变为热值增高的低温气体可以循环再进行熄焦。在一些情况下，可以将如此循环多次后的熄焦气体取出，进行直接利用，例如用于炼焦。
[0018] 对于本发明熄焦后的高温高热值气体，首选将它如上所述进行直接利用，而非换热后循环返回熄焦。基于干熄焦需要大量的气体进行循环，由此本发明带来了对工业生产过程中产生的大量含有一氧化碳的低热值气体进一步有效利用的好处，解决了例如钢铁厂高炉煤气过剩直接燃烧排放污染环境和浪费资源的问题。
[0019] 因此，本发明具有以下优点：
[0020] (1)本发明通过将产生低热值气体的方法与干熄焦方法进行耦合，将熄焦后的气体直接用于炼焦，使所述低热值气体在达到熄焦作用的同时能够提高自身的物理热和热值，增加热值后的气体更有利于炼焦，从而实现了将所述低热值气体进行更好地利用。 [0021] (2)本发明为充分利用熄焦过程能够提高所述低热值气体的热值这一特点，将所述低热值气体用于熄焦后，还可以经过换热步骤回收其显热后，再用来熄焦，以此循环往复，每一次熄焦都提高了所述低热值气体的热值，以更加有利于后续的炼焦步骤。 [0022] (3)本发明提供的干熄焦方法，在炼焦时，充分利用了熄焦气体在熄焦过程中增加的显热，使能量利用更加合理有效。
[0023] (4)针对现有技术高炉煤气因热值低需要掺混高热值气体如焦炉煤气才能用来炼焦的工艺，本发明提供的干熄焦方法，可以有效替代此工艺。本发明在熄焦的过程中提高了高炉煤气的热值，无需掺混高热值气体即可用于炼焦，既达到了炼焦的目的，节省了成本，同时使产量很大的高炉煤气得到了有效的利用。附图说明
[0024] 现结合优选实施方案并参考附图更为详细地描述本发明，其中： [0025] 图1是本发明干熄焦方法的一个实施方案的示意图，其中熄焦后的气体在锅炉系统中释放热能之后全部循环返回干熄炉，图中附图标记的含义如下：1.干熄炉；2.焦罐；3.一级除尘；4.锅炉系统；5.二级除尘；6.风机；7.高炉煤气管网；8.除氧水箱；9.供水泵；10.旋转排焦设备；11.斜道；12.蒸汽轮机发电系统；
[0026] 图2是本发明干熄焦方法的一个实施方案的示意图，其中熄焦后的气体在锅炉系统中释放一部分热能之后用于炼焦，图中附图标记的含义如下：1.干熄炉；2.焦罐；3.一级除尘；4.锅炉系统；5.焦炉燃烧布气系统；6.风机；7.高炉煤气管网；8.除氧水箱；9.供水泵；10.旋转排焦设备；11.斜道；12.蒸汽轮机发电系统；13.高炉煤气储存罐； [0027] 图3是本发明干熄焦方法的一个实施方案的示意图，其中熄焦后的气体主要用于直接炼焦，图中附图标记的含义如下：1.干熄炉；2.焦罐；3.一级除尘；5.焦炉燃烧布气系统；6.风机；7.高炉煤气管网；10.旋转排焦设备；11.斜道；13.高炉煤气储存罐； [0028] 图4是本发明干熄焦方法的一个实施方案的示意图，其中熄焦后的气体用于整体煤气化联合循环发电或者用于燃气蒸汽联合循环发电，图中附图标记的含义如下：1.干熄炉；2.焦罐；3.一级除尘；4.整体煤气化联合循环或者燃气蒸汽联合循环；6.风机；7.高炉煤气管网；11.斜道；13.高炉煤气储存罐；
[0029] 图5是本发明干熄焦方法的一个实施方案的示意图，其中熄焦后的气体主要用于与锅炉系统换热，图中附图标记的含义如下：1.干熄炉；2.焦罐；3.一级除尘；4.锅炉系统；6.风机；7.高炉煤气管网；11.斜道；13.高炉煤气储存罐；14.空气管网；15.废气排放管。
具体实施方式
[0030] 下面将结合附图，主要针对来自钢铁厂的高炉煤气来说明本发明的一些具体实施方案。本领域技术人员将容易理解到，这些实施方案同样可以利用工业生产过程中产生的其它含有一氧化碳的低热值气体，例如转炉煤气或由煤炭地下气化工艺产生的气体。 [0031] 图1是本发明干熄焦方法的一个实施方案的示意图，其中熄焦后的气体在锅炉系统中释放热能之后全部循环返回干熄炉。高炉煤气作为干熄焦系统内部循环气体，由风机6送入干熄炉1后与内部的红焦进行热量交换，通过干熄炉内部的风道排出，经过一级除尘
3后进入锅炉系统4产生蒸汽推动汽轮机发电，降温后的高炉煤气经过二次除尘5，与进入锅炉系统4的除氧水进行换热后，继续循环进行与红焦的热量交换。高炉煤气进干熄炉前经过换热器对锅炉用水进行预热，过程中损失的高炉煤气可以通过高炉煤气管网7引入，由于大部分钢铁产业的高炉煤气是副产品，所以成本较氮气低廉很多。在一些实施方案中，高炉煤气经过与焦炭换热后从干熄炉排出、在换热系统中进行换热后又返回干熄炉，再次用于熄焦，如此循环多次后取出，用于炼焦。因每次熄焦后对高炉煤气的热值提高的程度不同，故所述的循环次数优选5次(即熄焦次数6次)以下，此时，熄焦后的高炉煤气的热值已无法通过熄焦进一步提高(就循环熄焦工艺而言的相对饱和)，对于炼焦而言是最佳的。
次数更多，对熄焦气体热值的提高不再有帮助，次数更多，虽然其热值达到了饱和，但经过换热后仍然维持低温的状态，仍然能用于熄焦。
3后进入锅炉系统4产生蒸汽推动汽轮机发电，降温后的高炉煤气经过二次除尘5，与进入锅炉系统4的除氧水进行换热后，继续循环进行与红焦的热量交换。高炉煤气进干熄炉前经过换热器对锅炉用水进行预热，过程中损失的高炉煤气可以通过高炉煤气管网7引入，由于大部分钢铁产业的高炉煤气是副产品，所以成本较氮气低廉很多。在一些实施方案中，高炉煤气经过与焦炭换热后从干熄炉排出、在换热系统中进行换热后又返回干熄炉，再次用于熄焦，如此循环多次后取出，用于炼焦。因每次熄焦后对高炉煤气的热值提高的程度不同，故所述的循环次数优选5次(即熄焦次数6次)以下，此时，熄焦后的高炉煤气的热值已无法通过熄焦进一步提高(就循环熄焦工艺而言的相对饱和)，对于炼焦而言是最佳的。
次数更多，对熄焦气体热值的提高不再有帮助，次数更多，虽然其热值达到了饱和，但经过换热后仍然维持低温的状态，仍然能用于熄焦。
[0032] 图2是本发明干熄焦方法的一个实施方案的示意图，其中熄焦后的气体在锅炉系统中释放一部分热能之后用于炼焦。来自高炉煤气管网7的高炉煤气首先储存在高炉煤气储存罐13中。高炉煤气通过风机6从高炉煤气储存罐13送入干熄炉1后与内部的红焦进行热量交换，通过干熄炉内部的风道排出，经过一级除尘3后进入锅炉系统4产生蒸汽推动汽轮机发电，降温后的高炉煤气直接进入焦炉燃烧布气系统5进行炼焦。 [0033] 图3是本发明干熄焦方法的一个实施方案的示意图，其中熄焦后的气体主要用于直接炼焦。来自高炉煤气管网7的高炉煤气首先储存在高炉煤气储存罐13中。高炉煤气通过风机6从高炉煤气储存罐13送入干熄炉1后与内部的红焦进行热量交换，通过干熄炉内部的风道排出，经过一级除尘3后，直接送入焦炉燃烧布气系统5进行炼焦。在某些实施方案中，一级除尘3后的高炉煤气全部用于直接炼焦。在某些实施方案中，一级除尘3后的高炉煤气与一部分来自高炉煤气管网7的高炉煤气混合后进行炼焦。
[0034] 图4是本发明干熄焦方法的一个实施方案的示意图，其中熄焦后的气体用于整体煤气化联合循环发电或者用于燃气蒸汽联合循环发电。来自高炉煤气管网7的高炉煤气首先储存在高炉煤气储存罐13中。高炉煤气通过风机6从高炉煤气储存罐13送入干熄炉1后与内部的红焦进行热量交换，通过干熄炉内部的风道排出，经过一级除尘3后送往整体煤气化联合循环或者燃气蒸汽联合循环4进行发电。该实施方案可以最大限度的回收红焦显热用于发电，解决了大中型钢铁产业中剩余高炉煤气浪费现象。
[0035] 图5是本发明干熄焦方法的一个实施方案的示意图，其中熄焦后的气体主要用于与锅炉系统4换热。来自空气管网14的空气与从锅炉系统4出来的废气经过换热后，与经过一级除尘3的高温高炉煤气进行燃烧，燃烧后的高温气体与锅炉系统4进行换热产生蒸汽以发电。换热后的废气直接经过废气排放管15排出。
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