一种促进煤炭焦化及提高煤气产量与品质的方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及
冶金化工与
能源、资源利用领域，尤其是涉及一种促进煤炭焦化及提高煤气产量与品质的方法。
背景技术
[0002]
钢铁行业在生产运行过程中会产生一系列煤气副产品，主要包括
高炉煤气、
焦炉煤气及转炉煤气等成分，其中焦炉煤气的可燃成分多，属于高热值煤气，其产率和组成因
炼焦用煤
质量和焦化过程条件不同而有所差别，一般每吨干煤可生产焦炉气300-350m3(标准状态)。焦炉煤气主要成分为H2(55％-60％)和CH4(23％-27％)，另外还含有少量的CO、CO2、O2和N2。对于焦炉煤气的
回收利用和高效转化研究一直受到关注。
[0003] 目前钢铁行业对焦炉煤气的利用方式主要包括：作为
燃料用于工业和民用燃气以及发电、作为化工原料和还原剂、作为制氢原料等；以焦炉煤气和
气化煤气为龙头的多联产系统已成为我国能源领域中的热点，可以大幅度提高资源和能源的利用效率。中国
专利(CN101100622A)公开了一种利用焦炉煤气制备乙炔和甲醇的方法，将焦炉煤气与部分乙炔尾气混合经过常规的甲烷化合成
天然气的
净化、压缩流程工艺流程，在得到合成甲烷后利用部分
氧化工艺制备乙炔，同时副产大量的H2和CO。但是根据现有工业生产的实际，部分氧化制备乙炔过程中大部分CH4被氧
化成CO，导致目标产物的产率较低，未能实现对焦炉煤气的充分高效利用。
发明内容
[0004] 本发明的目的就是为了克服上述
现有技术存在的
缺陷而提供一种促进煤炭焦化及提高煤气产量与品质的方法。
[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种促进煤炭焦化及提高煤气产量与品质的方法，其特征在于，该方法利用干
熄焦炉对焦化炉排出的焦炉煤气进行变换与重整，并向干熄焦炉内的热
焦炭中掺入易
热解的
煤粉，获得煤气部分返回焦化炉，
加速焦化炉的
碳化室升温并使炉内
温度分布趋于均匀，且煤气中的H2及CO及
水分可促进碳化室内煤炭的焦化，缩短煤炭焦化时间，降低焦化炉
燃烧室的燃料消耗；同时另一部分煤气作为煤气产品回收利用，煤气产品中的H2及CO的含量提高，煤气产量增加。
[0006] 所述方法具体包括以下步骤：
[0007] (1)利用旋转焦罐将焦化炉推出的热焦炭转移到具有气体隔离密封功能的干熄焦炉，利用CO2或水
蒸汽作为隔离气；；
[0008] (2)利用CO2压缩气或高压蒸汽作为动
力，将煤粉喷入干熄焦炉中，利用热焦炭的高温作用，将煤粉快速热解，形成CO、H2气体组分以及焦粉，将热焦炭所含的热量部分转化为
化学能；
[0009] (3)同时，将流出焦化炉的焦炉煤气经过初步降温及除尘除焦油后，直接送往干熄焦炉，通过与热焦炭的二次
接触，将其中大分子量物质裂解为轻组分和/或H2；同时利用焦炉煤气中的水分及CO2促进热焦炭及新加入煤粉的深度气化，并利用这些气体将热焦炭所蕴含的热量转移出干熄焦炉；
[0010] (4)步骤(3)处理后的焦炉煤气，其温度可达到900℃以上，H2及轻组分含量显著增加，经初步除尘、除焦油后，一部分作为煤气产品回收利用，另一部分则从焦化炉顶部返回，利用这部分返炉煤气的热量加速焦化炉内碳化室的升温，并使焦化炉内温度分布均匀，利用返炉煤气中的H2、CO及水分，加速焦化炉碳化室内煤炭的成焦并提高煤气产率，提高焦化炉的生产能力，且降低焦化炉燃烧室的燃料消耗；提质后的煤气热值明显提升，在余热回收后可返回高炉作炼铁使用，也可作为燃气使用。
[0011] (5)冷却后的焦炭与煤粉热解所生成的焦粉从干熄焦炉底部排出，利用筛分或
风选的方法将两者分离。
[0012] 步骤(1)中所述热焦炭是指直接从焦化炉推出并用焦罐进行转运的红焦，其初始温度为1000-1300℃。
[0013] 步骤(1)中所述干熄焦炉是指将热焦炭从高温冷却至400℃以下的装置，其顶部设有防空气吸入装置，该防空气吸入装置为设置在干熄焦炉上部的双层
挡板阀，利用双层
挡板阀构建空气隔离室，每个挡板阀的气体泄露率<5％；干熄焦炉与焦罐对接过程中，利用CO2、水蒸汽作为空气隔离保护气，在两个挡板阀间形成空气隔离室，空气隔离室的压力分别比其上下两部分的压力高10-80Pa；少量渗入到干熄焦炉内的水蒸汽或CO2，可作为焦炭气化及煤粉热解促进剂使用。
[0014] 步骤(2)中所述煤粉为泥煤、
褐煤、
烟煤中的一种或多种，其煤粉直径为0.5-10mm；所述煤粉利用喷射推进气喷入干熄焦炉，煤粉的加入量为热焦炭重量的5-20％；煤粉喷射推进气的重量为煤粉重量的10-20％。
[0015] 所述煤粉喷射推进气为高压水蒸汽、压缩CO2中的一种或两种，气体压力为0.3-1.0MPa，喷入量为循环煤气体积量的5-20％。
[0016] 步骤(3)中所述焦炉煤气是指直接从焦化炉碳化室排出的气体，其主要组分为H2、CO、CO2、CH4及N2，经过初步降温及除尘除焦油后，其温度为200-400℃。
[0017] 步骤(4)中所述流出干熄焦炉的煤气温度为800-1000℃，返炉煤气所占煤气总体积量的比例为20-50％。
[0018] 步骤(5)中所述干熄焦炉底部排出的焦炭的温度在200-400℃，并在排除阀之前利用CO2或水蒸汽隔离外界的空气。
[0019] 本发明利用煤粉促进煤炭焦化及提高煤气产量与品质的方法在于利用干熄焦系统对焦炉煤气进行重整，利用高温焦炭将焦炉煤气中大分子有机物转化为低分子物质，并通过向热焦中掺入易热解的煤粉，由此显著提升煤气中的H2及CO的含量。重整后的高温煤气经除尘后部分返回焦炉碳化室的低温端，通过循环煤气所载带的
显热，提升碳化室的温度，并利用循环煤气中的H2及CO等轻组分促进煤炭的焦化。通过上述处理，可提高焦化系统
能量的回收率，减少焦化时间，节省燃烧室燃料消耗量，并使焦炉煤气的热值及H2含量明显提升。
[0020] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0021] 1.该方法利用干熄焦系统对焦炉煤气进行重整，利用高温焦炭将焦炉煤气中大分子有机物转化为低分子物质，并通过向热焦中掺入易热解的煤粉，提升煤气中的H2及CO的含量,重整后的高温煤气经除尘后部分返回焦炉碳化室的低温端，可提高焦化系统能量的回收率，减少焦化时间，节省燃烧室燃料消耗量，并使焦炉煤气的热值及H2含量明显提升；
[0022] 2.本发明利用返炉煤气所带回的热量及轻组分的化学作用，可使煤炭成焦时间比原来缩短10-20％，煤气产量可增加20-30％，燃烧室燃料消耗减少5-10％；
[0023] 3.本发明在干熄焦炉顶部和底部分别设有防空气吸入装置，干熄焦炉与焦罐对接过程中，利用CO2、水蒸汽在两个挡板阀间形成隔离气幕，少量渗入到干熄焦炉内的CO2、水蒸汽可作为焦炭气化及煤粉热解促进剂使用，底部排焦时同样利用CO2作为空气隔离保护气；
[0024] 4.本发明无需对现有设备进行大幅度调整，所用煤粉可以是泥煤、褐煤、烟煤中的一种或多种，来源广泛且价格低廉，反应后生成质轻、颗粒细的焦粉，通过筛分或重力分选的方法，可将焦粉与原焦炭分离并加以回收利用。
附图说明
[0025] 图1为本发明干熄焦炉与焦化炉耦合的设备示意图。
具体实施方式
[0026] 下面结合附图和具体
实施例对本发明进行详细说明。
[0027] 如图1所示，一种干熄焦炉与焦化炉耦合的设备，包括干熄焦炉1和焦化炉2。
[0028] 其中，干熄焦炉1顶部与旋转焦罐对接，并在对
接口下方设置有双层挡板阀3，该双层挡板阀3将干熄焦炉1顶部隔离构成空气隔离区4，该空气隔离区一侧设有蒸汽或CO2进口5，另一侧设有蒸汽或CO2出口6，在空气隔离区4下方干熄焦炉
侧壁上设有煤粉入口管道7，并在该煤粉入口管道7上设有煤粉喷射推进气支管8，所述的干熄焦炉1主干区从上到下依次分为热焦层A：热解与焦炭气化反应区，焦炭冷却区B，其中高温区侧壁设有提质后焦炉煤气出口9，并在连接管路上设有除尘装置10。所述干熄焦炉1底部设有排出口11，并在排出口上方干熄焦炉侧壁上设有CO2或水蒸汽入口12，使煤粉热解后所形成的焦粉与冷却焦炭一起通过排出口11排出，并利用CO2或水蒸汽隔离外界的空气。
[0029] 焦化炉2顶部设有装煤口13和返炉煤气进口14，内部设有碳化室15和燃烧室16，底部设有热焦炭推出通道17、热焦炭出口18和焦炉煤气出口19，该焦炉煤气出口19通过管道连接至干熄焦炉1的焦炉煤气进口20，并在管路上设有降温除尘除焦油装置21和
增压风机22。
[0030] 采用上述装置促进煤炭焦化及提高煤气产量与品质的方法见下述实施例。
[0031] 实施例1
[0032] 1.利用旋转焦罐将焦化炉推出的1t初始温度在1200℃热焦炭转移至干熄焦炉1中，干熄焦炉与焦罐对接过程中，利用CO2作为空气隔离保护气，在双层挡板阀3形成隔离气幕；
[0033] 2.利用10kg压力为0.6MPa的压缩CO2作为喷射推进气，从煤粉喷射推进气支管8，将从煤粉入口管道7进入的100kg直径为5mm的泥煤和褐煤的混合煤粉推入干熄焦炉1内，压缩CO2的喷入量为循环焦炉煤气体积量的10％；
[0034] 3.将10m3直接从焦化炉2的碳化室15排出的、含有一定量H2、CO、CO2、CH4及N2的焦炉煤气，补充其15％体积的水蒸汽和CO2，经过初步降温及除尘除焦油达到250℃后，由焦炉煤气进口20通入干熄焦炉1中；
[0035] 4.焦炉煤气通
过热焦层，利用其所加入的水分及CO2促进热焦炭及新加入煤粉的深度气化，可使CO、H2及热值可提高5-10％，将煤粉热解所产生的CO、H2以及热焦炭所蕴含的热量和高温提质焦炉煤气由干熄焦炉1上方提质后焦炉煤气出口9导出，经过除尘装置10除尘后部分从焦化炉2顶部返回焦化炉碳化室15，用于促进煤炭气化；
[0036] 5.冷却的焦炭和焦粉由底部排出口11排除时打开底部CO2或水蒸汽入口12输入CO2风幕以隔绝空气，测得流出干熄焦炉的提质焦炉煤气温度为937℃，底部排出的冷却后焦炭温度为245℃；
[0037] 6.利用筛分或重力分选的方法，将煤粉高温热解后所形成的焦粉与原焦炭分离。
[0038] 实施例2
[0039] 1.利用旋转焦罐将焦化炉推出的1t初始温度在1200℃热焦炭转移至干熄焦炉中，干熄焦炉与焦罐对接过程中，利用CO2作为空气隔离保护气，在两个挡板阀间形成隔离气幕；
[0040] 2.利用10kg压力为0.6MPa的压缩CO2作为喷射推进气，将100kg直径为5mm的泥煤和褐煤的混合煤粉推入干熄焦炉内，压缩CO2的喷入量为循环焦炉煤气体积量的15％；
[0041] 3.将10m3直接从焦化炉碳化室排出的、含有一定量H2、CO、CO2、CH4及N2的焦炉煤气，补充其15％体积的水蒸汽和CO2，经过初步降温及除尘除焦油达到250℃后，由焦炉煤气入口通入干熄焦炉中；
[0042] 4.焦炉煤气通过热焦层，利用其所加入的水分及CO2促进热焦炭及新加入煤粉的深度气化，可使CO、CO2及热值可提高5-10％，将煤粉热解所产生的CO、H2以及热焦炭所蕴含的热量和高温提质焦炉煤气由干熄焦炉上方出口导出，经过除尘后部分从焦化炉顶部返回焦化炉碳化室，用于促进煤炭气化；
[0043] 5.冷却的焦炭和焦粉由底部排除时打开底部CO2风幕以隔绝空气，测得流出干熄焦炉的提质焦炉煤气温度为949℃，底部排出的冷却后焦炭温度为235℃；
[0044] 6.利用筛分或重力分选的方法，将煤粉高温热解后所形成的焦粉与原焦炭分离。
[0045] 实施例3
[0046] 1.利用旋转焦罐将焦化炉推出的1t初始温度在1200℃热焦炭转移至干熄焦炉中，干熄焦炉与焦罐对接过程中，利用CO2作为空气隔离保护气，在两个挡板阀间形成隔离气幕；
[0047] 2.利用10kg压力为0.6MPa的压缩CO2作为喷射推进气，将100kg直径为5mm的泥煤和褐煤的混合煤粉推入干熄焦炉内，压缩CO2的喷入量为循环焦炉煤气体积量的15％；
[0048] 3.将10m3直接从焦化炉碳化室排出的、含有一定量H2、CO、CO2、CH4及N2的焦炉煤气，补充其20％体积的水蒸汽和CO2，经过初步降温及除尘除焦油达到250℃后，由焦炉煤气入口通入干熄焦炉中；
[0049] 4.焦炉煤气通过热焦层，利用其所加入的水分及CO2促进热焦炭及新加入煤粉的深度气化，可使CO、H2及热值可提高5-10％，将煤粉热解所产生的CO、H2以及热焦炭所蕴含的热量和高温提质焦炉煤气由干熄焦炉上方出口导出，经过除尘后部分从焦化炉顶部返回焦化炉碳化室，用于促进煤炭气化；
[0050] 5.冷却的焦炭和焦粉由底部排除时打开底部CO2风幕以隔绝空气，测得流出干熄焦炉的提质焦炉煤气温度为957℃，底部排出的冷却后焦炭温度为232℃；
[0051] 6.利用筛分或重力分选的方法，将煤粉高温热解后所形成的焦粉与原焦炭分离。
[0052] 实施例4
[0053] 1.利用旋转焦罐将焦化炉推出的1t初始温度在1200℃热焦炭转移至干熄焦炉中，干熄焦炉与焦罐对接过程中，利用CO2作为空气隔离保护气，在两个挡板阀间形成隔离气幕；
[0054] 2.利用10kg压力为0.6MPa的压缩CO2作为喷射推进气，将100kg直径为5mm的煤粉与
生物质颗粒混合物推入干熄焦炉内，压缩CO2的喷入量为循环焦炉煤气体积量的12％；
[0055] 3.将10m3经过降温、除尘等处理、含有一定量N2、CO、CO2及少量H2的250℃焦炉煤气，补充其18％体积的水蒸汽和CO2，随后由焦炉煤气入口通入干熄焦炉中；
[0056] 4.焦炉煤气通过热焦层，利用其所加入的水分及CO2促进热焦炭及新加入煤粉的深度气化，从而生成提质焦炉煤气，将煤粉热解所产生的CO、H2以及热焦炭所蕴含的热量和高温提质焦炉煤气由干熄焦炉上方出口导出；
[0057] 5.冷却的焦炭和焦粉由底部排除时打开底部CO2风幕以隔绝空气，测得流出干熄焦炉的提质焦炉煤气温度为952℃，底部排出的冷却后焦炭温度为233℃；
[0058] 6.利用筛分或重力分选的方法，将煤粉高温热解后所形成的焦粉与原焦炭分离。
