一种加压法内热式煤干馏造气工艺
阅读：947发布：2021-11-19
专利汇可以提供一种加压法内热式煤干馏造气工艺专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且常规常压法内热式 煤 干馏造气工艺，因操作压 力 低(通常操作压力低于绝对压力0.2MPa)、气相 密度 低故 传热 系数 小存在煤干馏时间长、生产的煤气压力低等缺点，本 发明 提出一种加压法内热式煤干馏造气工艺，可将操作压力提高到绝对压力0.5MPa以上，因加压增大了单位体积中气体分子的数量可以缩短传热时间、缩短干馏时间，可以获得高压外输煤气。对于气体体积数量增加的煤干馏过程，当外输煤气需要进一步加压进行加工处理时，本发明还可以降低整体过程能耗。，下面是一种加压法内热式煤干馏造气工艺专利的具体信息内容。
1.一种加压法内热式煤干馏造气工艺，包含以下步骤：造气部分包括炭化炉和炭化室载热组分内循环系统，炭化炉包括煤的炭化室和可能存在的燃料气燃烧室；在炭化室内，按照煤料的前进路线，划分为第一段即煤预热段(或称气体冷却段)、第二段即煤炭化段、第三段即炭冷却段(或称气体预热段)；在第三段区域，包含炭化室载热组分的第一路气体与二段过程料接触换热回收其热量升温后成为三段过程气，三段过程料离开三段区域；在第二段区域，三段过程气及可能存在的燃烧室烟气，与一段过程料进行气固直接接触发生炭化作用，二段过程料离开第二段区域进入第三段区域，二段过程气离开第二段区域进入第一段区域；在第一段区域，二段过程气与自外部加入的煤料接触加热煤料传递热量冷却并混入一段产生气后成为一段产品气(粗煤气)，煤料升温后成为一段过程料进入第二段区域；粗煤气排出炭化炉；炭产品排出炭化炉；在粗煤气冷却分离部分，冷却并分离排出炭化炉的粗煤气得到离环煤气、煤焦油、含焦油污水；至少一部分基于粗煤气的气体物流返回炭化室用作炭化室载热组分，构成造气部分炭化室载热组分内循环；其特征在于：炭化炉内气相操作压力PV为高压。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
炭化炉内气相操作压力PV大于0.18MPa(绝对压力)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
炭化炉内气相操作压力PV大于0.20MPa(绝对压力)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
炭化炉内气相操作压力PV大于0.30MPa(绝对压力)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
炭化炉内气相操作压力PV大于0.40MPa(绝对压力)。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
炭化炉内气相操作压力PV大于0.50MPa(绝对压力)。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
炭化炉内气相操作压力PV大于1.00MPa(绝对压力)。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
炭化炉内气相操作压力PV大于1.50MPa(绝对压力)。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
炭化炉内气相操作压力PV大于2.0MPa(绝对压力)。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
炭化炉内气相操作压力PV为0.40～3.0MPa(绝对压力)。
11.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8或9或10所述的方法，其特征在于：
炭化室煤炭化段操作温度为500～900℃。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
炭化室煤炭化段操作温度为550～800℃。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
炭化室煤炭化段操作温度为600～750℃。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
炭化室煤炭化段操作温度为600～700℃。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
在粗煤气冷却分离部分，粗煤气经过水喷淋直接冷却步骤后，经过空气冷却器冷却步骤。
16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
在粗煤气冷却分离部分，粗煤气经过水喷淋直接冷却步骤后冷却至65～95℃后，经过空气冷却器冷却步骤冷却至60～20℃。
17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
在粗煤气冷却分离部分，粗煤气经过水喷淋直接冷却步骤后冷却至70～90℃后，经过空气冷却器冷却步骤冷却至50～35℃。
18.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
在炭化室内，所述煤料为不粘结煤或弱粘结煤，炭产品为半焦(即兰炭)，煤炭化段操作温度为550～850℃，循环载热气体积流率与煤料体积流率之比为150～450标准立方米/立方米。
19.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
在炭化室内，所述煤料为不粘结煤或弱粘结煤，炭产品为半焦(即兰炭)，煤炭化段操作温度为550～800℃，循环载热气体积流率与煤料体积流率之比为200～400标准立方米/立方米。
20.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
在炭化室内，所述煤料为不粘结煤或弱粘结煤，炭产品为半焦(即兰炭)，煤炭化段操作温度为600～700℃，循环载热气体积流率与煤料体积流率之比为250～350标准立方米/立方米。
21.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
使用煤料加料料锁系统、耐压干馏炉、加压燃烧室、炭料出炉料锁系统、干式熄焦系统。
22.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
在炭化室内，所述煤料为不粘结煤或弱粘结煤，粒度为25～100mm。
23.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
在炭化室内，所述煤料为不粘结煤或弱粘结煤，粒度为10～40mm。
24.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
在炭化室内，所述煤料为不粘结煤或弱粘结煤，粒度为3～15mm。
25.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
在炭化室内，所述煤料为不粘结煤或弱粘结煤，粒度为1～5mm。
26.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
在炭化室内，所述煤料为不粘结煤或弱粘结煤，粒度为0.5～3mm。
一种加压法内热式煤干馏造气工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及一种加压法内热式煤干馏造气工艺，与常规常压法内热式煤干馏造气工艺相比提高了炭化炉内的气相操作压力，可以显著地缩小气相系统体积、节省占地面积、提高煤干馏造气生产效率、降低消耗、拓宽煤料范围。
背景技术
[0002] 本发明使用如下概念描述内热式煤干馏造气工艺过程：
[0003] ①内热式煤干馏造气部分：以煤、水(煤料携带水和或外供水)、供氧体、燃料体为原料，得到炭、离环煤气、焦油、含焦油污水等固体、气体、液体产品的工艺过程，包括煤料入炉系统、炭化炉ST系统、炭出炉系统、粗煤气冷却分离系统、载热气返炉循环系统等；
[0004] ②造气部分内循环物流：造气部分内部的循环物流如返炉载热气；
[0006] ④造气部分外循环物流：由离环煤气加工部分向造气部分流动的循环物流。
[0007] 对内热式煤干馏炉包含的传热过程的热平衡而言，涉及固体气化量和气体物流的质量比例，固体空隙率本质上就是气相空间，以PV表示气相操作压力(绝对压力)，以ε表示床层空隙率，则气相物流质量与固体气化量质量之比KW表示为：
[0008] KW＝(PV×气相空间体积×气相平均标准密度)/(煤料实体体积×固体平均密度×固体气化率)
[0009] 对于特定煤干馏过程，由于气相平均标准密度、固体平均密度、固体气化率相对恒定，上式变化为气相物料与固体气化量的体积比KV：
[0010] KV＝(PV×气相空间体积)/(煤料实体体积×固体气化率)
[0011] ＝(PV×ε/(1-ε))/固体气化率
[0012] ＝(KW×固体平均密度)/气相平均标准密度
[0013] 任意一个特定内热式煤干馏过程的适宜操作条件均必须满足热平衡要求，基于供热串联过程的动力学要求，气相加热煤料时：气相传热(供热方)能力必须大于等于固相受热(被加热方)能力，气相冷却炭料时：气相传热(吸热方)能力必须大于等于固相放热(被冷却方)能力，因此存在对应的最小KW，也就是说存在对应的最小KV，对于特定的“床层空隙率ε和固体气化率”存在特定的最小PV，或者说对于特定的“PV和固体气化率”必须维持特定的最小床层空隙率ε。
[0014] 由于现有的内热式煤干馏炉的PV均为常压即PV约为0.12～0.18MPa(绝对压力)，对于煤料及其干馏气化率已经确定的干馏操作过程，与之相适应的床层空隙率ε存在一个下限值，当床层空隙率ε达到或低于该下限值时，仅从热平衡角度讲，内热式煤干馏炉已经无法正常工作，这就是现有内热式煤干馏炉限制煤料粒度下限的一个根本原因。
[0016] 从KV＝((PV×ε/(1-ε))/固体气化率)可以看出，改善粉煤干馏操作途径之一是增大床层空隙率ε，本发明人另有相关专利申请。
[0017] 从KV＝((PV×ε/(1-ε))/固体气化率)可以看出，改善粉煤干馏操作途径之一是增大PV，此即为本发明之目标。
[0018] 众所周知，中国钢铁集团鞍山热能研究院于二十世纪八十年代初开始不断研究开发的“以不粘煤或弱粘煤块煤为原料在直立式炭化炉炼制铁合金专用兰炭”技术(以下简称中钢内热式煤干馏造气技术BT)，采用适合煤源(比如中国大同、神府地区的煤炭)，在直立式炭化炉内炼制兰炭并副产荒煤气和中低温煤焦油，是一种兰炭产品质量优良、煤焦油产率高、工程造价较低、配套环保技术完善的成熟工业化技术，业已得到大量应用。
[0019] 中钢内热式煤干馏造气技术BT，具有同类内热式煤干馏制兰炭工艺的一般特征：干馏炉内气体压力为常压(通常压力介于0.12～0.18MPa(绝对压力))，干馏炉产生的粗煤气属于常压煤气。在此常规常压法内热式煤干馏造气工艺中，主要因为干馏炉内气体操作压力低即气体密度低、气体与固体碰撞几率低、传热速率低，导致干馏效率低、干馏炉设备体积庞大、占地面积大、投资高、焦油收率低，同时产生的煤气为常压煤气，具有气体系统体积庞大、占地面积大、投资高、煤气压力能低、煤气冷却过程水耗高、外输煤气携带水和大分子烃的浓度高、煤气湿法脱硫化氢脱除率地、循环载热气循环过程压缩比大等众多缺点。
[0020] 对内热式煤干馏造气过程包含的传热过程而言，涉及固体、液体和气体物流。压力对固体导热系数和分子间距离影响微小。对液体导热系数和分子间距离影响微小，压力对液体物理行为主要是影响气体在液体中的溶解度和液体组分在气体中平衡浓度。压力对气体导热系数影响微小，但是压力对气体分子间距离则影响巨大，提高压力可以产生以下效果：第一方面，成倍提高操作压力可以成倍压缩气体体积、成倍提高气体密度、成倍缩短了气体传热迁移行程或者说延长了停留时间即传热时间、成倍提高传热速率，可以显著提高干馏效率、显著缩短干馏时间、显著降低投资，可以更加适应煤料间孔隙率小的粉煤干馏过程；第二方面，提高操作压力利用固体内压能量在产生大量高压粗煤气的同时降低造气产品做出的膨胀功，显著降低了无效膨胀功消耗，可以显著降低造气过程能耗即降低氧气耗量、降低燃料消耗量，同时降低煤料脱水过程水蒸发体积膨胀比、降低煤料气化过程油气体积膨胀比因而减少煤料的破裂降低粉料产率；第三方面，成倍提高操作压力可以成倍提高粗煤气压力、成倍提高粗煤气密度、成倍提高水和大分子烃在煤气中分压，可以成倍缩小气体系统体积、大幅度节省占地面积、大幅度节省投资、煤气冷却过程可以采用空气冷却器显著降低水耗、成倍降低外输煤气携带水和大分子烃的浓度、成倍降低煤气湿法脱硫化氢后净化气中硫化氢浓度、成倍降低循环载热气循环过程压缩比；第四方面，提高操作压力必然配套使用加压燃烧室，其单位体积燃烧强度将成比例增强，这为液体燃料(比如煤焦油重油)或固体燃料部分或全部代替煤气燃烧供热实现对燃料煤气中合成气组分的置换创造了一定有利条件。上述提高干馏炉操作压力带来的效果的描述中，使用的“成倍”概念属于大体比较，不是确切的比例说明。
[0021] 因此，本发明认为，常规的内热式煤干馏工艺属于常压法内热式煤干馏工艺，没有形成完整的“内热式煤干馏造气工艺”概念，忽视了气相物流的压力特性，存在一个气相操作压力低的重大技术缺陷。基于这一概念性认识，本发明提出一种提高内热式煤干馏造气过程操作压力的加压法内热式煤干馏造气工艺，以实现以下高效低耗目的：
[0023] ②因增大了单位体积中气体分子的数量、缩短了气体传热迁移路程，第二效果是显著地缩短干馏时间、利于降低干馏温度、利于提高焦油收率、利于改善焦油质量；因为煤料干馏时间大幅度缩短，同时缩短了煤料或炭料粘结成块时间，在一定程度上拓宽了煤干馏原料范围，为粉煤干馏工艺创造了一定有利条件；
[0024] ③因增大了单位体积中气体分子的数量、缩短了气体传热迁移路程，第三效果是可以更加适应煤料间孔隙率小的粉煤干馏过程；
[0025] ④基于内热式煤干馏过程是外输煤气体体积数量通常大于煤干馏炉外输氧化剂体积数量的气体物流体积增加过程即属于宏观造气过程，提高操作压力可以利用固体内压能量产生大量高压力的粗煤气，第四效果是可以获得高压外输煤气压力能、节省煤气冷却过程水耗、降低外输煤气携带水和大分子烃数量、提高煤气湿法脱硫化氢效率、降低循环载热气循环过程压缩比等；
[0026] ⑤提高操作压力利用固体内压能量在产生大量高压粗煤气的同时降低了造气产品做出的膨胀功，降低了无效功耗，第五效果是可以降低造气过程能耗即降低氧气耗量、降低燃料消耗量；
[0027] ⑥提高操作压力利用固体内压能量在产生大量高压粗煤气的同时降低了造气产品做出的膨胀功，降低了无效功耗，第六效果是可以降低煤料脱水过程水蒸发体积膨胀比、降低煤料气化过程油气体积膨胀比，减少煤料的破裂、降低粉料产率，特别地为粉煤干馏工艺创造了一定有利条件；
[0028] ⑦提高操作压力，加压燃烧室单位体积燃烧强度将成比例增强，第七效果是可以拓宽燃料来源，为实现“以低(低级能源)代高(高级能源)”即实现燃料节能创造了一定有利条件。
[0029] 本发明的核心特征是利用内热式干馏炉内存在大量气体的特点，通过增大压力缩短分子间距离进而获得所需效果。相关物料导热系数列举如下。
[0030] 焦炭粉导热系数，在100℃温度时为0.164千卡/(米·时·℃)。
[0031] 表1弱粘结性煤导热系数
[0032]t，℃ λ，J/(cm·s·℃) λ，千卡/(米·时·℃)
50 0.00306750 0.2638
100 0.00314000 0.2700
150 0.00321750 0.2767
200 0.00330000 0.2838
250 0.00338750 0.2913
300 0.00348000 0.2992
350 0.00357750 0.3076
400 0.00368000 0.3164
450 0.00378750 0.3257
500 0.00390000 0.3353
550 0.00401750 0.3455
600 0.00414000 0.3560
650 0.00426750 0.3669
700 0.00440000 0.3783
750 0.00453750 0.3902
800 0.00468000 0.4024
850 0.00482750 0.4151
900 0.00498000 0.4282
50 0.00306750 0.2638
100 0.00314000 0.2700
150 0.00321750 0.2767
200 0.00330000 0.2838
250 0.00338750 0.2913
300 0.00348000 0.2992
350 0.00357750 0.3076
400 0.00368000 0.3164
450 0.00378750 0.3257
500 0.00390000 0.3353
550 0.00401750 0.3455
600 0.00414000 0.3560
650 0.00426750 0.3669
700 0.00440000 0.3783
750 0.00453750 0.3902
800 0.00468000 0.4024
850 0.00482750 0.4151
900 0.00498000 0.4282
[0033] 表2煤气中气体组分的导热系数，千卡/(米·时·℃)
[0034]温度，℃ H2 CO N2 CO2 H2O CH4
0 0.148 0.0200 0.0208 0.0125 0.0258
100 0.189 0.0259 0.0269 0.0192 0.0212 0.0384
200 0.227 0.0314 0.0322 0.0259 0.0286 0.0534
400 0.299 0.0417 0.0418 0.0392 0.0477 0.0880
600 0.367 0.0513 0.0498 0.0534 0.0705 0.1240
800 0.454 0.0603 0.0569 0.0658
1000 0.547 0.0693 0.0635 0.0790
0 0.148 0.0200 0.0208 0.0125 0.0258
100 0.189 0.0259 0.0269 0.0192 0.0212 0.0384
200 0.227 0.0314 0.0322 0.0259 0.0286 0.0534
400 0.299 0.0417 0.0418 0.0392 0.0477 0.0880
600 0.367 0.0513 0.0498 0.0534 0.0705 0.1240
800 0.454 0.0603 0.0569 0.0658
1000 0.547 0.0693 0.0635 0.0790
[0035] 本发明带来有利传热效果的提高操作压力的有效范围存在上限值，即气相传热速度等于或大于固体传热速度时的操作压力即为该操作上限，对于具体的煤料，需要试验测定，当然也可以通过理论计算计算出大概范围。但是提高操作压力利用固体内压能量产生高压粗煤气因而降低造气过程能耗的有利操作压力范围远大于前述压力范围，但是受到设备(主要是造气炉)造价随压力升高而增大的制约，因为气体压力能大体按压比KP计算，但是设备造价的增加比例大于该比例KP，其中的一个主要因素是固体物料和液体物料的体积量随压力的增大缩小甚少。
[0036] 由于本发明内热式干馏炉气体操作压力高于常压或远高于常压，因此，本发明通常使用煤料加料料锁系统、炭料出炉料锁系统、加压燃烧室、耐压干馏炉、干式熄焦系统等。炭化室内部还可能布置循环载热气分布器、燃烧室烟气分布器等设施。
[0037] 已知的煤料加压造气工艺有水煤浆加压气化造气炉造气工艺、多元料浆造气炉造气工艺、沸腾床造气工艺和气流床造气工艺等多种工艺，然而上述过程使用粒度极小的煤料或炭料，不产生焦炭产品，所述技术无法实现本发明目的，操作过程与本发明存在极大的不同。已知的煤料加压造气工艺有碎煤移动床加压气化工艺，然而上述过程不产生焦炭产品，所述技术无法实现本发明目的，操作过程与本发明存在极大的不同。
[0038] 本发明所述方法未见报道。
[0039] 本发明的第一目的在于提出一种加压法内热式煤干馏造气工艺，干馏炉操作压力高于或远高于常压，可以显著缩小干馏炉操作系统体积、节省占地、节省投资、缩短干馏时间、利于降低干馏温度、利于提高焦油收率、利于改善焦油质量、利于实现干式息焦、利于粉煤干馏过程操作等，具有高效煤干馏特点。
[0040] 本发明的第二目的在于提出一种产生高压煤气的加压法内热式煤干馏造气工艺，粗煤气压力高于或远高于常压，可以获得高压外输煤气压力能、节省煤气冷却过程水耗、降低外输煤气携带水和大分子烃数量、提高煤气湿法脱硫化氢效率、降低循环载热气循环过程压缩比等，具有煤气杂质少、焦油收率高、水耗低、压力势能高的特点。
[0041] 本发明的第三目的在于提出一种加压法内热式煤干馏造气工艺，降低干馏过程能耗、减少粉料产品数量。
[0042] 本发明的第四目的在于提出一种加压法内热式煤干馏造气工艺，使用煤料加料料锁系统、炭料出炉料锁系统、加压燃烧室、耐压干馏炉、干式熄焦系统等。
[0043] 本发明的第五目的在于提出一种加压法内热式煤干馏造气工艺，具有生产效率高、消耗低的综合优点。
[0044] 本发明追求的结果是：高的煤干馏产能、高的焦油收率、高的能量收率、低的能耗、低的工程投资、更宽的原料来源范围。
发明内容
[0045] 本发明一种加压法内热式煤干馏造气工艺，包含以下步骤：造气部分包括炭化炉和炭化室载热组分内循环系统，炭化炉包括煤的炭化室和可能存在的燃料气燃烧室；在炭化室内，按照煤料的前进路线，划分为第一段即煤预热段(或称气体冷却段)、第二段即煤炭化段、第三段即炭冷却段(或称气体预热段)；在第三段区域，包含炭化室载热组分的第一路气体与二段过程料接触换热回收其热量升温后成为三段过程气，三段过程料离开三段区域；在第二段区域，三段过程气及可能存在的燃烧室烟气，与一段过程料进行气固直接接触发生炭化作用，二段过程料离开第二段区域进入第三段区域，二段过程气离开第二段区域进入第一段区域；在第一段区域，二段过程气与自外部加入的煤料接触加热煤料传递热量冷却并混入一段产生气后成为一段产品气(粗煤气)，煤料升温后成为一段过程料进入第二段区域；粗煤气排出炭化炉；炭产品排出炭化炉；在粗煤气冷却分离部分，冷却并分离排出炭化炉的粗煤气得到离环煤气、煤焦油、含焦油污水；至少一部分基于粗煤气的气体物流返回炭化室用作炭化室载热组分，构成造气部分炭化室载热组分内循环；其特征在于：炭化炉内气相操作压力PV为高压。
[0046] 本发明炭化炉内气相操作压力PV：大于0.18MPa(绝对压力)或大于0.20MPa(绝对压力)或大于0.30MPa(绝对压力)或大于0.40MPa(绝对压力)或大于0.50MPa(绝对压力)或大于1.00MPa(绝对压力)或大于1.50MPa(绝对压力)或大于2.0MPa(绝对压力)或为0.40～3.0MPa(绝对压力)。
[0047] 本发明炭化炉炭化室煤炭化段操作温度为500～900℃或为550～800℃或为600～750℃或为600～700℃。
[0048] 本发明为了降低循环冷却水数量，在粗煤气冷却分离部分，粗煤气经过水喷淋直接冷却步骤后经过空气冷却器冷却步骤，通常情况下粗煤气经过水喷淋直接冷却步骤后冷却至65～95℃后经过空气冷却器冷却步骤冷却至60～20℃，一般情况下粗煤气经过水喷淋直接冷却步骤后冷却至70～90℃后，经过空气冷却器冷却步骤冷却至50～35℃。
[0049] 本发明应用于兰炭生产时，操作条件通常为：在炭化室内，所述煤料为不粘结煤或弱粘结煤，炭产品为半焦(即兰炭)，煤炭化段操作温度为550～850℃，循环载热气体积流率与煤料体积流率之比为150～450标准立方米/立方米。
[0050] 本发明应用于兰炭生产时，操作条件一般为：在炭化室内，所述煤料为不粘结煤或弱粘结煤，炭产品为半焦(即兰炭)，煤炭化段操作温度为550～800℃，循环载热气体积流率与煤料体积流率之比为200～400标准立方米/立方米。
[0051] 本发明应用于兰炭生产时，操作条件较佳者为：在炭化室内，所述煤料为不粘结煤或弱粘结煤，炭产品为半焦(即兰炭)，煤炭化段操作温度为600～700℃，循环载热气体积流率与煤料体积流率之比为250～350标准立方米/立方米。
[0052] 本发明通常使用煤料加料料锁系统、耐压干馏炉、加压燃烧室、炭料出炉料锁系统、干式熄焦系统。
[0053] 本发明炭化室所用煤料为不粘结煤或弱粘结煤，粒度为：25～100mm或10～40mm或3～15mm或1～5mm或0.5～3mm。
具体实施方式
[0054] 以下详细描述本发明。
[0055] 本发明所述的压力，指的是绝对压力。
[0056] 本发明所述的气体组分浓度，未特别指明时，均为体积浓度。
[0058] 本段用于描述常规工艺的内热式煤干馏造气部分(或称之为“炭化过程和炭化炉载热体循环部分”)的工艺流程。直立炉加热用的煤气是经过煤气净化工段进一步冷却和净化后的煤气。直立炉加热用的空气由空气鼓风机加压后供给，煤气和空气经烧嘴混合，在水平火道内燃烧，燃烧产生的高温废气，通过在炭化室侧墙面上均匀分布的进气孔进入炭化室，利用高温废气的热量将煤料进行炭化。烧嘴设上下两层，加热以下层为主，上层主要起安全作用。
[0059] 由备煤工段运来的合格的装炉煤首先装入炉顶最上部的煤槽内，再经放煤旋塞和辅助煤箱装入炭化室内。连续向炭化室加煤。加入炭化室的块煤自上而下移动，与燃烧室送入炭化室的高温气体逆流接触。炭化室的上部为预热段，块煤在此段被加热到350～550℃左右；块煤继续向下移动进入炭化室中部的干馏段，块煤通过此段被加热到干馏温度如550～900℃，并被炭化为兰炭；兰炭通过炭化室下部的冷却段时，被通入此段载热体循环煤气冷却到180～250℃成为温炭，温炭进入熄炭段(熄焦段)被熄焦水冷却到80℃左右，用刮板放焦机连续排出后，通过溜槽落到烘干机上。煤料在炭化过程中产生的煤气、燃烧室进入炭化室的高温废气及冷却焦炭时产生的煤气的混合气(粗煤气)，经上升管、桥管进入集气槽，150～200℃左右的混合气(粗煤气)在桥管和集气槽内经循环氨水喷洒被冷却至80～90℃后，沿吸煤气管经气液分离器进入洗涤塔；氨水由洗涤塔上部喷淋，下部带有焦油的氨水进入热环水槽；煤气由直冷洗涤塔下部进入，上部排出进入通常使用循环水的间接冷却器；将煤气由80℃冷却到40～45℃。煤气经直、间冷却器后进入罗茨鼓风机加压，经电捕焦油器后作为净化煤气使用。在常规工艺中，部分粗煤气直接送回直立炉燃烧室作为燃料，大量粗煤气直接送回直立炉作为循环载热气使用。从气液分离器及直冷洗涤塔出来的焦油氨水，自流入热环水槽静置分离焦油，焦油用泵送至焦油贮槽脱水，热循环氨水用泵送至炉顶集气管及直冷洗涤塔循环使用。从间接冷却器出来的焦油氨水，自流入冷环水槽静置分离焦油，焦油用泵送至焦油贮槽脱水，冷循环氨水用泵送至间冷器循环使用。从焦油贮槽脱水后的焦油(水分＜4％)送至焦油加工车间或装车外运。
[0060] 以下详细描述本发明的特征部分。
[0061] 本发明一种加压法内热式煤干馏造气工艺，包含以下步骤：造气部分包括炭化炉和炭化室载热组分内循环系统，炭化炉包括煤的炭化室和可能存在的燃料气燃烧室；在炭化室内，按照煤料的前进路线，划分为第一段即煤预热段(或称气体冷却段)、第二段即煤炭化段、第三段即炭冷却段(或称气体预热段)；在第三段区域，包含炭化室载热组分的第一路气体与二段过程料接触换热回收其热量升温后成为三段过程气，三段过程料离开三段区域；在第二段区域，三段过程气及可能存在的燃烧室烟气，与一段过程料进行气固直接接触发生炭化作用，二段过程料离开第二段区域进入第三段区域，二段过程气离开第二段区域进入第一段区域；在第一段区域，二段过程气与自外部加入的煤料接触加热煤料传递热量冷却并混入一段产生气后成为一段产品气(粗煤气)，煤料升温后成为一段过程料进入第二段区域；粗煤气排出炭化炉；炭产品排出炭化炉；在粗煤气冷却分离部分，冷却并分离排出炭化炉的粗煤气得到离环煤气、煤焦油、含焦油污水；至少一部分基于粗煤气的气体物流返回炭化室用作炭化室载热组分，构成造气部分炭化室载热组分内循环；其特征在于：炭化炉内气相操作压力PV为高压。
[0062] 本发明炭化炉内气相操作压力PV：大于0.18MPa(绝对压力)或大于0.20MPa(绝对压力)或大于0.30MPa(绝对压力)或大于0.40MPa(绝对压力)或大于0.50MPa(绝对压力)或大于1.00MPa(绝对压力)或大于1.50MPa(绝对压力)或大于2.0MPa(绝对压力)或为0.40～3.0MPa(绝对压力)。
[0063] 本发明炭化炉炭化室煤炭化段操作温度为500～900℃或为550～800℃或为600～750℃或为600～700℃。
[0064] 本发明为了降低循环冷却水数量，在粗煤气冷却分离部分，粗煤气经过水喷淋直接冷却步骤后经过空气冷却器冷却步骤，通常情况下粗煤气经过水喷淋直接冷却步骤后冷却至65～95℃后经过空气冷却器冷却步骤冷却至60～20℃，一般情况下粗煤气经过水喷淋直接冷却步骤后冷却至70～90℃后，经过空气冷却器冷却步骤冷却至50～35℃。
[0065] 本发明应用于兰炭生产时，操作条件通常为：在炭化室内，所述煤料为不粘结煤或弱粘结煤，炭产品为半焦(即兰炭)，煤炭化段操作温度为550～850℃，循环载热气体积流率与煤料体积流率之比为150～450标准立方米/立方米。
[0066] 本发明应用于兰炭生产时，操作条件一般为：在炭化室内，所述煤料为不粘结煤或弱粘结煤，炭产品为半焦(即兰炭)，煤炭化段操作温度为550～800℃，循环载热气体积流率与煤料体积流率之比为200～400标准立方米/立方米。
[0067] 本发明应用于兰炭生产时，操作条件较佳者为：在炭化室内，所述煤料为不粘结煤或弱粘结煤，炭产品为半焦(即兰炭)，煤炭化段操作温度为600～700℃，循环载热气体积流率与煤料体积流率之比为250～350标准立方米/立方米。
[0068] 由于本发明内热式干馏炉气体操作压力高于常压或远高于常压，因此，本发明通常使用煤料加料料锁系统、耐压干馏炉、加压燃烧室、炭料出炉料锁系统、干式熄焦系统。
[0069] 本发明炭化室所用煤料为不粘结煤或弱粘结煤，粒度为：25～100mm或10～40mm或3～15mm或1～5mm或0.5～3mm。
[0070] 以下描述本发明煤料加料料锁系统使用的煤料中转仓V0的工作步骤：
[0071] ①进料前的煤气置换步骤：完成卸料步骤的煤料中转仓V0含有可燃气体(粗煤气)，可以设置排气步骤为置换煤料吸附的空气创造条件。在卸料阀02、进料阀01均处于关闭状态下，打开通气阀0K2向煤料中转仓V0通入惰性气(如CO2气)，冲压完成后关闭通气阀0K2；然后打开通气阀0K1使煤料中转仓V0中气体进入安全排放点比如火炬或气柜完成放气降压步骤，然后关闭通气阀0K1；上述步骤可以重复多次；然后打开进料阀01将煤料卸入或等待加料，加料步骤结束后关闭加料阀01，等待后续动作指令。
[0072] ②进料后的空气置换步骤：完成加料步骤的煤料中转仓V0含有煤料带入的空气成分，可以设置气体置换步骤减少带入干馏炉的氮气、氩气、氧气等的数量。在卸料阀02、进料阀01均处于关闭状态下，打开气体通气阀0K2向煤料中转仓V0通入置换气(如CO2气)，冲压完成后关闭通气阀0K2；然后打开通气阀0K3，将气体排放至安全点比如特点大气排放口完成置换放气降压步骤，置换步骤可以进行多次，达到要求后，关闭气体通气阀0K3，等待后续动作指令。
[0073] ③向炭化室卸料步骤：煤料中转仓V0，定期关闭进料阀01，打开通气阀0K2使置换气气体进入煤料中转仓V0完成升压步骤，然后打开卸料阀02将煤料卸入干馏炉炭化室L101上部，卸料步骤结束后关闭卸料阀22、关闭通气阀0K2，等待后续动作指令。
[0074] 正常工作过程中，任何时刻，阀01和阀02不能同时处于开通状态。
[0075] 煤料中转仓V0操作指标包括料位、压力、温度等。
[0076] 本发明有以下典型应用，但并不局限于此：
[0077] ①与本发明人提出的公开号为CN102199433A的一种以CO2为燃烧过程控温组分的煤炭化工艺组合使用，形成高效煤干馏和高压化工原料气制备工艺；
[0078] ②与本发明人提出的公开号为CN102199433A的一种以CO2为燃烧过程控温组分的煤炭化工艺组合使用，形成高压高热值燃料气生产工艺；
[0080] ④与本发明人提出的申请号为201110221627.6的一种用含H2、N2多组分气制备特定组成氢氮气的方法组合使用，形成以合成氨系列产品为主导产品的工艺；
[0081] ⑤与本发明人提出的公开号为CN102198991A一种含煤焦油污水的处理方法组合使用，形成粗煤气变换和污水造气气制甲醇一体化工艺；
[0082] ⑥与本发明人提出的公开号为CN102198991A一种含煤焦油污水的处理方法组合使用，形成最大气体产能一体化工艺；
[0083] ⑦与本发明人提出的公开号为201110086594.9的一种煤制焦装置干熄焦方法组合使用，形成使用干熄焦工艺的高效低耗最优化内热式煤干馏工艺。
[0084] 与常规常压法内热式煤干馏造气工艺相比，本发明的主要优点见表3。
[0085] 表3加压法内热式煤干馏造气工艺优点汇总表
[0086]
[0087] 与常规常压法内热式煤干馏工艺相比，本发明更便于实施干法熄焦工艺，其优点在于：可以采用高的操作压力，系统体积小、投资省、能耗低。
[0088] 炭料出炉料锁系统、干式熄焦系统，请参阅本发明人提出的公开号为201110086594.9的一种煤制焦装置干熄焦方法。
[0089] 本发明应用于粉煤干馏时，炭化室内部还可能布置循环载热气分布器、燃烧室烟气分布器等设施。二者的结构形式可以相同或不同。
[0090] 炭化室内部布置的循环载热气分布器，位于固体料层底部，可以布置在与炭化炉内固体物料行进方向垂直的1个、2个或多个布气截面上，每个布置布气截面上可以设置多根平行管或环形管或多根附带垂直布气支管的平行管或多根附带垂直布气支管的环形管。上述布气管上布置出气孔，出气孔可以是任意方向的，但是布气管出气孔的推荐出气方向是与固体物料行进方向垂直或顺向，不推荐的出气方向是与固体物料行进方向逆向。
[0091] 炭化室内部布置的循环载热气分布器，可以布置在1个、2个或多个布气截面上，每个布置布气截面上设置的布气管通常构成1个、2个或多个独立供气单元，每个独立供气单元设置1个、2个或多个循环载热气进气口。
[0092] 对照例
[0093] 中国钢铁集团鞍山热能研究院的“以不粘煤或弱粘煤块煤为原料在直立式炭化炉炼制铁合金专用兰炭”技术及装备，采用以我国大同、神府地区的煤炭为适合煤源，采用在直立式炭化炉内炼制兰炭炼制兰炭并副产粗煤气和中低温煤焦油，该技术具有同类兰炭工艺的一般特征：以氮气为燃烧过程主要载热组分。本对照例的典型数据中，装置规模为兰炭产能360万吨/年，由6个60万吨/年兰炭单元构成，年开工时为7920小时/年(按年生产日期330天计)，以陕西榆林市神木煤为原料，煤气产能6×10.3亿标立方米/年，焦油产能6×6万吨/年。本对照例，干馏炉炉内底部气相操作压力为0.15MPa(绝对压力)，净化煤气压力为0.1065MPa(绝对压力)。
[0094] ①典型原料煤性质
[0095] 以神木煤质分析报告，设计对直立炉用煤的煤质要求如下：
[0096]
[0097] 内热式直立炭化炉生产兰炭所用的原料煤要求为25～80mm的块煤，项目适当考虑原料煤的筛分，每日需要煤量为6×3000t/d，即6×125t/h。
[0098] 表4一组典型的原料煤煤质检验报告
[0099]序号 检验项目 检验数据 采用标准
1 全水分(％) 10.8 GB/T211-1996
2 分析水分(％) 3.74 GB/T212-2001
3 灰分(％) 4.92 GB/T212-2001
4 挥发分(％) 34.40 GB/T212-2001
5 焦渣特征(1-8) 2 GB/T212-2001
6 固定碳(％) 60.04 GB/T212-2001
7 全硫(％) 0.21 GB/T214-1996
8 氢含量(％) 3.69 GB/T476-2001
1 全水分(％) 10.8 GB/T211-1996
2 分析水分(％) 3.74 GB/T212-2001
3 灰分(％) 4.92 GB/T212-2001
4 挥发分(％) 34.40 GB/T212-2001
5 焦渣特征(1-8) 2 GB/T212-2001
6 固定碳(％) 60.04 GB/T212-2001
7 全硫(％) 0.21 GB/T214-1996
8 氢含量(％) 3.69 GB/T476-2001
[0101] 兰炭产量6×60万吨/年，其中：
[0102] 规格1：≥5mm、6×52万吨/年，规格2：＜5mm、6×8万吨/年
[0103]
[0104] 兰炭＞5mm粒级可供国内铁合金厂、电石厂、化肥厂及出口；
[0105] 焦粉＜5mm，可供钢铁厂高炉喷吹用或自备电厂用。
[0106] ③副产品之一低温煤焦油，性质较好且富含低沸点酚，非酚馏分油易于加氢转化为石油产品代用品，渣油(或称煤沥青)可以焦化热加工为焦炭和焦化馏分油(作加氢原料)。煤焦油产量6×6万吨/年，其主要性质见表3。
[0107] 表5神府煤直立炉炼焦所得煤焦油的主要性质
[0108]
[0109] 表6脱水煤焦油的主要性质
[0111] 表7神府煤直立炉炼焦所得煤焦油的元素分析结果(％)
[0112]样品 C H N 0 S H/C原子比 备注
神府煤焦油1# 86.28 8.31 1.11 3.86 0.36 1.16
神府煤焦油2# 86.03 8.45 1.14 3.93 0.45 1.18
神府煤焦油1# 86.28 8.31 1.11 3.86 0.36 1.16
神府煤焦油2# 86.03 8.45 1.14 3.93 0.45 1.18
[0113] ④副产煤气：部分自用，部分外供。
[0114] 表8对照例粗煤气用途
[0115]序号 物料名称 Nm3/a 万Nm3/h
1 煤气总产量 6×1.03×109 6×13.0050
8
2 用途1：直立炉内循环 6×5.15×10 6×6.5025
3 用途2：外供 6×5.15×108 6×6.5025
1 煤气总产量 6×1.03×109 6×13.0050
8
2 用途1：直立炉内循环 6×5.15×10 6×6.5025
3 用途2：外供 6×5.15×108 6×6.5025
[0116] 表9对照例物流数据(单系列)
[0117]
[0118] 自用煤气，一部分作为炭化室载热组分使用，一部分用作炭化炉的燃烧室燃料，有部分未经过燃烧室、但经过炭化室冷炭段的煤气在炭化室炭化段发生部分化学氧化放热反应。炭化炉产生的剩余煤气，一部分供焦化污水焚烧用，大部分外输用用作燃料和制氢原料。
[0120] ⑥生产工段
[0122] 炭化工段：直立式炭化炉采取多排炉体布置。炉型选择为ZNZL3082型内热式直立炭化炉。炉体结构及特点：
[0123] ●该炉型比一般直立炭化炉扩大了炉容，炭化室长度由2100mm增加到3000～3500mm，高度由7000mm增加到8200mm，从而为直立炭化炉的稳产、高产提供了有利条件。
[0124] ●增大了燃烧室的容积和适当增加进气孔数量，使煤气和空气在燃烧室充分燃烧，热废气均匀进入炭化室，从而有效地防止挂渣和进气口的剥蚀。
[0125] ●每孔炭化室两侧分别设有上下两层共4个独立的水平火道(燃烧室)，可灵活地调节每孔炭化室的温度分布，确保整炉产品质量均匀、稳定。
[0126] ●兰炭熄焦先进行蒸汽熄焦，然后进行水熄焦。主要提高煤气中氢含量同时使兰炭质量有所提高。
[0127] ●兰炭由刮板机从直立炉排出，经烘干机烘干后运送到筛分机上进行分级，分级后的兰炭由胶带机分别运至贮焦场。
[0128] 煤气净化工段工艺流程：从炭化炉出来的煤气→集气槽→气液分离器→直冷一段塔→直冷二段塔→循环水间接冷却器→煤气风机→电捕焦油器→部分煤气内循环返回炭化炉、部分煤气外供用户。
[0129] 污水处理工段：工业污水采用焚烧处理，可做到工业污水零排放。
[0130] ⑦生产调节特点
[0131] 现有兰炭装置的设计思想是以兰炭为主产品、煤焦油和粗煤气为副产品，生产控制的主要项目是成炭速度达标、兰炭质量达标和粗煤气质量达标(热值介于1600～3
2400KCAL/Nm)。
2400KCAL/Nm)。
[0132] 实施例一
[0133] 基于对照例，将干馏炉气相操作压力设计为0.45MPa(绝对压力)，是对照例的3倍；净化煤气压力为0.38MPa(绝对压力)，是对照例的3.57倍。本实施例使用煤料加料料锁系统、耐压干馏炉、加压燃烧室、炭料出炉料锁系统、干式熄焦系统。
[0134] 实施例一干馏炉气相操作压力增大带来的有利效果见表10。
[0135] 实施例二
[0136] 基于实施例一，将干馏炉气体操作压力设计为0.9MPa(绝对压力)，是对照例的6倍；净化煤气压力为0.82MPa(绝对压力)，是对照例的7.70倍；与实施例1相比，各项目效果数量更为巨大。
[0137] 实施例二干馏炉气相操作压力增大带来的有利效果见表11。
[0138] 实施例三
[0139] 基于实施例二，与本发明人提出的“CN102199433A一种以CO2为燃烧过程控温组分的煤炭化工艺”组合使用，生产贫氮气煤气。
[0140] 尽管本文仅列举3个实施例，但它表明的效果同样存在于任何适合于采用本发明的煤炭化过程中。
[0141] 表10实施例一干馏炉气相操作压力增大带来的有利效果
[0142]
[0143] 表11实施例二干馏炉气相操作压力增大带来的有利效果
[0144]
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 低水分熄焦箱及使用该熄焦箱的熄焦方法 | 2020-05-12 | 473 |
| 干熄焦砌筑方法 | 2020-05-13 | 578 |
| 一种熄焦装置及利用该熄焦装置的熄焦方法 | 2020-05-12 | 818 |
| 干熄焦装置 | 2020-05-11 | 227 |
| 干熄焦横移工艺 | 2020-05-13 | 240 |
| 一种熄焦装置 | 2020-05-14 | 790 |
| 一种干熄焦方法 | 2020-05-14 | 453 |
| 熄焦车 | 2020-05-11 | 790 |
| 干法熄焦设备 | 2020-05-13 | 311 |
| 干熄焦装焦系统 | 2020-05-14 | 418 |
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