用于煤炭干餾爐自主調(diào)節(jié)干餾煤氣氫碳比的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于煤炭干餾爐自主調(diào)節(jié)干餾煤氣氫碳比的方法，其所述方法是將礦粉粒度≤80目的碳酸鹽補(bǔ)碳原料加入至入爐煤中混合均勻，得到混合爐料，將混合爐料裝入干餾爐加熱，然后將爐料經(jīng)熄焦工序降至常溫，再經(jīng)篩分后即為固體清潔燃料，生成的CO2和CO氣體直接進(jìn)入干餾氣中與過剩的H2氣體匹配進(jìn)行補(bǔ)碳，碳酸鹽分解副產(chǎn)的金屬氧化物進(jìn)入所產(chǎn)固體清潔燃料中，在燃燒過程中控制SO2的排放。本發(fā)明將碳酸鹽類礦物直接添加到干餾入爐煤中，利用熱分解所產(chǎn)生的CO2和CO氣體為干餾煤氣補(bǔ)碳，具有原料來源豐富、工藝過程簡單、設(shè)備投資省、補(bǔ)碳成本低、經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于高、中溫干餾煤氣補(bǔ)碳。
【專利說明】用于煤炭干餾爐自主調(diào)節(jié)干餾煤氣氫碳比的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種調(diào)節(jié)干餾煤氣氫碳比的方法，具體地說是一種用于煤炭干餾爐調(diào)節(jié)干餾煤氣氫碳比的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭燃燒是我國目前乃至今后相當(dāng)長時間獲取能源的主要方式，大量煤炭的直接燃燒，導(dǎo)致我國大氣環(huán)境污染嚴(yán)重，霧霾天氣頻發(fā)，同時未有效利用煤中化學(xué)品，浪費(fèi)嚴(yán)重，導(dǎo)致過程經(jīng)濟(jì)性差。因此對燃用煤炭實(shí)施干餾(拔頭)，充分回收煤中所含化學(xué)品，已在業(yè)內(nèi)高效梯級利用煤炭方面形成廣泛共識。
[0003]煤炭干餾氣經(jīng)化產(chǎn)回收后，主要成分為H2、CH4, CO、CO2, N2, CmHn等，經(jīng)深度凈化、甲烷化等工序可用于生產(chǎn)合成天然氣(SNG)或液化天然氣(LNG);或經(jīng)深度凈化、烷烴轉(zhuǎn)化及合成等工序又可用于生產(chǎn)甲醇、合成油等，從而提高干餾煤氣的附加值，使干餾煤氣得以有效利用。但是無論是高溫干餾煤氣，還是中溫干餾煤氣，均存在H2含量過剩，氫碳比不符合合成氣的摩爾比要求。如現(xiàn)有高溫干餾技術(shù)的冶金焦生產(chǎn)，其干餾煤氣中H2含量達(dá)50%以上，碳含量約為10%，氫碳比高達(dá)5以上；再如現(xiàn)有中溫干餾技術(shù)的蘭炭生產(chǎn)，其干餾煤氣中H2含量達(dá)40%以上，氫碳比達(dá)3.5以上。
[0004]欲將過剩氫 氣完全反應(yīng)必須對干餾煤氣進(jìn)行補(bǔ)碳。通常是采用煤炭氣化補(bǔ)碳，為降低合成氣中的含氮量，需空分制純氧作為氣化劑。如現(xiàn)有固定床純氧煤氣化補(bǔ)碳技術(shù)，以焦炭或無煙煤為原料，純氧、CO2或水蒸氣為氣化劑，需配套純氧生產(chǎn)裝置和變壓吸附(PSA)裝置；再如規(guī)模較大的德士古粉煤氣化技術(shù)，單臺爐投資達(dá)數(shù)億元，并需配較大的空分裝置，原料煤要求很高。
[0005]上述現(xiàn)有補(bǔ)碳技術(shù)，工藝復(fù)雜，一次性投資很大，較難在我國煤干餾企業(yè)推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的具體技術(shù)問題是以碳酸鹽礦物作為補(bǔ)碳原料，直接添加到干餾入爐煤料中，通過熱分解對干餾煤氣進(jìn)行補(bǔ)碳，其目的是提供一種工藝簡單、投資少、且成本低的用于煤炭干餾爐自主調(diào)節(jié)干餾煤氣氫碳比的方法。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的措施如下:
一種用于煤炭干餾爐自主調(diào)節(jié)干餾煤氣氫碳比的方法，其所述方法按下列步驟進(jìn)行:
(1)確定入爐煤的質(zhì)量指標(biāo)為=FCd≥50%, Vadf≥25%，Ad ≤ 25%，Std < 1.5% ；
⑵確定碳酸鹽補(bǔ)碳原料的燒損率、入爐煤的產(chǎn)氣率及原干餾煤氣的組成；
⑶將干燥后的碳酸鹽補(bǔ)碳原料經(jīng)粗破、干式研磨，使礦粉粒度<80目；
⑷將研磨好的碳酸鹽補(bǔ)碳原料加入至入爐煤中混合均勻，得到混合爐料，將混合爐料裝入干餾爐；
中溫干餾，碳酸鹽補(bǔ)碳原料加入量為入爐煤量的0.5~28wt% ；高溫干餾，碳酸鹽補(bǔ)碳原料加入量為入爐煤量的4~30wt% ；
(5)將干餾爐中的混合爐料隔絕空氣加熱，通過熱分解進(jìn)行補(bǔ)碳；
中溫干餾持續(xù)加熱6~12h，爐料中心溫度逐漸升至700~900°C ；
高溫干餾持續(xù)加熱12~24h，爐料中心溫度逐漸升至900~1100°C ；
然后將紅熱爐料出爐后經(jīng)熄焦工序降至常溫，再經(jīng)篩分，即得到固體清潔燃料；
(6)干餾爐加熱過程溢出的荒干餾煤氣，經(jīng)除焦油、濕法脫硫、洗氨、洗苯的化產(chǎn)回收工序后，即為補(bǔ)碳后的凈干餾煤氣；其雜質(zhì)含量:焦油< 0.02g/m3、H2S ( 0.2g/m3、NH3 0.05g/m3、苯< 4g/m3 ；
所得補(bǔ)碳后的凈干餾煤氣的氫碳比是=R=(H2-CO2)/(C(HCO2)=0.5~3.3。
[0008]進(jìn)一步地，其附加技術(shù)方案如下。
[0009]所述碳酸鹽補(bǔ)碳原料的加入量是按下列公式計(jì)算的:
M (,二啊)- vR.iVE2 — vCOlR (^co + VCQ2 )
1 ，.509,IMs(R+l) + a(R~i)
其中:MS——碳酸鹽的燒損率，wt% ；
Ve——干入爐煤產(chǎn)氣率，NmVt ；
Vco——原干餾煤氣組成中CO氣體的體積百分率，V% ；
Vc02——原干餾煤氣組成中CO2氣體的體積百分率，V% ；
Vh2——原干餾煤氣組成中H2氣體的體積百分率，V% ；
R-補(bǔ)碳后的凈干懼煤氣的氫碳比為0.5~3.3 ;
α——碳酸鹽分解生成的CO2氣體轉(zhuǎn)化為CO氣體的轉(zhuǎn)化比率；
對于高溫干餾α =0.50~0.60，而中溫干餾α =0.40~0.50。
[0010]所述碳酸鹽補(bǔ)碳原料是石灰石、白云石和菱鐵礦中的一種。
[0011]所述石灰石、白云石、菱鐵礦和菱鎂礦中的陰離子是[C03]2_，陽離子是Ca2+、Mg2+或Fe2+。
[0012]所述固體清潔燃料的金屬氧化物含量是0.3~20wt% ;質(zhì)量指標(biāo)是:FCd ≥ 65%，
Vadf ≤6%, Ad ≤35%, St；d < 1.0%。
[0013]所述補(bǔ)碳后的凈干餾煤氣的主要成分為H2、CO、CO2和CH4,余量為N2、CmHn和02。
[0014]所述補(bǔ)碳后的凈干餾煤氣的焦油≤0.02g/m3、H2S ≤ 0.2g/m3、NH3 ≤ 0.05g/m3、苯 ≤ 4g/m3。 [0015]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述所提供的一種用于煤炭干餾爐自主調(diào)節(jié)干餾煤氣氫碳比的方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其直接帶來的和必然產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)與積極效果如下:
在本發(fā)明方法中，所采用的補(bǔ)碳所需原料為碳酸鹽類礦物，原料來源廣泛而豐富，價格低廉，直接添加至入爐煤中，通過干餾過程實(shí)現(xiàn)補(bǔ)碳，省去了建設(shè)煤氣爐及相關(guān)凈化、制氧及提純設(shè)備，簡化了工藝過程，設(shè)備投資低，綜合成本降低了 30%以上，可廣泛應(yīng)用于高、中溫干餾煤氣的綜合利用項(xiàng)目中。
[0016]在本發(fā)明方法中，碳酸鹽分解副產(chǎn)的金屬氧化物進(jìn)入所產(chǎn)的固體清潔燃料中，在后續(xù)的直接燃燒過程中，有效地控制了 SO2的排放，進(jìn)一步地降低了環(huán)境的污染。
[0017]在本發(fā)明方法中，含有金屬氧化物的固體清潔燃料在燃燒過程中與SO2生成較難分解的硫酸鹽產(chǎn)物，硫酸鹽隨灰渣一同排出，從而達(dá)到控制SO2氣體排放的目的，其固硫率可達(dá)40%以上，有效地控制了環(huán)境的污染。
[0018]在本發(fā)明方法中，生產(chǎn)的氣、固、液體產(chǎn)品均為清潔燃料，與直接燃燒煤炭相比，可降低污染物排放90%以上，對解決城市周邊農(nóng)村生活用煤，改善農(nóng)村與城市環(huán)境質(zhì)量，降低霧霾天氣具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
[0019]在本發(fā)明方法中，煤炭直接燃燒所排污染物的量主要決定于揮發(fā)分的高低，固體清潔燃料揮發(fā)分含量不足6% ;氣體產(chǎn)品如SNG，液體產(chǎn)品如LNG、甲醇及合成油，其合成氣均經(jīng)過多個工序的深度凈化，雜質(zhì)含量均為ppm (百萬分之一)級。因此，產(chǎn)品均為清潔燃料。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明方法的流程圖。[0021]【具體實(shí)施方式】
下面對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作出進(jìn)一步地說明。
[0022]本發(fā)明是針對我國稟賦豐富的碳酸鹽類礦物，并將碳酸鹽類礦物直接添加到干餾入爐煤中，在干餾過程中分解為金屬氧化物與CO2氣體，部分CO2氣體與高溫炭反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CO氣體，CO2和CO氣體進(jìn)入干餾煤氣，與過剩的H2氣體匹配，來滿足合成氣的氫碳比要求；同時，碳酸鹽分解副產(chǎn)的金屬氧化物進(jìn)入所產(chǎn)固體清潔燃料中，可在后續(xù)直接燃燒過程中有效地控制SO2的排放。
[0023]其干餾煤氣包括:高溫干餾煤氣、中溫干餾煤氣。
[0024]其補(bǔ)碳方法:干餾爐入爐煤料添加碳酸鹽類物質(zhì)，主要的陰離子為[C03]2_，主要的陽離子為Ca2+、Mg2+、Fe2+，如石灰石(CaCO3),白云石(CaC03*MgC03)，菱鐵礦(FeCO3),菱鎂礦(MgCO3)等。
[0025]其補(bǔ)碳原理:CaC03= CaO + CO2 CaCO3lMgCO3= CaCO3+ MgO + CO2 3FeC0s = Fe3O4 + 2C02 + CO
MgCO3 = MgO + CO2
CO2 + C = 2C0
本發(fā)明上述所提供的一種用于煤炭干餾爐自主調(diào)節(jié)干餾煤氣氫碳比的方法，是先將干燥的碳酸鹽補(bǔ)碳原料經(jīng)粗破、干式研磨后，按比例加入干餾入爐煤中，混勻后一并裝入干餾爐中，經(jīng)加熱干餾生成的CO2和CO氣體直接進(jìn)入干餾煤氣中，從而實(shí)現(xiàn)補(bǔ)碳的目的。其具體方法按下列步驟進(jìn)行:≥25%，Ad ( 25%，St，d < 1.5% ； ⑵確定碳酸鹽補(bǔ)碳原料的燒損率、入爐煤的產(chǎn)氣率及原干餾煤氣的組成；
⑶將干燥的碳酸鹽補(bǔ)碳原料經(jīng)粗破、干式研磨，使礦粉粒度<80目；
⑷將研磨好的碳酸鹽補(bǔ)碳原料加入至入爐煤料中混合均勻，得到混合爐料，將混合爐料裝入干餾爐；對于中溫干餾，碳酸鹽補(bǔ)碳原料加入量為入爐煤量的0.5~28wt%，而高溫干餾，碳酸鹽補(bǔ)碳原料加入量為入爐煤量的4~30wt% ；
(5)將干餾爐中的混合爐料隔絕空氣進(jìn)行加熱，對于中溫干餾持續(xù)加熱6~12h，爐料中心溫度逐漸升至700~900°C;而高溫干餾則持續(xù)加熱12~24h，爐料中心溫度逐漸升至900~1100°C ;然后將紅熱的爐料出爐后經(jīng)熄焦工序降至常溫，再經(jīng)篩分后，即為合格的固體清潔燃料；
(6)干餾爐加熱過程溢出的荒干餾煤氣，經(jīng)除焦油、濕法脫硫、洗氨、洗苯等化產(chǎn)回收工序后，焦油≤0.02g/m3、H2S ( 0.2g/m3、NH3 ( 0.05g/m3、苯≤4g/m3,即為補(bǔ)碳后的凈干懼煤氣;
(7)干餾煤氣的碳元素得到補(bǔ)充，補(bǔ)碳后的凈干餾煤氣的氫碳比為=R=(H2-CO2)/(CCHCO2)=0.5~3.3，符合合成氣的補(bǔ)碳要求。
[0026]本發(fā)明在上述實(shí)施方法中，補(bǔ)碳原料碳酸鹽，包括但不限于陰離子為[C03]2-，包括但不限于陽離子為Ca2+、Mg2+、Fe2+，如石灰石(CaCO3),白云石(CaC03*MgC03)，菱鐵礦(FeCO3)，菱鎂礦(MgCO3)等。
[0027]本發(fā)明在上述實(shí)施方法中，碳酸鹽補(bǔ)碳原料加入至入爐煤中的加入量是根據(jù)碳酸鹽補(bǔ)碳原料燒損率、入爐煤料的產(chǎn)氣率及加碳酸鹽補(bǔ)碳原料前的原干餾的煤氣組成，按照計(jì)算公式確定的；計(jì)算碳酸鹽補(bǔ)碳原料加入量前，碳酸鹽補(bǔ)碳原料燒損率、入爐煤產(chǎn)氣率及加碳酸鹽補(bǔ)碳原料前的原干餾煤氣組成可根據(jù)入爐煤的與干餾爐相同工藝條件下的小焦?fàn)t試驗(yàn)(如40kg小焦?fàn)t)預(yù)先測得。
[0028]計(jì)算公式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種用于煤炭干餾爐自主調(diào)節(jié)干餾煤氣氫碳比的方法，其所述方法按下列步驟進(jìn)行: (1)確定入爐煤的質(zhì)量指標(biāo)為=FCd≥50%, Vadf≥25%，Ad ( 25%，St，d < 1.5% ； ⑵確定碳酸鹽補(bǔ)碳原料的燒損率、入爐煤的產(chǎn)氣率及原干餾煤氣的組成； ⑶將干燥后的碳酸鹽補(bǔ)碳原料經(jīng)粗破、干式研磨，使礦粉粒度<80目； ⑷將研磨好的碳酸鹽補(bǔ)碳原料加入至入爐煤中混合均勻，得到混合爐料，將混合爐料裝入干餾爐； 中溫干餾，碳酸鹽補(bǔ)碳原料加入量為入爐煤量的0.5~28wt% ； 高溫干餾，碳酸鹽補(bǔ)碳原料加入量為入爐煤量的4~30wt% ； (5)將干餾爐中的混合爐料隔絕空氣加熱，通過熱分解進(jìn)行補(bǔ)碳； 中溫干餾持續(xù)加熱6~12h，爐料中心溫度逐漸升至700~900°C ； 高溫干餾持續(xù)加熱12~24h，爐料中心溫度逐漸升至900~1100°C ； 然后將紅熱爐料出爐后經(jīng)熄焦工序降至常溫，再經(jīng)篩分，即得到固體清潔燃料； (6)干餾爐加熱過程溢出的荒干餾煤氣，經(jīng)除焦油、濕法脫硫、洗氨、洗苯的化產(chǎn)回收工序后，即為補(bǔ)碳后的凈干餾煤氣； 所得補(bǔ)碳后的凈干餾煤氣的氫碳比為=R=(H2-CO2)/(C(HCO2)=0.5~3.3。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其所述碳酸鹽補(bǔ)碳原料的加入量是按下列公式計(jì)算的:
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其所述碳酸鹽補(bǔ)碳原料是石灰石、白云石、和菱鐵礦中的一種。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其所述石灰石、白云石和菱鐵礦中的陰離子是[CO3]2-，陽離子是 Ca2+、Mg2+或 Fe2+。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其所述固體清潔燃料的金屬氧化物含量是0.3~20wt% ；質(zhì)量指標(biāo)是=FCd ≥ 65%，Vadf ( 6%，Ad ( 35%，St，d < 1.0%。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其所述補(bǔ)碳后的凈干餾煤氣的主要成分為H2、CO、CO2和CH4，余量為 N2、CmHn 和 02。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其所述補(bǔ)碳后的凈干餾煤氣的焦油<0.02g/m3、H2S ^ 0.2g/m3> NH3 ^ 0.05區(qū)/1113、苯< 4g/m3。
【文檔編號】C10B57/18GK103937520SQ201410138709
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月9日
【發(fā)明者】劉守軍, 杜文廣, 張智聰, 上官炬, 楊頌 申請人:太原理工大學(xué)