一种兰炭焦炉煤气制合成气的方法

技术领域

本发明涉及煤炭热解干馏技术领域，特别涉及一种兰炭焦炉煤气制合成气的方法。

背景技术

兰炭（又称半焦、焦粉），块状，粒度一般小于80mm，颜色呈浅黑色，广泛用于化工、冶炼、造气等行业。在生产金属硅、铁合金、硅铁、硅锰、化肥、电石等高耗能产品过程中优于焦炭。

目前，兰炭生产多采用内热式干馏炉进行生产，但该工艺具有以下缺点：（1）原料煤一般为粒度20~80mm的块煤，粉煤资源无法得到合理有效利用，现有技术有将粉煤气化，再利用气化后的热能，但是会产生废烟气，后续处理难度较大；（2）兰炭成品通过水蒸汽熄焦，造成部分兰炭气化，兰炭产量降低，并且兰炭气孔增多，机械强度降低，造成兰炭成品质量不佳；（3）该工艺以空气为助燃剂，带入大量惰性气体，导致出炉煤气热值低，影响其后续加工利用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种兰炭焦炉煤气制合成气的方法，该方法将原料煤干燥预热，采用外热式干馏，得到荒煤气和兰炭半成品，该荒煤气经冷却、电捕焦油，得到兰炭焦炉煤气；兰炭焦炉煤气可用于冷却兰炭半成品，并将兰炭半成品中的兰炭粉料分离，得到粉料煤气，该粉料煤气进入气化炉，与水蒸汽发生完全气化反应，得到气化煤气；气化煤气的热量依次被干馏、干燥预热回收利用，再经除尘，得到合成气，该合成气有效成分含量高于95%，可用于生产合成氨、甲醇、低碳烯烃等基础原料，也可作为清洁能源。本发明的方法不产生废气烟气，能充分利用煤炭资源，得到高质量的兰炭成品、煤焦油和合成气。

本发明采用的技术方案是：

一种兰炭焦炉煤气制合成气的方法，包括以下步骤：

步骤S1. 将原料煤与干燥介质间接接触，进行干燥并预热，原料煤中蓄存的气体和非化学结合水析出；

步骤S2. 将预热的原料煤进行外热式干馏，得到兰炭半成品和荒煤气；

步骤S3. 将兰炭半成品与冷却介质逆流接触，进行熄焦，同时在冷却介质的气力携带作用下，兰炭粉料随冷却介质与兰炭块料分离，得到兰炭成品；

步骤S4. 将荒煤气收集缓存，经冷却、电捕焦油处理，得到煤焦油和兰炭焦炉煤气；

步骤S5. 将兰炭焦炉煤气作为步骤S3中的冷却介质，与兰炭半成品逆流接触，携带兰炭粉料与兰炭块料分离，得到粉料煤气；

步骤S6. 将粉料煤气送入气化炉，在1100~1200℃下，与水蒸汽混合，粉料煤气中的兰炭粉料、二氧化碳与水蒸汽接触，发生完全气化反应，生成气化煤气；该气化煤气先作为步骤S2中外热式干馏的热源，接着作为步骤S1中的干燥介质与原料煤进行热交换，最后除尘净化，得到合成气。

在本申请公开的兰炭焦炉煤气制合成气的方法中，所述步骤S6中，气化煤气与原料煤热交换后，再与水换热，制备水蒸汽，所述水蒸汽可送入气化炉作为气化剂。

在本申请公开的兰炭焦炉煤气制合成气的方法中，所述步骤S4中，荒煤气经电捕焦油处理后，接着进行脱硫处理，除去硫化物。

在本申请公开的兰炭焦炉煤气制合成气的方法中，所述荒煤气脱硫处理后再进行脱水处理，除去水分，得到兰炭焦炉煤气。

在本申请公开的兰炭焦炉煤气制合成气的方法中，所述步骤S1中，原料煤的粒径小于50mm。

在本申请公开的兰炭焦炉煤气制合成气的方法中，所述步骤S3中，兰炭粉料的粒径小于10mm。

在本申请公开的兰炭焦炉煤气制合成气的方法中，所述步骤S1中，原料煤的干燥预热温度为250~300℃。

在本申请公开的兰炭焦炉煤气制合成气的方法中，所述步骤S2中，外热式干馏的温度为600~800℃。

在本申请公开的兰炭焦炉煤气制合成气的方法中，所述步骤S6中，气化煤气的温度可通过合成气或兰炭焦炉煤气调节，以满足干馏、预热干燥的温度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本申请将兰炭焦炉煤气与兰炭半成品逆流接触，在被冷却的同时兰炭粉料被带出，得到粉料煤气和块状兰炭成品，兰炭焦炉煤气经过净化处理，不含水分，用于冷却兰炭半成品，不会消耗兰炭，产生气孔，在冷却的同时进行筛分，其工艺简单方便，可直接生产出高质量兰炭，兰炭粒度分布窄，成品率高，产品质量优异。

（2）本申请将粉料煤气送入气化炉进行气化反应，可将兰炭半成品的热量充分利用，避免能量浪费；低温干馏的煤气产率较低，将兰炭粉料与兰炭焦炉煤气用于生产合成气，提高了煤炭热解低温干馏的煤气产率；兰炭焦炉煤气中的二氧化碳作为兰炭粉料的气化原料，降低二氧化碳含量的同时提高了合成气有效成分含量，合成气质量高，兰炭粉料也得到充分利用，进炉原料煤粒度要求较小，不需要将原料煤中的粉料或小颗粒料筛分除去，减少工作量；将合成气的热量依次经干馏、干燥预热回收利用，能源利用度高，达到节能减排的目的。

（3）本申请可得到兰炭、煤焦油、合成气等高质量产品，合成气有效组分含量大于95%，可用于生产合成氨、甲醇、低碳烯烃等基础原料，也可作为清洁能源。本申请的方法不产生废烟气，废弃物产量小，能源利用率高，生产成本低，得到的产物质量高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为兰炭焦炉煤气制合成气的方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本申请的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参阅图1所示，本申请实施例提供了一种兰炭焦炉煤气制合成气的方法，包括以下步骤：

步骤S1. 将原料煤与干燥介质间接接触，进行干燥并预热，原料煤中蓄存的气体和非化学结合水析出。原料煤干燥预热时，外形基本无变化，主要是从煤中析出蓄存的气体和非化学结合水，避免后续干馏过程中，煤与荒煤气、水蒸汽在高温下发生气化反应，消耗掉一部分兰炭，兰炭产量下降，并且兰炭表面气孔变多，从而导致兰炭强度降低。

步骤S2. 将预热的原料煤进行外热式干馏，得到兰炭半成品和荒煤气。外热式干馏产生的荒煤气组分主要为煤焦油、氢气、一氧化碳、甲烷、二氧化碳等，其中氢气含量最高，占40%以上，与内热式干馏相比，没有大量惰性气体混入，成分纯净，热值高，经纯化后可得清洁燃料。

步骤S3. 将兰炭半成品与冷却介质逆流接触，进行熄焦，同时在冷却介质的气力携带作用下，兰炭粉料随冷却介质与兰炭块料分离，得到兰炭成品。现有兰炭成品的分级，都是在兰炭生产结束后通过筛分设备进行筛分，其操作步骤多，并且在装、卸、运输等过程，机械强度不高的兰炭，会碎裂成兰炭粉料，降低了成品率。本申请将兰炭半成品与冷却介质逆流接触，在被冷却的同时兰炭粉料被带出，得到块状兰炭成品，工艺简单方便，可直接生产出高质量兰炭，其粒度分布窄，成品率高，产品质量优异。

步骤S4. 将荒煤气收集缓存，经冷却、电捕焦油处理，得到煤焦油和兰炭焦炉煤气。干馏产生的荒煤气经收集缓存后，通过冷却水冷却，除去大部分煤焦油，再通过电捕焦油进一步除去煤气中的煤焦油和水，得到兰炭焦炉煤气。荒煤气在净化过程中，温度逐渐降低，可用于冷却兰炭半成品。

步骤S5. 将兰炭焦炉煤气作为步骤S3中的冷却介质，与兰炭半成品逆流接触，携带兰炭粉料与兰炭块料分离，得到粉料煤气。干馏后的兰炭半成品温度很高，现有熄焦方式，是通过水或水蒸汽进行冷却，其会产生废水，同时兰炭半成品的热量被浪费，并且由于水蒸汽在高温下与兰炭发生气化反应，消耗固定碳，导致产量下降，灰分增加，兰炭表面气孔数增加，气孔孔径变大，气孔壁变薄，使得兰炭的机械强度降低。本申请将兰炭焦炉煤气用于冷却兰炭半成品，在冷却的同时进行筛分，得到粉料煤气和兰炭成品，兰炭焦炉煤气经过净化处理，不含水分，不会消耗兰炭，产生气孔，兰炭焦炉煤气中的二氧化碳与兰炭粉料的气化温度较高（大于1000℃），用于熄焦也不会消耗兰炭产生气孔；粉料煤气随后被送入气化炉进行气化反应，可将兰炭半成品的热量充分利用，避免能量浪费，达到节能减排的目的。

步骤S6. 将粉料煤气送入气化炉，在1100~1200℃下，与水蒸汽混合，粉料煤气中的兰炭粉料、二氧化碳与水蒸汽接触，发生完全气化反应，生成气化煤气；该气化煤气先作为步骤S2中外热式干馏的热源，接着作为步骤S1中的干燥介质与原料煤进行热交换，最后除尘净化，得到合成气。粉料煤气进入气化炉后发生一系列气化反应，例如在高温环境下，兰炭粉料与水蒸汽接触，生成氢气和一氧化碳，粉料煤气中的二氧化碳与兰炭粉料在高温下生成一氧化碳。气化炉的温度控制在1100~1200℃，在该温度下兰炭粉料与二氧化碳、水蒸汽反应生成的一氧化碳、氢气含量高，同时能保证兰炭粉料完全气化，得到高温的气化煤气。气化煤气的热量依次被干馏、干燥预热回收利用，再除尘，得到合成气。该合成气中有效组分（氢气、一氧化碳、甲烷）含量大，可用于生产合成氨、甲醇、低碳烯烃等基础原料，也可作为清洁能源用于燃烧发电。由于低温干馏的煤气产率较低，本申请在兰炭生产过程中，将兰炭粉料用于生产合成气，提高了煤炭热解低温干馏的煤气产率；兰炭焦炉煤气中的二氧化碳作为兰炭粉料的气化原料，降低二氧化碳含量的同时提高了合成气有效成分含量，合成气质量高，兰炭粉料也得到充分利用，进炉原料煤粒度要求较小，不需要将原料煤中的粉料或小颗粒料筛分除去，减少工作量，并将合成气的热量充分利用，达到节能减排的目的。

本申请通过净化后的兰炭焦炉煤气冷却、筛分兰炭半成品，将兰炭粉料与兰炭块料分离，得到的粉料煤气可将热量带入气化炉，避免能源浪费，粉料煤气在气化炉发生完全气化反应，得到气化煤气，气化煤气的热量依次经干馏、干燥预热利用，能源利用度高，得到的合成气有效组分含量大于95%，可用于生产合成氨、甲醇、低碳烯烃等基础原料，也可作为清洁能源用于燃烧发电。本申请的方法不产生废烟气，废弃物产量小，能源利用率高，生产成本低，得到的产物质量高。

在一个实施例中，步骤S6中，气化煤气与原料煤热交换后，再与水换热，制备水蒸汽，该水蒸汽可送入气化炉作气化剂。与原料煤热交换后的气化煤气温度降低，但仍在100℃以上，可与水换热，制备水蒸汽。

在一个实施例中，步骤S4中，荒煤气经电捕焦油处理后，接着进行脱硫处理，除去硫化物。具体地，荒煤气经冷却、电捕焦油处理后，进入脱硫塔，与脱硫液接触，煤气中的硫化物以及焦油、萘、苯、酚等物质脱除，对煤气进一步净化，使得后续得到的合成气成分干净，质量高。

具体地，脱硫后的煤气再经除雾器脱水处理，减少煤气中的水含量，避免后续熄焦处理时，与兰炭发生气化反应。

在一个实施例中，原料煤的粒径小于50mm。原料煤在干馏过程中因丢失组分会变小，本申请将原料煤的粒径控制在50mm以下，在干馏、筛分后，可得到中块兰炭成品。

具体地，通过控制兰炭焦炉煤气，使其气力可将小于10mm的兰炭粉料带离。

在一个实施例中，干燥介质的温度为250~300℃，在该温度下原料煤可快速干燥，同时原料煤中蓄存的气体和非化学结合水析出。

在一个实施例中，外热式干馏的温度为600~800℃。气化炉排出的气化煤气温度高，热量大，可用于外热式干馏的热源，再作为干燥介质与原料煤进行热交换，接着与水进行热交换，尽可能的利用其热量，达到节能减排的目的。

具体地，由于净化后的兰炭焦炉煤气有效成分（氢气、一氧化碳、甲烷、二氧化碳）的含量大于90%，因此气化煤气的温度可通过兰炭焦炉煤气或合成气调节，以满足干馏、预热干燥的温度。例如在气化炉排气口处，当气化煤气温度过高，可通过合成气调节气化煤气的温度，使其温度在600~800℃。

在一个具体的实施场景中，将粒径小于50mm的原料煤与250~300℃的气化煤气间接接触，进行干燥并预热，原料煤中蓄存的气体和非化学结合水析出；将预热的原料煤在650~750℃下进行外热式干馏，得到兰炭半成品和荒煤气；将荒煤气收集缓存，通过冷却水冷却，除去大部分煤焦油，再通过电捕焦油进一步除去煤气中的煤焦油和水，接着进入脱硫塔，与脱硫液接触，煤气中的硫化物以及焦油、萘、苯、酚等物质脱除，进一步净化，净化后经除雾器除水，得到兰炭焦炉煤气；将兰炭焦炉煤气与兰炭半成品逆流接触，进行熄焦，同时在兰炭焦炉煤气的气力携带作用下，小于10mm的兰炭粉料随兰炭焦炉煤气与兰炭块料分离，得到兰炭成品和粉料煤气；将粉料煤气送入气化炉，在1100~1200℃下与水蒸汽混合，粉料煤气中的兰炭粉料、二氧化碳与水蒸汽接触，发生完全气化反应，生成气化煤气；控制该气化煤气的温度在650~750℃，先进入干馏炉作为热源，再作为干燥介质与原料煤进行热交换，接着与水进行热交换制备水蒸汽，最后除尘净化，得到合成气。

将合成气用煤气分析仪检测气体成分，该合成气中主要为氢气、一氧化碳和甲烷，占比达95%以上，其中氢气55.1%，一氧化碳28.7%，甲烷12.8%，二氧化碳1.3%。

将兰炭成品进行检测分析，兰炭粒径在15~35mm，固定碳含量88.6%，挥发份4.2%，水分2.1%，灰分4.7%，硫0.05%，磷0.05%。

本申请将兰炭焦炉煤气与兰炭半成品逆流接触，在被冷却的同时兰炭粉料被带出，得到粉料煤气和块状兰炭成品，兰炭焦炉煤气经过净化处理，不含水分，用于冷却兰炭半成品，不会消耗兰炭，产生气孔，在冷却的同时进行筛分，其工艺简单方便，可直接生产出高质量兰炭，兰炭粒度分布窄，成品率高，产品质量优异；粉料煤气被送入气化炉进行气化反应，可将兰炭半成品的热量充分利用，避免能量浪费；低温干馏的煤气产率较低，将兰炭粉料与兰炭焦炉煤气用于生产合成气，提高了煤炭热解低温干馏的煤气产率；兰炭焦炉煤气中的二氧化碳作为兰炭粉料的气化原料，降低二氧化碳含量的同时提高了合成气有效成分含量，合成气质量高，兰炭粉料也得到充分利用，进炉原料煤粒度要求较小，不需要将原料煤中的粉料或小颗粒料筛分除去，减少工作量；将合成气的热量依次经干馏、干燥预热回收利用，能源利用度高，达到节能减排的目的；得到的合成气有效组分含量大于95%，可用于生产合成氨、甲醇、低碳烯烃等基础原料，也可作为清洁能源。本申请的方法不产生废烟气，废弃物产量小，能源利用率高，生产成本低，得到的产物质量高。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。