一种低阶煤热解生产富氢煤气的方法及装置与流程

本发明涉及煤热解，具体涉及一种低阶煤热解生产富氢煤气的方法及装置。

背景技术：

1、煤热解是在惰性氛围下将煤加热到一定温度使其分解，得到煤气(气态)、焦油(液态)和半焦(固体)的热加工处理技术。焦炉是煤热解的主要装置，生产钢铁冶炼用的焦炭，并得到煤焦油和焦炉煤气等副产品。随着煤化工技术的发展以及焦炭产能结构的调整，煤热解的应用领域逐步转移至低阶煤分质利用上。

2、变质程度较低的低阶煤，例如长焰煤、不粘煤等，具有很高的挥发分，热解后大部分挥发分析出得到煤焦油和煤气，剩下的固体产品也称兰炭，是优质的还原剂，可用于生产硅铁、电石等。低阶煤热解产生的煤气一般含有40％以上的h2、30％以上的ch4以及少量的co和co2，既可以提取h2用于焦油加氢，或者提取ch4用于制备lng，也可以用于高温还原和煅烧工序。目前，由于焦炭产能过剩，传统焦炉逐步退出和关停，但炼焦工业下游产业，例如炭黑生产、钢铁冶炼，仍需要大量高热值煤气，低阶煤热解可以为这些产业供应煤气，实现煤炭资源的分质利用。因此，如何使低阶煤热解产生更多高品质煤气，是实现煤炭分质利用的重要研究方向。

3、低阶煤热解工艺按加热方式不同，分为间接加热和直接加热两类，其中直接加热又包括烟气热载体和煤气热载体两种主要工艺。间接加热，煤气析出过程不受加热气体的影响，煤气品质高，但加热效率低，产气量偏低。烟气直接加热虽然加热效率高，但煤气中会引入大量n2，煤气热值低，有用组分低于45％，不利于后续的加工及利用。煤气热载体热解工艺结合了间接加热和烟气直接加热的优点，煤气品质高，加热效率高，产气量高。

4、cn117050765a公开了一种热解炉煤气循环系统和循环方法，热解炉煤气循环系统包括煤仓和热解炉，煤仓设置在热解炉上方，热解炉包括干燥段、干馏段和冷却段，冷却段的煤气通过管道连接至干燥段，干燥段的煤气经过加热后输送至干馏段，干馏段的30～60％煤气经过净化加热后再次进入干馏段，剩余部分通过管道连接至冷却段。cn117050765a将高温循环煤气作为热解过程的热载体，能够提高煤气的品质，但是热解煤气仍来源于煤有机大分子结构的裂解，煤中挥发分含量决定了煤气产量的上限，因此煤气的产量并没有大幅度的提高。此外，冷却段回收的热量用于干燥段脱除原料的外水，对干馏段产生更多的煤气没有增益作用。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种能够提高煤气品质，同时大幅增加煤气产量的低阶煤热解生产富氢煤气的方法及装置。

2、技术方案：本发明所述的低阶煤热解生产富氢煤气的方法，包括：将分离得到的煤气取一部分与蒸汽混合并进行加热，促进热解煤气中的烃类裂解生成ch4和h2，获得含蒸汽的高温煤气；将含蒸汽的高温煤气作为热载体通入热解炉干馏段底部，与半焦发生水煤气反应得到高品质煤气，同时作为煤热解和干燥的热源。

3、进一步地，所述蒸汽通过回收干馏半焦的余热产生。通过回收半焦显热产生低压蒸汽，提高了系统整体热效率，实现了半焦产品热量向煤气产品品质的转变。

4、进一步地，高温热解使半焦的挥发分降低至3％以下，固定碳含量在86％以上。本发明中通过部分气化反应，会使半焦固定碳含量降低，影响品质。为此，通过控制通入热解炉干馏段底部的高温煤气的温度和含水量，以及热解炉内煤的加热时间，对水煤气反应程度进行灵活的调节，使半焦的固定碳含量在82％以上，半焦固定碳含量损失可控，能够满足下游使用需求，即在不损失半焦质量的前提下，既实现分质利用，又最大化产生高品质煤气产品。

5、进一步地，高温煤气的温度控制通过调节加热温度实现，高温煤气的含水量控制通过调节混合的蒸汽量实现，热解炉内煤的加热时间的控制通过调节煤形成半焦的固态料流的速度实现。

6、本发明所述的低阶煤热解生产富氢煤气的装置，包括热解炉、煤气冷凝系统和位于热解炉顶部的原煤仓，热解炉具有干馏段和冷却段，还包括煤气加热炉，煤气冷凝系统用于分离出煤气与焦油，煤气加热炉用于将分离得到的煤气的一部分与蒸汽进行混合并加热，促进热解煤气中的烃类裂解生成ch4和h2；煤气加热炉排出的含蒸汽的高温煤气作为热载体通入热解炉干馏段底部，与半焦发生水煤气反应得到高品质煤气，同时作为煤热解和干燥的热源。

7、进一步地，所述的低阶煤热解生产富氢煤气的装置还包括气水分离器，热解炉冷却段设置水冷壁以回收干馏半焦的余热产生含水蒸汽，气水分离器将含水蒸汽分离为回到水冷壁的循环水和送入煤气加热炉的水蒸气。

8、进一步地，气水分离器上还接有另一路外供的供气管路，通过调节另一路供气管路的蒸汽量，来调节送入煤气加热炉的蒸气量。

9、进一步地，煤气加热炉采用蓄热式煤气加热炉，数量为两套，一套用于煤气与蒸汽的混合及加热，另一套利用分离得到的煤气的又一部分或是外部燃料进行燃烧升温，当一套在用的蓄热式煤气加热炉温度下降至设定值后，切换到另一套升温好的蓄热式煤气加热炉；如此循环。

10、进一步地，热解炉干馏段底部设置若干层布气伞，所述的布气伞包括补气总管和位于补气总管两侧呈鱼骨状分布的布气导流结构，上下层的布气导流结构错流布置；含蒸汽的高温煤气接入补气总管，通过其两侧的布气导流结构实现均匀分布。

11、进一步地，所述的布气导流结构截面为人字顶门型结构，前端面、后端面、底面三面敞口，其中前端面为进气端，后端面和底面为出气端；布气导流结构整体结构自补气总管接合处向炉壁渐缩，布气导流结构顶部具有自补气总管接合处向炉壁下倾的坡度；布气导流结构内部设置用于改变气体流向的导流槽。

12、本发明在热解段底部设置布气导流结构，一方面作为气体流出通道，使高温、高含水量的煤气均匀分布，促进气化反应产生的气体均匀向上流动，作为热解和干燥的热源；另一方面起到物料疏通、强化透气的作用，尤其适用于高床层处理小颗粒物料。布气导流结构的设置能够实现高温热载体显热的充分利用，提高气固换热效率和系统整体热效率，保证煤热解过程高效进行。

13、有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：

14、(1)水蒸气与热解煤气混合加热既可以促进热解煤气的高温裂解反应，生成更多的ch4和h2，还可以在干馏段底部与半焦发生水煤气反应得到高品质煤气，同时提高了煤气产量和煤气品质，解决了现有热解工艺煤气产量偏低、品质差(有用组分少、氢气含量少)、难以加工利用、热解气深加工成本高的问题。

15、本发明每吨煤可产生煤气300nm3以上，其中h2含量高于50％，ch4含量高于30％，co含量高于10％，热值达到4000kcal/nm3以上。本发明能够产生大量高品质热解煤气，组分与焦炉煤气接近，可以用于炭黑生产、钢铁冶炼等需要高氢气含量、高热值气体的生产单元，为焦炉煤气利用领域提供了替代方案。

16、(2)通过气化反应产生大量氢气，能够实现富氢热解，焦油收率显著高于其他煤热解工艺。

17、(3)高温蒸汽作为气化介质与半焦反应，高温气相反应更加均匀，反应效率高，不会产生其他污染物或是污染物的转移，半焦品质不受影响。

18、(4)适用性广泛，尤其适用于褐煤、长焰煤、不粘煤等低阶煤炭或油页岩的分质综合利用，与其他热解工艺相比，煤气产量大、品质高，焦油产率高，热利用效率高，具有良好的经济效益。