富氧低温干馏兰炭试验的研究1

富氧低温干馏兰炭试验的研究1 1 富氧低温干馏兰炭试验的研究 111211袁媛 ，赵俊学 ，华建设 ，尚文智 ，赵西成 ，李惠娟 1 西安建筑科技大学冶金工程学院，西安 (710055) 2 三江煤化工有限责任公司，陕西神木 (719300) E-mail:zhaojunxue@sohu.com 摘 要:针对陕北地区兰炭生产规模小、煤气热值低、无法有效利用的问题，提出用富氧代替空气与煤气燃烧提供热源，再与干馏过程产生的低温干馏煤气混合产生的高温循环气，对 煤进行无氧化加热的富氧干馏技术思路,并设计试验、进行试验。试验明，在不改变 现行低温干馏炉结构的情况下，富氧低温干馏完全可行，可大幅度提高煤气有效成分，降低 氮含量，大幅度提高煤气热值(煤气热值是空气助燃干馏的 2 倍以上)，为煤气的有效合理 利用奠定了基础;煤气放散量大大降低，减少约 3/4，可以大大减轻目前一些干馏企业煤气 产出量大，无法有效利用的问题。 关键词:兰炭;富氧干馏;煤气热值 1. 背景 [1]陕北地区兰炭生产已经成为一个重要的煤化工产业，年产能达 2000 万吨。现有兰炭 生产工艺主要采用内热式低温干馏炉工艺。由于现在采用的内热工艺以空气作为助燃物，煤 气中含有大量的氮气，大大地降低了煤气热值，直接影响到煤气的综合利用价值，也成为限 [2]3 制这种低温干馏工艺发展的限制性环节。据实际，现行工艺煤气热值在 7MJ/m左右。 降低加热介质，即燃烧煤气和助燃空气中的氮，将可望从根本上解决上述问题，为此，提出 了富氧干馏的技术思路。 2. 试验方案设计 2.1 基本思路 利用富氧燃烧技术(氧气含量 30,100%)，以富氧或纯氧与煤气配合在炉内燃烧产生 高温废气，作为煤干馏所需基础热源，通过和干馏过程产生的低温干馏煤气(脱除焦油后的 冷煤气)混合，配制成符合煤低温干馏要求温度的高温循环气，对炉内的煤进行无氧化(或 弱氧化)加热，实现部分煤气的无燃烧循环，进而改变因空气鼓入燃烧带来的兰炭质量低， 煤气有效成分含量低，氮含量高，煤气热值低，产出量大带来的综合利用困难等不足，为过 [3]程煤气的综合利用尤其是作为下游化工产品等的高效利用奠定基础。 2.2 试验方案 试验的要点包括三个方面:一是以氧代替空气，有效降低煤气中的氮含量，提高煤气中 有效成分含量;二是采用部分冷煤气循环，以配制适合低温干馏的干馏气，消除炉内燃烧产 生的高温区，从而提高焦油产量和兰炭质量;三是不用改变现有干馏炉本结构，可根据干馏 炉的结构灵活调整燃烧和配入冷煤气量;四是产出的高质量煤气有利于与化工等高效利用途 径的对接。 1本课题得到陕西省自然科学基金(2005E237)和陕西省重大科技专项(2006KZ01,G4)的资助。 - 1 - 净煤气 富余净煤气 荒煤气氧气瓶 捕收 干馏炉 焦油 助燃风机 图 1 富氧干馏工艺流程图 2.3 试验装置与试验方法 根据试验要求，在已经成功应用的年产 5 万吨兰炭单体炉的基础上，设计和建设了处理 量为 1t 煤/h 的低温干馏装置半工业模拟装置。 [4]调节空气风机和氧气瓶管道上的流量计及压力表可达到不同的富氧比。 通过 数据采集采用自动记录仪对炉体状况进行测定，包括:入炉各种气体(煤气、氧气、助 燃空气)流量、压力和温度测定;炉顶煤气的温度、压力、成分(取样测定)，进行流量测 定;炉身各点的温度(沿炉身高度，设置 11 组测点) 另，记录煤耗、兰炭产量和焦油产量，并取兰炭和焦油试样待进一步检测分析。 炉前燃烧观察孔要随时观察，防止火焰吹灭，并力争将火焰控制在布气道外。 图 2 半工业试验装置示意图 1~11 为热电偶温度测点分布 2.4 试验用原料 - 2 - 表 1 入炉煤工业分析表 工 业 分 析% 全水 水分 空干基灰分 空干基挥发 固定碳 硫 分 Vad Mt Mad Aad Fcad Sad 11.04%(m) 1.88%(m) 6.54%(m) 34.88%(m) 56.70%(m) 0.26%(m) 3. 试验数据 3.1 部分试验过程参数 表 2 试验节点参数计算值 333 序号富氧比助燃空气流量(m/t)氧气流量(m/t)返回煤气流量(m/t) (%) 工况标况工况标况工况标况 1 20 547 547 — — 1155 988 2 30 319 319 17 46 1368 1170 3 50 137 137 27 82 1535 1316 4 100 0 0 35 110 1665 1426 表 3 部分典型的试验数据 空气 富氧比 30% 富氧比 50% 富氧比 100% 3回炉煤气流量(m/t) 1137 1126 1385 1373 1595 1538 1672 1658 3空气流量(m/t) 537 534 324 324 181 182 — — 3放散煤气流量(m/t) 996 1026 774 778 281 259 170 187 3氧气流量(m/t) — — 17 17 27 27 34 34 3.2 产品兰炭的分析检测结果 表 4 兰炭成分分析检测结果 序号 检验项目 鼓入空气状态下，兰炭成分实 富氧条件下兰炭成分实 备 测结果 测结果 注 全水 Mt 24.98%(m) 29.70%(m) 1 水分 Mad 1.83%(m) 3.59%(m) 2 空干基灰分 Aad 3 18.60%(m) 11.73%(m) 空干基挥发分 Vad 4 6.06%(m) 4.54%(m) 固定碳 Fcad 5 73.51%(m) 80.14%(m) 硫 Sad 6 0.70%(m) 0.51%(m) - 3 -