一种焦炉氢气利用方法及其系统技术方案

本发明专利技术涉及煤焦炉领域，具体地涉及一种焦炉氢气利用方法及其系统，尤其适用于焦炉炼焦过程不同熟焦期荒煤气富氢综合利用技术方法，将炼焦后期富氢荒煤气从一个或多个碳化室通过荒煤气管渠系统依次导入到另一个或另几个刚加完煤的碳化室，使导入富氢荒煤气在刚加完煤的碳化室形成富氢环境，控制、调整、诱导荒煤气裂解反应的方法，使裂解反应向着轻质化目标化产品转化。本发明专利技术碳化室炉顶具有高温氢具有很高的活化能，可以与煤焦油二次裂解的碳化室顶部石墨加氢反应，消除燃烧除焦过程提前10～20分钟开炉盖的烧焦过程，提高焦油收率、提高焦炉生产率。

【技术实现步骤摘要】
一种焦炉氢气利用方法及其系统
本专利技术涉及煤焦炉领域，具体地涉及一种焦炉氢气利用方法及其系统，尤其适用于焦炉炼焦过程不同熟焦期荒煤气富氢综合利用技术方法。
技术介绍
在炼焦工艺中，炼焦煤在焦炉中被隔绝空气加热干馏，生成焦炭，同时，产生大量的荒煤气，焦炉通常是由多个碳化室(炉膛)并列而成，每个碳化室设置有加煤口、荒煤气出口、上升管组件及单向翻板阀，煤在碳化室内炼焦过程中干馏出高达850℃左右的高温荒煤气，荒煤气经过碳化室荒煤气出口进入上升管组件，经过氨水减温后进入集气管。炼焦过程中，荒煤气的馏出在熟焦的不同时间馏分不同，炼焦前期干馏出的荒煤气含有大分子煤焦油为主，炼焦后期干馏出的荒煤气则以煤气为主要组份，煤气中含有大量的H2和CH4。实际操作中需要控制炭化室顶部空间里的荒煤气温度(炉顶空间温度控制)，根据《焦炉技术管理规程》规定，炉顶空间温度宜控制在800±50℃，不宜超过850℃，炉顶空间温度过高，则焦炉煤气在炭化室顶部产生二次裂解，大量的沉积碳附着在炭化室顶部，空间温度过高，也会造成化产回收焦油质量不合格，如焦油比重增大、粘度增大、脱水困难。按推焦计划提前10分钟～20分钟打开上升管盖(最多不得超过三个)，并同时关闭桥管水封翻板阀，打开远离上升管的除尘孔盖，吸入空气，烧去炭化室顶部的石墨。在焦炉生产中，常见的消除石墨方法有：用压缩空气吹扫石墨、烧空炉清扫石墨、推焦头顶部装刮刀清除石墨，前两种方法最后都离不开人工敲打，用人工清扫或敲打很难有多大成效，对大焦炉来说就有一定困难。煤焦油焦化生产过程的副产品，是一个组分上万种的复杂混合物，目前已从中分离并认定的单种化合物约500余种，约占煤焦油总量的55％，其中包括苯、二甲苯、萘等174种中性组分；酚、甲酚等63种酸性组分和113种碱性组分脚。某些组分虽然价值很高，但在煤煤焦油中的含量很少，占l％以上的品种仅有13种，它们是萘、菲、萤蒽、芴、蒽、芘(熔点150℃)、苊、咔唑、2一甲基萘、1一甲基萘、氧芴和甲酚。煤焦油中的很多化合物是塑料、合成橡胶、农药、医药、耐高温材料及国防工业的贵重原料，也有一部分多环烃化合物是石油化工所不能生产和替代的。煤焦油主要用来加工生产轻油、酚油、萘油及改质沥青等，再经深加工后制取苯、酚、萘、蒽等多种化工原料，虽然产品数量较多、用途广泛，但是相对煤焦油中的500多种化合物来讲，还是少得很。煤焦油简单加工后的利用价值不大，国内外普遍看好的是其深加工精制产品的应用。国内外煤焦油加工工艺大同小异，都是脱水、分馏，煤焦油加工的主要研究方向是增加产品品种、提高产品质量等级、节约能源和保护环境。煤焦油加氢精致的作用是脱硫、脱氮、脱氧和加氢饱和,加氢过程使煤焦油中的一部分不饱和烯烃和芳烃键达到饱和，煤焦油在该工段的脱硫、脱氮和脱氧率分别达到96％、85％以及97％以上，达到裂化原料的要求。产品的氢/碳比从原料油的1.11提高至1.58，使煤焦油在该工段实现部分轻质化。加氢裂化段进～步脱除原料油中的硫、氮、氧等杂原子，并且使产品进一步轻质化，原料大部分加氢裂化生成汽油、柴油等轻质馏分。经过裂化工段后，杂原子的脱除率均可达到99.5％以上，氢/碳比可达到1.62。煤焦油经过三段加氢后，产品油更加轻质清洁,经过精馏后，即可获得高价值的石脑油馏分油和柴油馏分油。煤焦油加氢随焦油重油转化率增加，氢耗先快速增加后缓慢增加，油收率与氢耗类似最后增加，气产率呈增加趋势。氢气是焦油重油加氢裂化反应的反应物，油产率和气产率是焦油重油加氢裂化反应的并行产物。随着反应温度和反应时间的增加，焦油重油的加氢反应深度增加，参与反应的氢气增加，因此氢耗增加。焦油重油反应初期，大量稠环裂解的中间产物需要加氢稳定，因此随反应深度提高，初期氢耗增加迅速；而反应后期，大量难以裂解的稠环有机物大部分已经裂解，生成了环数较少的单环或双环分子的油产物。后期虽然单环芳烃难以加氢裂化，但芳环类型化合物上的支链在高温下会发生进一步的裂解反应，生成分子尺寸更小的有机物，其裂解得到小分子气体的速率更快，所以气产率后期生成速度变快。由于前期已经有大量稠环芳烃不饱和加氢，因此后期氢耗量减少，表现在反应后期氢耗增加趋于缓慢。氢耗和油产率的变化规律反映了焦油重油加氢裂化反应并行反应的规律。稠环物质发生脱氢、开环和脱烷基反应分解为分子量较小的油产物分子后，稠环大分子裂化减少。同时，小分子油数量增加，加氢裂解速度增加，因此油产率选择性反而转低。同理，生成的气产率选择性随转化率增加不断增加，原因为随反应转化率提高，小分子油裂解生成的气体量增加，气产率增加。从油产率选择性和气产率选择性在转化率后期的变化规律可以看出焦油重油催化加氢裂解工艺中，合适的选择温度和时间等对控制油产物的选择性非常重要。即低温反应条件下反应时间和反应温度均为影响脱氮率的决定性因素；高温反应条件下,反应温度是影响脱氮的决定性因素。340℃以上,脱氮率都能达到95％以上,低温条件下,通过延长反应时间也能到达较高脱氮率。显然，含有50～60％氢的焦炉煤气在炼焦后工艺很难分离氢。造成氢气资源的浪费。总之，馏出荒煤气在碳化室、上升管、桥管处结焦，浪费了荒煤气资源、给安全生产带来很大隐患、增加了上产过程设备维护维修劳动强度和难度、降低了焦炉生产率，其原因就是大分子荒煤气裂解所致，同时煤焦油的轻质化加工需要加氢，煤气中含有50～60％的氢资源又得不到应用，使得焦炉工艺过程中还有很多技术难点与痛点：1、大分子煤焦油的裂解反应，会造成大量的沉积碳附着在炭化室顶部、上升管和桥管，给安全生产带来很大隐患、增加了上产过程设备维护维修劳动强度和难度；2、炉顶空间温度宜控制困难；3、碳化室顶部石墨燃烧除焦，浪费能源、浪费资源、降低了焦炉生产率；4、大分子煤焦油裂解降低焦油收率，降低了效益；5、荒煤气低温焦石墨温度高，浪费后续氨水喷注的能耗，浪费余热
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种焦炉氢气利用方法及其系统，其原理是将焦炉碳化室结焦后期干馏出的富氢荒煤气通过管渠导入另外一个刚加完煤的碳化室，使该碳化室新加入的焦煤干馏出的大分子荒煤气在富氢环境下发生裂解、裂化加氢化反应，其可靠性高、稳定性好，而且可以有效解决现有技术存在的问题，有利于系统长期稳定、安全运行。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方法是：一种焦炉氢气利用方法，包括：依次打开炼焦后期碳化室炉顶与管渠的连通阀，依次关闭炼焦后期碳化室炉顶荒煤气上升管组件后的翻板阀，依次打开刚加完煤碳化室与管渠的连通阀；将炼焦后期富氢荒煤气从一个或多个碳化室通过荒煤气管渠系统依次导入到另一个或多个刚加完煤的碳化室，使导入富氢荒煤气在刚加完煤的碳化室形成富氢环境，控制、调整、诱导荒煤气裂解反应，依次循环。优选的，所述荒煤气管渠含有冷却余热回收器，以调整控制荒煤气温度后，再引入到另一个或另几个刚加完煤的碳化室，使导入富氢荒煤气在刚加完煤的碳化室形成温度反应条件下的富氢环境，控制、调整、诱导荒煤气裂解反应；刚加完煤碳化室经过一定时间反应，熟焦过程，荒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焦炉氢气利用方法，其特征在于：其原理是将焦炉碳化室结焦后期干馏出的富氢荒煤气通过管渠导入另外一个刚加完煤的碳化室，使该碳化室新加入的焦煤干馏出的大分子荒煤气在富氢环境下发生裂解、裂化加氢化反应，具体工艺包括：/n依次打开炼焦后期碳化室炉顶与管渠的连通阀，依次打开刚加完煤碳化室与管渠的连通阀，依次关闭炼焦后期碳化室炉顶荒煤气上升管组件后的翻板阀；/n将炼焦后期富氢荒煤气从一个或多个碳化室通过荒煤气管渠系统依次导入到另一个或多个刚加完煤的碳化室，使导入富氢荒煤气在刚加完煤的碳化室形成富氢环境，控制、调整、诱导荒煤气裂解、裂化加氢化反应，依次循环。/n

【技术特征摘要】
1.一种焦炉氢气利用方法，其特征在于：其原理是将焦炉碳化室结焦后期干馏出的富氢荒煤气通过管渠导入另外一个刚加完煤的碳化室，使该碳化室新加入的焦煤干馏出的大分子荒煤气在富氢环境下发生裂解、裂化加氢化反应，具体工艺包括：
依次打开炼焦后期碳化室炉顶与管渠的连通阀，依次打开刚加完煤碳化室与管渠的连通阀，依次关闭炼焦后期碳化室炉顶荒煤气上升管组件后的翻板阀；
将炼焦后期富氢荒煤气从一个或多个碳化室通过荒煤气管渠系统依次导入到另一个或多个刚加完煤的碳化室，使导入富氢荒煤气在刚加完煤的碳化室形成富氢环境，控制、调整、诱导荒煤气裂解、裂化加氢化反应，依次循环。


2.根据权利要求1所述的焦炉氢气利用方法，其特征在于：所述荒煤气管渠含有冷却余热回收器，以调整控制荒煤气温度后，再引入到另一个或另几个刚加完煤的碳化室，使导入富氢荒煤气在刚加完煤的碳化室形成温度反应条件下的富氢环境，控制、调整、诱导荒煤气裂解反应。


3.根据权利要求1所述的焦炉氢气利用方法，其特征在于：所述荒煤气管渠和/或上升管和/或碳化室顶部设有催化剂固定床，再引入到另一个或另几个刚加完煤的碳化室，使导入富氢荒煤气在刚加完煤的碳化室，以促进荒煤气中裂解加氢更加目标化反应。


4.根据权利要求1或2所述的焦炉氢气利用方法，其特征在于：将荒煤气管渠置于远离荒煤气出口炉端，富氢荒煤气从刚加完煤的碳化室远离荒煤气出口端注入，富氢荒煤气进入该碳化室顶部，然后从该碳化室荒煤气出口流出；使富氢荒煤气通过焦炉碳化室炉顶的长度，增加荒煤气反应时间，还能够使炉顶初期结碳通过氢的加入重新反应氢化。


5.根据权利要求1或2所述的焦炉氢气利用方法，其特征在于：将荒煤气管渠置于荒煤气出口炉端，富氢荒煤气...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛霖，葛京鹏，葛亮，
申请(专利权)人：葛霖，
类型：发明
国别省市：江苏;32