一种膜式固定床催化剂荒煤气余热回收及氢利用上升管制造技术

本发明专利技术公开了一种膜式固定床催化剂荒煤气余热回收及氢利用上升管，包括上升管的壳体和桥管三通，上升管内为荒煤气通道，该上升管还包括筒壁保温层、温控及余热回收装置、防腐陶瓷层、膜式固定床催化剂层；上升管的壳体管壁内层为筒壁保温层，筒壁保温层内圈设有为温控及余热回收装置，温控及余热回收装置内通有带走荒煤气的余热的工质；且温控及余热回收装置外层表面附着有防腐陶瓷层，或者附着有防腐陶瓷层及膜式固定床催化剂层合二为一的混合层。本发明专利技术使富氢荒煤气在合适的温度及催化剂作用下发生定向反应，消除现存焦炉生产过程的技术瓶颈问题，同时提高上升管的可靠性高和稳定性，有利于系统长期稳定、安全运行。安全运行。安全运行。

【技术实现步骤摘要】
一种膜式固定床催化剂荒煤气余热回收及氢利用上升管


[0001]本专利技术涉及煤焦炉领域，具体地涉及一种焦炉节能及其煤气氢资源利用装置，尤其适用于焦炉炼焦过程不同熟焦期荒煤气富氢综合一种膜式固定床催化剂荒煤气余热回收及氢利用上升管。

技术介绍

[0002]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，每个碳化室设置有荒煤气上升管出口，煤在1000
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50℃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，荒煤气的馏出在炼焦过程的不同时间的馏分不同，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轻质小分子煤气为主要组份，炼焦后期的熟焦期轻质小分子煤气主要是H2和CH4组成，其中H2占到40～60%。目前，这部分煤气中的氢气基本上是制成煤气，作为燃料烧掉了，氢是重要的化工资源，可以作为加氢反应原料轻质化大分子煤焦油。炼焦过程的后期产生荒煤气的煤气中富氢，且温度很高，也就有很高的化学活性。焦炉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。
[0003]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1 13 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。
[0004]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。加氢裂化段进一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。
[0005]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。
[0006]含有40～60%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。
[0007]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40～60%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、煤焦油中含硫、含氮很难脱出，进一步利用或燃烧会产生硫化物、氮化物的环境污染，脱硫、脱硝增加过程成本；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

[0008]本专利技术的目的在于提供一种余热回收及氢气利用膜固定床催化剂上升管，其原理
是按照专利申请号CN202010620326.X《一种焦炉氢气利用方法及其系统》的方法将焦炉结焦后期碳化室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或上升管后，使该碳化室新加入的焦煤干馏出的大分子荒煤气和另一个结焦后期碳化室干馏出的富氢荒煤气混合，混合后的富氢荒煤气在通过一种余热回收及氢气利用加一层薄膜的固定床催化剂上升管流出的过程中利用余热回收控制反应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种膜式固定床催化剂荒煤气余热回收及氢利用上升管，包括上升管的壳体和桥管三通（7），上升管内通有富氢荒煤气，其特征在于，该上升管壳体内侧包括筒壁保温层（1）、温控及余热回收装置、防腐陶瓷层（3）、膜式固定床催化剂层（4）；上升管的壳体管壁内层为筒壁保温层（1），筒壁保温层（1）内部设有温控及余热回收装置，温控及余热回收装置内通有带走荒煤气的余热的工质；且温控及余热回收装置外层表面附着有防腐陶瓷层（3），或者附着有防腐陶瓷层（3）及膜式固定床催化剂层（4）合二为一的混合层，当温控及余热回收装置外层表面单独附着有防腐陶瓷层（3）时，和富氢荒煤气接触的温控及余热回收装置外表面还要附着一层膜式固定床催化剂层（4）。2.根据权利要求1所述的一种膜式固定床催化剂荒煤气余热回收及氢利用上升管，其特征在于：所述温控及余热回收装置为筒壁温控及余热回收装置（2）和/或中心温控及余热回收装置（6）；当温控及余热回收装置为筒壁温控及余热回收装置（2）时，筒壁温控及余热回收装置（2）设置在紧贴筒壁保温层（1）内层的位置，当温控及余热回收装置为中心温控及余热回收装置（6）时，中心温控及余热回收装置（6）设置在上升管壳体中心径向向外布置方向上，且保证该位置为上升管中心径向向外荒煤气流场...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国杰，葛霖，葛京鹏，葛亮，
申请(专利权)人：扬州优为节能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：