[发明专利]煤气脱氮装置以及调节煤气组分的方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤气加工领域，特别地，涉及一种煤气脱氮装置以及调节煤 气组分的方法。

背景技术

低温热解是低阶煤的一种重要加工方式，被广泛应用于侏罗纪不粘烟煤 和褐煤的深加工，内热式直立炭化炉因其生产得到的兰炭产品质量较好、荒 煤气产量大、煤焦油产率较高，与此同时该内热式直立炭化炉还具有工程造 价较低、以及与其配套的环保设施相对简单等优势，而在工业上得到广泛应 用。

内热式直立炭化炉的煤热解过程如下：以空气为氧气来源，副产煤气为 炭化加热燃料，在燃烧室内燃烧产生高温介质，携带热量的高温介质从贯通 燃烧室炉墙的火孔进入炭化室，之后从炭化室中的煤块缝隙间穿过，完成原 料煤的干馏过程，然后经后续工序处理得到半焦、煤焦油和焦炉煤气三种不 同相态的产品。

然而，内热式直立炭化炉却存在着严重的不足：由于采用内热式加热方 式，导致燃烧废气和煤干馏产生的煤气相混合，出炉的煤气中含有大量的氮 气，使得制备得到的煤气热值降低，对后续煤气高附加值加工利用造成很大 影响，难以符合工业或民用要求。

针对以上缺陷，在现有技术中，选用变压吸附的方法来脱除煤气中所含 有的大量氮气(N₂)，其中在煤气中所含有的N₂的含量为40～50v％。由于氮 气含量高，即使煤气中CO经变换，提高了H₂含量，物料仍存在大量N₂组 分，且N₂组分与H₂组分属于最后一级分离组分对，增大了整个装置的物料 体积规模，导致工程投资的增大。

由于N₂组分的大量存在，在通过变压吸附分离提氢的过程中，由于 H₂/N₂、N₂/CO、N₂/CH₄组分对之间的分离系数较小，为了保证H₂收率，需 要提高操作压力，导致过程压缩功消耗巨大。此外，N₂组分在吸附剂上的吸 附量很小，因此需要的吸附剂数量大，从而导致设备尺寸大、以及工程投资 数量大。另外，变压吸附外排的解吸气由于量相对增大到70～80％，使得解 吸气变成了不可燃的废气，排向大气当中，造成H₂和可燃组分CH₄等有效 成分的无谓散失。与此同时，由于N₂组分的大量存在，能够产生HCN产物， 并且能够增加HCN产物，则增加了湿法脱硫过程负荷，导致溶剂消耗量的 增加。然而，利用现有装置对煤气脱硫化氢的问题，导致硫化氢大量排放， 影响煤气的质量和环保排放达标。

在专利CN201110058345.9中，涉及一种以CO₂为燃烧过程中的控温组 分的煤炭化工艺，将常规煤炭化工艺中燃烧过程的控温组分CO部分或全部 更换为CO₂，达到了使得荒煤气组分体系成为贫氮体系的目的。CO₂是通过 利用煤气中的CO变换反应，以及再用变压吸附的方法来提取。这种方法由 于需要增加变换装置、变压吸附脱碳及煤气预净化等装置，从而造成设备复 杂、投资庞大，并且原料煤气浪费大。

在文献“煤富氧内热低温干馏实验研究”中，提出了富氧干馏的方案， 在现行内热式干馏炉内通入氧气或富氧空气来代替空气进行试验，认为富氧 干馏可大幅度降低煤气中的含氮量，提高有效可燃成分。然而由于富氧与煤 气燃烧时，局部温度升高剧烈，炉膛内温度不均匀，则对燃烧室的耐火材料 造成烧蚀，还会进一步造成炭化炉损坏，导致生产过程不能继续。

由于内热式直立炭化炉需要用空气燃烧煤气提供原料煤干馏所需要的 热量，不可避免地将空气中所含的氮气带入煤气中。氮气由于本身所具有的 化学惰性较高，现有技术尚未找到行之有效的方法来将之脱除。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种煤气脱氮装置以及调节煤气组分 的方法，能够脱除煤气中的氮气，调节了最终获得的煤气的组分，与此同时 还能够灵活调节煤气组分。