提高直立式兰炭炉煤气品质的改进方法

提高直立式兰炭炉煤气品质的改进方法

李习文

神木市电石集团能源发展有限责任公司 陕西省榆林市  719319

摘要：本文主要对现阶段直立式兰炭炉应用情况进行深入研究，首先对直立式兰炭炉工艺流程进行详细介绍，并对兰炭炉煤气组成以及品质进行分析，以此提出提高直立式兰炭炉煤气品质的有效方法，并通过实际案例进行验证分析，以此探究直立式兰炭炉煤气品质改进方法的有效性和实用性，希望能够为兰炭产业持续健康发展提供一定参考帮助。

关键词：煤气品质；兰炭炉；直立式；改进措施

前言：工业化进程快速发展导致人们对于煤炭资源需求越来越大，而煤炭资源属于不可再生资源，因此如何提高煤炭资源利用率逐渐成为重点研究内容。利用直立式兰炭炉能够将低价的煤炭资源转化为高品质兰炭，以此帮助煤炭企业获取经济效益。兰炭生产中会产生煤气，大部分企业通常选择放散燃烧方法进行处理，但是，煤气中具有大量甲烷、氢气和一氧化碳等资源，占据兰炭生产使用煤炭资源的30%左右，造成了较为严重的资源浪费。因此，对直立式兰炭煤气处理工艺进行研究研讨具有十分重要作用。

1. 直立式兰炭炉现状

1.1 煤气工艺

现阶段，我国兰炭生产中使用的直立式兰炭炉型号主要有三种，分别是SJ型炉、SH型炉以及RNZL型炉。三种型号的兰炭炉在实际应用中使用的干馏原理基本相同，即利用回炉煤气燃烧生成的高温烟气对内部煤炭进行气体热载体干馏具体工艺流程如下：首先，将块煤放置到兰炭炉上方煤仓中，将煤仓定期放置干馏炉中。干馏炉上部空间为干燥区域，块煤在上升煤气加热作用下能够达到250℃左右；块煤继续移动到达中部干馏区域，在燃烧室产生的高温烟气加热作用下，块煤温度能够达到750℃，逐渐炭化呈半焦；半焦产物继续移动至下端冷却区域，在熄焦水以及熄焦蒸汽作用下温度冷却至80℃，在刮板机作用下移动至缓冲仓，随后通过胶带输送机进入产品焦储棚[1]。其次，荒煤气净化。荒煤气经过上升管后进入集气槽，在横管冷却器作用下温度下降至40℃以下，同时分离出部分冷凝水与煤焦油；经过低温冷却后的煤气在静电除焦作用下继续分离冷凝水、煤焦油以及粉尘等；煤气在经过有效净化后运输至加压风机，部分煤气回炉重新加热，部分煤气派送到系统外。最后，高温烟气产生。烧嘴将净化后的煤气与外来空气混合，在水平火道内进行燃烧产生高温烟气，并通过气孔进入碳化室，以此为块煤炭化提供充足的热量。

1.2 直立式兰炭炉煤气组成与品质

选择三种常用褐煤在直立式兰炭炉中产生的煤气组成以及品质进行分析，数据如下表所示：

表一：直立式兰炭炉煤气组成与品质（V/V%）

通过表一数据能够发现，此种方法兰炭煤气品质相对较低，其中有效成分具体含量较少，且热量值同样较低。其主要原因在于空气中存在大量废氮气[2]。

直立式兰炭炉方法还存在以下几个问题：兰炭炉内温度并不均匀；空气能够直接进入炉内，如果调节操作存在问题，则会导致部分煤炭被氧化，即产生一定炭损耗；烧嘴结构容易发生烧损现象，进而导致燃烧室容易出现堵塞现象；烧嘴处煤气泄漏量相对较多，容易发生煤气泄漏事故。

2. 提高直立式兰炭炉煤气品质方法
   1. 使用富氧作为助燃剂

为提高治理设施兰炭炉煤气品质，可以将纯氧或富氧代替空气助燃，产生的高温烟气作为煤炭热解需要的热载体。氨合成气体中氮气与氢气体积比能够达到1:3，而兰炭煤气中氢气体积比在25%左右，氮气体积比在43%左右，能够计算出1m3直立式兰炭煤气生成合成氨需要消耗0.082m3的氮气，过剩氮气为0.345m3。生产1吨兰炭需要消耗420m3空气助燃，其中包括332m3氮气以及88m3氧气，且能够产生的外送煤气量约为829m3。合成氨兰炭生产过程中产生的氮气过剩量在287m3左右，而助燃气体中氮气含量在45m3以上即可满足合成氨兰炭生产中的氮氢比需求，换算成富氧气体中氧气含量体积分数比约为65%，因此可利用变压吸附工艺进行富氧制作提取。

2.2使用高温煤气作为气体热载体

利用加热装置将煤气加热到850℃左右时，将其作为热载体送进兰炭炉内部进行块煤干馏，干馏温度能够达到625℃左右，此时煤气成分各体积比分别为氢气33%、氮气3%、CH420%、CO24%、CO220%。该方法的应用需要重点关注加热装置材质选取问题，在实际应用中可以使用耐高温不锈钢管或者石油裂解管等，入炉段煤气管道可以使用内衬钢管或者耐高温不锈钢管[3]。在注重材质选用问题的同时，还需要对结焦堵塞问题进行研究分析，煤气携带的煤焦油在850℃环境下回出现结焦现象，因此需要入炉煤气具有极高的净化度，可以经过TSA净化装置净化后进行煤气提取。

2.3使用混合气体作为助燃剂

如果兰炭煤气主要用于甲醇生产，则需要尽可能降低煤气中氮含量，此时可以利用纯氧助燃。但是通过纯氧助燃实验分析，纯氧助燃方法会导致火道高温坍塌以及烧嘴使用周期缩短等问题，可以对纯氧进行成分稀释，利用气体混合的方法解决此类问题。利用三元流体燃烧装置将纯氧与水蒸汽和二氧化碳相混合，利用混合气体改善燃烧效果。经过实验得出结论，当氧气与饱和蒸汽体积比达到2:8时，燃烧效果达到最佳，保证兰炭品质不变的同时，兰炭煤气成分发生明显改善，各成分体积比分别为氢气30%、氮气3%、CH

410%、CO49%、CO26%。

2.4案例分析

榆树市在2019年兰炭生产总量约为3663万吨，占据全国生产总量的60%左右。但是，现阶段榆树市兰炭生产存在以下问题：兰炭煤气多用于发电燃料使用，且火电发展效果较差；兰炭生产过程环保工作效果较差，对周围环境造成一定影响。从生态环保、可持续发展角度进行分析，需要对现有兰炭生产进行优化改善，帮助兰炭企业形成健康绿色的循环经济链。

优化改善方法如下：利用富氧法对兰炭生产进行改进优化，将原煤与半焦产品等利用地下皮带与筒仓进行密封输送与存储。将煤矸石与煤泥作为热电锅炉燃料，0~4mm末煤作为低阶煤热解原料，4~35mm小粒煤作为小粒煤干馏原料，35~80mm块煤作为块煤干馏原料[4]。假设原煤使用量为1000万吨，则能够产生干馏煤气35*108m3、煤焦油75万吨、兰炭580万吨。110万吨粉焦在气化后能够产生甲醇80万吨，干馏煤气能够产生甲醇100万吨。180万吨甲醇能够产生烯烃60万吨，煤焦油能够进行精细化学品生产加工。由此可见，利用富氧法对直立式兰炭生产工艺进行改善优化能够极大程度改变兰炭生产企业发展现状，对兰炭生产、煤焦油与煤气附加生产等具有十分重要意义。

结论：直立式兰炭炉作为一种常见炉型，在化工石油、冶炼等行业中具有十分良好应用前景，具有操作便捷、成本低廉、结构简单等特点。为进一步提高直立式兰炭炉煤气品质，可利用富氧方法、纯氧混合方法以及高温煤气作为热载体等手段记性改善优化，不仅能够提高煤气品质，且能够充分利用煤焦油等附属产物价值，实现经济效益最大化，推动兰炭企业健康长远发展。

参考文献：

[1]方新军.内热式直立兰炭炉煤气品质改善及利用分析[J].煤化工,2021,49(5):4.

[2]梁祖站,聂涛涛,罗光全.低氮改造在燃气锅炉中的应用[J].余热锅炉,2019(2):29-32.

[3]郭宝锋,李文平.焦炉煤气净化工艺改进探讨[J].石化技术,2019,26(5):2.

[4]王业勤,沈静.兰炭焦炉煤气生产返碳工艺,兰炭生产工艺以及系统:,CN112812794A[P].2021.