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蘭炭焦?fàn)t煤氣綜合利用探討

蘭炭又稱半焦，是利用神府煤田盛產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)煤塊燒制而成的一種炭素材料，因其固定炭高、比電阻高、化學(xué)活性高、含灰份低、低硫、低磷的特性，逐步取代冶金焦而廣泛運用于電石、鐵合金、硅鐵以及碳化硅等產(chǎn)品的生產(chǎn)，成為一種重要的炭素材料。 蘭炭生產(chǎn)多以低溫干餾技術(shù)為主，干餾溫度一般在600℃左右，產(chǎn)物按照形態(tài)可分為固體產(chǎn)物、液態(tài)產(chǎn)物和氣態(tài)產(chǎn)物。其中，固態(tài)產(chǎn)物主要是蘭炭；液體產(chǎn)物主要是低溫煤焦油，其中的中酚（主要是低級酚），占1%左右，是高附加值的精細(xì)化工產(chǎn)品的重要原料，并且低溫煤焦油加氫后可以得到多種油品，可以作為石油的替代品；氣態(tài)產(chǎn)物主要是蘭炭焦?fàn)t煤氣，目前多放空，或直接燃燒利用，造成了較嚴(yán)重的環(huán)境污染，也加大了當(dāng)?shù)毓?jié)能減排的壓力。2010年我國蘭炭產(chǎn)能超過4500萬噸，產(chǎn)生炭焦?fàn)t煤氣超過450億m3/a，由此可見其對環(huán)境造成的污染是相當(dāng)嚴(yán)重的。過去，由于蘭炭爐建設(shè)分散，煤氣很難集中利用，因此多數(shù)廠直接放空，污染嚴(yán)重。近幾年，經(jīng)過“關(guān)小上大”產(chǎn)業(yè)調(diào)整，集中建設(shè)60萬t/a以上蘭炭廠，這為蘭炭焦?fàn)t氣綜合利用提供了基礎(chǔ)，因此探索蘭炭焦?fàn)t煤氣的綜合利用技術(shù)具有很強的現(xiàn)實意義和巨大的潛在應(yīng)用市場。 1 蘭炭焦?fàn)t煤氣利用現(xiàn)狀 榆林地區(qū)廣泛使用的方型蘭炭爐屬于內(nèi)熱式低溫干餾爐。借助熱載體把熱量傳給煤料，氣體熱載體直接進入干餾室，穿過塊粒狀干餾料層，把熱量傳給料層，氣體熱載體一般是燃料煤氣燃燒的煙氣，熱載體也可以是固體的，例如用熱半焦|蘭炭|或其他物料，與煤料在干餾系統(tǒng)相混合，熱載體把煤料加熱，進行干餾。 這種低溫干餾爐是目前蘭炭生產(chǎn)的優(yōu)良爐型，不但投*資少、產(chǎn)量大而且操作簡單，其*初設(shè)計的目標(biāo)產(chǎn)品是蘭炭和焦油，由于內(nèi)熱式低溫干餾爐降低生產(chǎn)成本的要求，生產(chǎn)過程中爐中煤炭是與空氣接觸，所以其氣態(tài)產(chǎn)品煤氣中氮氣含量較高，屬低熱值煤氣。 由表1可以看出 典型的蘭炭焦?fàn)t煤氣中N2含量占了總量的48%，H2和CH4組分只占到28%和8.8%，熱值約7113～8368 kJ/Nm3，C0大于10% 即氮含量高、氫含量低、熱值低、CO含量大于10%，因此，不宜直接作為民用燃?xì)猓虼?好作為工業(yè)燃?xì)馐褂谩? 發(fā)電以及供金屬鎂廠、鐵合金廠作為燃料，少數(shù)提取H2供煤焦油加氫，部分解決了煤氣放空污染問題。 2 綜合利用方案探討 2.1 常規(guī)利用方案分析 蘭炭焦?fàn)t煤氣脫硫后用于發(fā)電，以及作為生石灰、金屬鎂、水泥等工業(yè)窯爐的燃料。以60萬t/a蘭炭廠蘭炭焦?fàn)t煤氣為例，60萬t蘭炭廠每年生產(chǎn)蘭炭焦?fàn)t煤氣約6億m3。這些蘭炭焦?fàn)t煤氣可提供4套6MW發(fā)電機組的燃料需求，或100萬t/a生石灰生產(chǎn)燃料需要。具體經(jīng)濟技術(shù)比較見表2。 從表2中對比可以看出雖然成熟相對技術(shù)，但熱能利用效率低，煤氣消耗大，煙氣污染也很嚴(yán)重。因此，如要使用以上技術(shù)進行利用，還需要完善煤氣脫硫、脫氨等凈化系統(tǒng)，同時對煤氣中所含有的擁有高附加值的“三苯”和酚類等化工產(chǎn)品，應(yīng)提出后再作為燃料燃燒，這樣既不浪費資源，也可提高經(jīng)濟效益。 2.2 蘭炭焦?fàn)t煤氣綜合利用方案 根據(jù)研究，提出的蘭炭焦?fàn)t煤氣利用方案如圖1所示。其基本思路是：首先對蘭炭焦?fàn)t煤氣進行凈化，凈化后回收高附加值化工產(chǎn)品，然后CO變換，再經(jīng)過不同工藝生產(chǎn)包括合成氨、城市燃?xì)庖约敖褂图託渖a(chǎn)石*腦油、燃料油等產(chǎn)品。 2.2.1 作為合成氨生產(chǎn)原料的關(guān)鍵技術(shù)途徑 合成氨的生產(chǎn)技術(shù)是建立在公式 N2+3H2→2NH3-92.4 kJ/mol 可知 合成氨生產(chǎn)需要將合成氣中的氮氫比調(diào)整至N2∶H2=1:3。 從上式可知道，H2是氨合成的主要成分之一，而焦?fàn)t煤氣的成分中，本身就含有合成氨所需要的基本原料，因此可以考慮提取焦?fàn)t煤氣中的H2使用其進行氨的合成生產(chǎn)原料。提取焦?fàn)t煤氣中的H2可采用的關(guān)鍵技術(shù)主要有 1 無甲烷制氫技術(shù) 6億m3/a蘭炭焦?fàn)t煤氣中本身就含有28%即1.68億m3/a 的H2。如設(shè)置變換工序 CO + H2O → CO2+ H2 CO經(jīng)過變換轉(zhuǎn)換成為CO2，經(jīng)計算可生產(chǎn)H27200萬m3/a，由此可得H2共2.4億m3/a。再經(jīng)過脫出酸性氣體、變壓吸附脫碳、氮氣和甲烷等工序。 由于蘭炭焦?fàn)t煤氣組分中N2占到48％。即2.88億m3/a。由此氣體組分生產(chǎn)合成氨，H2量決定了合成氨的產(chǎn)量，即2.4億m3H2與8000萬m3N2反應(yīng)，可生產(chǎn)合成氨10萬t/a。 2 有甲烷制氫工序 由于蘭炭焦?fàn)t煤氣中甲烷含量較高，達到總體積的8.8%，可以通過甲烷水蒸氣重整制氫工藝SRM制取H2。 由于制氫工藝是一個強吸熱反應(yīng)，所以需要燃燒一部分甲烷提供熱量。６億m3/a蘭炭焦?fàn)t煤氣可制取約1.5億m3/aH2，加上原有以及經(jīng)過CO變換后的H2，其總量達到3.9億m3/a，與1.3億m3/aN2可生產(chǎn)合成氨總量達到20萬t/a。 2.2.2 作為生產(chǎn)油品原料 石油是工業(yè)的血液，也是一種戰(zhàn)略物資，事關(guān)國家能源安全，我國是一個多煤少油貧氣的國家，所以生產(chǎn)石油替代產(chǎn)品有著廣闊的市場前景。 2.2.3 作為城市燃?xì)庠? 凈化后的煤氣經(jīng)壓縮變換、活性炭脫碳后，60萬t/a蘭炭廠蘭炭素爐煤氣量可達5.1億m3/a。其主要組分為N2、H2和ＣH4，其熱值＞14.7MJ，可直接作城市燃?xì)猓ㄟ^管道輸送供給周圍城市使用。 3 焦?fàn)t煤氣制氫工藝中過程氣體分析成套系統(tǒng)的應(yīng)用 采用天禹智控的過程氣體分析成套系統(tǒng)能在線實時自動、連續(xù)、準(zhǔn)確、可靠地分析監(jiān)測H2、O2、CO、CO2、CH4等氣體的體積分?jǐn)?shù)，采用自動控制系統(tǒng)的采樣、排水、探頭吹掃、故障監(jiān)測并處理等操作。系統(tǒng)正常運行期間能連續(xù)提供被測組分的4~20mA標(biāo)準(zhǔn)輸出信號,可同時監(jiān)測反吹壓力、樣氣濕度、樣氣流量等報警信號并根據(jù)狀態(tài)信號控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)，還能根據(jù)需要輸出測量組分含量上限報警信號。該系統(tǒng)技術(shù)方案先進、結(jié)構(gòu)簡明、部件性能可靠、自動化程度高、操作簡便、維護量小,是工業(yè)工藝中氣體含量分析的理想設(shè)備。 天禹智控在線防爆分析系統(tǒng) 在煤氣化裝置中，H2、O2、CO、CO2、CH4等氣體的體積分?jǐn)?shù)是工藝控制的重要參數(shù)，能否準(zhǔn)確測量其體積分?jǐn)?shù)成為考核整套裝置節(jié)能效率的重要指標(biāo)之一。在工業(yè)生產(chǎn)中,要求對被測氣體進行不間斷的測量，采用各種辦法有效控制氣體中各氣體的成分，使得易燃易爆氣體H2和CO濃度在可控范圍之內(nèi)，也有利于安全生產(chǎn)，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益，對提高產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量、保障安全生產(chǎn)及節(jié)能降耗具有十分重要的現(xiàn)實意義。 4 結(jié)語 {1}根據(jù)蘭炭焦?fàn)t煤氣成分及生產(chǎn)和利用現(xiàn)狀，本文提出的蘭炭焦?fàn)t煤氣綜合利用方案可提高對蘭炭焦?fàn)t煤氣的利用價值，減輕對環(huán)境的污染，井可促進產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)健康發(fā)展，有利于提高資源的綜合利用。 {2}內(nèi)熱式方型蘭炭爐是榆林地區(qū)應(yīng)用*多的爐型，技術(shù)上也有較大改進，已成為榆林一大產(chǎn)業(yè)，帶動了地方經(jīng)濟的發(fā)展。內(nèi)熱式方型蘭炭爐短期內(nèi)難以用其它新技術(shù)替代，應(yīng)有一個改造過渡期。應(yīng)根據(jù)市場需求和原料來源進行技術(shù)升級，積極開發(fā)新的多聯(lián)生產(chǎn)技術(shù)

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