焦炉减碳防焦方法及系统与流程

1.本发明涉及焦炉技术领域，特别涉及一种焦炉防焦方法。

背景技术：

2.焦炉生产过程中产生一定量高温荒煤气，焦炉炉顶温度达950℃左右，焦炉炼焦过程中产生的荒煤气，在高温作用下会使一些大分子碳氢化合物裂解成甲烷，甲烷继续受高温作用，裂解出游离碳和氢气。游离碳极易附着在排放气体的焦炉炉顶内，继而形成与砖粘得很牢的石墨层。若石墨层不及时清除，由于上升管通道变小又加速了石墨的生长。最终造成高温焦炉中断生产，使企业蒙受巨大的经济损失。据美国eia(energyinformationagency)统计和中国ccia(china'scokingindustryassociation)报道，目前国内外焦化行业焦炉炉前作业一直是高温、高污染的特殊岗位，至今仍然依赖于人工操作清除炭化室门前的余煤、炉头焦以及淌焦板上黏附的焦油、沥青等物质。焦炉推焦作业时，由人工清扫推焦后的炉口余焦、炉底淌焦板，敞开炉门作业时的高温炉墙热辐射及焦油高温挥发等使作业环境非常恶劣，劳动强度非常大，对炉口操作工伤害巨大，同时也造成大量的有害和污染物挥发和泄漏，严重污染周边环境。
3.因此，清除焦炉炉顶内附着的石墨，一直是焦化行业研究和探索的课题。目前，焦化行业通常采用焦炉中通入大量的过剩空气，利用c+02—c02 t的化学反应，使石墨燃烧分解来维护焦炉生产。
4.显然焦炉存在的难点与痛点在于：
①
这种烧焦方法燃烧产生大量热能，给环境带来热污染；
②
同时炉顶结焦是大分子煤焦油含有大量voc污染物，导致环境化学污染；
③
裂解结焦减少了煤焦油产率，浪费了含有大量化工原料的煤焦油资源；
④
停炉烧焦增加了焦炉的间隙停产时间，降低焦炉的生产效率；
⑤
尤其是烧焦给操作工人带来了职业伤害。

技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种焦炉减碳防焦方法及系统，解决现有焦炉炉顶结焦、难以清除的问题。
6.本发明的目的是这样实现的：一种焦炉减碳防焦方法及系统，所述方法为：往炼焦碳化室顶通入焦炉烟气，所述炼焦碳化室顶部温度控制在800～1450℃，同时在炼焦碳化室炉顶添加催化剂；所述系统包括：设置在焦炉内的炼焦碳化室和燃烧室，所述炼焦碳化室的顶部设置有进气管，所述进气管经支架安装在碳化室的顶部，所述进气管上开设有若干气孔，所述燃烧室的底部设置有蓄热室，蓄热室连接烟道烟囱，烟道上设置有除尘装置，所述进气管经烟气连通管道连接在烟道烟囱上。
7.本发明的防焦机理为：
碳化室顶部具有很高的温度，这个高温热能可以转化成为荒煤气分子内能，使分子键断裂，尤其是荒煤气大分子键断裂，形成不饱和基团，碳化室顶部通入的防焦气体分子，在高温作用下会跟该碳化室顶部基团发生吸热化学反应，吸热降低碳化室顶温度，起到防焦作用；与此同时，碳化室顶部通入减碳防焦可以与碳化室顶部炼焦伴生的气体裂解后的碳或其他裂解产物发生化学反应，反应后生成短链小分子结构荒煤气，如此实现防焦，具体为焦炉烟气中的co2在1000
±
50℃与850℃开始裂解的荒煤气的裂解产物碳、氢及许多中间链基发生化学反应，其中碳是碳化室顶部结焦的主要物质，消除了碳就起到了本质化防止结焦的功能，其他化学反应则为荒煤气重质大分子改性提供了充分的改性环境，使荒煤气重质大分子实现烷基化、羟基化、硝基化、氨基化和合成氨反应。
8.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：焦炉生产过程的高能耗、高污染双高问题，通入烟气，就地利用消耗烟气中的co2实现碳减排，尤其是本方案可以对荒煤气实现改性改质，提高了焦油轻质化收率，同时可以选择在不同催化剂作用下，想着希望的目标产品进行改性改质，提高煤焦油的经济和社会效益；提高焦炉碳化室顶生产温度，不再需要炼焦焦炉通过燃烧严苛控制焦炉炉顶温度，消除了传统焦炉操作的吸入空气烧焦方法，消除了燃烧产生大量热能，提高焦炉生产率；通入煤气使得煤气中60%的氢资源综合利用；本发明同时消除了凉炉生产工艺过程烧焦带来的含有大量voc污染物，消除了环境化学污染，也可以实现焦炉转化率，提高焦炭质量；本发明消除了煤焦油裂解结，提高了煤焦油产率，回收节约了含有大量化工原料的煤焦油资源；本发明消除了停炉烧焦周转时间，提高了焦炉的生产效率；本发明尤其是消除了焦炉操作工人的职业伤害；本发明通过温度控制和建立富氢环境的方式，可以有效控制煤焦油裂解结焦反应，加入催化剂，可实现提高焦油轻收率或目标产品率。
9.作为本发明的进一步限定，所述焦炉烟气来自焦炉内的燃烧室，采用燃烧室产生的烟气作为防焦气体从底部经蓄热室后进入烟道，再从烟道送入炼焦碳化室顶部。如此可方便的获取烟气。
10.作为本发明的进一步限定，所述焦炉烟气为贫氧燃烧所生成的烟气。氧气会影响到反应的安全性，因此此处需要控制保证烟气中的氧含量。
11.作为本发明的进一步限定，所述焦炉烟气为经过氮气分离后的烟气，或者经过co2分离后的烟气。高温状态下氮气和氢气产生合成氨化反应生成氨，但是氮气如若含量太多会导致氮气过剩，造成煤气中含有氮气，在焦炉煤气的其他用途中会影响焦炉煤气的热资，及其燃烧的nox产出量，nox含量增加有害于环境。
12.作为本发明的进一步限定，还同时通入焦炉煤气，所述焦炉煤气中含有40～60%的氢。碳化室加入焦炉煤气后，在碳化室顶部形成富氢环境，碳化室顶部温度达到850℃时，荒煤气开始在富氢环境中发生可逆裂解反应，也会发生加氢反应，反应吸热降温起到防焦作用，加氢反应会改性荒煤气大分子轻质化反应，实现荒煤气小分子轻质化改性；同时通入煤
气和烟气，这样碳化室顶部会出现富氢、富氮、富nox环境，高温条件和催化剂作用下，更加推进下增加烷基化、羟基化、硝基化、氨基化和合成氨反应。
13.作为本发明的进一步限定，所述进气管的顶部设置有催化剂网。通过设置催化剂网，催化剂网内的催化剂使目标产品发生反应，形成或生产更多更需要的目标产品，从而提高催化目标产品效率。
14.作为本发明的进一步限定，所述进气管的外周包覆有催化剂网。通过包覆的方式增大焦炉煤气中的氢与荒煤气煤焦油大分子链烃的接触面积或几率，增加了煤焦油加氢轻质化的概率。
15.作为本发明的进一步限定，所述进气管的外周套设有套管，焦炉的外部设有驱动套管绕进气管转动的驱动装置。驱动装置驱动套管转动，套管可以与炉顶或周围催化剂网摩擦，催化剂网被带动震动从而防止催化剂网自身结焦，同时使运行过程中催化剂网有挂焦挂灰时，及时震动抖落，使催化剂网表面干净，实现再生。
16.本发明从荒煤气结焦机理出发，降低温度、加入催化剂，从根本上解决了荒煤气的炉顶结焦问题，即实现了本质化炉顶防焦，尤其是降低了操作难度，提高了焦炉煤饼顶层的成焦率。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
18.图1为实施例1正面结构示意图。
19.图2为实施例1端面结构示意图。
20.图3为实施例2正面结构示意图。
21.图4为实施例2端面结构示意图。
22.图5为实施例3正面结构示意图。
23.图6为实施例3端面结构示意图。
24.图7为实施例4正面结构示意图。
25.图8为实施例4端面结构示意图。
26.图9为实施例5正面结构示意图。
27.图10为实施例5端面结构示意图。
28.其中，1焦炉，2碳化室，2-1加煤检修孔，3支架，4进气管，5燃烧室，6蓄热室，7除尘装置，8烟囱，9烟气连通管道，10催化剂网，11套管，12驱动装置。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.实施例1如图1-2所示的一种焦炉减碳防焦系统，包括设置在焦炉1内的炼焦碳化室2和燃烧室5，炼焦碳化室2的顶部设置有进气管4，炼焦碳化室2的顶部开设有加煤检修孔2-1，进气管4贯穿整个焦炉1的碳化室2，进气管4经支架3吊装在碳化室2的顶部（支架3在对现有焦炉1改进时可优先安装在上升管附近，若新设备安装时可根据需要选择位置），进气管4上开设有若干气孔，燃烧室5的底部设置有蓄热室6，蓄热室6连接烟道烟囱8，烟道上设置有除尘装置7，进气管4经烟气连通管道9连接在烟道烟囱8上。
31.实施例2如图3-4所示，该实施例在实施例1的基础上，在进气管4的顶部设置有催化剂网10，催化剂网10通过网格化结构催化剂支架3安装在碳化室2顶部，催化剂催化剂加速促进碳化室2顶部可逆化反应，催化剂作用使化学反应向期望目标发生。
32.实施例3如图5-6所示，该实施例在实施例1的基础上，在进气管4的外周包覆有催化剂网10，可采用套设的方式安装，原理同实施例2。
33.实施例4如图7-8所示，该实施例在实施例2的基础上，在进气管4的外周套设有套管11，焦炉1的外部设有驱动套管11绕进气管4转动的驱动装置12。驱动装置12驱动套管11转动，套管11可以与炉顶或周围催化剂网10摩擦，催化剂网10被带动震动从而防止催化剂网10自身结焦，同时使运行过程中催化剂网10有挂焦挂灰时，及时震动抖落，使催化剂网10表面干净，实现再生。
34.实施例5如图9-10所示，该实施例在实施例3的基础上，在进气管4的外周套设有套管11，焦炉1的外部设有驱动套管11绕进气管4转动的驱动装置12。原理同实施例4。
35.实施例6一种焦炉减碳防焦方法，包括：往炼焦碳化室2顶通入焦炉煤气，焦炉煤气来自焦炉1内的燃烧室5，燃烧室5产生的焦炉煤气从底部经蓄热室6后进入烟道，再从烟道送入炼焦碳化室2顶部，炼焦碳化室2顶部温度控制在850～1450℃，焦炉煤气中含有40～60%的氢。
36.实施例7一种焦炉减碳防焦方法，包括：往炼焦碳化室2顶通入焦炉烟气，焦炉烟气来自焦炉1内的燃烧室5，燃烧室5产生的焦炉烟气从底部经蓄热室6后进入烟道，再从烟道送入炼焦碳化室2顶部，炼焦碳化室2顶部温度控制在850～1450℃，焦炉烟气可以是经过促成清洁化后的烟气，也可以是经过氮气分离后的烟气，也可是经过co2分离后的烟气。
37.实施例8一种焦炉减碳防焦方法，包括：往炼焦碳化室2顶通入焦炉煤气和焦炉烟气混合气体，混合气体来自焦炉1内的燃烧室5，燃烧室5产生的混合气体从底部经蓄热室6后进入烟道，再从烟道送入炼焦碳化室2顶部，炼焦碳化室2顶部温度控制在1000
±
50℃，焦炉煤气中含有40～60%的氢，焦炉烟气可以是经过促成清洁化后的烟气，也可以是经过氮气分离后的烟气，如此可以消除氮气参与的反应。
38.上述实施例减碳防焦方法的原理是：
碳化室2顶部具有很高的温度，这个高温热能可以转化成为荒煤气分子内能，使分子键断裂，尤其是荒煤气大分子键断裂，形成不饱和基团，碳化室2顶部通入的减碳防焦气体分子，在高温作用下会跟该碳化室2顶部基团发生吸热化学反应，吸热降低碳化室2顶温度，起到防焦作用，更显著功能是碳化室2顶部通入减碳防焦可以与碳化室2顶部炼焦伴生的气体裂解后的碳或其他裂解产物发生化学反应，反应后生成短链小分子结构荒煤气；炼焦碳化室2顶部温度控制在800～1450℃，优选的控制在1000
±
50℃。
39.防焦气体优选的是焦炉烟气，焦炉烟气中的co2在1000
±
50℃与950℃开始裂解的荒煤气的裂解产物碳、氢及许多中间链基发生化学反应，其中碳是碳化室2顶部结焦的主要物质，消除了碳就起到了本质化防止结焦的功能，其他化学反应则为荒煤气重质大分子改性提供了充分的改性环境，使荒煤气重质大分子实现烷基化、羟基化、硝基化、氨基化和合成氨反应；尤其是烟气中含有大量氮气，高温状态下氮气和裂解出的氢气产生氨化反应生成案；控制焦炉烟气与焦炉1生产荒煤气产量的多少、分子结构、时段相匹配的通入量。
40.防焦气体优选的是焦炉煤气，焦炉煤气中含有40～60%的氢，碳化室2加入焦炉煤气后，在碳化室2顶部形成富氢环境，碳化室2顶部温度达到950℃时，荒煤气开始在富氢环境中发生可逆裂解反应，也会发生加氢反应，反应吸热降温起到防焦作用，加氢反应会改性荒煤气大分子轻质化反应，实现荒煤气小分子轻质化改性。
41.更进一步可优选的同时通入煤气和烟气，这样碳化室2顶部会出现富氢、富氮、富nox环境，高温条件和催化剂作用下，更加推进下增加烷基化、羟基化、硝基化、氨基化和合成氨反应。
42.以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

技术特征：

1.一种焦炉减碳防焦方法，采用的防焦系统包括设置在焦炉(1)内的炼焦碳化室(2)和燃烧室(5)，所述炼焦碳化室(2)的顶部设置有进气管(4)，所述进气管(4)经支架(3)安装在碳化室(2)的顶部，所述进气管(4)上开设有若干气孔，所述燃烧室(5)的底部设置有蓄热室(6)，蓄热室(6)连接烟道烟囱(8)，烟道上设置有除尘装置(7)，所述进气管(4)经烟气连通管道(9)连接在烟道烟囱(8)上，防焦方法为往炼焦碳化室(2)顶通入焦炉烟气，所述炼焦碳化室(2)顶部温度控制在800～1450℃，同时在炼焦碳化室(2)炉顶添加催化剂。2.根据权利要求1所述的焦炉减碳防焦方法，其特征在于，所述焦炉烟气来自焦炉(1)内的燃烧室(5)，燃烧室(5)产生的防焦气体从底部经蓄热室(6)后进入烟道，再从烟道送入炼焦碳化室(2)顶部。3.根据权利要求1或2所述的焦炉减碳防焦方法，其特征在于，所述焦炉烟气为贫氧燃烧所生成的烟气。4.根据权利要求1或2所述的焦炉减碳防焦方法，其特征在于，所述焦炉烟气为经过氮气分离后的烟气，或者经过co2分离后的烟气。5.根据权利要求1或2所述的焦炉减碳防焦方法，其特征在于，还同时通入焦炉煤气。6.根据权利要求1所述的焦炉减碳防焦方法，其特征在于，碳化室(2)顶部温度控制在1000
±
50℃。7.一种焦炉减碳防焦系统，其特征在于，包括设置在焦炉(1)内的炼焦碳化室(2)和燃烧室(5)，所述炼焦碳化室(2)的顶部设置有进气管(4)，所述进气管(4)经支架(3)安装在碳化室(2)的顶部，所述进气管(4)上开设有若干气孔，所述燃烧室(5)的底部设置有蓄热室(6)，蓄热室(6)连接烟道烟囱(8)，烟道上设置有除尘装置(7)，所述进气管(4)经烟气连通管道(9)连接在烟道烟囱(8)上。8.根据权利要求7所述的焦炉减碳防焦系统，其特征在于，所述进气管(4)的顶部设置有催化剂网(10)。9.根据权利要求7所述的焦炉减碳防焦系统，其特征在于，所述进气管(4)的外周包覆有催化剂网(10)。10.根据权利要求7-9中任一项所述的焦炉减碳防焦系统，其特征在于，所述进气管(4)的外周套设有套管(11)，焦炉(1)的外部设有驱动套管(11)绕进气管(4)转动的驱动装置(12)。

技术总结

本发明公开了焦炉技术领域一种焦炉减碳防焦方法及系统，方法为往炼焦碳化室顶通入焦炉烟气，炼焦碳化室顶部温度控制在850～1450℃；系统包括伸入焦炉顶部设置的进气管，伸入焦炉内的进气管管段经支架安装在焦炉内，伸入焦炉内的进气管管段上开设有若干气孔；本发明解决了现有焦炉炉顶上升管石墨难以清除的问题。题。题。