擴(kuò)增焦?fàn)t煤氣的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種擴(kuò)增焦?fàn)t煤氣量的方法，更具體而言，涉及一種通過優(yōu)化向焦?fàn)t 碳化室中的煙道（gas way)內(nèi)引入水蒸氣的起點并因此增加水蒸氣進(jìn)入煙道的引入時間而 擴(kuò)增焦?fàn)t煤氣量的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 焦?fàn)t是通過在高溫下將煤（原料）碳化而制備焦炭的裝置。在焦?fàn)t中，將煤裝載在 碳化室中，加熱至ll〇〇°C至1340°C，然后在相同的溫度下保持預(yù)定的時間以使煤炭化。此 處，為了保持這樣的溫度狀態(tài)，向燃燒室中供入空氣和燃料氣體。
[0003] 焦?fàn)t配備有多個獨立的碳化室，并且每個碳化室設(shè)有煙氣上升管。
[0004] 這樣的焦?fàn)t在將儲存在每個碳化室中的煤碳化的過程期間產(chǎn)生焦?fàn)t煤氣（COG)， 其為揮發(fā)性氣體。該焦?fàn)t煤氣通過焦?fàn)t的煙氣上升管排出。
[0005] 通過焦?fàn)t煙氣上升管排出的焦?fàn)t煤氣含有大量的環(huán)境污染物（例如粉塵、焦油 等）和揮發(fā)性物質(zhì)。為了除去這些環(huán)境污染物，通常將它們收集在集氣管中，然后送至后處 理工藝中。
[0006] 同時，通過精煉法而主要重新利用焦?fàn)t煤氣作為煉鐵廠中的燃料。隨著焦?fàn)t煤氣 用量的增加，近年來已研宄和開發(fā)了擴(kuò)增焦?fàn)t煤氣用量的方法。
[0007] 關(guān)于這些研宄和開發(fā)，公開了多種常規(guī)技術(shù)。
[0008] 日本未審查專利申請公開號2000-144142(2000. 05. 26.)公開了一種"除去附著 在焦?fàn)t碳化室上的碳的方法"。
[0009] 該方法是一種通過向碳化室中注入包含二氧化碳和水蒸氣的氣體混合而除去附 著在焦?fàn)t碳化室上的碳的技術(shù)，其特征在于交替提供二氧化碳（水蒸氣）和空氣以防止在 注入氣體時碳化室中的溫度過度上升和下降。
[0010] 此外，韓國專利登記號10-1082127(2011. 11.03.)--由本發(fā)明的申請人提交和 登記一一公開了一種"通過使用二氧化碳擴(kuò)增焦?fàn)t煤氣量的方法"。該方法是通過利用焦 爐產(chǎn)生的余熱使高溫碳與二氧化碳和水反應(yīng)而擴(kuò)增焦?fàn)t煤氣量的技術(shù)，其特征在于向焦?fàn)t 碳化室中的煙道內(nèi)供入二氧化碳、水或其混合物（氣化劑），因此氣化劑與碳化室中的碳反 應(yīng)，從而擴(kuò)增焦?fàn)t煤氣量。
[0011] 上述常規(guī)技術(shù)公開了通過向焦?fàn)t中注入二氧化碳和水以引發(fā)與高溫碳的吸熱反 應(yīng)而擴(kuò)增焦?fàn)t煤氣量的方法，以及從焦?fàn)t煤氣中回收余熱的方法。
[0012] 然而，本發(fā)明人確定當(dāng)通過常規(guī)技術(shù)擴(kuò)增焦?fàn)t煤氣量時會發(fā)生各種問題。
[0013] 為證實上述問題，本發(fā)明人進(jìn)行了關(guān)于位于焦?fàn)t碳化室的上部的煙道溫度和焦?fàn)t 煤氣的產(chǎn)生量隨時間變化的實驗，假定在一個循環(huán)中焦?fàn)t的運行時間設(shè)置為24小時。其結(jié) 果示于圖1中。
[0014] 如圖1所示，可確定的是位于碳化室上部的煙道的溫度保持在500°C至1100°C，并 且焦?fàn)t煤氣的產(chǎn)生量在約6小時處開始迅速增加，在約10小時處最大、且在約13. 5小時處 迅速降低。這些數(shù)據(jù)結(jié)果可因多種因素（例如升溫速率、焦?fàn)t結(jié)構(gòu)、原料裝載量等）而變化， 但是焦?fàn)t煤氣的產(chǎn)生方式彼此類似。
[0015] 根據(jù)這種焦?fàn)t煤氣產(chǎn)生量的變化，當(dāng)焦?fàn)t煤氣的產(chǎn)生量小于其平均的產(chǎn)生量時， 必須引入二氧化碳。因此，在那之前當(dāng)將二氧化碳引入時，存在其連同焦?fàn)t煤氣一起在煙道 中移動的問題，因此二氧化碳在煙道中的有效停留時間不充足，從而其與碳在煙道中的反 應(yīng)時間也不充足。
[0016] 即，僅當(dāng)在14小時處引入二氧化碳時，才能確保預(yù)定水平的停留時間，并且甚至 當(dāng)裝載在焦?fàn)t中的煤溫度達(dá)到800°C以上時，才發(fā)生二氧化碳與附著在焦?fàn)t中的煤的吸熱 反應(yīng)。因此，出現(xiàn)了碳化區(qū)間一一在二氧化碳與碳反應(yīng)時可使用的區(qū)間一一被限定在預(yù)定 區(qū)間的問題。
[0017] 同時，為了處理焦?fàn)t煤氣，在焦?fàn)t的尾端配置焦?fàn)t煤氣處理系統(tǒng)。此處，當(dāng)通過引 入二氧化碳使焦?fàn)t煤氣量擴(kuò)增時，將部分未反應(yīng)的二氧化碳引入硫化氫（H 2S)除去系統(tǒng)以 除去H2S，然而向后續(xù)處理中供入的大部分未反應(yīng)的二氧化碳卻從焦?fàn)t煤氣中除去可燃組 分，從而降低了熱值。此外，在這種情況下，二氧化碳而不是H 2S通過硫化氫（H2S)除去系統(tǒng) 本身而被除去，從而降低了 H2S的除去效率。
[0018] 應(yīng)理解提供上文的說明僅為輔助理解本發(fā)明，并非意指本發(fā)明落入本領(lǐng)域普通技 術(shù)人員已知的相關(guān)技術(shù)范圍內(nèi)。
[0019] [引用文獻(xiàn)]
[0020] (專利文獻(xiàn)1)日本未審查專利申請公開號2000-144142 (2000. 05. 26.)
[0021] (專利文獻(xiàn)2)韓國專利登記號10-1082127(2011. 11.03.)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0022] 技術(shù)問題
[0023] 因此，提出本發(fā)明來解決上述問題，并且本發(fā)明的目的是提供一種擴(kuò)增焦?fàn)t煤氣 量的方法，其中可通過優(yōu)化將水蒸氣--水蒸氣與碳的反應(yīng)速率高于二氧化碳與碳的反應(yīng) 速率一一引入焦?fàn)t的起點并因此使水蒸氣與碳在焦?fàn)t中的反應(yīng)時間最大化而擴(kuò)增焦?fàn)t煤 氣的產(chǎn)生量。
[0024] 技術(shù)方案
[0025] 為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的一個方面提供了一種擴(kuò)增焦?fàn)t煤氣量的方法，包括下 列步驟：向焦?fàn)t碳化室的煙道中引入水蒸氣，使得在將焦?fàn)t碳化室中的煤碳化的過程期間 水-氣反應(yīng)在500°C以上進(jìn)行，其中將水蒸氣引入煙道的起點前移至焦?fàn)t煤氣產(chǎn)生量達(dá)到 最大的時間點之前，以便增加水蒸氣的引入時間，從而使水蒸氣與存在于焦?fàn)t碳化室中的 碳的反應(yīng)最大化。
[0026] 假定在焦?fàn)t中碳化時間為24小時，可以在距碳化起點2小時后引入水蒸氣。
[0027] 在碳化早期階段生成的焦油可以根據(jù)以下反應(yīng)式除去：焦油+H20-->C0+CH 4+H2，且 水蒸氣的有效停留時間（τ)可以通過用引入的水蒸氣和產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣的總量除以煙道 的有效體積而確定。
[0028] 可增加存在于焦?fàn)t碳化室中的碳與引入煙道中的水蒸氣的碰撞頻率。
[0029] 存在于焦?fàn)t碳化室中的碳與引入煙道中的水蒸氣的碰撞頻率可以由碰撞頻率因 子（A)表示，且碰撞頻率因子（A)可以由煙道結(jié)構(gòu)和水蒸氣流量確定。
[0030] 所引入的水蒸氣至焦?fàn)t煤氣的轉(zhuǎn)化率（X)可以由下式表示：
[0031] X = [l-l/(Ae_E/ET* τ )]1/n
[0032] (E :活化能（J/mol)，R :8. 3144 (J/mol*k)，T :反應(yīng)溫度（K)，η :反應(yīng)級數(shù)）。
[0033] 根據(jù)水蒸氣的有效停留時間以及反應(yīng)溫度，可改變水蒸氣的引入量。
[0034] 根據(jù)水蒸氣的引入位置和水蒸氣的引入方式，可改變水蒸氣的有效停留時間。
[0035] 所引入的水蒸氣與存在于焦?fàn)t碳化室中的碳可根據(jù)下式進(jìn)行反應(yīng)：
[0036] C+H20-->H2+C0，
[0037] 并且還原性氣體（H2+C0)的總產(chǎn)量（P)、水蒸氣的轉(zhuǎn)化率（X)和水蒸氣的引入量 (F_)之間的關(guān)系可以由下式表示：
[0038] P = 2* Σ X*FH20*t
[0039] (P :還原性氣體的總產(chǎn)量（Nm3/min)，F(xiàn)H2Q:水蒸氣的引入量（Nm 3/min)，t :水蒸氣的 引入時間（min))。
[0040] 所引入的水蒸氣至焦?fàn)t煤氣的轉(zhuǎn)化率（X)與存在于焦?fàn)t碳化室中的水蒸氣的分 壓之間的關(guān)系可以由下式表示：
[0041] dX/dt = Ae_E/KT (PH2Q)n (I-X)
[0042] (Ε :活化能（J/mol)，R :8. 3144 (J/mol*k)，T :反應(yīng)溫度（K)，η :反應(yīng)級數(shù)）。
[0043] 在將水蒸氣引入煙道中之前，可向焦?fàn)t碳化室中供入氧氣。
[0044] 可將水蒸氣引入焦?fàn)t碳化室的煙道中，同時通過提供在碳化室上的煙氣上升管排 出的余熱對水蒸氣進(jìn)行預(yù)熱。
[0045] 有益效果
[0046] 由于以上技術(shù)配置，本發(fā)明可展現(xiàn)出以下優(yōu)勢。
[0047] 第一，由于可在焦?fàn)t碳化室中的焦?fàn)t煤氣的產(chǎn)生量達(dá)到最大之前引入水蒸氣，因 此可增加水蒸氣的引入時間。
[0048] 第二，由于水蒸氣的引入時間增加，因此與使用利用二氧化碳的常規(guī)焦?fàn)t相比，焦 爐煤氣的產(chǎn)生量可擴(kuò)增數(shù)倍。
[0049] 第三，將碳化早期階段產(chǎn)生的焦油與水蒸氣反應(yīng)以轉(zhuǎn)化為氫和一氧化碳，從而可 減輕焦油除去過程中的負(fù)擔(dān)。
[0050] 第四，可解決因引入二氧化碳而降低H2S除去率的問題。
[0051] 第五，可利用水蒸氣在焦?fàn)t碳化室的煙道中的停留時間來計算水蒸氣的轉(zhuǎn)化率。
[0052] 第六，可利用水蒸氣的轉(zhuǎn)化率來計算還原性氣體的總產(chǎn)量。
【附圖說明】
[0053] 圖1為示出焦?fàn)t中產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣量隨時間變化的圖。
[0054] 圖2為示出用于實現(xiàn)本發(fā)明的擴(kuò)增