無煙煤加壓連續氣化製備氨合成氣裝置的製作方法

2023-06-20 03:28:01

專利名稱：無煙煤加壓連續氣化製備氨合成氣裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型無煙煤加壓富氧空氣連續氣化製備氨合成氣裝置，屬於無煙煤加壓移動床氣化製備氨技術領域。
背景技術：
我國2011年以煤為原料生產合成氨5068. 7萬噸，其中採用20世紀30年代常壓間歇技術生產的合成氨能力佔約65%，該工藝存在的主要的缺點I、要求硫含量低、活性高、灰熔點高、熱穩定性好、機械強度高、結渣性弱、25-75mm的無煙塊煤或焦炭。因此原料煤局限性很強，煤的利用率很低，25-75_的成塊率僅15%。每噸價格高達1200元以上。大部分企業處於虧損或虧損的邊緣。·[0004]2、常壓氣化製得煤氣無壓，而氨合成要求壓力很高15_30Mpa，因此，壓縮功大大增力口，與4MPa加壓氣化相比每噸氨耗電多300kW。並且常壓氣化的氣化強度很低，需要的氣化爐數量多4倍以上。3、傳統的間隙氣化，吹風階段燃燒過程消耗的煤約佔40%，產生的吹風氣經廢熱能回收後全部排入大氣，煤中40%的硫以SO2，氮NOx形式排入大氣。以晉城無煙煤為例，低硫煤平均硫含量0.8%，氮O. 7%左右，則每年向大氣排放S0280萬噸，一定量N0X。由此可見，對大氣造成嚴重汙染。4、能耗高，吹風效率僅39%，冷煤氣效率62%，蒸汽分解率50%，即使將含炭15_20%，含水30%以上的灰渣，含碳50%的造氣灰飛送鍋爐燒，其熱值比煤矸石還低，利用價值有限。我國有豐富的無煙煤資源，其煤質特徵硫含量O. 5-3%、灰含量高達18-24%、灰熔點大於1500°C、可磨性指數35左右的煤特難磨、煤活性較差，不宜用於氣流床、流化床氣化工藝。只有碎煤加壓純氧氣化較為適合，但氧耗高、蒸汽分解率低小於35-38%，650-700°C的高溫煤氣經水洗滌至206°C進入廢熱鍋爐，生產O. 6Mpa低壓飽和蒸汽，降低能的利用率。蒸汽消耗大、蒸汽分解率低，廢水量大，成本高，限制該工藝推廣應用。由於一些地區，年終完不成國家下達的節能指標，被迫將這類工廠關閉。因此國家已明文規定，不容許採用固定床間歇氣化工藝技術建設新廠，並要求對這些老廠加速改造及陶汰。
發明內容本實用新型為了克服現有技術的不足，提供一種採用富氧空氣和飽和蒸汽為氣化齊 ，連續加壓氣化小塊徑無煙煤的氨合成氣裝置。為了解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案為無煙煤加壓連續氣化製備氨合成氣裝置，包括富氧空氣壓縮機、預熱爐、氣化爐、氣化爐汽包、高溫旋風分離器、廢熱鍋爐、廢熱鍋爐汽包、文丘裡除塵器、洗滌塔和低壓廢熱鍋爐及低壓廢熱鍋爐汽包，所述預熱爐側面設置有預熱爐進氣口、預熱爐出氣口、預熱爐進水口和預熱爐出水口 ；所述氣化爐頂部設置有煤鎖鬥，底部設置有灰鎖鬥，側面設置有氣化爐進氣口、氣化爐進水口、氣化爐出水口和氣化爐出氣口 ；所述高溫旋風分離器頂部設置有分離器出氣口，底部設置有分離器出塵口，側面設置有分離器進氣口 ；所述廢熱鍋爐頂部設置有鍋爐進氣口，底部設置有鍋爐出塵口，側面設置有鍋爐進水口、鍋爐出水口和鍋爐出氣口 ；所述洗滌塔頂部設置有洗滌塔出氣口，底部設置有洗滌塔出水口，側面設置有洗滌塔進水口和洗滌塔進氣口 ；所述低壓廢熱鍋爐頂部設置有低壓鍋爐進氣口，底部設置有低壓鍋爐出氣口，側面設置有低壓鍋爐進水口和低壓鍋爐出水口； 所述預熱爐進氣口與富氧空氣壓縮機出氣口相連，預熱爐出氣口與氣化爐進氣口相連，氣化爐出氣口與分離器進氣口相連，分離器出氣口與鍋爐進氣口相連，鍋爐出氣口與文丘裡除塵器進氣口相連，文丘裡除塵器出氣口與洗滌塔進氣口相連，洗滌塔出氣口與低壓廢熱鍋爐進氣口相連； 所述預熱爐出水口與氣化爐汽包第一入水口、廢熱鍋爐汽包第一入水口和低壓廢熱鍋爐汽包第一入水口相連；氣化爐汽包第二入水口與氣化爐出水口相連，氣化爐汽包出水口與氣化爐入水口相連，氣化爐汽包蒸汽出口與氣化爐進氣口相連； 廢熱鍋爐汽包第二入水口與鍋爐出水口相連，廢熱鍋爐汽包出水口與鍋爐進水口相連，廢熱鍋爐汽包蒸汽出口與預熱爐進氣口相連；低壓廢熱鍋爐汽包第二入水口與低壓鍋爐出水口相連，低壓廢熱鍋爐汽包出水口與低壓鍋爐進水口相連。本實用新型與現有技術相比具有以下有益效果。I、本實用新型採用5_40mm的低硫或高硫、高灰、高灰熔點、難磨無煙碎煤為原料，煤的利用率預計從15%提高到65%左右，估計5-40mm煤價800元/噸，因此可以大大降低產品成本。2、本實用新型採用氧濃度45%_55%富氧空氣氣化，粗煤氣經變換、脫除CO2後，N2 = H2=I: 3用於氨合成；由於採用氧濃度48%-52%富氧空氣氣化，空氣帶入21%的氧；由於富氧空氣中N2代替部分蒸汽載熱，蒸汽與氧氣比，從3. I降到2. I左右，與同類純氧氣化比，可降低30-35% ;氧消耗可降低25-28%，蒸汽消耗降低30_35%，減少煤氣冷凝水處理30_35%。3、本實用新型氣化壓力為4Mpa，氣化爐能力提高4-5倍，因氣化強度與壓力的平方根成正比，氣化爐數量僅為常壓氣化的1/Γ1/5，為裝置、工廠大型化創造條件，節省了投資，降低了成本。4、利用合成氨系統排出的廢氣，用於預熱爐，將富氧空氣、氣化廢鍋副產的4. 8Mpa飽和蒸汽預熱至500°C，與氣化爐夾套產4. 2Mpa飽和蒸汽混合後入氣化爐。氣化爐出口粗煤氣，壓力4Mpa、650-700°C左右，經高溫旋風除塵器後進入廢熱鍋爐產生4. 8Mpa飽和蒸汽，然後粗煤氣約250°C進入水洗滌塔，溫度降至180°C，飽和煤氣進入變換裝置，其帶入的水蒸氣量足夠變換反應所需蒸汽，能量利用十分有效。
以下結合附圖
對本實用新型做進一步的說明。圖I為本實用新型的工藝結構示意圖。圖中I為富氧空氣壓縮機、2為預熱爐、3為氣化爐、4為氣化爐汽包、5為高溫旋風分離器、6為廢熱鍋爐、7為廢熱鍋爐汽包、8為文丘裡除塵器、9為洗滌塔、10為低壓廢熱鍋爐、11為低壓廢熱鍋爐汽包。
具體實施方式
如圖I所示，無煙煤加壓連續氣化製備氨合成氣裝置，包括富氧空氣壓縮機I、預熱爐2、氣化爐3、氣化爐汽包4、高溫旋風分離器5、廢熱鍋爐6、廢熱鍋爐汽包7、文丘裡除塵器8、洗滌塔9和低壓廢熱鍋爐10及低壓廢熱鍋爐汽包11，其特徵在於所述預熱爐2側面設置有預熱爐進氣口、預熱爐出氣口、預熱爐進水口和預熱爐出水口 ；所述氣化爐3頂部設置有煤鎖鬥，底部設置有灰鎖鬥，側面設置有氣化爐進氣口、氣化爐進水口、氣化爐出水口和氣化爐出氣口 ；所述高溫旋風分離器5頂部設置有分離器出氣口，底部設置有分離器出塵口，側面設置有分離器進氣口 ；所述廢熱鍋爐6頂部設置有鍋爐進氣口，底部設置有鍋爐出塵口，側面設置有鍋爐進水口、鍋爐出水口和鍋爐出氣口 ；所述洗滌塔9頂部設置有洗滌塔出氣口，底部設置有洗滌塔出水口，側面設置有洗滌塔進水口和洗滌塔進氣口 ；所述低壓廢熱鍋爐10頂部設置有低壓鍋爐進氣口，底部設置有低壓鍋爐出氣口，側面設置有低壓鍋爐進水口和低壓鍋爐出水口；所述預熱爐進氣口與富氧空氣壓縮機出氣口相連，預熱爐出氣口與氣化爐進氣口相連，氣化爐出氣口與分離器進氣口相連，分離器出氣口與鍋爐進氣口相連，鍋爐出氣口與文丘裡除塵器進氣口相連，文丘裡除塵器出氣口與洗滌塔進氣口相連，洗滌塔出氣口與低壓廢熱鍋爐進氣口相連；所述預熱爐出水口與氣化爐汽包第一入水口、廢熱鍋爐汽包第一入水口和低壓廢熱鍋爐汽包第一入水口相連；氣化爐汽包第二入水口與氣化爐出水口相連，氣化爐汽包出水口與氣化爐入水口相連，氣化爐汽包蒸汽出口與氣化爐進氣口相連；廢熱鍋爐汽包第二入水口與鍋爐出水口相連，廢熱鍋爐汽包出水口與鍋爐進水口相連，廢熱鍋爐汽包蒸汽出口與預熱爐進氣口相連；低壓廢熱鍋爐汽包第二入水口與低壓鍋爐出水口相連，低壓廢熱鍋爐汽包出水口與低壓鍋爐進水口相連。將純氧與空氣通入富氧空氣壓縮機1，混合壓縮為富氧空氣，所述富氧空氣的含氧量為45%-55%，然後將富氧空氣與來自廢熱鍋爐6的飽和蒸汽混合，進入預熱爐2，預熱至500°C後與夾套產生的蒸汽混合得到原料氣，所述原料氣中蒸汽與單質氧的重量份比為2-2. 2:1 ;預熱爐2同時還將供給氣化爐汽包4、廢熱鍋爐汽包7和低壓廢熱鍋爐汽包11的鍋爐給水預熱。塊徑5-40_、硫含量O. 5-3%、灰含量18_24%、灰熔點1450°C -1500°C、可磨性指數32-50的無煙煤通過煤鎖鬥、灰鎖鬥進入氣化爐3，無煙煤與上升的煤氣逆流接觸，從上至下經過乾燥、氣化、燃燒、灰渣區，經旋轉爐蓖排入灰鎖鬥及灰處理系統。富氧空氣壓縮後與蒸氣混合進入預熱爐2，預熱至500°C與夾套產蒸氣混合，進入氣化爐3爐蓖室，按設定的比例均勻分布到氣化爐3灰渣區，氣化劑與灰渣熱交換，灰渣溫度從1400-1450°C降到300-35(TC排入灰鎖鬥。氣化劑溫度進一步提高，上升至燃燒區與氣化反應區下移的殘炭燃燒，溫度瞬間上升1450°C左右進入氣化區。隨著氣化反應的進行，煤氣溫度逐步下降直至氣化反應接近終止。氣化反應中富氧空氣每立方米(常溫常壓)氣化O. 75-0. 9kg的無煙煤，原料氣與無煙煤氣化反應後產生粗煤氣，所述粗煤氣壓力4. OMpa、溫度650-700°C，粗煤氣組成如下
組分|co Icoa Ih3 Ich4 In3 Is
體積百分比％|26-28 118-20 !34-36 !2-3 118-20 |θ· 3-1粗煤氣通入高溫旋風分離器5分離除塵後，再通入廢熱鍋爐6降溫至230-260°C，得到一次降溫粗煤氣，同時產生4. SMpa的高壓飽和蒸汽，所述高壓飽和蒸汽用於與所述富氧空氣混合。所述一次降溫粗煤氣經過文丘裡除塵器8再次除塵後，進入洗滌塔9除塵降溫至206°C，最後進入低壓廢熱鍋爐10 二次降溫得到170-190°C的氨合成粗煤氣，同時產生 O. 6Mpa低壓蒸汽，所述氨合成粗煤氣所含的飽和蒸汽滿足變換條件。由於合成氨需要25%的氮，因此採用4Mpa壓力下富氧空氣氣化，每噸氨電耗可降低300kw以上。入爐煤粒度從25-75mm變為5_50mm，利用率從15%提高到65%。原料煤成本可降低40%以上。可降低氧耗25-28%，蒸汽消耗降低30-35%，減少煤氣冷凝水處理30_35%。採用氧濃度45%_55%富氧空氣氣化，粗煤氣經變換、脫除CO2後，N2 = H2=I: 3用於氨合成。由於採用氧濃度45%_55%富氧空氣氣化，空氣帶入21%的氧，氧耗降低25_28%。由於富氧空氣中N2代替部分蒸汽載熱，與同類純氧氣化比，蒸汽消耗可降低30-35%。
權利要求1.無煙煤加壓連續氣化製備氨合成氣裝置，包括富氧空氣壓縮機(I)、預熱爐(2)、氣化爐(3)、氣化爐汽包(4)、高溫旋風分離器(5)、廢熱鍋爐(6)、廢熱鍋爐汽包(7)、文丘裡除塵器(8 )、洗滌塔(9 )和低壓廢熱鍋爐(10 )及低壓廢熱鍋爐汽包(11)，其特徵在於所述預熱爐(2)側面設置有預熱爐進氣口、預熱爐出氣口、預熱爐進水口和預熱爐出水口 ；所述氣化爐(3)頂部設置有煤鎖鬥，底部設置有灰鎖鬥，側面設置有氣化爐進氣口、氣化爐進水口、氣化爐出水口和氣化爐出氣口 ；所述高溫旋風分離器(5)頂部設置有分離器出氣口，底部設置有分離器出塵口，側面設置有分離器進氣口 ；所述廢熱鍋爐(6)頂部設置有鍋爐進氣口，底部設置有鍋爐出塵口，側面設置有鍋爐進水口、鍋爐出水口和鍋爐出氣口 ；所述洗滌塔(9)頂部設置有洗滌塔出氣口，底部設置有洗滌塔出水口，側面設置有洗滌塔進水口和洗滌塔進氣口 ；所述低壓廢熱鍋爐(10)頂部設置有低壓鍋爐進氣口，底部設置有低壓鍋爐出氣口，側面設置有低壓鍋爐進水口和低壓鍋爐出水口 ； 所述預熱爐進氣口與富氧空氣壓縮機出氣口相連，預熱爐出氣口與氣化爐進氣口相連，氣化爐出氣口與分離器進氣口相連，分離器出氣口與鍋爐進氣口相連，鍋爐出氣口與文丘裡除塵器進氣口相連，文丘裡除塵器出氣口與洗滌塔進氣口相連，洗滌塔出氣口與低壓廢熱鍋爐進氣口相連； 所述預熱爐出水口與氣化爐汽包第一入水口、廢熱鍋爐汽包第一入水口和低壓廢熱鍋爐汽包第一入水口相連； 氣化爐汽包第二入水口與氣化爐出水口相連，氣化爐汽包出水口與氣化爐入水口相連，氣化爐汽包蒸汽出口與氣化爐進氣口相連； 廢熱鍋爐汽包第二入水口與鍋爐出水口相連，廢熱鍋爐汽包出水口與鍋爐進水口相連，廢熱鍋爐汽包蒸汽出口與預熱爐進氣口相連； 低壓廢熱鍋爐汽包第二入水口與低壓鍋爐出水口相連，低壓廢熱鍋爐汽包出水口與低壓鍋爐進水口相連。
專利摘要本實用新型無煙煤加壓富氧空氣連續氣化製備氨合成氣裝置，屬於無煙煤加壓移動床氣化製備氨技術領域；所要解決的技術問題為提供一種採用富氧空氣和飽和蒸汽為氣化劑，連續加壓氣化小塊徑無煙煤的氨合成氣裝置；所採用的技術方案為預熱爐進氣口與富氧空氣壓縮機出氣口相連，預熱爐出氣口與氣化爐進氣口相連，氣化爐出氣口與分離器進氣口相連，分離器出氣口與鍋爐進氣口相連，鍋爐出氣口與文丘裡除塵器進氣口相連，文丘裡除塵器出氣口與洗滌塔進氣口相連，洗滌塔出氣口與低壓廢熱鍋爐進氣口相連；本實用新型廣泛的應用於無煙煤連續氣化製備氨合成氣領域。
文檔編號C10J3/86GK202610195SQ20122025632
公開日2012年12月19日 申請日期2012年6月1日 優先權日2012年6月1日
發明者李大尚, 梁傑華, 黃一民, 谷磊, 王曦, 曹斌 申請人:中國石油和化工勘察設計協會煤化工設計技術中心