CN101348264B - 一种清洁低能耗合成氨生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种清洁的低能耗合成氨生产方法，是以富氧加压气化贫煤联产尿素和甲醇的合成氨生产方法。该方法原料来源广泛，各种煤种包括烟煤、贫煤、瘦煤、无烟煤、褐煤都可用，高灰份，高含硫量的亦可以用。气化炉是以富氧和水蒸汽为气化剂，固定层气化固态排渣，采用双管加煤器使小粒度煤均匀分布于煤层面上，炉内炉外设旋分器以减少出炉煤气中的煤粉尘量。增设高温部分氧化炉、用富氧将粗煤气中的焦油全部氧化掉，同时将煤气中的甲烷部分氧化到0.5％左右，不仅消除了焦油污染环境，还避免了含CO，SO2的吹风气放空污染大气以及含酚和氰的煤气水排放污染江河。
Description
技术领域
本发明涉及一种清洁低能耗合成氨生产方法，具体是以富氧加压气化贫煤联产尿素和甲醇的合成氨生产方法。
背景技术
国内近年为氮肥企业引进的煤制气方法，不论是水煤浆加压气化法或是干煤粉进料的加压气化法，都是液态排渣，对气化煤有一定要求。对国内许多高灰份、高含硫量的各种煤种都不能经济合理地加以利用，而且专利费用高、条件苛刻、客户须附带购进专利商的气化炉及其附属设备，导致制气装置的基建费用相当高，影响产品生产成本。
2006年我国全国氮肥产量(折纯)为3869万吨，其中70％以上是由以无烟块煤为原料的中小型氮肥企业生产的。由于制气工艺落后、原料煤耗和能耗偏高、污染严重。特别是10多年来，无烟煤价格不断飙升、电费及运输费不断上涨，致使这大批中小型氮肥企业，尤其是其中70％远离原料煤产地的氮肥企业，经济效益每况愈下，处境十分困难。
发明内容
为了解决国内中型氮肥企业面临的困境，本发明提出了以劣质煤为原料联产尿素和甲醇的低能耗合成氨方法。
工艺流程见图1。工艺描述如下：
原料小粒度贫煤(5～8mm)经溜槽流入煤斗，再经自动操作的煤锁由两根加煤管加入加压气化炉内，富氧经富氧压缩机提压，再经加热器加热后与水蒸汽从炉底引入，生成的粗煤气经炉内旋分器由气化炉的煤气出口引出，再经炉外旋分器除去煤粉尘后进入高温部分氧化炉，用富氧烧掉煤气中的焦油并部分氧化煤气中的甲烷至0.5％后，进废热锅炉产生高中压蒸汽。
气化炉气化剂中蒸汽由废热锅炉送来，出废热锅炉的粗煤气经换热升温至300℃进高温变换炉进行变换反应，出高温变换炉的高变气经煤气换热器、CO2再生塔的再沸器、脱盐水加热器、回收热量后降温至100℃左右进入CO2吸收塔，用MDEA(甲基二乙醇胺)溶液将变换气中的CO2脱除到符合尿素的生产要求。吸收富液送气提闪蒸塔，先闪蒸后气提成半贫液送回CO2吸收塔中部，其余送CO2再生塔进行再生，再生贫液冷却后送CO2吸收塔顶部。
出CO2吸收塔的变换气经合成气压缩机升压到尿素反应压力，进入联产尿素装置的气提塔，将尿素合成塔送来的尿液进行气提回收尿液中的氨后、进卧式冷凝器与液氨进行反应生成尿素，同时变换气中的CO2亦被脱除掉。
出卧式冷凝器的变换气尚含有大量氨，先经水冷器用水将大量氨冷凝下来，继而经氨洗涤塔，先后用甲胺液、冷凝液将氨洗涤回收后，送联产甲醇合成塔生产甲醇。联产甲醇的尾气主要是含有微量CO和CO2的合成气，经压缩机提压到氨合成压力，进醇烃化精制塔，将合成气中CO和CO2精制到合格后，进氨合成塔生产合成氨。
本发明中所用的气化炉采用的双管加煤器能使小粒度煤均匀分布于煤层面上。其主要气化指标，根据国外工业试烧结果，与50mm块焦基本相同。采用炉内、炉外旋分器以减少煤气中的煤粉尘量，虽在煤气炉生产是首次尝试，但在炼油催化裂化的再生烟气催化剂回收有成功经验，技术是成熟的。经过三旋回收，烟气进烟机的催化剂含量可降至5～6PPM左右。
本发明的特点是：原料来源广泛，各种煤种包括烟煤、贫煤、瘦煤、无烟煤、褐煤都可用，高灰份，高含硫量的亦可以用。
1.原料小粒度贫煤的粒度及其分布：
＜5mm不超过6％，5～8mm 72％，其余＞8mm；
2.气化炉是以富氧和水蒸汽为气化剂，固定层固态排渣气化炉，采用双管加煤器使小粒度煤均匀分布于煤层面上，炉内炉外设旋分器以减少出炉煤气中的煤粉尘量。
3.为解决贫煤加压制气造成的焦油污染环境和煤气中甲烷含量增高，增设高温部分氧化炉、用富氧将粗煤气中的焦油全部氧化掉，将煤气中的甲烷部分氧化到0.5％左右。
4.为满足联产尿素的生产要求、高变气中的CO2需部分脱除，脱碳方法按产品要求相应选用。
5.以加压富氧连续气化法取代常压空气间歇气化法，可大幅降低原料煤耗、电耗、能耗，更重要的是消除含CO，SO2吹风气放空污染大气和含酚和氰煤气水排放污染江河。
本发明如果还联产碳铵或联产纯碱，流程分别选用浓氨水脱碳并产碳铵，或用氨盐水脱碳并产碳酸氢钠。
本发明制氨方法的气化技术与引进的两种气化技术的主要气化指标比较。
基础：1000NM3(CO+H2)
主要气化指标比较
| 序号 | 气化方法 | 碳转化率％ | 氧耗M<sup>3</sup> | 煤耗Kg | 副产Kg | 煤种 |
| 1 | 本技术固态排渣 | 269 | 530(DA F) | 高中压蒸汽1446 | A 20.13VM13.94 | |
| 2 | 壳牌干粉进料、液态排渣 | 99 | 340 | 467(DAF) | 高中压蒸汽762 | A 18粉煤 |
| 3 | 德士古(现有数据)水煤浆法、液态排渣 | 399 | 564(DAF) | - | A 9.14兖州煤 |
从上表可以看出，本方法每1000Nm3(CO+H2)的氧耗最低、仅269Nm3，而壳牌和德士古的分别为340Nm3和399Nm3。每1000Nm3的煤耗，本技术为530Kg(DAF)，而壳牌和德士古分别为467Kg(DAF)和564Kg(DAF)。壳牌比本技术少63Kg，德士古比本技术高出34Kg。
副产蒸汽量本技术最高、为1446Kg，壳牌次之，为762Kg，两者均为高中压蒸汽，德士古无副产蒸汽。
由于本发明的粗煤气甲烷含量较高，需采用高温部分氧化降低之，多耗了煤和氧，但多产生了高中压蒸汽。若将本技术比壳牌多产的高中压蒸汽量折算为煤，则本技术的煤耗比壳牌的反而少2Kg，从总能耗来说，本制气技术比壳牌和德士古还是比较优越。
值得注意的是：壳牌和德士古两气化法是液态排渣，对高灰份煤德士古水煤浆气化法不能用，壳牌气化法虽可用但不经济。
装置投资比较
空分装置：本技术的氧耗分别为壳牌和德士古水煤浆的79.1％和67.4％，则本技术的空分装置投资相应分别为壳牌和德士古水煤浆的79.1％和67.4％。
变换设备：本技术粗煤气的H2/CO比为1.74，而壳牌和德士古水煤浆分别为0.35和0.79，为满足合成氨或甲醇对合成气的H2/CO的要求，后两法的CO变换负荷比前者大，因而变换投资也相应增加。
附图说明
联产尿素和甲醇的合成氨生产方法工艺流程示意图。
图中编号1-富氧气压缩机，2-加压气化炉，3-高温部分氧化炉，4-废热锅炉，5-高温变换炉，6-CO2再生塔，7-气提闪蒸塔，8-CO2吸收塔，9-合成气压缩机，10-醇烃化精制塔，11-氨合成塔，12-氨洗涤塔，13-水冷器，14-联产甲醇合成塔，15-卧式冷凝器，16-气提塔。
具体实施方式
我国中型氮肥企业，于1990年共有55家，合成氨生产能力约为560万吨，合成氨产量占全国合成氨产量的22.8％，尿素产量占全国的30％，硝铵产量占全国的90％，对当时我国国民经济的发展发挥着重要的骨干作用。
在55家中型氮肥企业中，原料以无烟块煤为主的，约有35家，大多建在60～70年代，制气工艺比较落后。十多年来，原料仍以无烟块煤为主，制气工艺仍用间歇空气常压气化法，原料煤耗高、能耗大，污染严重。随着电费、运费不断提价，无烟煤价大幅飊升，环境要求越来越严格，产业优惠政策逐步取消，经济效益每况愈下，处境十分困难。
鉴此，建议采用本发明的制气技术予以解困，提高竟争力。
气化原料：以廉价劣质烟煤(贫煤)取代高价优质无烟块煤，可大幅降低制气原料成本。
气化工艺：以加压富氧连续气化法取代常压空气间歇气化法，可大幅降低原料煤耗、电耗、能耗，更重要的是消除含CO，SO2吹风气放空污染大气和含酚和氰煤气水排放污染江河。
新增的加压富氧气化装置，主要包括双管加煤加压气化炉、高温部分氧化炉、产高中压蒸汽的废热锅炉等。气化炉争取安装在原煤气厂房内以便利用原有煤炭运输和贮存设施。高温部分氧化炉和废热锅炉争取安装在原燃烧室和废热锅炉地区。氧气压缩机争取安装在原压缩机厂房内，以便集中管理并节约投资。
中型氨厂的合成气压缩机多是H22型和6D32型的往复压缩机，根据气缸排列，一、二段气缸在曲轴一侧，三、四、五、六段气缸均在曲轴另一侧。可将一、二段气缸改打空气，作为空分装置的压缩机。一、二段将气缸改打空气后空气压缩比将减少、电耗可降低。三、四、五段和六段的气缸仍打合成气。然而，在新操作条件下，进三段缸合成气进口压力比原来的提高了许多，需改小三段缸和四段缸的缸径，并调小两缸的气体压缩比以降低电耗，这不仅使整个压缩机得到充分利用，还使压缩机的轴功率降低18左右，这为原制氨装置增加产能创造条件。
原制氨装置的变换和净化设备以及氨合成设备如尚有潜力可挖、应尽量挖掘以满足增产要求。否则，可考虑增设联醇装置，这不仅可以充分发挥合成气压缩机的潜力和不加重变换和氨合成的负荷，还可以增加甲醇新产品。
初步估计，以贫煤为原料的富氧加压气化法取代以无烟块煤为原料常压间歇气化法，以一个年产18万吨合成氨，30万吨尿素的中型厂为例，采用本制气技术，每小时耗用21.0吨(DAF)贫煤、12.000Nm3氧气、可年产合成氨18万吨，同时制气装置可副产高压蒸汽57吨/小时，除补充气化炉工艺用汽外，还可以发电7500千瓦时。
原来用优质无烟块煤为原料空气常压间歇气化法的中型氨厂改用本制气技术，以劣质烟煤(贫煤)为原料、富氧加压气化法时，空分装置和氧压机的动力，可由原合成气压缩机在新的工艺操作下所节约的电力提供。
初步估算，按优质无烟块煤价格为650元/吨，贫煤价格400元/吨，从无烟煤和贫煤两种煤的价格差及从常压间歇气化改为加压连续气化法可降低的煤耗的费用，吨氨经济效益为665元，加上制气副产的电力和加压气化所节约的电力，吨氨经济效益199元(按0.35元/度)，总共864元，一个18万吨/年合成氨中型氨厂，每年经济效益为1.52亿元，若改造投资资金费用不超过2.5亿元，则不到两年就全部收回。
Claims (1)
1.一种联产尿素和甲醇的清洁低能耗的合成氨生产方法，其特征在于，包括下列步骤：
1)将原料小粒度贫煤5～8mm经溜槽流入煤斗，再经自动操作的煤锁由两根加煤管加入加压气化炉(2)内，以富氧和水蒸汽作气化剂，从炉底引入，生成的粗煤气经炉内旋分器由气化炉的煤气出口引出，再经炉外旋分器除去煤粉尘后，进入高温部分氧化炉(3)；
2)在高温部分氧化炉(3)中用富氧烧掉粗煤气中的焦油和部分氧化粗煤气中的甲烷至0.5％后，进废热锅炉(4)产生高中压蒸汽；
3)气化炉气化剂中的蒸汽由废热锅炉送来，出废热锅炉的粗煤气经换热升温至300℃，进高温变换炉(5)进行变换反应，出高温变换炉(5)的高变气经煤气换热器、CO2再生塔(6)的再沸器、脱盐水加热器回收热量，降温至100℃后，进入CO2吸收塔(8)，用MDEA(甲基二乙醇胺)液将变换气中的CO2脱除到符合尿素的生产要求；
4)出CO2吸收塔(8)的变换气经合成气压缩机(9)升压到尿素反应压力，进入联产尿素装置的气提塔(16)，将尿素合成塔送来的尿液进行气提回收尿液中的氨后、进卧式冷凝器(15)与液氨进行反应生成尿素，同时变换气中的CO2亦被脱除掉；
5)出卧式冷凝器的变换气含有大量氨，先经水冷器(13)用水将大量氨冷凝下来，继而经氨洗涤塔(12)，先后用甲胺液、冷凝液将氨洗涤回收后，送联产甲醇合成塔(14)生产甲醇；
联产甲醇的尾气是含有微量CO和CO2的合成气，经合成气压缩机(9)提压到氨合成压力，进醇烃化精制塔(10)将合成气中CO和CO2精制到合格后，进氨合成塔(11)生产合成氨。
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