CN102277196A - 固定床间歇式增氧自然气化生产合成氨、甲醇原料气的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固定床间歇式增氧自然气化生产合成氨、甲醇原料气的方法，是将传统固定床间歇气化工艺的入炉空气中氧气浓度提高到22％～65％。其克服传统间歇式气化工艺吹风效率低、单炉产气量低、煤耗高、环境污染大，富氧连续气化运行不稳定、煤气二氧化碳、甲烷高等弊端，继承富氧连续气化产气量高、煤耗低优点，创新性整合两种气化工艺优点，做到扬长避短。

Description

固定床间歇式增氧自然气化生产合成氨、甲醇原料气的方法

技术领域

本发明涉及使用固定床气化炉间歇式气化工艺生产合成氨、甲醇原料气。

背景技术

传统固定床间歇气化工艺的一个循环分为吹风、上吹、下吹、二次上吹、吹净五个阶段，其工艺流程按阶段表述为：(见图1)

1.吹风：

空气→鼓风机1→空气总管2→吹风阀3→煤气炉→上气道→除尘器→回收阀11→吹风气回收总管13→吹风气余热集中回收→放空(吹风气余热回收流程)；或

空气→鼓风机1→空气总管2→吹风阀3→煤气炉→上气道→除尘器→上吹煤气阀7→煤气总阀8→煤气总管12→煤气余热锅炉→洗气塔→气柜(吹风气回收流程)；或

空气→鼓风机1→空气总管2→吹风阀3→煤气炉→上气道→除尘器→烟囱阀10→烟囱放空(吹风气直接放空，煤气炉点火升温用)

2.上吹：

蒸汽总管→蒸汽总阀4→上吹蒸汽阀5→煤气炉→上气道→除尘器→上吹煤气阀7→干式水封→煤气总阀8→煤气总管12→煤气余热锅炉→洗气塔→气柜

3.下吹：

蒸汽总管→蒸汽总阀4→下吹蒸汽阀6→上气道→煤气炉→下吹管线→下吹煤气阀9→干式水封→煤气总阀8→煤气总管12→煤气余热锅炉→洗气塔→气柜

4.二次上吹：与上吹工艺流程相同

5.空气吹净：与吹风气回收流程相同

工艺描述：来自大气的空气经鼓风机加压至26kPa，经各炉吹风阀、供造气炉使用，空气与蒸汽间歇进入煤气炉内，经吹风、上吹、下吹、二次上吹、空气吹净五个阶段制取半水煤气供后工段使用。煤气炉夹套锅炉生产的蒸汽经管道14去余热锅炉过热后由过热管15输送至低压蒸汽总管供煤气炉使用。

传统固定床间歇气化工艺特点：技术成熟、操作简单；煤气中有效成分较高，上吹有效气(CO+H₂)平均85％，下吹有效气平均96％；适用煤种范围广；投资少；吹风效率低，单炉产气量低，由于进入气化炉燃烧所需的氧气来源于大气，氧气浓度低(21％)，单位时间与炭反应放出的热量少，只能靠延长吹风时间来提高气化层温度，造成吹风效率低，能量利用率低，单炉产气量低；环境污染大，生成的吹风气中含有粉尘、二氧化碳和硫化物，排入大气对环境造成污染。

富氧连续气化流程为：(见图2)

富氧空气经富氧空气阀2+过热蒸汽经蒸汽阀3→混合器1→煤气炉→上气道→除尘器→干式水封→煤气总阀4→煤气总管6→煤气余热锅炉→洗气塔→气柜

煤气炉升温气或不合格煤气经烟囱阀5放空。

煤气炉夹套锅炉生产的蒸汽经管道7去余热锅炉过热后由过热管8输送至低压蒸汽总管供煤气炉使用。

工艺描述：来自空分系统的纯氧通过减压，在富氧鼓风机岗位配成50-75％(依不同原料而定)富氧空气，与220℃左右的过热蒸汽混合，从造气炉底部同时进入与炉内炽热的炭反应，产生的煤气经除尘器、煤气总阀进入煤气总管，再经煤气余热锅炉回收显热和洗气塔降温送气柜。

富氧连续气化工艺的特点：技术成熟、运行不稳定(针对现有劣质原料)；需配套空分装置，一次性投资大，工业化装置尚未普及；对煤种选择性强；煤气中二氧化碳高，甲烷含量高，有效气体65-72％；单炉产气量高，约为间歇气化1倍以上；始终为连续上吹制气，无吹风气放空，环境污染小。

经过多年对固定床间歇气化工艺调优的实践，固定床间歇气化工艺过程简单，采用空气、蒸汽气化剂分阶段入炉制气，属蓄热制气法，温差幅度大，而气体总体质量好，尤其是下吹阶段，气质比上吹更好，该工艺目前能耗高居不下，主要原因是吹风升温采用空气，热效率差、热损失大。富氧气化为连续上吹制气，供热和制气一并进行的自热式制气法，温差幅度小，产气量大，环境污染小，但煤气中二氧化碳、甲烷含量高，连续稳定运行时间短，在气化劣质原料时易结渣结块，需定时停炉人工扒块处理。由于两种气化工艺采用相近的装置设备，通用性强，通过提高入炉空气中氧气的浓度，提高吹风效率，使传统间歇气化工艺的能源利用率及装置能力得到大幅度提高，随着氧气浓度的提高，可最终实现该工艺吹风气零排放。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种固定床间歇式增氧自然气化的方法来生产合成氨、甲醇原料气；其克服传统间歇式气化工艺吹风效率低、单炉产气量低、煤耗高、环境污染大，富氧连续气化运行不稳定、煤气二氧化碳、甲烷高等弊端，继承富氧连续气化产气量高、煤耗低优点，创新性整合两种气化工艺优点，做到扬长避短。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种固定床间歇式增氧自然气化生产合成氨、甲醇原料气的方法，是将传统固定床间歇气化工艺的入炉空气中氧气浓度提高到22％～65％。

本发明的方法，一个循环包括回收、上吹、下吹、二次上吹四个步骤，所述方法为将来自空分系统的纯氧和大气加压混合，配成所需浓度增氧空气后输送至煤气炉；增氧空气与过热蒸汽，间歇或混合进入煤气炉，分别经过回收、上吹、下吹、二次上吹四个步骤；其中回收为将吹风气全部回收进入气柜。

以本发明的一个优选实施方式为例，本发明的方法的具体工艺描述为：来自空分系统的纯氧(＞96％)经总阀、流量调节阀、支管阀、气动开关阀进入增氧鼓风机，鼓风机另一入口空气管线连接大气，空气管线由阀门控制，两种气体在鼓风机内加压混合，配成所需浓度增氧空气后经出口气动开关阀、手动阀，由出口管线(增氧空气总管)输送至各台煤气炉，经煤气炉各增氧空气阀、混合罐供其使用。为了稳定增氧空气入炉压力防止总管超压，在总管上设置自动放空阀和放空管，当压力大于30kpa时，放空阀自动开启，平时处于稳压调节状态。增氧空气(氧浓度22％-65％)与过热蒸汽，间歇或混合进入煤气炉，分别经过吹风、上吹、下吹、二次上吹、空气吹净五个阶段，灼热的炭与增氧空气中的氧气和蒸汽反应生成半水煤气供合成氨使用，当增氧空气中氧浓度达到一定程度时，吹风阶段时间为零，增氧空气中的氧气与炭反应放出的热量积聚在炽热的炭层中，能满足炭与蒸汽反应所需要的吸收热量，且生产的半水煤气能满足合成氨工艺的需要。此时原有间歇气化的五个阶段即改为回收、上吹、下吹、二次上吹等四个阶段，原有的吹风阶段产生的吹风气此时全部回收进入气柜，不再对大气造成放空或者送吹风气余热锅炉燃烧利用后再放空，减少对大气的污染。本发明的固定床间歇式增氧自然气化生产合成氨、甲醇原料气的方法的特点：

1.煤种适应性强

间歇法造气气化层温度峰谷值变化大，气体流向周期变化，对燃料粒度、热稳定性、灰熔点要求高。富氧连续气化由于料层温度、介质流向与流量恒定，因而对燃料要求较低，能适应小粒燃料及型煤和无烟块煤，但富氧连续气化出气温度高，不太适应热稳定性差的煤种，长周期稳定运行受到限制，需定时人工辅助扒块处理，经济性不高。固定床间歇式增氧自热气化，气化层温度峰谷值变化小，温度相对恒定，出气温度低，对燃料要求较低，煤种适应广，对小粒煤、型煤和低挥发份，机械强度与热稳定性差的无烟块煤均能发挥较好的气化效果。

2.热量利用合理

间歇法采用蓄热供热方式，先吹风燃烧放热，吹风气放空带走部分热量，造成燃料多余的损失，燃料层温度峰谷交变，床温波动大，气化效率低。富氧连续气化可以维持气化反应的热平衡，床温平稳，具备了高气化效率的条件，但由于持续上吹气化，出气温度高，上吹带走的热量多，床层气化层底顶温度散而温变大，使得合成氨生产成本和能耗的降低受到限制。而间歇增氧自热气化工艺能够维持气化反应飞热平衡，增设下吹使得气化层底顶温度集中而温变小，床温更加平稳，从而使热量尽量地积蓄在炉内被利用，在高气化效率的状态下，节约了燃料，使得合成氨生产成本和能耗进一步降低。

3.设备通用性

固定床间歇式增氧自热气化按4个步骤循环，保持了原有程控阀、程控机、工艺流程管线，步骤减少，循环周期长，阀门事故率降低，维修管理工作量不太大。

4.环保效益大

间歇法的吹风阶段将燃料燃烧生成的吹风气排入大气，使燃料中40％的硫化物及大量的CO2及部分CO、粉尘直接排放大气，对大气造成严重污染。间歇增氧自热气化与富氧连续气化取消了吹风阶段，不向大气排放，杜绝了大气污染。

5.气体组分易调节，操作难度减轻

固定床间歇增氧自热气化制得的煤气CO₂浓度介于富氧连续气化和间歇法之间，比富氧连续气化12～14％CO₂浓度大幅降低，有效减轻脱碳系统负荷。有效气CO+H₂浓度比富氧连续气化高，更适于联醇生产流程，满足联醇生对CO+H₂浓度的要求。另外固定床间歇增氧自热气化克服富氧连续气化稳定性、连续生产周期性不长的缺点，增氧氧气浓度可调，操作难度降低。

本发明的固定床间歇式增氧自热气化工艺控制方法和要点：

1.来自空分的纯氧根据合成气需要的氧气浓度经调节阀调节纯氧流量，使增氧空气浓度达到22％～65％并在线显示。

2.增氧鼓风机出口管由调节阀调节总管压力稳压于30kp，超过调节阀打开卸压。

3.不需要增氧操作时，即煤气炉点火烘炉、升温初期、制惰性气体时，关闭纯氧调节阀，增氧鼓风机只升压空气提煤气炉炉温。煤气炉系统升温也用空气鼓风机升温操作。

4.采用鼓风机内混合纯氧和空气。

附图说明

图1是传统固定床间歇气化工艺示意图；其中1为鼓风机；2为空气总管；3为吹风阀；4为蒸汽总阀；5为上吹蒸汽阀；6为下吹蒸汽阀；7为上吹煤气阀；8为煤气总阀；9为下吹煤气阀；10为烟囱阀；11为吹风气回收阀；12为煤气总管；13为吹风气回收总管；14为夹套锅炉蒸汽；15为夹套锅炉过热后蒸汽；16为煤气炉；17为除尘器；18为煤气余热锅炉；19为洗气塔；20为烟囱；21为干式水封；

图2是富氧连续气化工艺示意图；其中1为混合罐；2为富氧空气阀；3为蒸汽阀；4为煤气总阀；5为烟囱阀；6为煤气总管；7为夹套锅炉蒸汽；8为夹套锅炉过热后蒸汽；9为煤气炉；10为除尘器；11为余热锅炉；12为洗气塔；13为烟囱；14为干式水封；

图3是增氧工艺示意图；其中1为纯氧管总阀；2为纯氧调节蝶阀；3为支管纯氧手阀；4为进口气动开关阀；5为支管空气阀；6为增氧鼓风机；7为出口气动开关阀；8为增氧管出口手阀；9为增氧管压力调节放空阀；10为纯氧流量表；11为氧浓度分析表；12为纯氧进口管；13为空气进口管；14为放空管；15为增氧空气总管；

图4是本发明固定床间歇式增氧自热气化工艺示意图；其中1为吹风阀；2为上吹增氧空气阀；3为下吹增氧空气阀；4为蒸汽总阀；5为蒸汽三通阀；6为煤气回收阀；7为烟囱阀；8为上吹煤气阀；9为下吹煤气阀；10为煤气总阀；11为煤气总管；12为上吹混合罐；13为下吹混合罐；14为吹风气回收总管；15为夹套锅炉蒸汽；16为夹套锅炉过热后蒸汽；17为煤气炉；18为除尘器；19为余热锅炉；20为洗气塔；21为烟囱；22为干式水封。

具体实施方式

为进一步说明本发明，结合以下实施例具体说明：

一种固定床间歇式增氧自然气化生产合成氨、甲醇原料气的方法，是在传统固定床间歇气化工艺的基础上，通过提高入炉空气中的氧气浓度来提高吹风效率，缩短吹风阶段时间。当氧气的浓度达到一定程度时，吹风阶段的时间为零，此时固定床间歇式气化工艺中的吹风、空气吹净两个阶段合并成间歇式增氧自热气化工艺的回收阶段。其工艺流程如下：(见图4)固定床间歇式增氧自然气化工艺的一个循环分为回收、上吹、下吹、二次上吹四个阶段。

1.回收：

纯氧+空气→增氧鼓风机→增氧空气→上吹增氧空气阀2→混合器12→煤气炉17→除尘器18→上吹煤气阀8→干式水封22→煤气总阀10→煤气总管11→煤气余热锅炉19→洗气塔20→气柜

工艺描述：来自空分的纯氧(＞96％)与空气在增氧鼓风机内配成一定浓度(22％-65％)的增氧空气，经上吹增氧空气阀2、混合器12进入煤气炉17，增氧空气与煤气炉中的碳反应生成高温吹风气，高温吹风气夹带的固体颗粒在除尘器18内沉降，高温气经上吹煤气阀8、干式水封22、煤气总阀10、煤气总管11进入煤气余热锅炉19，回收显热后入洗气塔20，经洗涤、除尘、降温，吹风气入气柜。煤气炉点火升温时采用下述流程：

(1)空气总管→吹风阀1→煤气炉17→除尘器18→烟囱阀7→烟囱21→放空工艺描述：空气通过吹风阀1从煤气炉17底部进入，空气与煤气炉中的碳反应生成高温吹风气，高温吹风气夹带的固体颗粒在除尘器18内沉降，高温气经烟囱阀7、烟囱21放空。

(2)纯氧+空气→增氧鼓风机→增氧空气→上吹增氧空气阀2→混合器12→煤气炉17→除尘器18→烟囱阀7→烟囱21→放空

通过关闭纯氧调节阀，增氧鼓风机只升压空气提煤气炉炉温。

2.上吹：

增氧空气→上吹增氧空气阀2

低压过热蒸汽→蒸汽总阀4→蒸汽三通阀5→混合器12→煤气炉17→除尘器18→上吹煤气阀8→干式水封22→煤气总阀10→煤气总管11→煤气余热锅炉19→洗气塔20→气柜工艺描述：增氧空气经上吹增氧空气阀2，低压过热蒸汽经蒸汽总阀4、蒸汽三通阀5，两者在混合器12内混合后进入煤气炉17底部，增氧空气、蒸汽与煤气炉中的碳反应生成的高温煤气经除尘器18、上吹煤气阀8、干式水封22、煤气总阀10、煤气总管11进入煤气余热锅炉19，回收显热后进洗气塔20，经洗涤、除尘、降温，煤气入气柜。

3.下吹：

增氧空气→下吹增氧空气阀3

低压过热蒸汽→蒸汽总阀4→蒸汽三通阀5→混合器13→煤气炉17→下吹管线→下吹煤气阀9→煤气总阀10→煤气总管11→煤气余热锅炉19→洗气塔20→气柜

工艺描述：增氧空气经上吹增氧空气阀3，低压过热蒸汽经蒸汽总阀4、蒸汽三通阀5，两者在混合器13内混合后经上气道进入煤气炉17顶部，增氧空气、蒸汽与煤气炉中的碳反应生成的高温煤气经下吹管线、下吹煤气阀9、干式水封22、煤气总阀10、煤气总管11进入煤气余热锅炉19，回收显热后进洗气塔20，经洗涤、除尘、降温，煤气入气柜。

4.二次上吹：同上吹流程。

增氧工艺：纯氧+空气→鼓风机→出口管线→煤气炉(增氧系统流程图见图3)

工艺描述：来自空分系统的纯氧(＞96％)经总阀1、流量调节阀2、支管阀3、气动开关阀4进入增氧鼓风机，鼓风机另一入口空气管线连接大气，空气管线由阀门5控制，两种气体在鼓风机6内加压混合，配成所需浓度增氧空气后经出口气动开关阀7、手动阀8，由出口管线(增氧空气总管15)输送至各台煤气炉，经煤气炉各增氧空气阀、混合罐供其使用。为了稳定增氧空气入炉压力防止总管超压，在总管上设置自动放空阀9和放空管14，当压力大于30kpa时，放空阀自动开启，平时处于稳压调节状态。增氧空气(氧浓度22％-65％)与过热蒸汽，间歇或混合进入煤气炉，分别经过吹风、上吹、下吹、二次上吹、空气吹净五个阶段，灼热的炭与增氧空气中的氧气和蒸汽反应生成半水煤气供合成氨使用，当增氧空气中氧浓度达到一定程度时，吹风阶段时间为零，增氧空气中的氧气与炭反应放出的热量积聚在炽热的炭层中，能满足炭与蒸汽反应所需要的吸收热量，且生产的半水煤气能满足合成氨工艺的需要。此时原有间歇气化的五个阶段即改为回收、上吹、下吹、二次上吹等四个阶段，原有的吹风阶段产生的吹风气此时全部回收进入气柜，不再对大气造成放空或者送吹风气余热锅炉燃烧利用后再放空，减少对大气的污染。

本发明的固定床间歇式增氧自热气化工艺创新点：

1.实现氧气浓度调节和控制。在传统固定床间歇气化工艺基础上将入炉空气中氧气浓度由21％提高到22％～65％，根据原料条件变化，按需要调节入炉空气氧浓度。

2.增加下吹，稳定燃料层的层次，降低热量损失。在固定床富氧连续气化基础上，增加了每个循环下吹制气阶段，回收了上行气体显热。

3.增设上吹增氧空气阀2、上吹混合罐12、下吹增氧空气阀3、下吹混合罐13、蒸汽三通阀5。

4.满足气体成分要求，实现气体“零排放”。根据调节入炉空气氧浓度和合理的汽气比(蒸汽与增氧空气之比)，在满足后序工段氢氮比条件下，取消吹风阶段，实现吹风气全部回收入气柜。

5.基本利用原有设备，无需大规模改造。可利用原煤气炉、原流程管道阀门，合理调整气化剂流量，适当控制炭层高度，选用破渣能力强的传统炉箅。

6.安全有保证。每个循环有二次上吹阶段，蒸汽阀要比增氧空气阀早开5-10秒，有利于蒸汽先行吹扫系统管道，确保系统安全，避免了炉底存有煤气在增氧空气入炉时发生爆炸；增氧管线设有超压放空装置，实现可靠自动调节；设有精高度的在线氧含量分析仪。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种固定床间歇式增氧自然气化生产合成氨、甲醇原料气的方法，其特征在于：将传统固定床间歇气化工艺的入炉空气中氧气浓度提高到22％～65％。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法的一个循环包括回收、上吹、下吹、二次上吹四个步骤，所述方法为将来自空分系统的纯氧和大气加压混合，配成所需浓度增氧空气后输送至煤气炉；增氧空气与过热蒸汽，间歇或混合进入煤气炉，分别经过回收、上吹、下吹、二次上吹四个步骤；其中回收为将吹风气全部回收进入气柜。

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