CN102690686B - 用无烟煤富氧空气加压连续气化制备氨合成气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明用无烟煤富氧空气加压连续气化制备氨合成气的方法涉及一种无烟煤气化的方法，特别是涉及一种采用富氧空气加压连续气化制备氨合成气的方法；所要解决的技术问题为提供一种采用富氧空气和饱和蒸汽为气化剂，连续加压气化小块径无烟煤的氨合成气制备方法；所采用的技术方案为：先将纯氧和空气混合压缩为富氧空气，再将富氧空气与饱和蒸汽混合，预热至490-510℃，得到气化剂；再将无烟煤加入气化炉后通入气化剂进行气化，气化反应中富氧空气每立方米气化0.75-0.9kg的无烟煤，气化反应产生粗煤气；最后粗煤气经除尘和梯度降温工艺后得到175-190℃的氨合成粗煤气；本发明广泛应用于无烟煤连续气化制备氨合成气领域。
Description
技术领域
本发明用无烟煤富氧空气加压连续气化制备氨合成气的方法涉及一种无烟煤气化的方法，特别是涉及一种采用富氧空气加压连续气化制备氨合成气的方法。
背景技术
我国2011年以煤为原料生产合成氨5068.7万吨，其中采用20世纪30年代常压间歇技术生产的合成氨能力占约65%，该工艺存在的主要的缺点：
1、要求硫含量低、活性高、灰熔点高、热稳定性好、机械强度高、结渣性弱、25-75mm的无烟块煤或焦炭。因此原料煤局限性很强，煤的利用率很低，25-75mm的成块率仅15%。每吨价格高达1200元以上，大部分企业处于亏损或亏损的边缘。
2、常压气化制得煤气无压，而氨合成要求压力很高15-30Mpa，因此，压缩功大大增加，与4MPa气化比每吨氨耗电多300kW。并且常压气化的气化强度很低，需要的气化炉数量多4倍以上。
3、传统的间隙气化，吹风阶段燃烧过程消耗的煤约占40%，产生的吹风气经废热能回收后全部排入大气，煤中40%的硫以SO2，氮NOx形式排入大气。以晋城无烟煤为例，低硫煤平均硫含量0.8%，氮0.7%左右，则每年向大气排放SO280万吨，一定量NOx。由此可见，对大气造成严重污染。
4、能耗高，吹风效率仅39%，冷煤气效率62%，蒸汽分解率50%，即使将含炭15-20%，含水30%以上的灰渣，含碳50%的造气灰飞送锅炉烧，其热值比煤矸石还低，利用价值有限。
我国有丰富的无烟煤资源，由于煤质特征：硫含量0.5-3%、灰含量较高达18-24%、灰熔点1400℃-1500℃、可磨性指数35左右的煤特难磨、煤活性较差，不宜用于气流床、流化床气化工艺。只有碎煤加压纯氧气化较为适合，但氧耗高、蒸汽分解率低小于35-38%，650-700℃的高温煤气经水洗涤至206℃进入废热锅炉，生产0.6Mpa低压饱和蒸汽，降低能的利用率。蒸汽消耗大、蒸汽分解率低，废水量大、消耗高、成本高、投资大，限制该工艺推广应用。由于一些地区，年终完不成国家下达的节能指标 ，被迫将固定床间歇气化这类工厂关闭。因此国家已明文规定，不容许采用固定床间歇气化工艺技术建设新厂，并要求对这些老厂加速改造或淘汰。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供一种采用富氧空气和饱和蒸汽为气化剂，连续加压气化小块径无烟煤的氨合成气制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：用无烟煤富氧空气加压连续气化制备氨合成气的方法，按照以下步骤进行：
第一步，气化剂预热
将纯氧和空气混合压缩为富氧空气，再将所述富氧空气与饱和蒸汽混合，预热至490-510℃，得到气化剂；所述富氧空气的含氧量为45%-55%；
第二步，无烟煤气化
将无烟煤加入气化炉后通入所述气化剂进行气化，气化反应中所述富氧空气每立方米气化0.75-0.9kg的无烟煤，气化反应产生粗煤气；所述气化反应压力为4.0Mpa；
第三步，粗煤气除尘降温
所述粗煤气经除尘和梯度降温工艺后得到175-190℃的氨合成气，所述氨合成气所含的饱和蒸汽满足变换条件。
所述无烟煤为5-40mm、硫含量0.5-3%、灰含量18-24%、灰熔点1400℃-1500℃、可磨性指数32-50的无烟煤。
所述气化剂中饱和蒸汽与单质氧的重量份比为2-2.2:1。
所述粗煤气温度为650-700℃，所述粗煤气各组分体积百分比为CO 26%-28%、CO2 18%-20%、H2 34%-36%、CH4 2%-3%、N2 18%-20%和S 0.3%-1%。
第三步粗煤气除尘降温的除尘和梯度降温工艺为将所述粗煤气通入高温旋风分离器分离煤尘后，再通入废热锅炉降温至230-260℃，得到一次降温粗煤气，同时产生4.8Mpa的高压饱和蒸汽，所述高压饱和蒸汽用于与所述富氧空气混合；所述一次降温粗煤气经过文丘里除尘器再次除尘后，进入洗涤塔除尘降温至206℃，最后进入低压废热锅炉二次降温得到175-190℃的氨合成气，同时产生0.6Mpa低压蒸汽。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
1、本发明采用5-40mm的低硫或高硫、高灰、高灰熔点、难磨无烟碎煤为原料，煤的利用率预计从15%提高到65%左右，估计5-40mm煤价800元/吨，因此可以大大降低产品成本。
2、本发明采用氧浓度45%-55%富氧空气气化，粗煤气经变换、脱除CO2后，N2:H2=1:3用于氨合成；由于采用氧浓度45%-55%富氧空气气化；由于富氧空气中N2代替部分蒸汽载热，蒸汽与氧气重量份比，从3.1降到2.1左右，与同类纯氧气化比，水蒸汽可降低30-35%，减少煤气冷凝水处理30-35%；由于合成氨需要25%的氮，因此采用4Mpa压力下富氧空气气化，可降低氧耗25-28%。
3、本发明气化压力为4Mpa，气化炉能力与常压气化比提高4-5倍，因气化强度与压力的平方根成正比，气化炉数量相比于常压气化大大减少，为装置、工厂大型化创造条件，节省了投资，降低了成本。
4、利用合成氨系统排出的废气，用于预热炉，将富氧空气、气化废锅副产的4.8Mpa饱和蒸汽预热至500℃，与气化炉夹套产4.2Mpa饱和蒸汽混合后入气化炉。气化炉出口粗煤气，压力4Mpa、650-700℃左右，经高温旋风分离器后进入废热锅炉产生4.8Mpa饱和蒸汽，然后粗煤气约250℃进入洗涤塔，温度降至180℃，饱和煤气进入变换装置，其带入的水蒸气量足够变换反应所需蒸汽，能量利用十分有效。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为实施例1的工艺流程图。
图中1为富氧空气压缩机、2为预热炉、3为气化炉、4为高温旋风分离器、5为废热锅炉、6为文丘里除尘器、7为洗涤塔、8为低压废热锅炉。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
将纯氧与空气通入富氧空气压缩机1，混合压缩为富氧空气，所述富氧空气的含氧量为50±2%，然后将富氧空气与来自废热锅炉5的饱和蒸汽混合，进入预热炉2，预热至500℃后与夹套产生的蒸汽混合得到原料气，所述原料气中蒸汽与单质氧的重量份比为2.1:1；预热炉2同时还将供给气化炉3夹套、废热锅炉汽包和低压废热锅炉汽包的锅炉给水预热；
块径5-40mm、硫含量0.5-3%、灰含量18-24%、灰熔点1400℃-1500℃、可磨性指数32-50的无烟煤都可以通过煤锁斗、灰锁斗进入加压气化炉，锁斗是将常压煤进入加压气化炉3，将加压的灰渣排出炉外，无烟煤与上升的煤气逆流接触，从上至下经过干燥、气化、燃烧、灰渣区，经旋转炉蓖排入灰锁斗及灰处理系统。富氧空气压缩后与蒸气混合进入预热炉2，预热至500℃与气化炉夹套产蒸气混合，进入气化炉3炉蓖室，按设定的比例均匀分布到气化炉3灰渣区，气化剂与灰渣热交换，灰渣温度从1400-1450℃降到300-350℃排入灰锁斗。气化剂温度进一步提高，上升至燃烧区与气化反应区下移的残炭燃烧，温度瞬间上升1450℃左右进入气化区。随着气化反应的进行，煤气温度逐步下降直至气化反应接近终止。气化反应中富氧空气每立方米（常温常压）气化0.83kg的无烟煤，原料气与无烟煤气化反应后产生粗煤气，所述粗煤气压力4.0Mpa、温度680℃，粗煤气组成如下：
| 组分 | CO | CO2 | H2 | CH4 | N2 | S |
| 体积百分比% | 26-28 | 18-20 | 34-36 | 2-3 | 18-20 | 0.3-1 |
粗煤气通入高温旋风分离器4分离除尘后，再通入废热锅炉5降温至230-260℃，得到一次降温粗煤气，同时产生4.8Mpa的高压饱和蒸汽，所述高压饱和蒸汽用于与所述富氧空气混合；
所述一次降温粗煤气经过文丘里除尘器6再次除尘后，进入洗涤塔7除尘降温至206℃，最后进入低压废热锅炉8二次降温得到180℃的氨合成气，同时产生0.6Mpa低压蒸汽，所述氨合成气所含的饱和蒸汽满足变换条件。
由于合成氨需要25%的氮，因此采用4Mpa压力下富氧空气气化，可降低氧耗25-28%，蒸汽消耗降低30-35%，减少煤气冷凝水处理30-35%。
采用氧浓度50±2%富氧空气气化，粗煤气经变换、脱除CO2后，N2:H2=1:3用于氨合成。
由于采用富氧空气气化，空气带入21%的氧，氧耗降低25-28%。
由于富氧空气中N2代替部分蒸汽载热，与同类纯氧气化比，蒸汽与氧气比可降低30-35%。
实施例2
用无烟煤富氧空气加压连续气化制备氨合成气的方法，按照以下步骤进行：
第一步，气化剂预热
将纯氧和空气混合压缩为富氧空气，再将所述富氧空气与饱和蒸汽混合，预热至490℃，得到气化剂；所述富氧空气的含氧量为55%，气化剂中饱和蒸汽与单质氧的重量份比为2.2:1；
第二步，无烟煤气化
将5-40mm、硫含量0.5-3%、灰含量18-24%、灰熔点1400℃-1500℃、可磨性指数32-37的无烟煤加入气化炉后通入所述气化剂进行气化，气化反应中所述富氧空气常温常压下每立方米气化0.84kg的无烟煤，气化反应产生粗煤气；所述气化反应压力为4.0Mpa，粗煤气温度为650℃，所述粗煤气各组分体积百分比含量为CO 26%-28%、CO2 18%-20%、H2 34%-36%、CH4 2%-3%、N2 18%-20%和S 0.3%-1%；
第三步，粗煤气除尘降温
将所述粗煤气通入高温旋风分离器分离煤渣后，再通入废热锅炉降温至230℃，得到一次降温粗煤气，同时产生4.8Mpa的高压饱和蒸汽，所述高压饱和蒸汽用于与所述富氧空气混合；所述一次降温粗煤气经过文丘里除尘器再次除尘后，进入洗涤塔除尘降温至206℃，最后进入低压废热锅炉二次降温得到175℃的氨合成气，同时产生0.6Mpa低压蒸汽，氨合成气所含的饱和蒸汽满足变换条件。
实施例3
用无烟煤富氧空气加压连续气化制备氨合成气的方法，按照以下步骤进行：
第一步，气化剂预热
将纯氧和空气混合压缩为富氧空气，再将所述富氧空气与饱和蒸汽混合，预热至510℃，得到气化剂；所述富氧空气的含氧量为46%，气化剂中饱和蒸汽与单质氧的重量份比为2:1；
第二步，无烟煤气化
将5-40mm、硫含量0.5-3%、灰含量18-24%、灰熔点大于1400℃、可磨性指数32-37的无烟煤加入气化炉后通入所述气化剂进行气化，气化反应中所述富氧空气常温常压下每立方米气化0.79kg的无烟煤，气化反应产生粗煤气；所述气化反应压力为4.0Mpa，粗煤气温度为650-700℃，所述粗煤气各组分体积百分比含量为CO 26%-28%、CO2 18%-20%、H2 34%-36%、CH4 2%-3%、N2 18%-20%和S 0.3%-1%；
第三步，粗煤气除尘降温
将所述粗煤气通入高温旋风分离器分离煤渣后，再通入废热锅炉降温至260℃，得到一次降温粗煤气，同时产生4.8Mpa的高压饱和蒸汽，所述高压饱和蒸汽用于与所述富氧空气混合；所述一次降温粗煤气经过文丘里除尘器再次除尘后，进入洗涤塔除尘降温至206℃，最后进入低压废热锅炉二次降温得到190℃的氨合成气，同时产生0.6Mpa低压蒸汽，氨合成气所含的饱和蒸汽满足变换条件。
实施例4
用无烟煤富氧空气加压连续气化制备氨合成气的方法，按照以下步骤进行：
第一步，气化剂预热
将纯氧和空气混合压缩为富氧空气，再将所述富氧空气与饱和蒸汽混合，预热至500℃，得到气化剂；所述富氧空气的含氧量为50%；
第二步，无烟煤气化
将无烟煤加入气化炉后通入所述气化剂进行气化，气化反应中所述富氧空气每立方米气化0.85kg的无烟煤，气化剂中饱和蒸汽与单质氧的重量份比为2.1:1，气化反应产生粗煤气；所述气化反应压力为4.0Mpa；粗煤气温度为650-700℃，所述粗煤气各组分体积百分比含量为CO 26%-28%、CO2 18%-20%、H2 34%-36%、CH4 2%-3%、N2 18%-20%和S 0.3%-1%；
第三步，粗煤气除尘降温
所述粗煤气经除尘和梯度降温工艺后得到180℃的氨合成粗煤气，所述氨合成粗煤气所含的饱和蒸汽满足变换条件。
实施例5
用无烟煤富氧空气加压连续气化制备氨合成气的方法，按照以下步骤进行：
第一步，气化剂预热
将纯氧和空气混合压缩为富氧空气，再将所述富氧空气与饱和蒸汽混合，预热至505℃，得到气化剂；所述富氧空气的含氧量为48%；
第二步，无烟煤气化
将5-40mm、硫含量0.5-3%、灰含量18-24%、灰熔点大于1500℃、可磨性指数32-50的无烟煤加入气化炉后通入所述气化剂进行气化，气化反应中所述富氧空气每立方米气化0.75-0.9kg的无烟煤，气化剂中饱和蒸汽与单质氧的重量份比为2-2.2:1，气化反应产生粗煤气；所述气化反应压力为4.0Mpa；粗煤气温度为650-700℃，所述粗煤气各组分重量百分比含量为CO 26%-28%、CO2 18%-20%、H2 34%-36%、CH4 2%-3%、N2 18%-20%和S 0.3%-1%；
第三步，粗煤气除尘降温
所述粗煤气经除尘和梯度降温工艺后得到185℃的氨合成粗煤气，所述氨合成粗煤气所含的饱和蒸汽满足变换条件。
本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。因此，无论从那一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何变化，都应认为是包括在权利要求书的范围内。
Claims (2)
1.用无烟煤富氧空气加压连续气化制备氨合成气的方法，其特征在于按照以下步骤进行：
第一步，气化剂预热
将纯氧和空气混合压缩为富氧空气，再将所述富氧空气与饱和蒸汽混合，预热至490-510℃，得到气化剂；所述富氧空气的含氧量为45%-55%；
第二步，无烟煤气化
将无烟煤加入气化炉后通入所述气化剂进行气化，气化反应中所述富氧空气每立方米气化0.75-0.9kg的无烟煤，气化反应产生粗煤气；所述气化反应压力为4.0Mpa；
第三步，粗煤气除尘降温
所述粗煤气经除尘和梯度降温工艺后得到175-190℃的氨合成气，所述氨合成气所含的饱和蒸汽满足变换条件；
所述无烟煤为5-40mm、硫含量0.5-3%、灰含量18-24%、灰熔点1400℃-1500℃、可磨性指数32-50的无烟煤；
所述气化剂中饱和蒸汽与单质氧的重量份比为2-2.2:1；
所述粗煤气温度为650-700℃，所述粗煤气各组分体积百分比为CO 26%-28%、CO2 18%-20%、H2 34%-36%、CH4 2%-3%、N2 18%-20%和S 0.3%-1%。
2.根据权利要求1所述的用无烟煤富氧空气加压连续气化制备氨合成气的方法，其特征在于第三步粗煤气除尘降温的除尘和梯度降温工艺为将所述粗煤气通入高温旋风分离器分离煤尘后，再通入废热锅炉降温至230-260℃，得到一次降温粗煤气，同时产生4.8Mpa的高压饱和蒸汽，所述高压饱和蒸汽用于与所述富氧空气混合；所述一次降温粗煤气经过文丘里除尘器再次除尘后，进入洗涤塔除尘降温至206℃，最后进入低压废热锅炉二次降温得到175-190℃的氨合成气，同时产生0.6Mpa低压蒸汽。
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