CN109081304A - 一种节能型合成氨半富氧造气装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种节能型合成氨半富氧造气装置及工艺，包括气柜，PSA变压吸附制氮系统和空气混合柜，所述的空气混合柜包裹在造气煤气管道上，所述的PSA变压吸附制氮系统分离的氮气与富氧空气分别回收，PSA变压吸附制氮系统和空气混合柜之间通过管道连接有造气吹风机，富氧空气与造气吹风气空气在空气混合柜内混合，PSA变压吸附制氮系统还通过氮气输送管道连接气柜，所述的空气混合柜通过管道连接气柜，所述的造气煤气管道连接三废炉，本发明的有益效果为：设备投资少，制氮系统机能化程度高，安全系数高。
Description
技术领域
本发明涉及化工生产设备及方法技术领域，尤其涉及一种节能型合成氨半富氧造气装置及工艺。
背景技术
煤气化工艺过程的发展已有百余年的历史，迄今已开发的气化方法已有百余种，按照煤在汽化炉的运行和接触方式，主要可以分为1、移动床气化（固定床）、2、流化床气化、3、气流床气化。其中移动床气化主要包括鲁奇气化技术、固定床间歇气化技术、富氧连续气化技术等。
当今，化肥行业都以追求高产量、低消耗为着眼点，造气系统的操作理念已经从粗放的拼炉况、粗气质，一味追求发气量而不注重气化质量，发展为强负荷、稳工况、同时要求把气体成份做细，力求提高单位体积气体的有效成份的含量，降低产品的煤气单耗。从而在同量煤、电消耗的条件下使产量提高，使煤、电单耗下降。
现有的中小氮肥行业生产合成氨的方法，主要是以块煤和粉煤成型后的型煤为原料，利用固定层煤气发生炉来制取半水煤气，其主要成份(CO+H2) 为(66％—— 72％ )、CO2为(9％—— 14％ )、N2为(16％——23％ )，然后将煤气发生炉出来的半水煤气送入气柜，由罗茨机加压将半水煤气送到脱硫工段脱除H2S，然后由压缩机加压送变换工段将CO转换成(CO2+H2)，然后再由压缩机加压送到脱碳工段将CO2分离出来，然后再由压缩机加压送到净化工段进一步精化除去微量的CO和CO2等，制成合格的H2和N2，然后再由压缩机加压送到氨合成工段生产出合成氨(NH3)。对于造气工艺来说，其有效气体是(CO+H2)，因氮气要在合成塔与氢气高压高温反应因此需要同步提压，所以对于合成氨来说氮气是有效气体。因此，提高有效气体在合成氨工艺气中的占比就非常重要了。而半水煤气中CO2达(9％——14％ )，CO2在整个生产过程中占用了整个生产装置的有效体积，使装置的生产能力受到严重限制，同时这部分气体在整个生产过程中消耗了大量的动力，电耗居高不下，成为耗能大户。
现有技术富氧造气又存在明显缺陷，且设备投资大。
富氧连续气化产生的煤气中，氧含量是比较低的，其体积分数一般只有0.2%，但是由于富氧空气的氧含量较高，一旦气化不完全，会出现过氧速度快，煤气中氧浓度高，给后续工段带来极大的安全隐患。目前，生产过程中为了控制氧含量，采取的措施是提高煤气炉出口温度≥550℃，这一措施又造成了原料煤消耗增高。
煤气中二氧化碳含量高。富氧连续气化生成的煤气中二氧化碳体积分数高达15%-20%，其带来的危害是压缩机功耗增加、变换工段蒸汽消耗高、脱碳工段负荷增大。
富氧连续气化需要后续加氮，一般选择碳化工段后净化工段前。理论上此方法可以提高压缩有效气体打气量，从而提高压缩效率降低单耗。但是由于此工段已经是合成氨生产工艺中较后段，气体压力达到，此时将氮气加入系统，需要独立的压缩机，增加设备投资，且同样总气量下升压到一定压力前期气体混合与分开后期单独加压需要消耗的电力是不会减少的。另外，高压下连续稳定的控制两套高压系统在一定压力下均匀混合氮气和氢气生产中很难实现，因此造成系统氢氮比大幅度波动，降低了整改系统的生产效率增加了单耗。
富氧连续造气需要建空分装置，投资较高，且制氧成本也增加了最终产品的成本。
发明内容
本发明提供了一种节能型合成氨半富氧造气装置及工艺，工艺气中CO2占比下降3%-4%从而使合成氨生产系统效率提升单位合成氨电耗大幅下降；吹风氧含量提高煤的燃烧更充分使得炉渣含碳量降低到7%-9%，大大降低炉渣碳含量；因吹风含量提高及压力降低对煤的品质及粒度要求降低，吹风过程工况稳定，造气风机工作效率高电耗低，由于工艺气气体成份稳定有利于整个生产系统的稳定生产，设备投资少，制氮系统机能化程度高，安全系数高。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种节能型合成氨半富氧造气装置，包括气柜，PSA变压吸附制氮系统和空气混合柜，所述的空气混合柜包裹在造气煤气管道上，所述的PSA变压吸附制氮系统分离的氮气与富氧空气分别回收，PSA变压吸附制氮系统和空气混合柜之间通过管道连接有造气吹风机，富氧空气与造气吹风气空气在空气混合柜内混合，PSA变压吸附制氮系统还通过氮气输送管道连接气柜，所述的空气混合柜通过管道连接气柜，所述的造气煤气管道连接三废炉。
本发明所述的一种节能型合成氨半富氧造气工艺，其特征在于：包括以下步骤：
由PSA变压吸附制氮系统分离出富氧空气和合格的氮气，富氧空气与吹风空气在空气混合柜内均匀混合预热，减少吹风时间，循环吹风压力降低40%-50%，以降低空气流速保证充分燃烧，提高空气含氧量到40%-50%，经过半水煤气管道预热后送入造气炉，经显热回收和除尘后直接送入三废炉参与燃烧；因此此时的造气过程为纯粹的炙热的煤与蒸发反应，反应方程式为：C+ H2O= CO+H2， C+2 H2O = CO2+2H2；由固定层煤气发生炉生产出的水煤气，其成份及占比：CO+H2：92％—95％、CO2：5％—8％ ，水煤气经显热回收、除尘后送入洗气塔后与PSA变压吸附制氮系统分离的合格氮气按比例混合,调节后CO+H2 75.6％—79.2％、N2：20%-22%、CO2：1.4％—4.4％ 及微量H2S气体，然后将混合工艺气送入气柜，到此造气工序结束。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、工艺气中CO2占比下降3%-4%从而使合成氨生产系统效率提升单位合成氨电耗大幅下降；
2、吹风氧含量提高煤的燃烧更充分使得炉渣含碳量降低到7%-9%，大大降低炉渣碳含量；
3、因吹风含量提高及压力降低对煤的品质及粒度要求降低。
4、吹风过程工况稳定，造气风机工作效率高电耗低。
5、由于工艺气气体成份稳定有利于整个生产系统的稳定生产。
6、设备投资少，制氮系统机能化程度高，安全系数高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例的整体结构图；
图中，1、气柜，2、PSA变压吸附制氮系统，3、空气混合柜，4、造气煤气管道， 5、造气吹风机，6、氮气输送管道，7、三废炉。
具体实施方式
本发明提供了一种节能型合成氨半富氧造气装置，工艺气中CO2占比下降3%-4%从而使合成氨生产系统效率提升单位合成氨电耗大幅下降；吹风氧含量提高煤的燃烧更充分使得炉渣含碳量降低到7%-9%，大大降低炉渣碳含量；因吹风含量提高及压力降低对煤的品质及粒度要求降低，吹风过程工况稳定，造气风机工作效率高电耗低，由于工艺气气体成份稳定有利于整个生产系统的稳定生产，设备投资少，制氮系统机能化程度高，安全系数高。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
如图1所示，本实施例所述的一种节能型合成氨半富氧造气装置，包括气柜1，PSA变压吸附制氮系统2和空气混合柜3，所述的空气混合柜3包裹在造气煤气管道4上，所述的PSA变压吸附制氮系统2分离的氮气与富氧空气分别回收，PSA变压吸附制氮系统2和空气混合柜3之间通过管道连接有造气吹风机5，富氧空气与造气吹风气空气在空气混合柜3内混合，PSA变压吸附制氮系统2还通过氮气输送管道6连接气柜1，所述的空气混合柜3通过管道连接气柜1，所述的造气煤气管道4连接三废炉7。
再现有固定床间歇式造气工艺基础上增加一条PSA变压吸附制氮系统，由制氮系统分离出富氧空气和合格的氮气。富氧空气与吹风空气在混合柜内均匀混合，提高空气含氧量到40%-50%，经过半水煤气管道预热后送入造气炉，（其中吹风与氧气在混合柜中混合预热，其主要目的是降低吹风过程的波动，形成稳定工况提高造气风机工作效率，减少电耗。）因此时造气吹风氧含量高，较传统3分钟循环吹风压力降低40%-50%，以降低空气流速保证充分燃烧，减少吹风时间50%到25秒左右其它循环不变，所产生吹风气有效气体一氧化碳含量降低到3%左右，此吹风气经显热回收和除尘后直接送入三废炉参与燃烧；因此此时的造气过程就是纯粹的炙热的煤与蒸发反应，反应方程式为：反应方程式为：C+ H2O= CO+H2， C+2 H2O = CO2+2H2；由固定层煤气发生炉生产出的水煤气，其成份及占比：CO+H2：92％—95％、CO2：5％—8％ ，水煤气经显热回收、除尘后送入洗气塔后与PSA变压吸附制氮系统分离的合格氮气按比例混合,调节后CO+H2 75.6％—79.2％、N2：20%-22%、CO2：1.4％—4.4％ 及微量H2S气体，然后将混合工艺气送入气柜，到此造气工序结束。
以合成氨造气系统的改造为实施例，作进一步详细描述：原设计能力为年产10万吨合成氨40万吨碳酸氢铵，采8台用直径2600cm固定层煤气发生炉生产半水煤气来制取合成氨的工艺方法（造气炉通常5开3备），改造前采用山西阳泉5cm-8cm块型无烟煤生产合成氨，吨氨煤耗1186Kg、电耗1363KWh，产量一直未达到设计能力，成本居高不下，在享受国家涉农产业优惠政策的条件下，仍然亏损严重。2016年底采用本发明后，2017年在停车检修45天的情况下全年合成氨产量97855.53吨，全年平均吨氨煤耗954Kg、电耗1148 KWh，实现单月最高合成氨产量10063.48吨，实现单月最低煤单耗947Kg,实现单月最低电单耗1040KWh；同时采用本发明后，公司无烟煤煤型从5cm-8cm块煤，调整为2cm-4cm小粒煤，原料采购单价平均降低300元，从而实现盈利。主要工艺及经济技术指标如下所示：
主要工艺及经济技术指标对比分析
| 对比项目 | 固定床间歇式造气法（原生产方法） | 固定床半富氧造气法（本发明生产方法） |
| 原料煤 | 阳泉块煤 | 阳泉小粒煤 |
| 煤型 | 5cm-8cm | 2cm-4cm |
| 吹风压力Mpa | 0.04 | 0.02 |
| 有效气体比例 | 69.5 | 77.1 |
| 二氧化碳比例 | 9.8 | 1.8 |
| 氮气比例 | 20.7 | 21.1 |
| 吨氨煤耗Kg | 1186 | 954 |
| 吨氨电耗KWh | 1363 | 1148 |
| 合成氨年产量 | 87455.71（2016年） | 97855.53（2017年） |
| 吨氨煤电耗成本（元）（电0.69元/度、煤按当年均价） | 2638.82 | 1865.07 |
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (2)
1.一种节能型合成氨半富氧造气装置，其特征在于，包括气柜（1），PSA变压吸附制氮系统（2）和空气混合柜（3），所述的空气混合柜（3）包裹在造气煤气管道（4）上，所述的PSA变压吸附制氮系统（2）分离的氮气与富氧空气分别回收，PSA变压吸附制氮系统（2）和空气混合柜（3）之间通过管道连接有造气吹风机（5），富氧空气与造气吹风气空气在空气混合柜（3）内混合，PSA变压吸附制氮系统（2）还通过氮气输送管道（6）连接气柜（1），所述的空气混合柜（3）通过管道连接气柜（1），所述的造气煤气管道（4）连接三废炉（7）。
2.一种节能型合成氨半富氧造气工艺，其特征在于：包括以下步骤：
由PSA变压吸附制氮系统（2）分离出富氧空气和合格的氮气，富氧空气与吹风空气在空气混合柜（3）内均匀混合预热，减少吹风时间，循环吹风压力降低40%-50%，以降低空气流速保证充分燃烧，提高空气含氧量到40%-50%，经过半水煤气管道预热后送入造气炉，经显热回收和除尘后直接送入三废炉参与燃烧；因此此时的造气过程为纯粹的炙热的煤与蒸发反应，反应方程式为：C+ H2O= CO+H2， C+2 H2O = CO2+2H2；由固定层煤气发生炉生产出的水煤气，其成份及占比：CO+H2：92％—95％ 、CO2：5％—8％ ，水煤气经显热回收、除尘后送入洗气塔后与PSA变压吸附制氮系统（2）分离的合格氮气按比例混合,调节后CO+H2 75.6％—79.2％、N2：20%-22%、CO2：1.4％—4.4％ 及微量H2S气体，然后将混合工艺气送入气柜，到此造气工序结束。
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2018
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