CN109485016A - 一种焦炉荒煤气直接水蒸汽重整制取氢气或氨的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种焦炉荒煤气直接水蒸汽重整制取氢气或氨的系统及方法。从焦炉出来的荒煤气直接进入非催化重整炉，首先与氧气或空气的氧气进行反应将温度提高到1300～1500℃，然后与水蒸汽发生重整反应生成以H2、CO为主的合成气，合成气经CO变换、脱硫和气体分离后得到氢气，或者生产氨。本发明充分利用了荒煤气自身的显热及高温水蒸汽资源，实现了荒煤气中煤焦油、苯、萘等含碳有机物在高温下全部转化生产合成气，从而解决传统的化产工艺流程复杂并有大量难以处理的含酚氰废水等问题。
Description
技术领域
本发明属于能源化工领域，尤其是一种焦炉荒煤气直接水蒸汽重整制取氢气或氨的系统及方法。
背景技术
我国焦炭产量巨大，每年由此而产生的数百亿立方米焦炉煤气的综合利用已经成为我国炼焦行业必须关注的问题。目前，焦炉煤气制合成气进而生产甲醇、氨、氢气已经成为我国的焦炉煤气综合利用的方式之一。焦炉煤气组分本身含有甲烷24％～28％，煤气中甲烷及高碳烃转化成合成气后，在6.0MPa压强下即可完成甲醇合成，流程短，反应速度快，焦炉煤气利用率高。目前，焦炉煤气甲烷转化工艺主要有催化氧化转化法、非催化转化法、蒸汽转化法3种，催化氧化转化法因其流程短、投资低而被广泛采用。但上述方法中的焦炉煤气，必须是将炼焦产生的荒煤气经过净化处理后得到的净煤气，然而在该过程中由于烟气、固废、烟尘及净化废水等排放，也会造成很严重的污染。焦炉荒煤气净化和化学产品回收过程是焦化厂最重要的污染物排放源，特别是产生的含酚氰废水，成分复杂，是最难处理的一类工业废水。
常规焦炉煤气制合成气前期净化工艺流程长，且焦炉荒煤气的高温显热以及其中的蒸汽潜热均未被有效利用，造成能量的巨大浪费。将焦炉荒煤气利用非催化转化法制取合成气，可以充分利用其高温及水蒸汽资源。直接将荒煤气中的煤焦油、苯、萘等含碳有机物全部转化生产合成气等有用成分。避免了常规制备合成气存在的工艺流程长、污染严重及催化转化过程中催化剂的积炭中毒等问题。
发明内容
本发明为解决现有技术中的问题，提供一种种焦炉荒煤气直接水蒸汽重整制取氢气或氨的系统及方法，使用本发明系统和方法可避免常规制备合成气存在的工艺流程长、污染严重及催化转化过程中催化剂的积炭中毒等问题。
本发明采用以下技术方案：
一种焦炉荒煤气直接水蒸汽重整制取氢气或氨的系统，包括非催化重整炉、换热装置、除尘装置、氢气或氨生产装置；所述的非催化重整炉顶部侧面与荒煤气集气管相连，顶部与高温蒸汽和空气或氧气混合气管线相连，底部侧面与换热装置的高温气体进口相连；所述的换热装置的低温气体出口与除尘装置顶部侧面切向进气口相连；所述的除尘装置顶部气体出口与氢气或氨生产装置进口管线相连；所述的氢气或氨生产装置的出口与氢气或氨产品管线相连；
所述的换热装置包括换热过热器、废热锅炉、换热预热器组成，所述的换热过热器通过过热蒸汽管线、高温空气或氧气管线与高温蒸汽和空气或氧气混合气管线相连，通过饱和蒸汽管线与所述的废热锅炉相连，通过预热空气或氧气管线与所述的换热预热器相连，所述的废热锅炉通过预热锅炉给水管线与所述的换热预热器相连，所述的换热预热器分别与锅炉给水管线和空气或氧气管线相连，所述的过热蒸汽管线经减压阀与高温蒸汽和空气或氧气混合气管线相连，经调节阀外送副产蒸汽管线相连；
所述的氢气或氨生产装置包括依次连接的风机、一氧化碳变换炉、冷却器、净化装置、压缩机和氢气或氨合成装置，所述的风机的进口与进口管线相连，风机的出口与一氧化碳变换炉顶部进口相连，所述的一氧化碳变换炉底部出口与冷却器的气体进口相连；所述的冷却器气体出口与净化装置气体进口相连，所述的净化装置的气体出口与压缩机的进口相连；所述的压缩机出口与氢气或氨合成装置的新鲜气体进口相连；所述的氢气或氨合成装置的出口与氢气或氨产品管线相连；
所述的氢气或氨生产装置中的风机为高温罗茨风机或离心式高温风机。
优选的，所述的非催化重整炉内衬耐火砖，外壁为水夹套结构，高度为10m～30m，高度与内径的比值为2.0～10.0:1.0。
优选的，所述的一氧化碳变换炉装有钴钼耐硫变换催化剂；所述的净化装置为湿法脱硫装置或干法脱硫装置。
优选的，所述的一种焦炉荒煤气直接水蒸汽重整制取氢气或氨的系统，当所述的氢气或氨生产装置的产品为氢气时，所述的氢气或氨合成装置为膜分离或变压吸附装置；当所述的氢气或氨生产装置的产品为氨时，所述的氢气或氨合成装置为氨合成装置。
一种使用所述的焦炉荒煤气直接水蒸汽重整制取氢气或氨系统的方法，包括以下工艺步骤：
a.来自荒煤气集气管温度为600℃～800℃焦炉荒煤气从非催化重整炉的顶部侧面进入非催化重整炉的内部，与从非催化重整炉的顶部喷入的蒸汽和氧气或空气混合气体快速混合并发生高温燃烧反应，瞬间使非催化重整炉内的温度达到1300℃～1500℃，焦炉荒煤气中的含碳有机物与水蒸汽发生重整反应而生成以CO和H2为主的合成气；
b.自锅炉给水管线来的压力为4MPa的锅炉给水首先进入换热预热器，通过间接换热升温至170℃～200℃，经过预热锅炉给水管线进入废热锅炉产生3MPa～4MPa的饱和水蒸汽，再经过饱和蒸汽管线进入换热过热器经过间接换热得到3MPa～4MPa、400℃～600℃的过热蒸汽，其中部分过热蒸汽经减压阀后进入高温蒸汽和空气或氧气混合气管线作为非催化重整的原料，其余高压过热蒸汽经过外送副产蒸汽管线外送至所需工序；
c.空气或氧气管线输送压力为0.5MPa～2MPa气体，当产品为氨时空气或氧气管线中的气体为空气，产品为氢气时空气或氧气管线中的气体为氧气；首先进入换热预热器，通过间接换热升温至150℃～200℃，再经过预热空气或氧气管线进入换热过热器，通过间接换热继续升温至400℃～600℃，然后经减压阀后进入高温蒸汽和空气或氧气混合气管线。
d.自非催化重整炉底部侧面出来的高温合成气进入换热装置中，依次经过换热过热器、废热锅炉和换热预热器，温度降到200℃～250℃，然后进入除尘装置；
e.自除尘装置出来的200℃～250℃合成气进入风机6对气体进行引风和输送，然后进入一氧化碳变换炉，在钴钼耐硫变换催化剂的作用下，其中的CO与水蒸汽发生变换反应生成CO2和H2，得到变换气；
f.自一氧化碳变换炉出来的变换气进入冷却器，将温度降到30℃～50℃，然后进入净化装置，对变换气中的含硫化合物进行脱除净化，使其中的硫含量小于10mg/m3，得到净化气；
g.自净化装置出来的净化气进入压缩机，当产品为氢气时将所述的净化气加压到5MPa，然后进入权利要求所述的膜分离或变压吸附装置进行气体分离操作，得到产品氢气送往下一工序；当产品为氨时将净化气加压到15～30MPa，然后进入权利要求所述的氨合成装置，得到液氨，经产品管线外送至下一工序；
优选的，所述步骤(a)中高温气体在非催化重整炉中发生重整反应的停留时间为1.0～10.0s。
优选的，所述的步骤(a)中非催化重整炉顶部喷入的蒸汽与氧的摩尔比为0.3～5.0:1。
优选的，所述的非催化重整炉出口气体中氧含量小于0.01％，有机物含量小于0.01％。
优选的，所述步骤(b)中的锅炉给水为软水或焦化含酚氰废水。
本发明与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.采用焦炉荒煤气替代焦炉净煤气，直接将荒煤气中的煤焦油、苯、萘等含碳有机物全部转化生产合成气等有用成分，避免了常规制备合成气存在的工艺流程长、污染严重及催化转化过程中催化剂的积炭中毒等问题。
2.本发明充分利用了焦炉荒煤气自身的显热和其中的蒸汽潜热，并解决了现焦化工艺中含酚氰废水难以处理及洁净煤气催化转化过程中催化剂的积炭中毒等问题，为焦炉荒煤气的利用开辟了新途径。
3.本发明具有工艺流程短、设备投资小、能量利用效率高、污染小、没有液体废物产生、不需要催化剂、常用操作条件温和等特点。
附图说明
图1为本发明系统的结构示意图；
图中：1、非催化重整炉；2、换热装置；3、除尘装置；4、氢气或氨生产装置；5、过热蒸汽管道；6-风机；7、一氧化碳变换炉；8、冷却器；9-净化装置，10、压缩机；11、氢气或氨合成装置；12、换热过热器；13、废热锅炉；14、换热预热器；15、高温空气或氧气管道；16、荒煤气集气管道；17、高温蒸汽或空气或氧气混合气管道；18、高温合成气管道；19、低温合成气管道；20、氢气或氨生产装置进口管道；21、氢气或氨产品出口管道；22、预热锅炉给水管道；23、饱和蒸汽管道；24、锅炉给水管道；25、空气或氧气管道；26、外送副产蒸汽管道；27、预热空气或氧气管道。
具体实施方式
下面参照附图1对本发明的具体实施方式进行详细说明。
一种焦炉荒煤气直接水蒸汽重整制取氢气或氨的系统，包括非催化重整炉1、换热装置2、除尘装置3、氢气或氨生产装置4；所述的非催化重整炉1顶部侧面与荒煤气集气管16相连，顶部与高温蒸汽和空气或氧气混合气管线17相连，底部侧面与换热装置2的高温气体进口18相连；所述的换热装置2的低温气体出口19与除尘装置3顶部侧面切向进气口相连；所述的除尘装置3顶部气体出口与氢气或氨生产装置4进口管线20相连；所述的氢气或氨生产装置4的出口与氢气或氨产品管线21相连；
所述的换热装置2包括换热过热器12、废热锅炉13换热预热器14组成，所述的换热过热器12通过过热蒸汽管线5、高温空气或氧气管线15与高温蒸汽和空气或氧气混合气管线17相连，通过饱和蒸汽管线23与所述的废热锅炉13相连，通过预热空气或氧气管线27与所述的换热预热器14相连，所述的废热锅炉13通过预热锅炉给水管线22与所述的换热预热器14相连，所述的换热预热器14分别与锅炉给水管线24和空气或氧气管线25相连，所述的过热蒸汽管线5经减压阀与高温蒸汽和空气或氧气混合气管线17相连，经调节阀外送副产蒸汽管线26相连；
所述的氢气或氨生产装置4包括依次连接的风机6、一氧化碳变换炉7、冷却器8、净化装置9、压缩机10和氢气或氨合成装置11，所述的风机6的进口与进口管线20相连，风机6的出口与一氧化碳变换炉7顶部进口相连，所述的一氧化碳变换炉7底部出口与冷却器8的气体进口相连；所述的冷却器8气体出口与净化装置9气体进口相连，所述的净化装置9的气体出口与压缩机10的进口相连；所述的压缩机10出口与氢气或氨合成装置11的新鲜气体进口相连；所述的氢气或氨合成装置11的出口与氢气或氨产品管线21相连；
所述的氢气或氨生产装置4中的风机6为高温罗茨风机或离心式高温风机。
优选的，所述的非催化重整炉1内衬耐火砖，外壁为水夹套结构，高度为10m～30m，高度与内径的比值为2.0～10.0:1.0。
优选的，所述的一氧化碳变换炉7装有钴钼耐硫变换催化剂；所述的净化装置9为湿法脱硫装置或干法脱硫装置。
优选的，所述的一种焦炉荒煤气直接水蒸汽重整制取氢气或氨的系统，当所述的氢气或氨生产装置4的产品为氢气时，所述的氢气或氨合成装置11为膜分离或变压吸附装置；当所述的氢气或氨生产装置4的产品为氨时，所述的氢气或氨合成装置11为氨合成装置。
一种使用所述的焦炉荒煤气直接水蒸汽重整制取氢气或氨系统的方法，包括以下工艺步骤：
a.来自荒煤气集气管16温度为600℃～800℃焦炉荒煤气从非催化重整炉1的顶部侧面进入非催化重整炉1的内部，与从非催化重整炉1的顶部喷入的蒸汽和氧气或空气混合气体快速混合并发生高温燃烧反应，瞬间使非催化重整炉1内的温度达到1300℃～1500℃，焦炉荒煤气中的含碳有机物与水蒸汽发生重整反应而生成以CO和H2为主的合成气；
b.自锅炉给水管线24来的压力为4MPa的锅炉给水首先进入换热预热器14，通过间接换热升温至170℃～200℃，经过预热锅炉给水管线22进入废热锅炉13产生3MPa～4MPa的饱和水蒸汽，再经过饱和蒸汽管线23进入换热过热器12经过间接换热得到3MPa～4MPa、400℃～600℃的过热蒸汽，其中部分过热蒸汽经减压阀后进入高温蒸汽和空气或氧气混合气管线17作为非催化重整的原料，其余高压过热蒸汽经过外送副产蒸汽管线26外送至所需工序；
c.空气或氧气管线25输送压力为0.5MPa～2MPa气体，当产品为氨时空气或氧气管线25中的气体为空气，产品为氢气时空气或氧气管线25中的气体为氧气；首先进入换热预热器14，通过间接换热升温至150℃～200℃，再经过预热空气或氧气管线27进入换热过热器12，通过间接换热继续升温至400℃～600℃，然后经减压阀后进入高温蒸汽和空气或氧气混合气管线17。
d.自非催化重整炉1底部侧面出来的高温合成气进入换热装置2中，依次经过换热过热器12、废热锅炉13和换热预热器14，温度降到200℃～250℃，然后进入除尘装置3；
e.自除尘装置3出来的200℃～250℃合成气进入风机6对气体进行引风和输送，然后进入一氧化碳变换炉7，在钴钼耐硫变换催化剂的作用下，其中的CO与水蒸汽发生变换反应生成CO2和H2，得到变换气；
f.自一氧化碳变换炉7出来的变换气进入冷却器8，将温度降到30℃～50℃，然后进入净化装置9，对变换气中的含硫化合物进行脱除净化，使其中的硫含量小于10mg/m3，得到净化气；
g.自净化装置9出来的净化气进入压缩机10，当产品为氢气时将所述的净化气加压到5MPa，然后进入权利要求4所述的膜分离或变压吸附装置进行气体分离操作，得到产品氢气送往下一工序；当产品为氨时将净化气加压到15～30MPa，然后进入权利要求4所述的氨合成装置，得到液氨，经产品管线21外送至下一工序；
优选的，所述步骤(a)中高温气体在非催化重整炉1中发生重整反应的停留时间为1.0～10.0s。
优选的，所述的步骤(a)中非催化重整炉1顶部喷入的蒸汽与氧的摩尔比为0.3～5.0:1。
优选的，所述的非催化重整炉1出口气体中氧含量小于0.01％，有机物含量小于0.01％。
优选的，所述步骤(b)中的锅炉给水为软水或焦化含酚氰废水。
实施例1
来自焦炉的800℃荒煤气，干煤气流量为50000Nm3/h，含有的水蒸汽流量为13t/h，直接进入非催化重整炉1。非催化重整炉1高度为16m，内径为4m。空气或氧气管线25输送压力为0.5MPa氧气，氧气流量为12000Nm3/h，首先进入换热预热器14，通过间接换热升温至150℃，再经过预热空气或氧气管线27进入换热过热器12，通过间接换热继续升温至400℃，然后经减压阀后进入高温蒸汽和空气或氧气混合气管线17。来自锅炉给水管线24的压力为4MPa的软水120t/h首先进入换热预热器14，通过间接换热升温至170℃，经过预热锅炉给水管线22进入废热锅炉13产生3MPa的饱和水蒸汽，再经过饱和蒸汽管线23进入换热过热器12经过间接换热得到3MPa、400℃的过热蒸汽，其中部分过热蒸汽经减压阀后进入高温蒸汽(4t/h)和空气或氧气混合气管线17作为非催化重整的原料，其余高压过热蒸汽经过外送副产蒸汽管线26外送至所需工序。
高温过热蒸汽与氧气在管线17混合后，直接进入非催化重整炉1与荒煤气重整制备1300℃的合成气，出口合成气中氧含量小于0.01％，焦油等有机物含量小于0.01％。高温气体在非催化重整炉1中发生重整反应的停留时间为1.5s。
经过换热装置2降温至200℃的合成气，通过除尘装置3进行除尘，除尘后的200℃的合成气通过高温罗茨风机6进入一氧化碳变换炉7，在钴钼耐硫变换催化剂的作用下，其中的CO与水蒸汽发生变换反应生成CO2和H2，得到变换气，自一氧化碳变换炉7出来的变换气进入冷却器8，将温度降到30℃，再进入净化装置9，对变换气中的含硫化合物进行湿法脱除净化，使其中的硫含量小于10mg/m3，得到净化气。净化气进入压缩机10进行二次压缩，加压到5MPa后进行膜分离操作，得到99％氢气，经产品管线21外送至下一工序。
实施例2
来自焦炉的600℃荒煤气，干煤气流量为60000Nm3/h，含有的水蒸汽流量为27t/h，直接进入非催化重整炉1。非催化重整炉1高度为30m，内径为6m。空气或氧气管线25输送压力为2MPa氧气，氧气流量为22000Nm3/h，首先进入换热预热器14，通过间接换热升温至200℃，再经过预热空气或氧气管线27进入换热过热器12，通过间接换热继续升温至600℃，然后经减压阀后进入高温蒸汽和空气或氧气混合气管线17。来自锅炉给水管线24的压力为4MPa的焦化含酚氰废水200t/h首先进入换热预热器14，通过间接换热升温至200℃，经过预热锅炉给水管线22进入废热锅炉13产生4MPa的饱和水蒸汽，再经过饱和蒸汽管线23进入换热过热器12经过间接换热得到4MPa、600℃的过热蒸汽，其中部分过热蒸汽经减压阀后进入高温蒸汽(6t/h)和空气或氧气混合气管线17作为非催化重整的原料，其余高压过热蒸汽经过外送副产蒸汽管线26外送至所需工序。
高温过热蒸汽与氧气在管线17混合后，直接进入非催化重整炉1与荒煤气重整制备1500℃的合成气，出口合成气中氧含量小于0.01％，焦油等有机物含量小于0.01％。高温气体在非催化重整炉1中发生重整反应的停留时间为3.8s。
经过换热装置2降温至250℃的合成气，通过除尘装置3进行除尘，除尘后的250℃的合成气通过离心式高温风机6进入一氧化碳变换炉7，在钴钼耐硫变换催化剂的作用下，其中的CO与水蒸汽发生变换反应生成CO2和H2，得到变换气，自一氧化碳变换炉7出来的变换气进入冷却器8，将温度降到50℃，再进入净化装置9，对变换气中的含硫化合物进行干法脱除净化，使其中的硫含量小于10mg/m3，得到净化气。净化气进入压缩机10进行二次压缩，加压到5MPa后进行变压吸附操作，得到99.99％氢气，经产品管线21外送至下一工序。
实施例3
来自焦炉的650℃荒煤气，干煤气流量为52000Nm3/h，含有的水蒸汽流量为17t/h，直接进入非催化重整炉1。非催化重整炉1高度为24m，内径为6.5m。空气或氧气管线25输送压力为1MPa氧气，氧气流量为17000Nm3/h，首先进入换热预热器14，通过间接换热升温至190℃，再经过预热空气或氧气管线27进入换热过热器12，通过间接换热继续升温至450℃，然后经减压阀后进入高温蒸汽和空气或氧气混合气管线17。来自锅炉给水管线24的压力为4MPa的软水150t/h首先进入换热预热器14，通过间接换热升温至180℃，经过预热锅炉给水管线22进入废热锅炉13产生3.4MPa的饱和水蒸汽，再经过饱和蒸汽管线23进入换热过热器12经过间接换热得到3.4MPa、500℃的过热蒸汽，其中部分过热蒸汽经减压阀后进入高温蒸汽(4.5t/h)和空气或氧气混合气管线17作为非催化重整的原料，其余高压过热蒸汽经过外送副产蒸汽管线26外送至所需工序。
高温过热蒸汽与氧气在管线17混合后，直接进入非催化重整炉1与荒煤气重整制备1350℃的合成气，出口合成气中氧含量小于0.01％，焦油等有机物含量小于0.01％。高温气体在非催化重整炉1中发生重整反应的停留时间为5.0s。
经过换热装置2降温至220℃的合成气，通过除尘装置3进行除尘，除尘后的220℃的合成气通过离心式高温风机6进入一氧化碳变换炉7，在钴钼耐硫变换催化剂的作用下，其中的CO与水蒸汽发生变换反应生成CO2和H2，得到变换气，自一氧化碳变换炉7出来的变换气进入冷却器8，将温度降到36℃，再进入净化装置9，对变换气中的含硫化合物进行湿法脱除净化，使其中的硫含量小于10mg/m3，得到净化气。净化气进入压缩机10进行二次压缩，加压到5MPa后进行变压吸附操作，得到99.5％氢气，经产品管线21外送至下一工序。
实施例4
来自焦炉的700℃荒煤气，干煤气流量为55000Nm3/h，含有的水蒸汽流量为20t/h，直接进入非催化重整炉1。非催化重整炉1高度为20m，内径为5m。空气或氧气管线25输送压力为0.8MPa空气，空气流量为60000Nm3/h，首先进入换热预热器14，通过间接换热升温至170℃，再经过预热空气或氧气管线27进入换热过热器12，通过间接换热继续升温至500℃，然后经减压阀后进入高温蒸汽和空气或氧气混合气管线17。来自锅炉给水管线24的压力为4MPa的焦化含酚氰废水160t/h首先进入换热预热器14，通过间接换热升温至170℃，经过预热锅炉给水管线22进入废热锅炉13产生3.5MPa的饱和水蒸汽，再经过饱和蒸汽管线23进入换热过热器12经过间接换热得到3.5MPa、500℃的过热蒸汽，其中部分过热蒸汽经减压阀后进入高温蒸汽(5t/h)和空气或氧气混合气管线17作为非催化重整的原料，其余高压过热蒸汽经过外送副产蒸汽管线26外送至所需工序。
高温过热蒸汽与空气在管线17混合后，直接进入非催化重整炉1与荒煤气重整制备1400℃的合成气，出口合成气中氧含量小于0.01％，焦油等有机物含量小于0.01％。高温气体在非催化重整炉1中发生重整反应的停留时间为1.6s。
经过换热装置2降温至220℃的合成气，通过除尘装置3进行除尘，除尘后的220℃的合成气通过离心式高温风机6进入一氧化碳变换炉7，在钴钼耐硫变换催化剂的作用下，其中的CO与水蒸汽发生变换反应生成CO2和H2，得到变换气，自一氧化碳变换炉7出来的变换气进入冷却器8，将温度降到40℃，再进入净化装置9，对变换气中的含硫化合物进行干法脱除净化，使其中的硫含量小于10mg/m3，得到净化气。净化气进入压缩机10进行二次压缩，将净化气加压到15MPa后，送至氨合成装置制备液氨，经产品管线21外送至下一工序。
实施例5
来自焦炉的750℃荒煤气，干煤气流量为57000Nm3/h，含有的水蒸汽流量为23t/h，直接进入非催化重整炉1。非催化重整炉1高度为30m，内径为6.5m。空气或氧气管线25输送压力为1.5MPa空气，空气流量为70000Nm3/h，首先进入换热预热器14，通过间接换热升温至180℃，再经过预热空气或氧气管线27进入换热过热器12，通过间接换热继续升温至520℃，然后经减压阀后进入高温蒸汽和空气或氧气混合气管线17。来自锅炉给水管线24的压力为4MPa的焦化含酚氰废水170t/h首先进入换热预热器14，通过间接换热升温至180℃，经过预热锅炉给水管线22进入废热锅炉13产生3.2MPa的饱和水蒸汽，再经过饱和蒸汽管线23进入换热过热器12经过间接换热得到3.2MPa、550℃的过热蒸汽，其中部分过热蒸汽经减压阀后进入高温蒸汽(5.5t/h)和空气或氧气混合气管线17作为非催化重整的原料，其余高压过热蒸汽经过外送副产蒸汽管线26外送至所需工序。
高温过热蒸汽与空气在管线17混合后，直接进入非催化重整炉1与荒煤气重整制备1350℃的合成气，出口合成气中氧含量小于0.01％，焦油含量小于0.01％。高温气体在非催化重整炉1中发生重整反应的停留时间为3.7s。
经过换热装置2降温至240℃的合成气，通过除尘装置3进行除尘，除尘后的240℃的合成气通过离心式高温风机6进入一氧化碳变换炉7，在钴钼耐硫变换催化剂的作用下，其中的CO与水蒸汽发生变换反应生成CO2和H2，得到变换气，自一氧化碳变换炉7出来的变换气进入冷却器8，将温度降到42℃，再进入净化装置9，对变换气中的含硫化合物进行干法脱除净化，使其中的硫含量小于10mg/m3，得到净化气。净化气进入压缩机10进行二次压缩，将净化气加压到30MPa后，送至氨合成装置制备液氨，经产品管线21外送至下一工序。
Claims (9)
1.一种焦炉荒煤气直接水蒸汽重整制取氢气或氨的系统，其特征是，包括非催化重整炉(1)、换热装置(2)、除尘装置(3)、氢气或氨生产装置(4)；所述的非催化重整炉(1)顶部侧面与荒煤气集气管(16)相连，顶部与高温蒸汽和空气或氧气混合气管线(17)相连，底部侧面与换热装置(2)的高温气体进口(18)相连；所述的换热装置(2)的低温气体出口(19)与除尘装置(3)顶部侧面切向进气口相连；所述的除尘装置(3)顶部气体出口与氢气或氨生产装置(4)进口管线(20)相连；所述的氢气或氨生产装置(4)的出口与氢气或氨产品管线(21)相连；
所述的换热装置(2)包括换热过热器(12)、废热锅炉(13)换热预热器(14)组成，所述的换热过热器(12)通过过热蒸汽管线(5)、高温空气或氧气管线(15)与高温蒸汽和空气或氧气混合气管线(17)相连，通过饱和蒸汽管线(23)与所述的废热锅炉(13)相连，通过预热空气或氧气管线(27)与所述的换热预热器(14)相连，所述的废热锅炉(13)通过预热锅炉给水管线(22)与所述的换热预热器(14)相连，所述的换热预热器(14)分别与锅炉给水管线(24)和空气或氧气管线(25)相连，所述的过热蒸汽管线(5)经减压阀与高温蒸汽和空气或氧气混合气管线(17)相连，经调节阀外送副产蒸汽管线(26)相连；
所述的氢气或氨生产装置(4)包括依次连接的风机(6)、一氧化碳变换炉(7)、冷却器(8)、净化装置(9)、压缩机(10)和氢气或氨合成装置(11)，所述的风机(6)的进口与进口管线(20)相连，风机(6)的出口与一氧化碳变换炉(7)顶部进口相连，所述的一氧化碳变换炉(7)底部出口与冷却器(8)的气体进口相连；所述的冷却器(8)气体出口与净化装置(9)气体进口相连，所述的净化装置(9)的气体出口与压缩机(10)的进口相连；所述的压缩机(10)出口与氢气或氨合成装置(11)的新鲜气体进口相连；所述的氢气或氨合成装置(11)的出口与氢气或氨产品管线(21)相连；
所述的氢气或氨生产装置(4)中的风机(6)为高温罗茨风机或离心式高温风机。
2.根据权利要求1所述的一种焦炉荒煤气直接水蒸汽重整制取氢气或氨的系统，其特征在于，所述的非催化重整炉(1)内衬耐火砖，外壁为水夹套结构，高度为10m～30m，高度与内径的比值为2.0～10.0:1.0。
3.根据权利要求1所述的一种焦炉荒煤气直接水蒸汽重整制取氢气或氨的系统，其特征在于，所述的一氧化碳变换炉(7)装有钴钼耐硫变换催化剂；所述的净化装置(9)为湿法脱硫装置或干法脱硫装置。
4.根据权利要求1所述的一种焦炉荒煤气直接水蒸汽重整制取氢气或氨的系统，其特征在于，当所述的氢气或氨生产装置(4)的产品为氢气时，所述的氢气或氨合成装置(11)为膜分离或变压吸附装置；当所述的氢气或氨生产装置(4)的产品为氨时，所述的氢气或氨合成装置(11)为氨合成装置。
5.一种使用权利要求1所述的焦炉荒煤气直接水蒸汽重整制取氢气或氨系统的方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：
a.来自荒煤气集气管(16)温度为600℃～800℃焦炉荒煤气从非催化重整炉(1)的顶部侧面进入非催化重整炉(1)的内部，与从非催化重整炉(1)的顶部喷入的蒸汽和氧气或空气混合气体快速混合并发生高温燃烧反应，瞬间使非催化重整炉(1)内的温度达到1300℃～1500℃，焦炉荒煤气中的含碳有机物与水蒸汽发生重整反应而生成以CO和H2为主的合成气；
b.自锅炉给水管线(24)来的压力为4MPa的锅炉给水首先进入换热预热器(14)，通过间接换热升温至170℃～200℃，经过预热锅炉给水管线(22)进入废热锅炉(13)产生3MPa～4MPa的饱和水蒸汽，再经过饱和蒸汽管线(23)进入换热过热器(12)经过间接换热得到3MPa～4MPa、400℃～600℃的过热蒸汽，其中部分过热蒸汽经减压阀后进入高温蒸汽和空气或氧气混合气管线(17)作为非催化重整的原料，其余高压过热蒸汽经过外送副产蒸汽管线(26)外送至所需工序；
c.空气或氧气管线(25)输送压力为0.5MPa～2MPa气体，当产品为氨时空气或氧气管线(25)中的气体为空气，产品为氢气时空气或氧气管线(25)中的气体为氧气；首先进入换热预热器(14)，通过间接换热升温至150℃～200℃，再经过预热空气或氧气管线(27)进入换热过热器(12)，通过间接换热继续升温至400℃～600℃，然后经减压阀后进入高温蒸汽和空气或氧气混合气管线(17)。
d.自非催化重整炉(1)底部侧面出来的高温合成气进入换热装置(2)中，依次经过换热过热器(12)、废热锅炉(13)和换热预热器(14)，温度降到200℃～250℃，然后进入除尘装置(3)；
e.自除尘装置(3)出来的200℃～250℃合成气进入风机6对气体进行引风和输送，然后进入一氧化碳变换炉(7)，在钴钼耐硫变换催化剂的作用下，其中的CO与水蒸汽发生变换反应生成CO2和H2，得到变换气；
f.自一氧化碳变换炉(7)出来的变换气进入冷却器(8)，将温度降到30℃～50℃，然后进入净化装置(9)，对变换气中的含硫化合物进行脱除净化，使其中的硫含量小于10mg/m3，得到净化气；
g.自净化装置(9)出来的净化气进入压缩机(10)，当产品为氢气时将所述的净化气加压到5MPa，然后进入权利要求(4)所述的膜分离或变压吸附装置进行气体分离操作，得到产品氢气送往下一工序；当产品为氨时将净化气加压到15～30MPa，然后进入权利要求(4)所述的氨合成装置，得到液氨，经产品管线(21)外送至下一工序；
6.根据权利要求5所述的焦炉荒煤气直接水蒸汽重整制取氢气或氨的方法，其特征在于，所述步骤(a)中高温气体在非催化重整炉(1)中发生重整反应的停留时间为1.0～10.0s。
7.根据权利要求5所述的焦炉荒煤气直接水蒸汽重整制取氢气或氨的方法，其特征在于，所述的步骤(a)中非催化重整炉(1)顶部喷入的蒸汽与氧的摩尔比为0.3～5.0:1。
8.根据权利要求5所述的焦炉荒煤气直接水蒸汽重整制取氢气或氨的方法，其特征在于，所述的非催化重整炉(1)出口气体中氧含量小于0.01％，有机物含量小于0.01％。
9.据权利要求5所述的焦炉荒煤气直接水蒸汽重整制取氢气或氨的方法，其特征在于，所述步骤(b)中的锅炉给水为软水或焦化含酚氰废水。
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