CN112662437A - 一种荒煤气的分级分质利用工艺 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种荒煤气的分级分质利用工艺，包括：使用荒煤气依次经过除盐工段、预处理工段、提浓工段、脱氧工段和提纯工段，以制取氢气；将提纯工段产生的提纯解吸气升压至预设压力值；对提纯解吸气进行精脱硫和精脱氧处理；提纯解吸气通过变压吸附，除去一氧化碳和二氧化碳，获得产品气；将荒煤气制取的部分氢气与产品气混合，形成氢氮比为3:1的混合气，并用混合气合成氨。本申请实现了荒煤气的分级分质高值化利用。

Description

一种荒煤气的分级分质利用工艺
技术领域
本申请涉及分质利用技术领域，尤其涉及一种荒煤气的分级分质利用工艺。
背景技术
兰炭是由神府煤田盛产的优质侏罗精煤块中低温干馏而成的，煤块在干馏的过程中会产生荒煤气，荒煤气主要含有氢气、一氧化碳、二氧化碳、氮气、氧气、甲烷、烃类等。而副产的荒煤气大部分作为燃料烧掉，造成能源的极大浪费。
几年来，煤化工企业通常以荒煤气为原料，采用变压吸附后工艺来制备氢气，提氢后的解吸气通常作为燃料使用，利用率相对较低。
发明内容
本发明实施例通过提供一种荒煤气的分级分质利用工艺，解决了现有技术中荒煤气制氢后的解吸气通常作为燃料使用，造成了浪费的技术问题。
本发明实施例提供的一种荒煤气的分级分质利用工艺包括：
使用荒煤气依次经过除盐工段、预处理工段、提浓工段、脱氧工段和提纯工段，以制取氢气；
将所述提纯工段产生的提纯解吸气升压至预设压力值；
对所述提纯解吸气进行精脱硫和精脱氧处理；
所述提纯解吸气通过变压吸附，除去一氧化碳和二氧化碳，获得产品气；
将所述荒煤气制取的部分氢气与所述产品气混合，形成氢氮比为3:1的混合气，并用所述混合气合成氨。
在一种可能的实现方式中，所述提浓工段和所述提纯工段均包括以下步骤：吸附、三次均压降压、逆放、抽真空、预升压、三次均压升压和产品最终升压。
在一种可能的实现方式中，所述提纯工段的顺放气输送至所述提浓工段的预升压步骤。
在一种可能的实现方式中，所述预处理工段产生的再生气输送至锅炉，用于发电。
在一种可能的实现方式中，所述提浓工段中产生的较高热值解吸气输送至热解炉用于煤热解。
在一种可能的实现方式中，所述提纯工段产生的相对低热值解吸气输送至锅炉，用于发电。
在一种可能的实现方式中，对所述提纯解吸气进行变压吸附时所使用的吸附剂包括活性炭、分子筛和氯化亚铜负载型吸附剂。
在一种可能的实现方式中，对所述提纯解吸气进行变压吸附时包括以下步骤：吸附、均压降压、逆放、抽真空和升压。
在一种可能的实现方式中，所述提纯解吸气在变压吸附过程中被吸附的一氧化碳和二氧化碳，经过真空解吸后输送至热解炉作为热解燃料。
在一种可能的实现方式中，还包括：在使用所述混合气合成氨之前，对所述产品气进行精制脱碳，精制过程包括变换和甲醇化工艺。
本发明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：
本发明实施例提供了一种荒煤气的分级分质利用工艺，该工艺能够使荒煤气通过除盐工段、预处理工段、提浓工段、脱氧工段和提纯工段来制取氢气。制取氢气后的提纯解吸气并没有直接作为燃料，而是经过升压、精脱氧、精脱硫、变压吸附生成产品气，将产生气与荒煤气制取的部分氢气混合后合成氨，实现了荒煤气的分质利用，对荒煤气实现了充分利用，避免了浪费。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的荒煤气的分质利用的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的荒煤气的分质利用的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种荒煤气的分级分质利用工艺，如图1和图2所示，本发明实施例提供的荒煤气的分级分质利用工艺，包括步骤S201至步骤S205。
步骤S201、使用荒煤气依次经过除盐工段、预处理工段、提浓工段、脱氧工段和提纯工段，以制取氢气。
从热解炉中排出的荒煤气的各个组分的含量如下。
成份 H<sub>2</sub> CH<sub>4</sub> CO CmHn CO<sub>2</sub> N<sub>2</sub> O<sub>2</sub> Q(KJ/Nm3)
含量(V%) 25～27 6～9 10～13 1～2 6～9 43～48 0.4～1.0 7500～8000
除盐工段的具体过程如下，从热解炉中排出的荒煤气经压缩机压缩后进入洗涤塔的底部，荒煤气在充分接触洗涤塔下部的填料和循环液后进入洗涤塔的上端，经过脱盐水高效喷雾洗涤后，从塔顶排除，并经过气液分离器后进入预处理工段。荒煤气通过除盐工段，能够除掉90%以上的氨及铵盐；荒煤气经过洗涤后，焦油含量约为200mg/Nm3、萘含量约为50mg/Nm3。
预处理工段的具体过程如下，经除盐工段洗涤后的荒煤气自预处理塔底进入预处理塔，除去水分、焦油和萘。预处理后的荒煤气，焦油含量≤3mg/Nm3、萘含量≤5mg/Nm3。并且，经过预处理工段后的荒煤气送入提浓工段。
提浓工段和脱氧工段的具体过程如下，提浓工段使用四个吸附塔，采用12-4-3-1工艺，并且，四个吸附塔始终处于进料吸附状态，其工艺过程包括：吸附、三次均压降压、逆放、抽真空、预升压、三次均压升压和产品最终升压。经过提浓工段后获得氢含量大于45-50%的提浓氢气，经加热后进入脱氧塔进行脱氧，经冷却气液分离后送至提纯工段。
提纯工段的具体过程如下，提纯工段使用四个吸附塔，采用12-4-3-1工艺，并且，四个吸附塔始终处于进料吸附状态，其工艺过程包括：吸附、三次均压降压、逆放、抽真空、预升压、三次均压升压和产品最终升压。经过提纯工段后获得氢含量大于99.9%的提纯氢气。
步骤S202、将提纯工段产生的提纯解吸气升压至预设压力值。
提纯解吸气的压强较小，通过升压，使解吸气的压强达到预设压力值。该预设压力值与后续的脱硫脱氧工段，脱碳工段关联。比如，可以将预设压力值设定为大于0.6MPa。
步骤S203、对提纯解吸气进行精脱硫和精脱氧处理。
实施步骤S203能够除去提纯解吸气中的硫化氢和氧气，避免硫化氢使后续的吸附剂中毒。
步骤S204、提纯解吸气通过变压吸附，除去一氧化碳和二氧化碳，获得产品气。
具体地，产品气中氢气与氮气的总含量占产品气的99.99%（体积分数）。
步骤S205、将荒煤气制取的部分氢气与产品气混合，形成氢氮比为3:1的混合气，并用混合气合成氨。
本发明实施例提供的荒煤气分级分质利用工艺能够使荒煤气通过除盐工段、预处理工段、提浓工段、脱氧工段和提纯工段来制取氢气。制取氢气后的提纯解吸气并没有直接作为燃料，而是经过升压、精脱氧、精脱硫、变压吸附生成产品气，将产生气与荒煤气制取的部分氢气混合后合成氨，实现了荒煤气的分质利用，对荒煤气实现了充分利用，避免了浪费。并且，使用该工艺制取氢气减少了空分装置投资和运行成本，避免空分生产纯氧储运的安全风险。
参照图1所示，提纯工段的顺放气输送至提浓工段的预升压步骤。
预处理工段产生的再生气输送至锅炉，用于发电。进一步充分利用了荒煤气中的成分。
提浓工段中产生的解吸气输送至热解炉用于煤热解，或输送至锅炉用于发电。如图1所示，提浓工段产生的较高热值解吸气为较高热值的解吸气，各组分的含量如下。
成份 H<sub>2</sub> CH<sub>4</sub> CO CmHn CO<sub>2</sub> N<sub>2</sub> O<sub>2</sub> Q(KJ/Nm<sup>3</sup>)
含量(V%) 6～8 8～10 17～19 1～2 11～13 49～51 0.4～1.0 6700～7100
将提浓工段产生的较高热值的解吸气输送到热解炉后，燃烧产生的热量能够用于煤的热解；将提浓工段产生的较高热值的解吸气输送到锅炉后，能够用于发电。实现了对提浓工段产生的较高热值解吸气的充分利用。
提纯工段产生的低热值解吸气输送至锅炉，用于发电。如图1所示，提纯工段产生的解吸气为低热值解吸气，各组分的含量如下。
成份 H<sub>2</sub> CH<sub>4</sub> CO CmHn CO<sub>2</sub> N<sub>2</sub> O<sub>2</sub> Q(KJ/Nm<sup>3</sup>)
含量(V%) 5～6 6～7 15～16 1～2 0.5～2 65～70 0.4～1.0 4600～5500
提纯工段产生的相对低热值解吸气输送至锅炉，能够用于发电，实现了对提纯工段产生的低热值解吸气的充分利用。
进一步地，对提纯解吸气进行变压吸附时，将提纯解吸气通入变压吸附脱碳装置，该变压吸附脱碳装置中盛放有吸附剂，吸附剂能够吸附解吸气中的一氧化碳和二氧化碳。由于一氧化碳的分子量和氮气的分子量均为28，利用常规的吸附剂吸附一氧化碳的同时，也会吸附氮气，无法对氮气和一氧化碳进行有效分离。本发明实施例提供的对提纯解吸气进行变压吸附时所使用的吸附剂包括活性炭、分子筛和氯化亚铜负载型吸附剂。
氯化亚铜负载型吸附剂一氧化碳分子具有较强的吸附作用，而对氮气分子的吸附作用较弱，通过使用氯化亚铜负载型吸附剂能够除去提纯解吸气中的一氧化碳。
本发明实施例中所述的氯化亚铜负载型吸附剂是指载有氯化亚铜的分子筛。比如，氯化亚铜负载型吸附剂可以是将CuCl与γ-Al2O3及4A、13X、NaY、Cu+Y等分子筛分别混合加热后所得吸附剂。
变压吸附使用的吸附剂中的活性炭和分子筛能够有效除去解吸气中的二氧化碳。
具体地，对提纯解吸气进行变压吸附时包括以下步骤：吸附、均压降压、逆放、抽真空和升压。
继续参照图1，图1中示出的高热值解吸气为变压吸附过程中被吸附的一氧化碳和二氧化碳。提纯解吸气在变压吸附过程中被吸附的一氧化碳和二氧化碳，经过真空解吸后输送至热解炉作为热解燃料，或输送至锅炉用于发电。高热值解吸气被输送至热解炉后，一氧化碳在热解炉内燃烧对煤块进行热解，进而实现了一氧化碳的有效利用，避免了浪费。
该荒煤气的分级分质利用工艺还包括：在使用混合气合成氨之前，对产品气进行精制脱碳，以去除产品气中残余的一氧化碳和二氧化碳，具体精制过程包括变换和甲醇化工艺。通过精制工艺流程后，产品气中的一氧化碳和二氧化碳的含量进一步降低，保证产品气能够符合合成氨的要求。
本说明书中的各个实施方式采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种荒煤气的分级分质利用工艺，其特征在于，包括：
使用荒煤气依次经过除盐工段、预处理工段、提浓工段、脱氧工段和提纯工段，以制取氢气；
将所述提纯工段产生的提纯解吸气升压至预设压力值；
对所述提纯解吸气进行精脱硫和精脱氧处理；
所述提纯解吸气通过变压吸附，除去一氧化碳和二氧化碳，获得产品气，所述产品气包括氮气和氢气；
将所述荒煤气制取的部分氢气与所述产品气混合，形成氢氮比为3:1的混合气，并用所述混合气合成氨。
2.根据权利要求1所述的荒煤气的分级分质利用工艺，其特征在于，所述提浓工段和所述提纯工段均包括以下步骤：吸附、三次均压降压、逆放、抽真空、预升压、三次均压升压和产品最终升压。
3.根据权利要求2所述的荒煤气的分级分质利用工艺，其特征在于，所述提纯工段的顺放气输送至所述提浓工段的预升压步骤。
4.根据权利要求1所述的荒煤气的分级分质利用工艺，其特征在于，所述预处理工段产生的再生气输送至锅炉，用于发电。
5.根据权利要求1所述的荒煤气的分级分质利用工艺，其特征在于，所述提浓工段中产生的较高热值解吸气输送至热解炉用于煤热解。
6.根据权利要求1所述的荒煤气的分级分质利用工艺，其特征在于，所述提纯工段产生的相对低热值解吸气输送至锅炉，用于发电。
7.根据权利要求1所述的荒煤气的分级分质利用工艺，其特征在于，对所述提纯解吸气进行变压吸附时所使用的吸附剂包括活性炭、分子筛和氯化亚铜负载型吸附剂。
8.根据权利要求1所述的荒煤气的分级分质利用工艺，其特征在于，对所述提纯解吸气进行变压吸附时包括以下步骤：吸附、均压降压、逆放、抽真空和升压。
9.根据权利要求1所述的荒煤气的分级分质利用工艺，其特征在于，所述提纯解吸气在变压吸附过程中被吸附的一氧化碳和二氧化碳，经过真空解吸后输送至热解炉作为热解燃料。
10.根据权利要求1所述的荒煤气的分级分质利用工艺，其特征在于，还包括：在使用所述混合气合成氨之前，对所述产品气进行精制脱碳，精制过程包括变换和甲醇化工艺。
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