CN116254136A - 一种煤制合成氨闭环运行综合利用增产95号汽油的工艺 - Google Patents
一种煤制合成氨闭环运行综合利用增产95号汽油的工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于合成氨生产技术领域,具体地说,是一种煤制合成氨闭环运行综合利用增产95号汽油的工艺,整个生产工艺包括二十五道工艺工序,能够生产出工业尿素、LNG和汽油,同时,能够将生产系统内的余热收集起来进行发电,为整个生产设备提供动力支持,本发明设计合理,构思巧妙,杜绝了合成塔内耗,有效提高了合成氨的转化率,同时生过过程中的余热用以发电为整个系统提供电力供应,此外,还产生了汽油、LNG新产品,实现一塔多产品的设计目的。
Description
技术领域
本发明属于合成氨生产技术领域,具体地说,是一种煤制合成氨闭环运行综合利用增产95号汽油的工艺。
背景技术
合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨,为一种基本无机化工工艺工序。现代化学工业中,氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料。合成氨工业在20世纪初期形成,开始用氨作火炸药工业的原料,为战争服务,第一次世界大战结束后,转向为农业、工业服务。随着科学技术的发展,对氨的需要量日益增长。
中国合成氨工业起自南京永利宁厂,至今走过了近百年历史;合成氨工业是基础无机化工之一,氨是化肥工业和基础有机化工的主要原料,从氨可加工成硝酸,现代化学工业中,常将硝酸生产归属于合成氨工业范畴。随着科学技术的发展,对氨的需要量日益增长。50年代后氨的原料构成发生重大变化,近30年来合成氨工业发展很快。
中国现有的煤制造合成氨、中压联醇、联尿素(国标)生产线,其中低压一步法合成天然气系统的塔后气送入合成氨系统制备合成氨,因塔后气中存在有甲烷,无法脱除,合成氨系统合成氨同时产生含甲烷的塔后气,甲烷的存在影响NH3的合成率,只能达到11.5%,一塔只有一产品,即合成氨。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明披露了一种煤制合成氨闭环运行综合利用增产95号汽油的工艺,具体包括二十五个工艺工序:
工艺工序一、选用空分系统设备,采用负碳余热蒸汽发电生产工艺制备不同质的单分子非煤质零碳原料气四种:纯氧、纯氮、液氮、氩气,其中,纯氧的单分子纯净度含量是99.99%、纯氮的单分子纯净度含量为99.99%、液氮的单分子纯净度含量为98%、氩气的单分子纯净度含量为99.99%,系统内闭合运行;
工艺工序二、工艺工序一中的纯氧气进入到生产系统的造气炉内与造气炉内的白煤在高温下反应生成水煤气,造气炉内的压强保持在30-80kg,造气炉内的温度保持在900-1200℃,入炉气化气为纯氧加水蒸气,按摩尔体积比例1:3连续入炉,生产三种不同质短链分子煤制原料气:不饱和余热蒸汽、过饱和发电专用余热蒸汽和高洁双高水煤气,其中,不饱和余热蒸汽用于系统内的炉内化工生产,过饱和发电专用余热蒸汽用于发电和回收升压高温余热蒸汽过饱和蒸汽为合成95号汽油的原料,高洁双高水煤气用于LNG和工业尿素的原料气,控制主要组成气体含量:H2含量为44%,CO含量为39%,CO2含量为16%,O2含量为0.7%,CH4含量为0.5%,N2和S的含量为零,压强为30kg/cm2;
工艺工序三、工艺工序二产生的高洁双高水煤气通过管道进入到废炉岗位后产生不饱和余热蒸汽循环至工艺工序二中的造气炉内生产低碳高洁双高水煤气的原料气;
工艺工序四、脱碳工段,使用变压吸附装置psa脱去高清洁水煤气中的二氧化碳等于煤制气的含量16%,以减少气体的体积,增加CO和H2的含量,调整尾气中H2的含量为54%-58%,调整尾气中CO的含量为40%-41%,其他原料气微量,调整后的尾气占煤制气合成率净值的48%,制取工业尿素合成原料气占煤制气的16%,经过工艺工序三后的水煤气采用碳化法加入进行脱CO反应一部分形成碳铵,碳铵再加入后产生碳酸氢铵作为工艺工序十的产品,经过工艺工序三后的水煤气经过脱CO反应后的另外一部分再进一步脱碳后加入CO2反应生成合成尿素作为工艺工序十九的产品,工艺工序十九中的合成尿素中加入水蒸气反应生成工业尿素作为工艺工序二十的产品后通过管道输入至常压的储槽内;
工艺工序五、采用变换炉加催化剂将工艺工序四中的脱碳气中的CO含量控制35%,注入过饱和余热蒸汽,温度控制在190-250℃,调整H2含量至64%,调整CO:H2为1:2,控制合成CH4原料气占煤制气含量的94%;
工艺工序六、经过工艺工序五后的原料气加入脱硫剂进行精脱硫操作;
工艺工序七、加入脱硫剂对原料气进行精脱硫后的原料气进入到工艺工序七的四段压缩机工段,一段进口压力20kg,气量为工艺工序六的煤制气的94%,二段出口压力为45kg,气量为工艺工序六的煤制气的94%,二段出口连接到工艺工序八中的低压CH4合成塔,二段出口出来的原料气进入到工艺工序八LNG合成系统中的低压合成塔系经过塔后气进入冷箱注氮占原料气的20%脱除原料气中占比34%的CH4,制备合成塔后气为中压叠加合成综合产品的原料气,提纯CH4达到国标一级的LNG,制备合成原料气中压单清零尾气控制CH4等于0.5%,控制CO体积为原料气的0.3%,控制CO2体积为原料气的0.3%,控制H2体积为原料气的68%,控制N2体积为原料气的20%,控制CH4体积为原料气的0.5%,三段进口压力40kg,气量为一段入口气量的88%,四段出口压力209kg,气量为一段入口气量的88%,四段出口连接到工艺工序九中氨气的合成塔,四段出口的原料气进入到工艺工序九的氨合成工段;
工艺工序八、LNG合成工段,包括CH4合成塔、冷箱,所述冷箱为低压冷箱为CH4合成塔补充N2,所述合成塔的塔前气为所述工艺工序七四段机的二段出口进气和所述冷箱补充的N2,反应生成LNG产品输送至工艺工序十一的LNG储槽内,所述合成塔反应后的塔后气通过管道连接到所述工艺工序七四段机的三段进口,生成的不饱和蒸汽通过管道输送至工艺工序十四的水蒸气汇集配给中心,作为低压合成CH4原料气的入塔气主要成分为:含H2量为64%、含CO量为35%、含CO2量为0.05%、含O2量为0.7%、含S量为0.05%、其它微量,出塔气的主要成分为:含CH4量为32%、含CO量为0.5%、含CO2量为3%、含S量为0.05%、含O2量为0.8%,含H2量为68%;合成塔冷箱的出口合成原料气主要成分为:含H2量为68%、含CO量为3%、含CO2量为4%、含O2量为0.5%、含S量为0.05%、含N2量为20%,含CH4量为0.5%,其它微量;
工艺工序九、氨合成工段,包括合成塔、冷箱和循环机设备,所述冷箱由一个低压冷箱和两个中压冷箱串联而成,所述低压冷箱内接收外部的N2补充,所述工艺工序七的四段出口的原料气与补充的N2混成成为合成塔的塔前气进入到合成塔内在催化剂的作用下合成为液氮和LNG,所述循环机将合成塔的塔后气加压循环至合成塔之前,作为合成塔的塔前气,工艺工序九产出液氮、LNG和余热不饱和蒸汽,其中,液氮收集后作为产品,LNG进入到工艺工序十六中作为合成汽油的原料,余热不饱和蒸汽通过管道输送至工艺工序十四的水蒸气配给中心,合成塔冷箱出口循环气的主要成分为:含H2量为68%、含N2量为20%、含CH4量为0.5%、含CO量为3%、含CO2量为4%、含S量为0.05%、含O2量为0.8%,含CH4量为0.5%,其它微量;
工艺工序十、工艺工序九中的循环机将合成塔的塔后气加压循环至合成塔之前,与补充气二气合一作为合成塔的入塔气,其中,补充气占比20%,循环气占比80%;工艺工序十实现了中压塔一塔双产品双增产的效果:合成塔内有效合成综合产品NH3与CH4合成容积率恢复净增值为27%,合成塔内入塔气中合成综合产品NH3与CH4合成气容积率恢复净增值为27%,合成塔内催化剂叠加合成综合产品NH3与CH4合成容积率恢复净增值为48%、其中NH3为20%、CH4为28%,合成塔内有效综合产品NH3净增值为110%、LNG净增值为220%;
工艺工序十一、工艺工序九中的叠加合成氨经过冷箱提纯物理反应生成LNG产品;
工艺工序十二、经过工艺工序三废锅岗位的蒸气经过管道输入到工艺工序二的造气炉中,为造气炉中的原料气生成补充蒸汽;
工艺工序十三、为工艺工序九氨合成后生产的液氮产品存储工段;
工艺工序十四、为水蒸汽汇集配给中心用来收集整个生成系统中产生的多余的水蒸气,用于发电、工艺工序八和工艺工序九中的双压双塔注入蒸汽、为工艺工序十六和工艺工序十九的合成95号汽油和合成工业尿素注入蒸汽;
工艺工序十五:将整个系统内的高压临界余热蒸气收集起来通过管道输送至发电设备进行发电以补充整个系统的电力供应;
工艺工序十六、工艺工序九回收产品中合成的LNG加入水蒸气和催化剂常压合成95号汽油,该95号汽油含CH-14%;
工艺工序十七、为设置在往四段压缩机输电电路上的配电室,用于全流程工艺工序低压用电;
工艺工序十八、为汽油储槽输送至上车泵房工段;
工艺工序十九、回收经过工艺工序四脱碳后的原料气中加入CO2、蒸汽在催化剂的作用下合成工业尿素生产阶段;
工艺工序二十、工艺工序十九回收产品生成的工业尿素商品储槽系统,包括泵房、球型储槽4座,其中合成尿素使用球型储槽2座,工业尿素使用球型储槽2座;
工艺工序二十一、为设置在整个生产系统中的总控室;
工艺工序二十二、为工艺工序十四设置的深井水泵,水泵恒定出水;
工艺工序二十三和工艺工序二十四、为软水工艺工序,具体地为除氧水工艺工序和电渗析工艺工序,分别向蒸汽余热发电工艺工序中加入除氧水和电渗析溶液;
工艺工序二十五、碳铵库存工段,工艺工序四形成的原料气进行碳化法生成碳酸氢铵产品。
在上述方案中,工艺工序五使用到催化剂为B-113 IV型耐硫耐水催化剂,反应压力为26kg;工艺工序八使用的催化剂为SD-219IV型催化剂,反应压力为32.45kg;工艺工序九使用的催化剂为A-201型催化剂,反应压力为209-320kg;工艺工序十六使用的催化剂为CD-123型催化剂,反应压力为常压;工艺工序十九使用的催化剂为工业尿素专用催化剂,反应压力为常压。
本发明的进一步改进,工艺工序一中的空分系统为杭州空分(氧气)集团有限公司生产制造的2800万m3/h型(液氧)4000万m3/h 型(液氮)合成氨专用的成套空分设备;工艺工序二中的造气炉数量为7台,工艺工序七中的压缩机采用四段机;在工艺工序十五中的发电设备采用为沈阳(电站)锅炉厂制造的75T/h的循环流化床锅炉与16万T/年的水溶液全循环成套设备构成;在工艺工序十九中的尿素合成系统为日本三井实业株式会社生产制造的13万T/年的成套氨提气设备;工艺工序二中的造气炉采用中科院江西所生产的制气炉系统,工艺工序八中的低压合成甲烷和冷箱系统采用中科院大连所生产的设备,工艺工序十九中低压合成工业尿素系统采用中石化华东工程公司生成的设备。
本发明的进一步改进,整个生成系统采用合成氨系统、低压甲烷合成系统、低压冷箱、第一高压冷箱、第二高压冷箱、四段高压机连接构成的全封闭循环运行系统制备天然气,低压冷箱分别连接低压甲烷合成系统与四段高压机的一段入口,四段高压机的二段入口连接氮气管道,四段高压机的三段出口连接合成氨系统,合成氨系统连接第一高压冷箱,第一高压冷箱连接第二高压冷箱,第二高压冷箱通过循环机连接合成氨系统,第二高压冷箱连接氮气管道,的低压冷箱、第二高压冷箱分别连接天 然气储槽,第一高压冷箱连接合成氨储槽,的低压冷箱的冷却温度为-85~-57℃,第一高压冷箱的冷却温度为﹣109~-73℃,第二高压冷箱的冷却温度为﹣193~-129℃。低压冷箱、第一高压冷箱、第二高压冷箱均为密封箱体,箱体内盘绕设置有冷却管,冷却管上设置有铝翅,低压冷箱的冷却管一端连接液氮入口管道,低压冷箱的冷却管另一端连接第一高压冷箱的冷却管一端,第一高压冷箱的冷却管另一端连接第二高压冷箱的一端,第二高压冷箱的另一端连接液氮出口管道,共同构成循环冷却系统。 低压冷箱、第一高压冷箱、第二高压冷箱的冷却管上还设置喷嘴;且在低压冷箱与第二高压冷箱出口处分别设置有氮氢检测装置,在检测到氮氢比不合格时,打开低压冷箱、第二高压冷箱内的喷嘴补充注入氮气调整氮氢比,合格氮氢比为1:2.5;所述的低压冷箱、第一高压冷箱、第二高压冷箱的冷却管上还设置喷嘴;且在低压冷箱与第二高压冷箱出口处分别设置有氮氢检测装置,在检测到氮氢比不合格时,打开低压冷箱、第二高压冷箱内的喷嘴补充注入氮气调整氮氢比,合格氮氢比为1:2.5;注入液氮控制冷箱上部分气体温度在200摄氏度之下脱除剥离气体后使得低压冷箱中CH4含量为0.05%,第一高压冷箱中NH3含量为0.5%,第二高压冷箱中CH4含量为0.5%。
本发明的有益效果:本发明设计合理,构思巧妙,杜绝了合成塔内耗,有效提高了合成氨的转化率,同时生过过程中的余热用以发电为整个系统提供电力供应,此外,还产生了汽油、LNG新产品,实现一塔多产品的设计目的。
附图说明
图1是本发明的工艺工序流程示意图。
图2为本发明工艺工序八和工艺工序九的冷箱串联结构示意图。
实施方式
为了加深对本发明的理解,下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述,该实施例仅用于解释本发明,并不对本发明的保护范围构成限定。
实施例:以陕西洋县煤制合成氨技改项目为例,如图1所示,一种煤制合成氨闭环运行综合利用增产95号汽油的工艺,具体包括二十五个工艺工序:
工艺工序一、选用空分系统设备,采用负碳余热蒸汽发电生产工艺制备不同质的单分子非煤质零碳原料气四种:纯氧、纯氮、液氮、氩气,其中,纯氧的单分子纯净度含量是99.99%、纯氮的单分子纯净度含量为99.99%、液氮的单分子纯净度含量为98%、氩气的单分子纯净度含量为99.99%,系统内闭合运行;
工艺工序二、工艺工序一中的纯氧气进入到生产系统的造气炉内与造气炉内的白煤在高温下反应生成水煤气,造气炉内的压强保持在30-80kg,造气炉内的温度保持在900-1200℃,入炉气化气为纯氧加水蒸气,按摩尔体积比例1:3连续入炉,生产三种不同质短链分子煤制原料气:不饱和余热蒸汽、过饱和发电专用余热蒸汽和高洁双高水煤气,其中,不饱和余热蒸汽用于系统内的炉内化工生产,过饱和发电专用余热蒸汽用于发电和回收升压高温余热蒸汽过饱和蒸汽为合成95号汽油的原料,高洁双高水煤气用于LNG和工业尿素的原料气,控制主要组成气体含量:H2含量为44%,CO含量为39%,CO2含量为16%,O2含量为0.7%,CH4含量为0.5%,N2和S的含量为零,压强为30kg/cm2;
工艺工序三、工艺工序二产生的高洁双高水煤气通过管道进入到废炉岗位后产生不饱和余热蒸汽循环至工艺工序二中的造气炉内生产低碳高洁双高水煤气的原料气;
工艺工序四、脱碳工段,使用变压吸附装置psa脱去高清洁水煤气中的二氧化碳等于煤制气的含量16%,以减少气体的体积,增加CO和H2的含量,调整尾气中H2的含量为54%-58%,调整尾气中CO的含量为40%-41%,其他原料气微量,调整后的尾气占煤制气合成率净值的48%,制取工业尿素合成原料气占煤制气的16%,经过工艺工序三后的水煤气采用碳化法加入进行脱CO反应一部分形成碳铵,碳铵再加入后产生碳酸氢铵作为工艺工序十的产品,经过工艺工序三后的水煤气经过脱CO反应后的另外一部分再进一步脱碳后加入CO2反应生成合成尿素作为工艺工序十九的产品,工艺工序十九中的合成尿素中加入水蒸气反应生成工业尿素作为工艺工序二十的产品后通过管道输入至常压的储槽内;
工艺工序五、采用变换炉加催化剂将工艺工序四中的脱碳气中的CO含量控制35%,注入过饱和余热蒸汽,温度控制在190-250℃,调整H2含量至64%,调整CO:H2为1:2,控制合成CH4原料气占煤制气含量的94%;
工艺工序六、经过工艺工序五后的原料气加入脱硫剂进行精脱硫操作;
工艺工序七、加入脱硫剂对原料气进行精脱硫后的原料气进入到工艺工序七的四段压缩机工段,一段进口压力20kg,气量为工艺工序六的煤制气的94%,二段出口压力为45kg,气量为工艺工序六的煤制气的94%,二段出口连接到工艺工序八中的低压CH4合成塔,二段出口出来的原料气进入到工艺工序八LNG合成系统中的低压合成塔系经过塔后气进入冷箱注氮占原料气的20%脱除原料气中占比34%的CH4,制备合成塔后气为中压叠加合成综合产品的原料气,提纯CH4达到国标一级的LNG,制备合成原料气中压单清零尾气控制CH4等于0.5%,控制CO体积为原料气的0.3%,控制CO2体积为原料气的0.3%,控制H2体积为原料气的68%,控制N2体积为原料气的20%,控制CH4体积为原料气的0.5%,三段进口压力40kg,气量为一段入口气量的88%,四段出口压力209kg,气量为一段入口气量的88%,四段出口连接到工艺工序九中氨气的合成塔,四段出口的原料气进入到工艺工序九的氨合成工段;
工艺工序八、LNG合成工段,包括CH4合成塔、冷箱,所述冷箱为低压冷箱为CH4合成塔补充N2,所述合成塔的塔前气为所述工艺工序七四段机的二段出口进气和所述冷箱补充的N2,反应生成LNG产品输送至工艺工序十一的LNG储槽内,所述合成塔反应后的塔后气通过管道连接到所述工艺工序七四段机的三段进口,生成的不饱和蒸汽通过管道输送至工艺工序十四的水蒸气汇集配给中心,作为低压合成CH4原料气的入塔气主要成分为:含H2量为64%、含CO量为35%、含CO2量为0.05%、含O2量为0.7%、含S量为0.05%、其它微量,出塔气的主要成分为:含CH4量为32%、含CO量为0.5%、含CO2量为3%、含S量为0.05%、含O2量为0.8%,含H2量为68%;合成塔冷箱的出口合成原料气主要成分为:含H2量为68%、含CO量为3%、含CO2量为4%、含O2量为0.5%、含S量为0.05%、含N2量为20%,含CH4量为0.5%,其它微量;
工艺工序九、氨合成工段,包括合成塔、冷箱和循环机设备,所述冷箱由一个低压冷箱和两个中压冷箱串联而成,所述低压冷箱内接收外部的N2补充,所述工艺工序七的四段出口的原料气与补充的N2混成成为合成塔的塔前气进入到合成塔内在催化剂的作用下合成为液氮和LNG,所述循环机将合成塔的塔后气加压循环至合成塔之前,作为合成塔的塔前气,工艺工序九产出液氮、LNG和余热不饱和蒸汽,其中,液氮收集后作为产品,LNG进入到工艺工序十六中作为合成汽油的原料,余热不饱和蒸汽通过管道输送至工艺工序十四的水蒸气配给中心,合成塔冷箱出口循环气的主要成分为:含H2量为68%、含N2量为20%、含CH4量为0.5%、含CO量为3%、含CO2量为4%、含S量为0.05%、含O2量为0.8%,含CH4量为0.5%,其它微量;
工艺工序十、工艺工序九中的循环机将合成塔的塔后气加压循环至合成塔之前,与补充气二气合一作为合成塔的入塔气,其中,补充气占比20%,循环气占比80%;
工艺工序十一、工艺工序九中的叠加合成氨经过冷箱提纯物理反应生成LNG产品;
工艺工序十二、经过工艺工序三废锅岗位的蒸气经过管道输入到工艺工序二的造气炉中,为造气炉中的原料气生成补充蒸汽;
工艺工序十三、为工艺工序九氨合成后生产的液氮产品存储工段;
工艺工序十四、为水蒸汽汇集配给中心用来收集整个生成系统中产生的多余的水蒸气,用于发电、工艺工序八和工艺工序九中的双压双塔注入蒸汽、为工艺工序十六和工艺工序十九的合成95号汽油和合成工业尿素注入蒸汽;
工艺工序十五:将整个系统内的高压临界余热蒸气收集起来通过管道输送至发电设备进行发电以补充整个系统的电力供应;
工艺工序十六、工艺工序九回收产品中合成的LNG加入水蒸气和催化剂常压合成95号汽油,该95号汽油含CH-14%;
工艺工序十七、为设置在往四段压缩机输电电路上的配电室,用于全流程工艺工序低压用电;
工艺工序十八、为汽油储槽输送至上车泵房工段;
工艺工序十九、回收经过工艺工序四脱碳后的原料气中加入CO2、蒸汽在催化剂的作用下合成工业尿素生产阶段;
工艺工序二十、工艺工序十九回收产品生成的工业尿素商品储槽系统,包括泵房、球型储槽4座,其中合成尿素使用球型储槽2座,工业尿素使用球型储槽2座;
工艺工序二十一、为设置在整个生产系统中的总控室;
工艺工序二十二、为工艺工序十四设置的深井水泵,水泵恒定出水;
工艺工序二十三和工艺工序二十四、为软水工艺工序,具体地为除氧水工艺工序和电渗析工艺工序,分别向蒸汽余热发电工艺工序中加入除氧水和电渗析溶液;
工艺工序二十五、碳铵库存工段,工艺工序四形成的原料气进行碳化法生成碳酸氢铵产品。
在上述实施例中,整个生成系统采用合成氨系统、低压甲烷合成系统、低压冷箱、第一高压冷箱、第二高压冷箱、四段高压机连接构成的全封闭循环运行系统制备天然气,低压冷箱分别连接低压甲烷合成系统与四段高压机的一段入口,四段高压机的二段入口连接氮气管道,四段高压机的三段出口连接合成氨系统,合成氨系统连接第一高压冷箱,第一高压冷箱连接第二高压冷箱,第二高压冷箱通过循环机连接合成氨系统,第二高压冷箱连接氮气管道,的低压冷箱、第二高压冷箱分别连接天 然气储槽,第一高压冷箱连接合成氨储槽,的低压冷箱的冷却温度为-85~-57℃,第一高压冷箱的冷却温度为﹣109~-73℃,第二高压冷箱的冷却温度为﹣193~-129℃。
在上述实施例中,低压冷箱、第一高压冷箱、第二高压冷箱均为密封箱体,箱体内盘绕设置有冷却管,冷却管上设置有铝翅,低压冷箱的冷却管一端连接液氮入口管道,低压冷箱的冷却管另一端连接第一高压冷箱的冷却管一端,第一高压冷箱的冷却管另一端连接第二高压冷箱的一端,第二高压冷箱的另一端连接液氮出口管道,共同构成循环冷却系统;低压冷箱、第一高压冷箱、第二高压冷箱的冷却管上还设置喷嘴;且在低压冷箱与第二高压冷箱出口处分别设置有氮氢检测装置,在检测到氮氢比不合格时,打开低压冷箱、第二高压冷箱内的喷嘴补充注入氮气调整氮氢比,合格氮氢比为1:2.5;所述的低压冷箱、第一高压冷箱、第二高压冷箱的冷却管上还设置喷嘴;且在低压冷箱与第二高压冷箱出口处分别设置有氮氢检测装置,在检测到氮氢比不合格时,打开低压冷箱、第二高压冷箱内的喷嘴补充注入氮气调整氮氢比,合格氮氢比为1:2.5;注入液氮控制冷箱上部分气体温度在200摄氏度之下脱除剥离气体后使得低压冷箱中CH4含量为0.05%,第一高压冷箱中NH3含量为0.5%,第二高压冷箱中CH4含量为0.5%。
在本发明中,如图2所示,使用三个冷箱串联,其中,使用到了一个低压冷箱和两个高压冷箱,具体功能有以下几个方面:一、使得塔后气产品达到双清零;二、将产品提纯达标,1号冷箱提纯CH4达到LNG国标一级,2号冷箱提纯NH3达到NH3国标一级,3号冷箱提纯CH4达到LNG国标一级;三、定量注入N2,使得1号冷箱内N2占原料气20%,2号和3号冷箱内N2占原料气12%;四、定量脱S,使得1号冷箱内CH4净含量为32%,2号冷箱内NH3净含量为20%,3号冷箱内CH4净含量为28%;五、制备中压合成综合产品NH3作为合成LNG的原料气。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种煤制合成氨闭环运行综合利用增产95号汽油的工艺,其特征在于,包括以下工艺工序:
工艺工序一、选用空分系统设备,采用负碳余热蒸汽发电生产工艺制备不同质的单分子非煤质零碳原料气四种:纯氧、纯氮、液氮、氩气,其中,纯氧的单分子纯净度含量是99.99%、纯氮的单分子纯净度含量为99.99%、液氮的单分子纯净度含量为98%、氩气的单分子纯净度含量为99.99%,系统内闭合运行;
工艺工序二、工艺工序一中的纯氧气进入到生产系统的造气炉内与造气炉内的白煤在高温下反应生成水煤气,造气炉内的压强保持在30-80kg,造气炉内的温度保持在900-1200℃,入炉气化气为纯氧加水蒸气,按摩尔体积比例1:3连续入炉,生产三种不同质短链分子煤制原料气:不饱和余热蒸汽、过饱和发电专用余热蒸汽和高洁双高水煤气,其中,不饱和余热蒸汽用于系统内的炉内化工生产,过饱和发电专用余热蒸汽用于发电和回收升压高温余热蒸汽过饱和蒸汽为合成95号汽油的原料,高洁双高水煤气用于LNG和工业尿素的原料气,控制主要组成气体含量:H2含量为44%,CO含量为39%,CO2含量为16%,O2含量为0.7%,CH4含量为0.5%,N2和S的含量为零,压强为30kg/cm2;
工艺工序三、工艺工序二产生的高洁双高水煤气通过管道进入到废炉岗位后产生不饱和余热蒸汽循环至工艺工序二中的造气炉内生产低碳高洁双高水煤气的原料气;
工艺工序四、脱碳工段,使用变压吸附装置psa脱去高清洁水煤气中的二氧化碳等于煤制气的含量16%,以减少气体的体积,增加CO和H2的含量,调整尾气中H2的含量为54%-58%,调整尾气中CO的含量为40%-41%,其他原料气微量,调整后的尾气占煤制气合成率净值的48%,制取工业尿素合成原料气占煤制气的16%,经过工艺工序三后的水煤气采用碳化法加入进行脱CO反应一部分形成碳铵,碳铵再加入后产生碳酸氢铵作为工艺工序十的产品,经过工艺工序三后的水煤气经过脱CO反应后的另外一部分再进一步脱碳后加入CO2反应生成合成尿素作为工艺工序十九的产品,工艺工序十九中的合成尿素中加入水蒸气反应生成工业尿素作为工艺工序二十的产品后通过管道输入至常压的储槽内;
工艺工序五、采用变换炉加催化剂将工艺工序四中的脱碳气中的CO含量控制35%,注入过饱和余热蒸汽,温度控制在190-250℃,调整H2含量至64%,调整CO:H2为1:2,控制合成CH4原料气占煤制气含量的94%;
工艺工序六、经过工艺工序五后的原料气加入脱硫剂进行精脱硫操作;
工艺工序七、加入脱硫剂对原料气进行精脱硫后的原料气进入到工艺工序七的四段压缩机工段,一段进口压力20kg,气量为工艺工序六的煤制气的94%,二段出口压力为45kg,气量为工艺工序六的煤制气的94%,二段出口连接到工艺工序八中的低压CH4合成塔,二段出口出来的原料气进入到工艺工序八LNG合成系统中的低压合成塔系经过塔后气进入冷箱注氮占原料气的20%脱除原料气中占比34%的CH4,制备合成塔后气为中压叠加合成综合产品的原料气,提纯CH4达到国标一级的LNG,制备合成原料气中压单清零尾气控制CH4等于0.5%,控制CO体积为原料气的0.3%,控制CO2体积为原料气的0.3%,控制H2体积为原料气的68%,控制N2体积为原料气的20%,控制CH4体积为原料气的0.5%,三段进口压力40kg,气量为一段入口气量的88%,四段出口压力209kg,气量为一段入口气量的88%,四段出口连接到工艺工序九中氨气的合成塔,四段出口的原料气进入到工艺工序九的氨合成工段;
工艺工序八、LNG合成工段,包括CH4合成塔、冷箱,所述冷箱为低压冷箱为CH4合成塔补充N2,所述合成塔的塔前气为所述工艺工序七四段机的二段出口进气和所述冷箱补充的N2,反应生成LNG产品输送至工艺工序十一的LNG储槽内,所述合成塔反应后的塔后气通过管道连接到所述工艺工序七四段机的三段进口,生成的不饱和蒸汽通过管道输送至工艺工序十四的水蒸气汇集配给中心,作为低压合成CH4原料气的入塔气主要成分为:含H2量为64%、含CO量为35%、含CO2量为0.05%、含O2量为0.7%、含S量为0.05%、其它微量,出塔气的主要成分为:含CH4量为32%、含CO量为0.5%、含CO2量为3%、含S量为0.05%、含O2量为0.8%,含H2量为68%;合成塔冷箱的出口合成原料气主要成分为:含H2量为68%、含CO量为3%、含CO2量为4%、含O2量为0.5%、含S量为0.05%、含N2量为20%,含CH4量为0.5%,其它微量;
工艺工序九、氨合成工段,包括合成塔、冷箱和循环机设备,所述冷箱由一个低压冷箱和两个中压冷箱串联而成,所述低压冷箱内接收外部的N2补充,所述工艺工序七的四段出口的原料气与补充的N2混成成为合成塔的塔前气进入到合成塔内在催化剂的作用下合成为液氮和LNG,所述循环机将合成塔的塔后气加压循环至合成塔之前,作为合成塔的塔前气,工艺工序九产出液氮、LNG和余热不饱和蒸汽,其中,液氮收集后作为产品,LNG进入到工艺工序十六中作为合成汽油的原料,余热不饱和蒸汽通过管道输送至工艺工序十四的水蒸气配给中心,合成塔冷箱出口循环气的主要成分为:含H2量为68%、含N2量为20%、含CH4量为0.5%、含CO量为3%、含CO2量为4%、含S量为0.05%、含O2量为0.8%,含CH4量为0.5%,其它微量;
工艺工序十、工艺工序九中的循环机将合成塔的塔后气加压循环至合成塔之前,与补充气二气合一作为合成塔的入塔气,其中,补充气占比20%,循环气占比80%;
工艺工序十一、工艺工序九中的叠加合成氨经过冷箱提纯物理反应生成LNG产品;
工艺工序十二、经过工艺工序三废锅岗位的蒸气经过管道输入到工艺工序二的造气炉中,为造气炉中的原料气生成补充蒸汽;
工艺工序十三、为工艺工序九氨合成后生产的液氮产品存储工段;
工艺工序十四、为水蒸汽汇集配给中心用来收集整个生成系统中产生的多余的水蒸气,用于发电、工艺工序八和工艺工序九中的双压双塔注入蒸汽、为工艺工序十六和工艺工序十九的合成95号汽油和合成工业尿素注入蒸汽;
工艺工序十五:将整个系统内的高压临界余热蒸气收集起来通过管道输送至发电设备进行发电以补充整个系统的电力供应;
工艺工序十六、工艺工序九回收产品中合成的LNG加入水蒸气和催化剂常压合成95号汽油,该95号汽油含CH-14%;
工艺工序十七、为设置在往四段压缩机输电电路上的配电室,用于全流程工艺工序低压用电;
工艺工序十八、为汽油储槽输送至上车泵房工段;
工艺工序十九、回收经过工艺工序四脱碳后的原料气中加入CO2、蒸汽在催化剂的作用下合成工业尿素生产阶段;
工艺工序二十、工艺工序十九回收产品生成的工业尿素商品储槽系统,包括泵房、球型储槽4座,其中合成尿素使用球型储槽2座,工业尿素使用球型储槽2座;
工艺工序二十一、为设置在整个生产系统中的总控室;
工艺工序二十二、为工艺工序十四设置的深井水泵,水泵恒定出水;
工艺工序二十三和工艺工序二十四、为软水工艺工序,具体地为除氧水工艺工序和电渗析工艺工序,分别向蒸汽余热发电工艺工序中加入除氧水和电渗析溶液;
工艺工序二十五、碳铵库存工段,工艺工序四形成的原料气进行碳化法生成碳酸氢铵产品。
2.根据权利要求1所述的煤制合成氨闭环运行综合利用增产95号汽油的工艺,其特征在于,所述工艺工序五使用到催化剂为B-113 IV型耐硫耐水催化剂,反应压力为26kg;所述工艺工序八使用的催化剂为SD-219IV型催化剂,反应压力为32.45kg;所述工艺工序九使用的催化剂为A-201型催化剂,反应压力为209-320kg;所述工艺工序十六使用的催化剂为CD-123型催化剂,反应压力为常压;所述工艺工序十九使用的催化剂为工业尿素专用催化剂,反应压力为常压。
3.根据权利要求2所述的煤制合成氨闭环运行综合利用增产95号汽油的工艺,其特征在于,所述工艺工序五中,进入变换工艺工序前,H2含量为58%、CO2含量为0.5%、CO含量为39%、N2含量为0.05%,O2含量为0.5%,S含量为0.5%,CH4含量为0.5%,通过变换工艺工序,使得H2含量为64%、CO2含量为2%、CO含量为35%、N2含量为0.5%,O2含量为0.8%,S含量为0.5%,CH4含量为0.5%。
4.根据权利要求3所述的煤制合成氨闭环运行综合利用增产95号汽油的工艺,其特征在于,所述工艺工序九中,从所述工艺工序七四段压缩机的四段出口出来的原料气中的H2含量为68%,N2含量为20%,CO含量为3%,CO2含量为2%,O2含量为1%,S含量为0.5%,CH4含量为0.5%。
5.根据权利要求4所述的煤制合成氨闭环运行综合利用增产95号汽油的工艺,其特征在于,所述工艺工序一中的空分系统为杭州空分(氧气)集团有限公司生产制造的2800万m3/h型(液氧)4000万m3/h 型(液氮)合成氨专用的成套空分设备;所述工艺工序二中的造气炉数量为7台,所述工艺工序七中的压缩机采用四段机;在所述工艺工序十五中的发电设备采用为沈阳(电站)锅炉厂制造的75T/h的循环流化床锅炉与16万T/年的水溶液全循环成套设备构成;在所述工艺工序十九中的尿素合成系统为日本三井实业株式会社生产制造的13万T/年的成套氨提气设备。
6.根据权利要求5的煤制合成氨闭环运行综合利用增产95号汽油的工艺,其特征在于,整个生成系统采用合成氨系统、低压甲烷合成系统、低压冷箱、第一高压冷箱、第二高压冷箱、四段高压机连接构成的全封闭循环运行系统制备天然气,低压冷箱分别连接低压甲烷合成系统与四段高压机的一段入口,四段高压机的二段入口连接氮气管道,四段高压机的三段出口连接合成氨系统,合成氨系统连接第一高压冷箱,第一高压冷箱连接第二高压冷箱,第二高压冷箱通过循环机连接合成氨系统,第二高压冷箱连接氮气管道,所述的低压冷箱、第二高压冷箱分别连接天 然气储槽,第一高压冷箱连接合成氨储槽,所述的低压冷箱的冷却温度为-85~-57℃,第一高压冷箱的冷却温度为﹣109~-73℃,第二高压冷箱的冷却温度为﹣193~-129℃。
7.根据权利要求6所述的煤制合成氨闭环运行综合利用增产95号汽油的工艺,其特征在于,所述的低压冷箱、第一高压冷箱、第二高压冷箱均为密封箱体,箱体内盘绕设置有冷却管,冷却管上设置有铝翅,低压冷箱的冷却管一端连接液氮入口管道,低压冷箱的冷却管另一端连接第一高压冷箱的冷却管一端,第一高压冷箱的冷却管另一端连接第二高压冷箱的一端,第二高压冷箱的另一端连接液氮出口管道,共同构成循环冷却系统。
8.根据权利要求7所述的煤制合成氨闭环运行综合利用增产95号汽油的工艺,其特征在于,所述的低压冷箱、第一高压冷箱、第二高压冷箱的冷却管上还设置喷嘴;且在低压冷箱与第二高压冷箱出口处分别设置有氮氢检测装置,在检测到氮氢比不合格时,打开低压冷箱、第二高压冷箱内的喷嘴补充注入氮气调整氮氢比,合格氮氢比为1:2.5;注入液氮控制冷箱上部分气体温度在200摄氏度之下脱除剥离气体后使得低压冷箱中CH4含量为0.05%,第一高压冷箱中NH3含量为0.5%,第二高压冷箱中CH4含量为0.5%。
9.根据权利要求8所述的煤制合成氨闭环运行综合利用增产95号汽油的工艺,其特征在于,所述工艺工序二中的造气炉采用中科院江西所生产的制气炉系统,所述工艺工序八中的低压合成甲烷和冷箱系统采用中科院大连所生产的设备,所述工艺工序十九中低压合成工业尿素系统采用中石化华东工程公司生成的设备。
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