CN1386829A - 煤化电联合工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种采用煤为原料生产合成产品、工艺动力和外供电力的联合工艺。利用本工艺生产化学产品可使成本降低30%;利用本工艺对外供电可使发电成本降低30%。装置业主可根据原料、化学产品和电力市场供求关系调整化学产品和外供电的比例,以获得最大的经济效益。

Description

煤化电联合工艺

本发明属于煤化工工艺，特别涉及以煤制合成气、合成产品的工艺及动力与发电技术。

现行的以煤为原料制合成产品的工艺中，为了降低产品成本通常的做法是：尽可能制造有效气体含量更高的合成气，以提高合成气利用率，从而减少工艺尾气排放量；降低产品合成工艺压力，以减少压缩、输送工艺介质的外供动力费用，无论是合成氨、甲醇、二甲醚、汽油等等合成产品，由于受到化学平衡的客观规律制约，必须在几个乃至几十个兆帕压力条件进行，所以也就必须为合成产品的工艺提供压缩动力。而动力费用通常占到产品总成本的30％左右，现行通常的方法是：

A，采用优质白煤或焦炭制气以减少甲烷生成量，由于优质白煤或焦炭价格高，又导致了产品成本的升高；

B，提高煤的气化温度以减少惰气甲烷的生成量，如各种气化温度在灰融点以上的煤气化炉，由于气化温度极高，导致炉体材质价格昂贵，且单位产品工艺氧耗量大幅上升，虽然采用了低价格的烟煤，但降低产品总成本的幅度也很不令人满意；

C，采用高纯氧以减少进入合成气的氩气含量，高纯氧装置也投资昂贵；因而降低产品成本的幅度也非常有限；

D，设置高压蒸汽锅炉利用工艺反应热产生高压蒸汽，进而利用高压蒸气推动高压透平产生动力，驱动合成工艺的动力设备，或是驱动发电机组后，再用电力去驱动合成工艺的动力设备，因为工艺反应热是有限的，降低产品成本的幅度也是有限的；

E，在合成工艺中增设转化工艺，以降低煤气中的甲烷含量，但又增加了投资、成本和工艺的复杂性，所以降低产品成本的幅效果也很不尽人意；

F，提高煤的气化压力以减少合成气压缩功耗，气化压力高，必须使气化温度也提高，才能使煤气中的甲烷不升高，这又导致了投资的大幅升高，降低产品成本的幅度也十分有限；

G，利用部分工艺气作动力燃气，由于工艺气热值低，降低成本的幅度也十分有限；

H，采用常压间歇沸腾、流化床制煤气，又因出炉煤气温度太高和合成气压缩功耗高，也使降低产品成本的幅度很不理想；

I，采用常压间歇固定、移动床制煤气，又导致合成气压缩功耗高，环境污染严重，对降低产品成本的作用几乎为零；

J，采用公开号为CN1253994A的“加压间歇煤气化工艺”，轮流生产工艺合成气和动力燃气，该工艺节能、环保和降低成本的优势十分显著，但尚未商业化。

鉴于现行的煤制气合成产品的工艺现状已不能使成本降得更低，从而导致以煤制气合成产品的行业几乎全部处于微利甚至亏本经营。特别是石油、天然气不足的国家，能源中煤的比重占70％的泱泱大中国，开发低成本的煤制气合成产品工艺技术，不仅能每年减少数百亿美元外汇支出，大大减少对国际原油的依赖程度，有力地保障国民经济高速发展，而且更具有极其重要的军事、政治和国家安全战略意义！

本发明的目的就是为国家提供一种能明显降低煤制气合成产品工艺、动力和发电成本的新工艺。

本发明是这样组合实现的：a，以煤造气合成产品的工艺尾气为动力燃气；b，采用高压透平串联燃气透平或其它大型内燃机配中压蒸汽透平的三级联合循环动力装置；c，采用价格相对较低、挥发份较高的煤为原料；d，采用投资较低的制氧装置，提供含氧量为93％左右的工艺低纯氧气；e，采用专利申请号为01107290.3的富氧移动床连续煤造气工艺；f，不增设甲烷转化工艺，以降低合成工艺复杂性及成本；g，在合成工序增设新鲜气合成工艺；h，用循环流化沸腾锅炉，将造气炉渣中1600千卡/kg左右的化学潜热转化为中压蒸汽，炉渣用于水泥原料。

通过上述工艺组合带来以下明显的效果：

1.用合成产品的工艺尾气作为动力燃气。不但成本低，而且由于该燃气根本不含硫、氯等腐蚀性介质，没有专门的燃气净化装置投资、净化物料成本，而且还能非常可靠地保证了燃气透平长周期高效率运行，具有一举三得的效果；

2.三级联合循环动力装置：用高压透平将工艺尾气中的高压力及高温度有效能直接转化为动力后，再用燃气透平等内燃机配中压蒸汽透平，将工艺尾气中的化学有效能转化为动力，其总有效能转化率高达48％以上；

3.采用挥发份较高的煤制合成气。不仅可明显降低原料成本价格，而且可明显降低煤气化的热能消耗，即，既降低了原料价格又降低工艺氧气、蒸汽消耗和工艺煤耗，这种煤制出的合成气虽然甲烷含量较传统的合成气高，但总量只有百分之几，增加的合成尾气量、合成气净化和压缩功耗导致的成本上升幅度也十分有限，完全可以由其低价的原料煤带来的多项效益抵消，而额外地获得了更多的高热值合成尾气；

4.采用浓度为93％的低纯氧装置提供工艺氧气。不仅明显降低了工艺氧气的单位投资及运行成本，由于采用01107290.3专利申请“富氧连续煤造气工艺”和挥发份较高的煤制合成气，单位合成气的工艺氧气的耗量不及气流床的50％，合成气中增加的惰性气体不到1％，与高纯氧制出的合成气几乎没有区别；

5.专利申请号为01107290.3的富氧移动床连续煤造气工艺。不仅大幅降低气化炉装置投资、工艺氧耗、工艺煤耗成本，而且，因具有下行制气工艺，可使煤气中的大部分烃类聚合物质在气化层分解为无机分子和甲烷，因而进一步削弱了较高挥发份煤造气带来的负面影响；

6.不设甲烷转化工艺。不仅降低合成工艺复杂性、装置投资、转化物料、热能、压缩功耗(一份甲烷转化为四份有效气体)，因甲烷随合成气在合成产品的循环工艺中富集后，是优质的动力燃气，其热值是氢气的3.4倍。其增多的尾气量正是本发明所需要的质优价廉且数量又多的动力燃气；

7.在合成工序增设公开号为CN1136015A的“新鲜气合成工艺”。由合成产品动力学原理可知，惰性气体含量增加能十分显著地降低合成产品的平衡常数和化学反应速率，虽然本发明的合成气中的甲烷含量比传统的合成气高，但比合成产品的循环工艺气体中的甲烷还是低得很多，在合成工序增设新鲜气合成工艺，可充分利用新鲜气的惰气含量低，能十分显著地提高合成产品的平衡常数和化学反应速率的重要特征，可使30％的产品在新鲜气合成塔内生成，从而大幅度减少循环系统负荷，节省50％的循环气动力消耗。

本发明如附图所示：高挥发份原料煤1由加压移动床气化炉2上部加入；空气17经制氧机组16制出的工艺氧气18与蒸汽混合后送入移动床2与炉内的原料煤反应生成合成气和动力燃气4，该气体经净化后送入压缩机5加压至工艺要求的压力，或送入产品合成塔，合成气首先在新鲜气合成塔6内将30％左右的新鲜气合成为产品后，与循环合成塔9来的循环气，一道进入合成产品的热回收及产品分离设备7。新鲜气合成塔6与循环合成塔9，并可同时作为新鲜气合成塔或循环合成塔，或只设置其中一台，并利用合成工艺中的同一套热回收和分离装置完成合成产品反应热的回收和合成产品的分离。分离出的合成产品与尾气分离器12分离出来的合成产品一道送入产品库10。脱除产品后的工艺气经循环机8送入循环合成塔9，或直接送入高压透平11。循环气中积累的惰性气体使系统压力升高，由合成塔9出口排放尾气来控制，经高压尾气透平11回收温度有效能后进入尾气分离器12，脱除产品后的尾气进入燃气动力回收系统13，尾气中的压力、化学有效能经燃气透平和蒸汽透平转化为动力或电力，尾气生成的无污染乏气经烟囱14排入大气。燃气动力回收系统产生的动力分为三部分使用，一部分作为制氧机组16的动力；一部分作为合成气压缩及工艺介质输送设备的5动力；一部分作为对外供电的动力。含碳量20％的造气炉渣，热值1600千卡/千克，用循环流化沸腾锅炉生成动力蒸气后，送入燃气动力回收系统的蒸汽透平。沸腾锅炉排除的炉渣是很好的水泥原料。

下面以实施本发明总投资为1.5亿元的年产10万吨(12.5t/h)合成氨规模的吨氨成本为例，进一步说明本发明具有的积极效果：

序号	名称	单价/元	消耗定额	总价/元	备  注
						1	原料煤/吨	240(型煤)	1.7	408
2	用电/kwh	0.35	1350	472.5	含制氧耗电
						3	发电/kwh	--0.35	1400	--490
4	蒸汽/吨	60	0.3	18
						5	各种水/吨			32
6	化学药品			38
						7	工资及附加			40
8	制造费	(折旧加维修)		360新旧固定资产合并折旧
						9	副产品
	硫磺			--20
							制造成本			848.5

采用本发明制造合成氨，比现有各种煤造气制氨成本至少低400元/吨氨。

发明提供了一种采用价格更低的较高挥发份煤为原料，富氧加压移动床煤的灰熔点以下的气化工艺制合成气和动力燃气。利用生产合成产品的工艺装置同时净化合成气和动力燃气并回收硫磺。在循环合成系统前设置新鲜气合成塔，并与循环合成系统工艺装置一道完成化学产品合成、热回收和分离。在制得合成产品的过程中排放的数量充足、热值更高、没有腐蚀介质和固体微粒的尾气，则为优质的动力介质。利用高压透平、燃气透平和蒸汽透平将其中的温度、压力和化学有效能转化为机械能或电能，不仅可驱动整个系统的运转设备还可大幅度的对外供电。利用本工艺生产化学产品，可比灰熔点以上气化的各种气流床煤制气，生产合成产品的工艺有效能利用率提高30％，成本降低30％；利用本工艺对外供电可使发电成本降低30％。装置业主可根据原煤、化学产品和电力市场供求关系，调整化学产品和外供电的比例，以获得最大的经济效益。

Claims (7)

1.煤化电联合工艺，其特征在于：以较高挥发份煤为原料，小于灰熔点温度气化，在制得合成产品的净化、合成过程中净化、富集动力燃气，用高压透平、燃气透平和蒸汽透平组成三级联合循环，将富集在动力燃气中的温度、压力和化学有效能转化为机械能，在生产合成产品的同时生产工艺动力和外送电力。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：采用高挥发份煤为原料，富氧加压移动床气化工艺同时制得合成气和动力燃气，通过调整原料煤的挥发份或化学产品用气与动力用气的比例实现装置的最大效益运行。

3.根据权利要求1，2所述的工艺，其特征在于：气化床层移动速度控制在0.01m/h至2.0m/h，气化压力控制在0.01MPa至6Mpa，气化温度控制在煤的灰熔点以下，煤的粒度为8mm至74mm。

4.根据权利要求1，2，3所述的工艺，其特征在于：利用净化合成产品的工艺装置同时净化合成气和动力燃气。

5.根据权利要求1，2，3，4所述的工艺，其特征在于：在制得合成产品的过程中富集优质的动力燃气。

6.根据权利要求1，2，3，4，5所述的工艺，其特征在于：在循环合成工艺中设置新鲜气合成塔与循环合成塔，并可同时作为新鲜气合成塔或循环合成塔，或只设置其中一台，并利用合成工艺中的同一套热回收和分离装置完成合成产品反应热的回收和合成产品的分离。

7.根据权利要求1，2，3，4，5，6所述的工艺，其特征在于：用高压透平回收尾气中的物理有效能，再回收尾气中的合成产品，最后用燃气透平串蒸汽透平将尾气的其余有效能转化为机械能或电能。

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