CN214031747U - 一种基于透平耦合与预变换的合成氨系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于透平耦合与预变换的合成氨系统，包括气流床气化炉、与气流床气化炉连通设置的煤气透平与合成气压缩耦合单元，煤气透平与合成气压缩耦合单元还依次连接有预变换单元及合成气精制单元；气流床气化炉用于对原料煤进行连续加压气化得到高压煤气，将得到的高压煤气送入煤气透平与合成气压缩耦合单元，煤气透平与合成气压缩耦合单元用于回收气化得到的高压煤气压力能；预变换单元用于发生变换反应并将反应得到的合成气送入合成气精制单元。本实用新型解决了现有工艺中原料成本高、煤炭转化效率低、现有变换和净化装置无法充分利旧、合成气压缩能耗高的技术问题。

Description

一种基于透平耦合与预变换的合成氨系统

技术领域

本实用新型属于煤化工改造领域，具体涉及一种煤气透平与合成气压缩单元耦合利用以及预变换的合成氨系统。

背景技术

目前，采用常压固定床气化炉为合成氨装置提供原料气的氮肥企业的产能占中国合成氨总产能的40％，由于常压固定床气化炉气化强度低、现场劳动强度大、环保处理设施不够完善、煤种适应性差、原料无烟块煤的价格越来越高、国家电价补贴取消等原因，常压固定床气化炉的升级改造势在必行。

在目前的行业改造方案中，如果单纯将常压固定床气化改为气流床气化，那么，气流床气化输出端的煤气组分、压力均会发生很大变化，导致无法与后续的变换装置、净化装置直接匹配使用，造成了现有装置的浪费，从而增加了整体改造的投资，所以，为了充分利用现有的装置，只能将常压固定床气化炉改造为低压固定床气化，其缺陷在于，无法实现原料煤的广泛适应和高效转化，同时，后续合成气压缩需消耗大量的蒸汽或电能，整体影响了氮肥升级改造效果，因此，亟需一种在充分利用现有的变换和净化装置的情况下，能实现煤炭高效转化和降低合成气压缩能耗的节能型合成氨系统。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本实用新型的目的在于，提供一种基于透平耦合与预变换的合成氨系统，以解决现有工艺中原料成本高、煤炭转化效率低、现有变换和净化装置无法充分利旧、合成气压缩能耗高的技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种基于透平耦合与预变换的合成氨系统，包括气流床气化炉，还包括与气流床气化炉连通设置的所述气化煤气透平与合成气压缩耦合单元，所述气化煤气透平与合成气压缩耦合单元还依次连接有预变换单元及合成气精制单元；

所述气流床气化炉用于对原料媒进行连续加压气化得到高压煤气，并将得到的高压煤气送入气化煤气与合成气压缩耦合单元；

所述气化煤气与合成气压缩耦合单元用于降低输入煤气的出口压力和回收压力能，并将压缩后的合成气输入预变换单元；

所述预变换单元用于改变输入的合成气的组分及浓度，并将组分及浓度改变后的煤气送入合成气精制单元；

所述预变换单元包括依次连通的分离器、预热器、过滤器和预变换炉；所述分离器还与所述气化煤气与合成气压缩耦合单元相连，所述分离器用于分离气化煤气的冷凝液，所述过滤器用于过滤杂质。

更进一步的，所述合成气精制单元包括依次连通设置的变换装置、净化装置和精制装置，所述变换炉用于发生二次变换反应，并将反应后的气体经净化装置送入精制装置进一步精制，所述净化装置用于脱硫脱碳，所述精制装置用于精制和补氮。

更进一步的，所述气化煤气与合成气压缩耦合单元包括连通设置的气液分离器和压缩机组；

所述压缩机组包括依次同轴连接设置的煤气透平，合成气压缩机和电动机装置；所述煤气透平用于回收压缩能，并与所述电动机装置联合驱动合成气压缩机转动；所述合成气压缩机还分别有连接精制装置和氨合成塔，所述合成气压缩机用于对由精制装置输入的合成气进行加压处理得，并将加压处理后得到的高压合成气送入氨合成塔。

更进一步的，所述煤气透平与合成气压缩机之间还设置有离合器。

更进一步的，所述合成气压缩机和电动机装置之间还设置有齿轮箱。

更进一步的，所述电动机装置为电机或汽轮机。

更进一步的，所述预变换炉包括绝热变换炉、等温变换炉。

本实用新型与现有技术相比具有以下技术特点：

本实用新型通过煤气透平与合成气压缩单元耦合利用以及预变换，实现了煤种广泛适应性和原料煤的高效转化，降低了合成氨系统的原料成本，实现了现有变换装置、净化装置、精制装置、合成装置的最大化利旧，降低了合成氨系统升级改造的投资，同时节省合成气压缩机能量消耗，降低了企业的生产成本，将有效推动氮肥行业转型升级和竞争力提升。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

附图中各个标号含义：

1-气流床气化炉，2-预变换单元，3-气化煤气与合成气压缩耦合单元，4- 合成气精制单元，5-氨合成塔，21-分离器，22-预热器，23-过滤器，24-预变换炉；41-变换炉，42-净化装置，43-精制装置，31-气液分离器，32-压缩机组，321-煤气透平，322-合成气压缩机，323-电动装置，324-离合器，325- 齿轮箱。

具体实施方式

需要说明的是，本实用新型中的所有部件，如无特殊说明，全部采用现有技术中已知的部件。

本实用新型所用的术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“内”、“外”是指相应部件轮廓的内和外，不能将上述术语理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下是对本实用新型所涉及的技术数据的解释：

变换反应：在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有CO，合成氨需要的两种组分是H₂和N₂，因此需要除去合成气中的CO。变换反应的方程式如下： CO+H₂O→H₂+CO₂。

实施例1

遵循上述技术方案，如图1所示，本实用新型公开了一种基于透平耦合与预变换的合成氨系统，包括气流床气化炉1，还包括与气流床气化炉1连通设置的气化煤气透平与合成气压缩耦合单元3，气化煤气透平与合成气压缩耦合单元3还依次连接有预变换单元2及合成气精制单元4；

气流床气化炉1用于对原料煤进行连续加压气化得到高压(4MPa～ 6.5MPa)煤气，并将得到的高压煤气送入气化煤气与合成气压缩耦合单元3；

气化煤气与合成气压缩耦合单元3用于降低输入煤气的出口压力(～ 1.5MPa)和回收压力能，并将压缩后的合成气输入预变换单元2，气化煤气与合成气压缩耦合单元3通过煤气流过叶轮时冲击叶片，推动叶轮转动，从而驱动透平轴旋转，输出机械功，并经过同轴直接作用于合成气压缩，回收压力能的煤气送入预变换单元2；

预变换单元2用于改变输入的合成气的组分及浓度(～65％)，并将组分及浓度改变后的煤气送入合成气精制单元4，预变换单元2中在催化剂条件下发生变换反应CO+H2O→H2+CO2，煤气中CO浓度降低(～25％)，反应生成相应比例H2和CO2，并将反应得到的合成气送入合成气精制单元4；

预变换单元2包括依次连通的分离器21、预热器22、过滤器23和预变换炉24；分离器21还与气化煤气与合成气压缩耦合单元相连，分离器21用于分离气化煤气的冷凝液，过滤器23用于过滤杂质。

作为本实施例的一种优选方式，合成气精制单元4包括依次连通设置的变换炉41、净化装置42和精制装置43，变换炉41用于发生二次变换反应，并将反应后的气体经净化装置42送入精制装置进一步精制，净化装置42用于气体的脱硫脱碳处理，精制装置43用于精制和补氮。

作为本实施例的一种优选方式，气化煤气与合成气压缩耦合单元3包括连通设置的气液分离器31和压缩机组32；

压缩机组32包括依次同轴连接设置的煤气透平321，合成气压缩机322 和电动装置323；煤气透平321用于回收压缩能，并与电动机装置323联合驱动合成气压缩机322转动；合成气压缩机322还分别有连接精制装置43和氨合成塔5，合成气压缩机322用于对由精制装置43输入的合成气进行加压处理得，并将加压处理后得到的高压合成气送入氨合成塔5。

作为本实施例的一种优选方式，煤气透平321与合成气压缩机322之间还设置有离合器324。

作为本实施例的一种优选方式，合成气压缩机322和电动机装置323之间还设置有齿轮箱325。

作为本实施例的一种优选方式，电动机装置323为电机或汽轮机。

作为本实施例的一种优选方式，预变换炉24包括绝热变换炉、等温变换炉。

本实用新型的使用过程如下：

原料煤(粉煤、水煤浆)经气流床气化炉1气化生成高压(4MPa～6.5MPa)、高气水比、高CO(～65％)煤气，首先，煤气通过分离器21分离凝液后进入煤气透平321回收压力能，回收的压力能与电动装置323同轴拖动合成气压缩机 322，然后回收完压力能的煤气依次进入预变换单元的分离器21、预热器22、过滤器23和预变换炉24，将高气水比、高CO(～65％)的煤气变换反应成满足原有变换装置入口煤气(CO～25％)要求的变换后煤气，变换后煤气经原有变换炉发生变换反应后，依次进入净化装置实现脱硫脱碳、精制装置实现精制和补氮后，再经煤气透平321、离合器324、合成气压缩机322、齿轮箱325、电机 323组成的同轴机组加压(～22MPa)，进入氨合成塔生成液氨。

本实用新型通过增加预变换单元使得进入变换炉的煤气组分、浓度可以满足现有装置的要求，气化煤气与合成气压缩耦合单元使得进入变换炉的煤气的压力可以满足现有装置的要求，同时减少了能源转换环节，降低了系统的能耗。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于透平耦合与预变换的合成氨系统，包括气流床气化炉(1)，其特征在于，还包括与气流床气化炉(1)连通设置的气化煤气透平与合成气压缩耦合单元(3)，所述气化煤气透平与合成气压缩耦合单元(3)还依次连接有预变换单元(2)及合成气精制单元(4)；

所述气流床气化炉(1)用于对原料煤进行连续加压气化得到高压煤气，并将得到的高压煤气送入气化煤气与合成气压缩耦合单元(3)；

所述气化煤气与合成气压缩耦合单元(3)用于降低输入煤气的出口压力和回收压力能，并将压缩后的合成气输入预变换单元(2)

所述预变换单元(2)用于改变输入的合成气的组分及浓度，并将组分及浓度改变后的煤气送入合成气精制单元(4)；

所述预变换单元(2)包括依次连通的分离器(21)、预热器(22)、过滤器(23)和预变换炉(24)；所述分离器(21)还与所述气化煤气与合成气压缩耦合单元相连，所述分离器(21)用于分离气化煤气的冷凝液，所述过滤器(23)用于过滤杂质。

2.如权利要求1所述的基于透平耦合与预变换的合成氨系统，其特征在于，所述合成气精制单元(4)包括依次连通设置的变换炉(41)、净化装置(42)和精制装置(43)，所述变换炉(41)用于发生二次变换反应，并将反应后的气体经净化装置(42)送入精制装置，所述净化装置(42)用于脱硫脱碳，所述精制装置(43)用于精制和补氮。

3.如权利要求1所述的基于透平耦合与预变换的合成氨系统，其特征在于，所述气化煤气与合成气压缩耦合单元(3)包括连通设置的气液分离器(31)和压缩机组(32)；

所述压缩机组(32)包括依次同轴连接设置的煤气透平(321)，合成气压缩机(322)和电动装置(323)；所述煤气透平(321)用于回收压缩能，并与所述电动装置(323)联合驱动合成气压缩机(322)转动；所述合成气压缩机(322)还分别有连接精制装置(43)和氨合成塔(5)，所述合成气压缩机(322)用于对由精制装置(43)输入的合成气进行加压处理得，并将加压处理后得到的高压合成气送入氨合成塔(5)。

4.如权利要求3所述的基于透平耦合与预变换的合成氨系统，其特征在于，所述煤气透平(321)与合成气压缩机(322)之间还设置有离合器(324)。

5.如权利要求3所述的基于透平耦合与预变换的合成氨系统，其特征在于，所述合成气压缩机(322)和电动装置(323)之间还设置有齿轮箱(325)。

6.如权利要求3所述的基于透平耦合与预变换的合成氨系统，其特征在于，所述电动装置(323)为电机或汽轮机。

7.如权利要求1所述的基于透平耦合与预变换的合成氨系统，其特征在于，所述预变换炉(24)包括绝热变换炉、等温变换炉。

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