CN202610195U - 无烟煤加压连续气化制备氨合成气装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型无烟煤加压富氧空气连续气化制备氨合成气装置,属于无烟煤加压移动床气化制备氨技术领域;所要解决的技术问题为提供一种采用富氧空气和饱和蒸汽为气化剂,连续加压气化小块径无烟煤的氨合成气装置;所采用的技术方案为预热炉进气口与富氧空气压缩机出气口相连,预热炉出气口与气化炉进气口相连,气化炉出气口与分离器进气口相连,分离器出气口与锅炉进气口相连,锅炉出气口与文丘里除尘器进气口相连,文丘里除尘器出气口与洗涤塔进气口相连,洗涤塔出气口与低压废热锅炉进气口相连;本实用新型广泛的应用于无烟煤连续气化制备氨合成气领域。
Description
技术领域
本实用新型无烟煤加压富氧空气连续气化制备氨合成气装置,属于无烟煤加压移动床气化制备氨技术领域。
背景技术
我国2011年以煤为原料生产合成氨5068.7万吨,其中采用20世纪30年代常压间歇技术生产的合成氨能力占约65%,该工艺存在的主要的缺点:
1、要求硫含量低、活性高、灰熔点高、热稳定性好、机械强度高、结渣性弱、25-75mm的无烟块煤或焦炭。因此原料煤局限性很强,煤的利用率很低,25-75mm的成块率仅15%。每吨价格高达1200元以上。大部分企业处于亏损或亏损的边缘。
2、常压气化制得煤气无压,而氨合成要求压力很高15-30Mpa,因此,压缩功大大增加,与4MPa加压气化相比每吨氨耗电多300kW。并且常压气化的气化强度很低,需要的气化炉数量多4倍以上。
3、传统的间隙气化,吹风阶段燃烧过程消耗的煤约占40%,产生的吹风气经废热能回收后全部排入大气,煤中40%的硫以SO2,氮NOx形式排入大气。以晋城无烟煤为例,低硫煤平均硫含量0.8%,氮0.7%左右,则每年向大气排放SO280万吨,一定量NOx。由此可见,对大气造成严重污染。
4、能耗高,吹风效率仅39%,冷煤气效率62%,蒸汽分解率50%,即使将含炭15-20%,含水30%以上的灰渣,含碳50%的造气灰飞送锅炉烧,其热值比煤矸石还低,利用价值有限。
我国有丰富的无烟煤资源,其煤质特征:硫含量0.5-3%、灰含量高达18-24%、灰熔点大于1500℃、可磨性指数35左右的煤特难磨、煤活性较差,不宜用於气流床、流化床气化工艺。只有碎煤加压纯氧气化较为适合,但氧耗高、蒸汽分解率低小于35-38%,650-700℃的高温煤气经水洗涤至206℃进入废热锅炉,生产0.6Mpa低压饱和蒸汽,降低能的利用率。蒸汽消耗大、蒸汽分解率低,废水量大,成本高,限制该工艺推广应用。由于一些地区,年终完不成国家下达的节能指标 ,被迫将这类工厂关闭。因此国家已明文规定,不容许采用固定床间歇气化工艺技术建设新厂,并要求对这些老厂加速改造及陶汰。
发明内容
本实用新型为了克服现有技术的不足,提供一种采用富氧空气和饱和蒸汽为气化剂,连续加压气化小块径无烟煤的氨合成气装置。
为了解决上述技术问题,本实用新型采用的技术方案为:无烟煤加压连续气化制备氨合成气装置,包括富氧空气压缩机、预热炉、气化炉、气化炉汽包、高温旋风分离器、废热锅炉、废热锅炉汽包、文丘里除尘器、洗涤塔和低压废热锅炉及低压废热锅炉汽包,所述预热炉侧面设置有预热炉进气口、预热炉出气口、预热炉进水口和预热炉出水口;所述气化炉顶部设置有煤锁斗,底部设置有灰锁斗,侧面设置有气化炉进气口、气化炉进水口、气化炉出水口和气化炉出气口;所述高温旋风分离器顶部设置有分离器出气口,底部设置有分离器出尘口,侧面设置有分离器进气口;所述废热锅炉顶部设置有锅炉进气口,底部设置有锅炉出尘口,侧面设置有锅炉进水口、锅炉出水口和锅炉出气口;所述洗涤塔顶部设置有洗涤塔出气口,底部设置有洗涤塔出水口,侧面设置有洗涤塔进水口和洗涤塔进气口;所述低压废热锅炉顶部设置有低压锅炉进气口,底部设置有低压锅炉出气口,侧面设置有低压锅炉进水口和低压锅炉出水口;
所述预热炉进气口与富氧空气压缩机出气口相连,预热炉出气口与气化炉进气口相连,气化炉出气口与分离器进气口相连,分离器出气口与锅炉进气口相连,锅炉出气口与文丘里除尘器进气口相连,文丘里除尘器出气口与洗涤塔进气口相连,洗涤塔出气口与低压废热锅炉进气口相连;
所述预热炉出水口与气化炉汽包第一入水口、废热锅炉汽包第一入水口和低压废热锅炉汽包第一入水口相连;
气化炉汽包第二入水口与气化炉出水口相连,气化炉汽包出水口与气化炉入水口相连,气化炉汽包蒸汽出口与气化炉进气口相连;
废热锅炉汽包第二入水口与锅炉出水口相连,废热锅炉汽包出水口与锅炉进水口相连,废热锅炉汽包蒸汽出口与预热炉进气口相连;
低压废热锅炉汽包第二入水口与低压锅炉出水口相连,低压废热锅炉汽包出水口与低压锅炉进水口相连。
本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果。
1、本实用新型采用5-40mm的低硫或高硫、高灰、高灰熔点、难磨无烟碎煤为原料,煤的利用率预计从15%提高到65%左右,估计5-40mm煤价800元/吨,因此可以大大降低产品成本。
2、本实用新型采用氧浓度45%-55%富氧空气气化,粗煤气经变换、脱除CO2后,N2:H2=1:3用于氨合成;由于采用氧浓度48%-52%富氧空气气化,空气带入21%的氧;由于富氧空气中N2代替部分蒸汽载热,蒸汽与氧气比,从3.1降到2.1左右,与同类纯氧气化比,可降低30-35%;氧消耗可降低25-28%,蒸汽消耗降低30-35%,减少煤气冷凝水处理30-35%。
3、本实用新型气化压力为4Mpa,气化炉能力提高4-5倍,因气化强度与压力的平方根成正比,气化炉数量仅为常压气化的1/4~1/5,为装置、工厂大型化创造条件,节省了投资,降低了成本。
4、利用合成氨***排出的废气,用于预热炉,将富氧空气、气化废锅副产的4.8Mpa饱和蒸汽预热至500℃,与气化炉夹套产4.2Mpa饱和蒸汽混合后入气化炉。气化炉出口粗煤气,压力4Mpa、650-700℃左右,经高温旋风除尘器后进入废热锅炉产生4.8Mpa饱和蒸汽,然后粗煤气约250℃进入水洗涤塔,温度降至180℃,饱和煤气进入变换装置,其带入的水蒸气量足够变换反应所需蒸汽,能量利用十分有效。
附图说明
下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。
图1为本实用新型的工艺结构示意图。
图中1为富氧空气压缩机、2为预热炉、3为气化炉、4为气化炉汽包、5为高温旋风分离器、6为废热锅炉、7为废热锅炉汽包、8为文丘里除尘器、9为洗涤塔、10为低压废热锅炉、11为低压废热锅炉汽包。
具体实施方式
如图1所示,无烟煤加压连续气化制备氨合成气装置,包括富氧空气压缩机1、预热炉2、气化炉3、气化炉汽包4、高温旋风分离器5、废热锅炉6、废热锅炉汽包7、文丘里除尘器8、洗涤塔9和低压废热锅炉10及低压废热锅炉汽包11,其特征在于所述预热炉2侧面设置有预热炉进气口、预热炉出气口、预热炉进水口和预热炉出水口;所述气化炉3顶部设置有煤锁斗,底部设置有灰锁斗,侧面设置有气化炉进气口、气化炉进水口、气化炉出水口和气化炉出气口;所述高温旋风分离器5顶部设置有分离器出气口,底部设置有分离器出尘口,侧面设置有分离器进气口;所述废热锅炉6顶部设置有锅炉进气口,底部设置有锅炉出尘口,侧面设置有锅炉进水口、锅炉出水口和锅炉出气口;所述洗涤塔9顶部设置有洗涤塔出气口,底部设置有洗涤塔出水口,侧面设置有洗涤塔进水口和洗涤塔进气口;所述低压废热锅炉10顶部设置有低压锅炉进气口,底部设置有低压锅炉出气口,侧面设置有低压锅炉进水口和低压锅炉出水口;
所述预热炉进气口与富氧空气压缩机出气口相连,预热炉出气口与气化炉进气口相连,气化炉出气口与分离器进气口相连,分离器出气口与锅炉进气口相连,锅炉出气口与文丘里除尘器进气口相连,文丘里除尘器出气口与洗涤塔进气口相连,洗涤塔出气口与低压废热锅炉进气口相连;
所述预热炉出水口与气化炉汽包第一入水口、废热锅炉汽包第一入水口和低压废热锅炉汽包第一入水口相连;
气化炉汽包第二入水口与气化炉出水口相连,气化炉汽包出水口与气化炉入水口相连,气化炉汽包蒸汽出口与气化炉进气口相连;
废热锅炉汽包第二入水口与锅炉出水口相连,废热锅炉汽包出水口与锅炉进水口相连,废热锅炉汽包蒸汽出口与预热炉进气口相连;
低压废热锅炉汽包第二入水口与低压锅炉出水口相连,低压废热锅炉汽包出水口与低压锅炉进水口相连。
将纯氧与空气通入富氧空气压缩机1,混合压缩为富氧空气,所述富氧空气的含氧量为45%-55%,然后将富氧空气与来自废热锅炉6的饱和蒸汽混合,进入预热炉2,预热至500℃后与夹套产生的蒸汽混合得到原料气,所述原料气中蒸汽与单质氧的重量份比为2-2.2:1;预热炉2同时还将供给气化炉汽包4、废热锅炉汽包7和低压废热锅炉汽包11的锅炉给水预热。
块径5-40mm、硫含量0.5-3%、灰含量18-24%、灰熔点1450℃-1500℃、可磨性指数32-50的无烟煤通过煤锁斗、灰锁斗进入气化炉3,无烟煤与上升的煤气逆流接触,从上至下经过干燥、气化、燃烧、灰渣区,经旋转炉蓖排入灰锁斗及灰处理***。富氧空气压缩后与蒸气混合进入预热炉2,预热至500℃与夹套产蒸气混合,进入气化炉3炉蓖室,按设定的比例均匀分布到气化炉3灰渣区,气化剂与灰渣热交换,灰渣温度从1400-1450℃降到300-350℃排入灰锁斗。气化剂温度进一步提高,上升至燃烧区与气化反应区下移的残炭燃烧,温度瞬间上升1450℃左右进入气化区。随着气化反应的进行,煤气温度逐步下降直至气化反应接近终止。气化反应中富氧空气每立方米(常温常压)气化0.75-0.9kg的无烟煤,原料气与无烟煤气化反应后产生粗煤气,所述粗煤气压力4.0Mpa、温度650-700℃,粗煤气组成如下:
组分 | CO | CO2 | H2 | CH4 | N2 | S |
体积百分比% | 26-28 | 18-20 | 34-36 | 2-3 | 18-20 | 0.3-1 |
粗煤气通入高温旋风分离器5分离除尘后,再通入废热锅炉6降温至230-260℃,得到一次降温粗煤气,同时产生4.8Mpa的高压饱和蒸汽,所述高压饱和蒸汽用于与所述富氧空气混合。
所述一次降温粗煤气经过文丘里除尘器8再次除尘后,进入洗涤塔9除尘降温至206℃,最后进入低压废热锅炉10二次降温得到170-190℃的氨合成粗煤气,同时产生0.6Mpa低压蒸汽,所述氨合成粗煤气所含的饱和蒸汽满足变换条件。
由于合成氨需要25%的氮,因此采用4Mpa压力下富氧空气气化,每吨氨电耗可降低300kw以上。入炉煤粒度从25-75mm变为5-50mm,利用率从15%提高到65%。原料煤成本可降低40%以上。可降低氧耗25-28%,蒸汽消耗降低30-35%,减少煤气冷凝水处理30-35%。
采用氧浓度45%-55%富氧空气气化,粗煤气经变换、脱除CO2后,N2:H2=1:3用于氨合成。
由于采用氧浓度45%-55%富氧空气气化,空气带入21%的氧,氧耗降低25-28%。
由于富氧空气中N2代替部分蒸汽载热,与同类纯氧气化比,蒸汽消耗可降低30-35%。
Claims (1)
1.无烟煤加压连续气化制备氨合成气装置,包括富氧空气压缩机(1)、预热炉(2)、气化炉(3)、气化炉汽包(4)、高温旋风分离器(5)、废热锅炉(6)、废热锅炉汽包(7)、文丘里除尘器(8)、洗涤塔(9)和低压废热锅炉(10)及低压废热锅炉汽包(11),其特征在于所述预热炉(2)侧面设置有预热炉进气口、预热炉出气口、预热炉进水口和预热炉出水口;所述气化炉(3)顶部设置有煤锁斗,底部设置有灰锁斗,侧面设置有气化炉进气口、气化炉进水口、气化炉出水口和气化炉出气口;所述高温旋风分离器(5)顶部设置有分离器出气口,底部设置有分离器出尘口,侧面设置有分离器进气口;所述废热锅炉(6)顶部设置有锅炉进气口,底部设置有锅炉出尘口,侧面设置有锅炉进水口、锅炉出水口和锅炉出气口;所述洗涤塔(9)顶部设置有洗涤塔出气口,底部设置有洗涤塔出水口,侧面设置有洗涤塔进水口和洗涤塔进气口;所述低压废热锅炉(10)顶部设置有低压锅炉进气口,底部设置有低压锅炉出气口,侧面设置有低压锅炉进水口和低压锅炉出水口;
所述预热炉进气口与富氧空气压缩机出气口相连,预热炉出气口与气化炉进气口相连,气化炉出气口与分离器进气口相连,分离器出气口与锅炉进气口相连,锅炉出气口与文丘里除尘器进气口相连,文丘里除尘器出气口与洗涤塔进气口相连,洗涤塔出气口与低压废热锅炉进气口相连;
所述预热炉出水口与气化炉汽包第一入水口、废热锅炉汽包第一入水口和低压废热锅炉汽包第一入水口相连;
气化炉汽包第二入水口与气化炉出水口相连,气化炉汽包出水口与气化炉入水口相连,气化炉汽包蒸汽出口与气化炉进气口相连;
废热锅炉汽包第二入水口与锅炉出水口相连,废热锅炉汽包出水口与锅炉进水口相连,废热锅炉汽包蒸汽出口与预热炉进气口相连;
低压废热锅炉汽包第二入水口与低压锅炉出水口相连,低压废热锅炉汽包出水口与低压锅炉进水口相连。
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