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

无烟煤加压连续气化制备氨合成气装置
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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