专利名称：一种具有燃气动力的固定床煤造气工艺的制作方法
技术领域：
本发明是关于煤气化的一种工业化生产方法，特别涉及以煤为原(燃)料生产合成氨等化工产品所需的粗煤气和燃气动力的联合工艺。
现行的以煤为原料生产合成氨等化工产品所需的粗煤气方法主要有固定床气化炉(UGI、加压Lurgi)；沸腾流化床(Winkler、Lurhgi、CBF)；混合流型气化炉(Texaco、Shll)及变压煤造气工艺。
这些工艺中常压UGI造气因近50％的未分解蒸汽在洗塔被洗涤水带走，不仅能耗高，而洗涤水的处理不仅污染环境，且增加投资、能耗和成本。上述其余煤制气工艺均需富氧或纯氧，为此必须配备制氧装置，这无疑增大了投资又增加了能耗，特别是粗煤气用作合成氨或甲醇原料时，粗煤里的温度有效能均是转化为高压蒸汽后，再用作压缩工艺气体的动力，实际上不仅增加了装置投资而且降低了有效能利用率，所以凡是以富氧或纯氧制合成氨或甲醇原料气的吨产品能耗均在40GJ以上。若进一步提高煤气化工艺压力虽可降低动力消耗，但又会增大制气装置投资以满足粗煤中CH4等惰性气体含量合格，也不是最经济的。变压煤造气工艺虽不需制氧装置，但由于吹风、制气工艺压力的巨大而频繁的波动，不仅设备容易疲劳损坏，而且工艺有效气体损失巨大，无疑会增大单位产品成本和能耗，也不是经济的。
现行的压力流化床燃气技术，即使是第二代(APFBC)联合循环，效率虽然已达到46％，但由于其中的50％仍是采用降低有效能利用率的高压蒸汽来得到的，故，它的有效能利用率不可能还有大幅度的提高。这类单独产生动力的燃气--蒸汽动力循环系统，由于部分采用蒸汽循环工艺，单位动力的能耗(即KWh耗热率)、投资及成本也不是最经济的。
现行的以煤为原料制粗煤气和采用压力流化床制取动力燃气其煤的粒度都在数毫米至数微米之间，且气流速度高，其燃气和煤气中国体微尘含量极高，这无疑会增大分离的难度和装置投资。
鉴于现行工艺制合成产品原料气或APFBC发电的缺点-单位产品投资高，有效能利用率低，成本高。本发明提出一种具有投资低，有效能利用率更高、单位产品成本更低的，将煤制粗原料气、低热值压力燃气及燃气动力装置集成为煤气-燃气-动力(发电)联合工艺。
发明是这样实现的以块煤或加入了碱土金属氧化物为脱硫剂的煤球、煤棒为原料，采用加压(0.6～4.0MPa)固定床间歇气化炉(20)，先后将具有一定压力的空气(5)、饱和了水蒸汽的湿空气(25)、纯蒸汽(24)、轮流送入气化炉(20)固定床炭层中，先后制得低热值空气煤气、富氮半水煤气、水煤气。
空气吹送阶段由于是加压空气，气体密度大、且气流速度低，空气中的O2在炭层氧化区迅速燃烧，放出热量加热炭层至软化点，气流上升至炭层还原区，气体中的部分CO2与炭层中的碳元素发生还原反应生成CO后，气流经过于馏层离开煤气炉经吹风煤气阀(8)进入具有缓冲、除尘作用的二次燃烧室，与经燃烧空气管(21)送来热空气及合成氨尾气管(30)送来的部份合成氨尾气混合燃烧，温度升至600℃～1500℃(这里的温度取决于燃气动力转化装置工作温度要求，并由燃烧空气管(21)上的阀门补入过量空气，或由空压机进口回收部份常温常压燃机泛气控制)后，高温燃气进入燃气动力转化装置(12)，这里的燃气动力转化为机械能的装置，可以是燃气轮机或其它能将燃气动力转化为机械能的装置，燃气轮机输出的机械能一部份通过空压机(3)将常压空气加压至工艺要求压力，一部份通过发电机转化为电力供其它动力设备使用，或直接提供合成气压缩机动力。
出燃气轮机的热气体(13)，再经余热锅炉(14)将部分热量转化为制水煤气所需的蒸汽后，经循环水加热器(16)进一步回收热量，燃气温度降至80℃左右排入大气。
湿空气吹送阶段主要是制取富N2半水煤气，该煤气根据合成氨氢氮比要求和全厂动力平衡，以及终端产品(氮肥或液氨)或电力价格可以调节为动力燃气和合成氨用气。以使装置运行获得最大的经济效益。
蒸汽吹送阶段，在制取水煤气的同时，以调整炉内炭层中气化层位置。蒸汽可以分别作上吹和下吹，控制固定床顶部温度及炉渣残炭。
湿空气与纯蒸汽制气阶段制得的粗煤气，经煤气总管(7)上阀门(22)送入具有缓冲、除尘、降温作用的水加热器(28)进行除尘降温后，经煤气管(29)送入CO变换及后续工序。
本发明中的气化炉(20)在正常运转时，为保证整个系统平衡稳定，应有2～4台相同规格的气化炉，按同一周期以不同的相位依次运行。
本发明中的部分尾气转化制原料气是蒸汽吹送阶段，将尾气(26)部分送入炉内利用炽热炭层将甲烷转化为CO和H2。
本发明中的饱和热水循环是这样实现的在泵(32)的驱动下将出饱和塔的低温热水(31)，经过热水管(33)将低温热水送入燃气循环水加热器(16)吸收燃气余热后，经热水管(34)压入粗煤缓冲除尘水加热器(28)进一步提高温度后，经过热水管(35)注入饱和塔(30)顶部，与来自压缩空气总管(4)的干压缩空气逆流接触，将热水中的热量转化为制气工艺所需的湿空气中的蒸汽原料，以供制取富N2煤气之用。
本发明与现行的煤制气工艺比较，由于采用空气作为氧化剂，无需设置空分制氧装置不仅降了装置投资，而且节约了制氧能耗，以生产合成氨为例，吨氨耗O2最低的富氧常压造气工艺也需465Nm3纯氧，而吨氨总成本最低的荷兰壳牌(Shell)粉煤制气新工艺，吨氨耗纯O2达1000Nm3以上。本发明与现行的各种富O2或纯O2煤制气工艺比较，吨氨减少制O2动力消耗达250～500KWh(0.9～1.8GJ)。
本发明与现行国内众多的常压间歇式煤制气相比，由于提高了煤制气压力，大幅提高热利率，吨氨节能达4.186GJ、由于提高了制气压力节省了将常压煤气加压到CO变工艺压力的动力消耗，吨氨达280KWh(1.0GJ)。
本发明与变压煤造气相比较，由于提高了吹风空气压力，并进行二次燃烧将煤气中的化学有效能转化为温度有效能，驱动燃气轮机为压缩制气空气和其它合成气提供了动力，从而大大降低了合成氨外供动力消耗，吨氨节电可达1000KWh以上，以1KWh-0.01184GJ计吨氨节能11.84GJ。
本发明由于采用了加压煤气炉转化部份合成尾气中的CH4成为CO+H2工艺，使合成氨尾气中名义H2回收率达到100％以上。该工艺与现行的变压吸附，膜分离和深冷法回收合成氨尾气的工艺相比较不仅节省了H2回收装置投资、简化了工艺，而且更多地节省了吨氨原料煤消耗，达60Kg/tNH3(1.6GJ)。
本发明中的煤制气温度均在煤的软化温度以下，由于气化温度低，氮氧化物少，煤中的硫由于加入了碱土金属氧化物，大多数以硫化钙或硫酸钙的形式随炉渣排除，大大减少了燃气和煤气中的硫化物，既减少气体脱硫费用、能耗，又保护了环境。
本发明与现行的以蒸汽轮机为动力装置的大型合成氨工艺相比较，由于没有蒸汽轮机，故大大降了软水供应和制软水所花费的投资和运行费用。
本发明与现行最先进的压力流化床燃料技术(APFBC)相比较，由于没有蒸汽轮机(ST)、没有蒸汽冷凝潜热的损失，本发明获得的燃气动力、每KWh耗热率将由APFBC工艺的8234KJ降为4100KJ，这是无疑大大降低了动力费用，即合成氨成本。
本发明与现行的水煤浆制气和壳牌粉煤制工艺比较，由于没有液态排渣的冷激污水，故本发明没有污水排放及污水处理装置费用。
综上所述，采用本发明的煤制气工艺生产合成氨，吨氨总能耗将降到28GJ以下，仅为荷兰Shell粉煤制气生产合成氨吨氨能耗42GJ的2/3。
若中国以煤制气生产合成氨的近2500万吨装置采用本发明提供的直接以空气为氧化剂的压力煤气-燃气-动力联合工艺生产合成氨，吨氨节电可达1200KWh，仅电耗一项全国每年就可节省300亿KWh，占全国年发电总量的2.4％。价值人民币100亿，以1KWh折0.404Kg标煤计，节煤总量达121.1亿Kg，热利用率提高，吨氨节能以4.186GJ，折标煤达50亿Kg，价值人民币15亿元之多。全国中小氮肥采用本发明不仅可使吨氨成本下降460元，吨尿素成本下降270元，吨碳铵成本下降115元，使整个氮肥行业由亏损变为盈利，使整个行业各项经济技术指标跨入世界先进水平，从而带动氨为原料的其它行业发展，氮肥产品不仅可有效占领国内市场而且可占领国外市场，使中国的民族氮肥工业在全球经济一体化中立于不败之地。
实施本发明可根据具体情况分为三种情况；1.以碳酸氧铵为终端产的现有中小氮肥厂可采用0.8～1.3MPa级的煤气-燃气-动力联合制气工艺。将原氢氮气压缩机低压段(一二段)改为压缩制气空气，可减投资。以年产NH33万吨规模为例只需配置Φ2.8米加压煤气炉三台(两开一备)，4500千瓦燃气发电装置一套，总投资约1千万元。投运正常后每年节电3000万KWh，静态投资一年即可收回。
2.以尿素为终端产品的中小氮肥厂，要根据脱碳工艺压力等因素，采用本发明中的工艺压力可设为0.8～4.0MPa。主要设备仍然是加压煤气炉和燃气发电机组。
3.新建厂无论日产氨100t、300t、1000t乃至更大规模厂，可采用燃气轮机直接驱动各种动力设备，以简化工艺节省投资。
权利要求
1.一种具有燃气动力的固定床煤造气工艺，其特征是以加压(0.6MPa～4.0MPa)空气、蒸汽为气化剂，在加压固定床煤气炉内轮流进行通入以空气为主的加压空气，产生低可燃气体空气煤气的同时，提高炉内碳层温度至软化点后；通入以蒸汽为主要气化剂，产生合成氨或其它化工产品所需的煤气。
2.根据权利要(1)所述的一种具有燃气动力的固定层煤气化工艺，其特征是具有一定压力和可燃气体的空气煤气在加入空气二次燃烧后，将其中的化学有效能转化为物理有效能，再进入燃气轮机将物理有效能转化为机械能，为煤造气工艺所需的加压空气和进一步压缩后工序合成气提供动力。
3.根据权利要(1)和(2)所述的一种具燃气动力的固定床煤气化工艺，其特征是出燃气轮机后具有一定温度的常压燃气经余热锅炉回收热量产生蒸汽后，采用饱和热水循环工艺将低湿燃气和工艺煤气余热转化为入炉湿空气中的水蒸汽。
4.根据权利要求1.2.3.所述的一种具有燃气动力的固定床煤造气工艺，其特征是部分合成氨(或以煤气为原料的其它合成产品)尾气被作为原料回送入制原料气阶段的煤气炉内，将其中的甲烷转化为一氧化碳和氢气。与其它气体一道重新成合成产品原料气。
5.根据权利要求1.2.3.4.所述的一种具有燃气动力的固定床煤造气工艺，其特征是在加压间歇式固定床内以块煤(或煤球、煤棒)为原料制得合格粗煤气同时又制造生产以煤为原料的化工产品所需的部分或全部动力乃至对外输出动力。
6，根据权利要求1.所述的一种具有燃气的动力的固定床煤造气工艺，其特征是在加压煤气炉的固体块状燃料中加入了碱土金属氧化物，在制得低热值动力燃气和粗煤气的同时脱除了气体中的硫等酸性化物。
7.根据权利要求1所述的一种具有燃气动力的固定床煤造气工艺，其特征是通入以空气为主的加压空气中的次要成份是回收动力、热量后的常温常压燃气(泛气)。
全文摘要
一种具有燃气动力的固定床煤造气工艺,特别涉及以煤为原料制NH
文档编号C10J3/02GK1253994SQ98121849
公开日2000年5月24日 申请日期1998年11月16日 优先权日1998年11月16日
发明者李开健 申请人:刘红