合成氨工藝碎煤熔渣氣化方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種合成氨工藝碎煤熔渣氣化方法，包括：包括以下步驟：向碎煤熔渣氣化爐加入碎煤，碎煤向氣化爐下部移動(dòng)；碎煤移動(dòng)至氣化爐的蒸餾干燥區(qū)進(jìn)行蒸餾干燥，通過(guò)氣體加熱將水分和揮發(fā)性物質(zhì)隨氣體以粗氣的形式排出；蒸餾干燥后的碎煤移動(dòng)至氣化爐的氣化區(qū)進(jìn)行氣化；氣化后的碎煤生成的焦炭物移至氣化爐底部的燃燒區(qū)進(jìn)行燃燒。本發(fā)明的合成氨工藝碎煤熔渣氣化方法可以有效的利用碎煤生產(chǎn)粗氣，實(shí)現(xiàn)碎煤的煤氣化。通過(guò)利用燃燒產(chǎn)生的氣體對(duì)碎煤進(jìn)行蒸餾干燥，可以有效的提高能量的利用率，從而有效的降低了生產(chǎn)成本，并且由于對(duì)能源需求的降低，還有利于環(huán)境的保護(hù)，進(jìn)而有效的提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
【專利說(shuō)明】合成氨工藝碎煤熔渣氣化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及化工【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種合成氨工藝碎煤熔渣氣化方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，以煤為原料的合成氨工藝主之間的區(qū)別要取決于煤氣化的具體方式。煤氣化技術(shù)早在二十世紀(jì)五十年代就已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，后因天然氣、石油大量開(kāi)發(fā)，煤氣化的發(fā)展一度停止。
[0003]二十世紀(jì)七十年代初，由于出現(xiàn)能源危機(jī)，發(fā)達(dá)國(guó)家出于對(duì)石油天然氣供應(yīng)緊張的擔(dān)憂，紛紛把煤氣化技術(shù)作為替代能源重新提到議事日程，并加快煤氣化新工藝研究。為了提高燃煤電廠熱效率，減少對(duì)環(huán)境污染，對(duì)煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了大量的研究和改進(jìn)工作，因而促進(jìn)了煤氣化技術(shù)的發(fā)展。目前已成功開(kāi)發(fā)了對(duì)煤種適應(yīng)性廣、氣化壓力高、生產(chǎn)能力大、氣化效率高和污染少的新一代煤氣化工藝。
[0004]其中，具有代表性的有荷蘭殼牌公司的干煤粉氣化工藝、美國(guó)GE公司的水煤漿氣化工藝、德國(guó)未來(lái)能源公司的GSP工藝及德國(guó)魯奇工藝。90年代末期，由于國(guó)際石油和天然氣價(jià)格的不斷攀升，出于生產(chǎn)成本壓力，國(guó)內(nèi)大型合成氨生產(chǎn)企業(yè)紛紛提出引進(jìn)殼牌、德士古、魯奇等國(guó)外先進(jìn)煤氣化技術(shù)，實(shí)施油改煤、氣改煤的技術(shù)改造。
[0005]殼牌煤粉氣化技術(shù)在國(guó)外主要用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，雖然對(duì)煤種的適應(yīng)性較強(qiáng)，但該氣化方式設(shè)備檢修頻繁，對(duì)生產(chǎn)影響較大。德士古水煤漿氣化技術(shù)較為成熟，但由于對(duì)煤的灰熔點(diǎn)和成漿性要求較高，對(duì)選用的煤炭要求較高，相應(yīng)提高了生產(chǎn)成本。恩德?tīng)t適用的煤種較廣泛，設(shè)備已全部國(guó)產(chǎn)化，穩(wěn)定運(yùn)行的裝置較多，但是單套裝置規(guī)模相對(duì)較小，運(yùn)行和管理成本相對(duì)高。
[0006]目前，國(guó)內(nèi)以煤為原料的大型合成氨裝置全部采用的是引進(jìn)技術(shù)，其他中小型氨廠的煤氣化工藝基本采用以無(wú)煙塊煤、型煤和焦炭為原料的常壓固定床間歇?dú)饣に?，雖然該技術(shù)成熟可靠、設(shè)備全部國(guó)產(chǎn)化、且較為經(jīng)濟(jì)，但由于對(duì)煤質(zhì)要求高、生產(chǎn)強(qiáng)度小、碳轉(zhuǎn)化率低和“三廢”排放量相對(duì)較大，已被國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策列入限制類工藝。在現(xiàn)代氣化技術(shù)中，魯齊固定床加壓氣化技術(shù)具有氧耗低和建設(shè)成本低的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也有氣化強(qiáng)度低、蒸汽消耗大利用率低和大量氣化污水造成凈化成本高的缺點(diǎn)。
[0007]因此，如何經(jīng)濟(jì)高效的實(shí)現(xiàn)合成氨工藝中的煤氣化就成為亟待解決的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為解決現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法經(jīng)濟(jì)高效的實(shí)現(xiàn)合成氨工藝中的煤氣化的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種合成氨工藝碎煤熔渣氣化方法，包括以下步驟:
[0009]向碎煤熔渣氣化爐加入碎煤，所述碎煤堆積于所述氣化爐上部，并向所述氣化爐下部移動(dòng)；
[0010]所述碎煤移動(dòng)至所述氣化爐的蒸餾干燥區(qū)進(jìn)行蒸餾干燥，通過(guò)來(lái)自所述氣化爐下部的氣體加熱，以將水分和揮發(fā)性物質(zhì)隨所述氣體以粗氣的形式排出；
[0011]蒸餾干燥后的所述碎煤移動(dòng)至所述氣化爐的氣化區(qū)進(jìn)行氣化，以發(fā)生吸熱反應(yīng)，使上升至所述蒸餾干燥區(qū)的氣體達(dá)到維持與所述碎煤發(fā)生最小反應(yīng)的狀態(tài)；
[0012]氣化后的所述碎煤生成的焦炭物移至所述氣化爐底部的燃燒區(qū)進(jìn)行燃燒，與通入所述氣化爐的氧氣和蒸汽發(fā)生反應(yīng)，生成一氧化碳、二氧化碳、氫氣和蒸汽的混合氣體。
[0013]所述碎煤的直徑為6_至50_。
[0014]所述燃燒區(qū)的燃燒溫度為1400°C至1600°C。
[0015]所述揮發(fā)性物質(zhì)包括:焦、油、石腦油、苯酚、氨和脂肪酸。
[0016]所述粗氣的溫度為300°C至550°C。
[0017]所述碎煤熔渣氣化爐的壓力為2.5MPa。
[0018]本發(fā)明的合成氨工藝碎煤熔渣氣化方法可以有效的利用碎煤生產(chǎn)粗氣，從而實(shí)現(xiàn)碎煤的煤氣化。通過(guò)利用燃燒產(chǎn)生的氣體對(duì)碎煤進(jìn)行蒸餾干燥，可以有效的提高能量的利用率，相應(yīng)減少了其他能源的需求，從而有效的降低了生產(chǎn)成本，并且由于對(duì)能源需求的降低，還有利于環(huán)境的保護(hù)，進(jìn)而有效的提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1為本發(fā)明合成氨工藝碎煤熔渣氣化方法實(shí)施例的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0022]圖1為本發(fā)明合成氨工藝碎煤熔渣氣化方法實(shí)施例的流程圖，如圖1所示，本實(shí)施例的合成氨工藝碎煤熔渣氣化方法可以包括以下步驟:
[0023]步驟101，向碎煤熔渣氣化爐加入碎煤，碎煤堆積于氣化爐上部，并向氣化爐下部移動(dòng)。
[0024]具體的，碎煤熔渣氣化爐以塊/碎煤為原料，氣化過(guò)程能耗較低，碎煤直接從氣化爐頂部進(jìn)入，堆積在其上部，被自碎煤熔渣氣化爐下部向上移動(dòng)的氣體熱解，熱解后的碎煤緩慢地降到氣化爐的中下部。
[0025]投料煤從儲(chǔ)煤倉(cāng)中取出，通過(guò)煤鎖系統(tǒng)加壓后進(jìn)入到氣化爐中。煤鎖的上下兩端相應(yīng)各裝有閥門(mén)。底部間歇地關(guān)閉，其正常打開(kāi)時(shí)，可以讓煤自由地落入到氣化爐中。上部閥門(mén)打開(kāi)時(shí)，可以使煤鎖重新填滿投料煤和助熔劑。然后上部閥門(mén)關(guān)閉，氣化爐在惰性氣體與產(chǎn)出氣的作用下增壓，然后底部閥門(mén)重新打開(kāi)完成整個(gè)循環(huán)。煤鎖系統(tǒng)投入的煤經(jīng)過(guò)布煤器裝置連續(xù)、均勻地添加到燃料床的頂部。對(duì)于粘結(jié)性強(qiáng)的投料煤，布煤器還附有一個(gè)攪拌器，使煤在氣化爐上部加熱時(shí)，可以保持自由流動(dòng)的狀態(tài)，以便于反應(yīng)的充分進(jìn)行。
[0026]優(yōu)選地,碎煤的直徑為6mm至50mm。根據(jù)發(fā)明人實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù),碎煤的直徑為6mm至50mm時(shí)，可以保證反應(yīng)的充分進(jìn)行。碎煤尺寸過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)不充分，并且浪費(fèi)原料。碎煤尺寸過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)過(guò)于強(qiáng)烈和迅速，不利于生產(chǎn)的正常進(jìn)行。
[0027]步驟102、碎煤移動(dòng)至氣化爐的蒸餾干燥區(qū)進(jìn)行蒸餾干燥，通過(guò)來(lái)自氣化爐下部的氣體加熱，以將水分和揮發(fā)性物質(zhì)隨氣體以粗氣的形式排出。
[0028]具體的，來(lái)自氣化爐下部的氣體與下降的碎煤接觸后相互換熱，使氣體的溫度進(jìn)一步降低。而碎煤的溫度則相應(yīng)升高，碎煤經(jīng)過(guò)加熱被干餾，相應(yīng)會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)。這些揮發(fā)性物質(zhì)和碎煤被加熱所蒸發(fā)出的水分，隨氣體以粗氣的形式排出氣化爐。理論上，由氣化爐下部噴嘴噴入的蒸汽在自下而上的反應(yīng)過(guò)程中已經(jīng)被消耗殆盡，氣化爐出口排出的粗氣中的水分全部來(lái)自碎煤中經(jīng)干燥脫出的水分。
[0029]優(yōu)選地，揮發(fā)性物質(zhì)可以包括:焦、油、石腦油、苯酚、氨和脂肪酸。煤干燥蒸餾后，一般可以揮發(fā)出焦、油、石腦油、苯酚、氨和脂肪酸等物質(zhì)，這些氣態(tài)揮發(fā)性物質(zhì)可以隨粗氣一同排出氣化爐。在后續(xù)工序中，可以將這些揮發(fā)性物質(zhì)從粗氣中分離出來(lái)，作為副產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)一步加工或出售，從而提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。
[0030]進(jìn)一步優(yōu)選地，粗氣的溫度為300°C至550°C。經(jīng)過(guò)與碎煤的充分換熱，排出氣化爐的粗氣的溫度應(yīng)控制在300°C至550°C。這樣一方面可以有效的保證碎煤的蒸餾干燥的效果，可以有效的提高熱能的利用，從而節(jié)約能源。另外還便于粗氣在下一工序的處理。
[0031]步驟103、蒸餾干燥后的碎煤移動(dòng)至氣化爐的氣化區(qū)進(jìn)行氣化，以發(fā)生吸熱反應(yīng)，使上升至蒸餾干燥區(qū)的氣體達(dá)到維持與碎煤發(fā)生最小反應(yīng)的狀態(tài)。
[0032]具體的，來(lái)自燃燒區(qū)的包含一氧化碳、二氧化碳、氫氣和蒸汽的氣體，在氣化爐較上部區(qū)域與從上部向下移動(dòng)的碎煤被蒸餾干燥后生成的焦炭物發(fā)生一系列吸熱性反應(yīng)。由于這些反應(yīng)消耗了熱量，使反應(yīng)后生成的氣體的溫度向氣化爐向上的方向逐層降低，最終在該區(qū)上部達(dá)到一個(gè)與焦炭物發(fā)生維持最小反應(yīng)的狀態(tài)。
[0033]步驟104、氣化后的碎煤生成的焦炭物移至氣化爐底部的燃燒區(qū)進(jìn)行燃燒，與通入氣化爐的氧氣和蒸汽發(fā)生反應(yīng)，生成一氧化碳、二氧化碳、氫氣和蒸汽的混合氣體。
[0034]具體的，預(yù)先混合好的蒸汽和氧氣通過(guò)噴嘴噴入到氣化爐底部的燃燒區(qū)。通入氧氣的氣壓為2.5MPa，純度大于99.5%，蒸汽的氣壓為3.82MPa，溫度為250°C。氧氣與來(lái)自氣化爐較上部分生成的焦炭物迅速反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱、一氧化碳、二氧化碳和氫氣。其中，盡可能少量的蒸汽添加入氣化爐，保證該區(qū)域的高溫狀態(tài)，以使煤中的灰分與助熔劑混合熔融化，形成可流動(dòng)地液態(tài)熔渣，沉積到氣化爐的渣池中。
[0035]熔渣經(jīng)過(guò)激冷、冷卻后最終從氣化爐中排出。熔渣的熔融溫度和粘性能夠通過(guò)改變操作參數(shù)或在投料煤中增加適量助熔劑的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制。液態(tài)熔渣通過(guò)排渣口進(jìn)入到渣池下部注滿了水的激冷室進(jìn)行快速激冷，使液態(tài)熔渣形成玻璃狀碎渣，形成的固體渣可經(jīng)過(guò)渣鎖裝置間歇地排出。該渣鎖裝置上下端部均裝有閥門(mén)，上部閥門(mén)通常保持開(kāi)啟狀態(tài)，使激冷后形成的熔渣和水方便地流入到渣鎖容器中。在間歇的排渣時(shí)，該閥門(mén)關(guān)閉，底部的閥門(mén)開(kāi)啟，將熔渣和水排出。排渣完成后底部閥門(mén)關(guān)閉，渣鎖裝置重新注滿水。頂端的閥門(mén)重新打開(kāi)進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。在激冷結(jié)渣過(guò)程中交換到激冷水中的熱量，經(jīng)過(guò)激冷室內(nèi)的循環(huán)水系統(tǒng)帶出，通過(guò)幾個(gè)冷卻器和一個(gè)水力旋流器或分離器冷卻回收，從而保證熔渣以細(xì)小的顆粒狀態(tài)排出。
[0036]在碎煤熔渣氣化爐內(nèi)，高溫下碎煤與蒸汽、氧氣進(jìn)行升溫、揮發(fā)成份脫除、裂解、燃燒及轉(zhuǎn)化等一系列物理和化學(xué)過(guò)程，氣化爐的反應(yīng)物在高溫加壓條件下發(fā)生多相反應(yīng)，其影響因素較多，其過(guò)程較為復(fù)雜，理論上一般認(rèn)為存在如下反應(yīng):CmHn(揮發(fā)成份)+(m+n/4)O2 = mC02 + n/2H20 ；2C + O2 = 2C0 ；C + O2 = CO2 ；2C0 + O2 = 2C02 ；2H2 + O2 =2H20 ；C + H2O = CO + H2 ；C02 + H2 = CO + H2O ；CH4 + H2O = CO + 3H2 ；C + CO2 = 2C0 ；CH4=C + 2H2。
[0037]此外，根據(jù)碎煤的具體原料成分，還可能有如下副反應(yīng)發(fā)生:C0S + H2O = H2S +CO2 ；C + O2 + H2 = HCOOH ；N2 + 3H2 = 2NH3。
[0038]一般情況下，由于氣化爐內(nèi)溫度很高，在有氧存在的條件下，碳、揮發(fā)成份及部分反應(yīng)產(chǎn)物(如氫等)以發(fā)生燃燒反應(yīng)為主。在氧氣消耗殆盡之后發(fā)生碳的各種轉(zhuǎn)化反應(yīng)，即進(jìn)入到氣化反應(yīng)階段，最終形成以一氧化碳和氫氣為主的煤氣離開(kāi)氣化爐。
[0039]優(yōu)選地，燃燒區(qū)的燃燒溫度為1400°C至1600°C。根據(jù)發(fā)明人實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，和上述反應(yīng)要求的溫度值，燃燒區(qū)的燃燒溫度控制于1400°C至1600°C，可以有效的滿足反應(yīng)需要，可以保證生成一氧化碳和氫氣的成本與產(chǎn)出的比在合理的范圍內(nèi)。
[0040]進(jìn)一步優(yōu)選地，碎煤熔渣氣化爐的壓力為2.5MPa。將碎煤熔渣氣化爐的壓力控制在2.5MPa可以有效地保障反應(yīng)的正常進(jìn)行，可以保證粗氣的產(chǎn)量。
[0041]本發(fā)明的合成氨工藝碎煤熔渣氣化方法可以有效的利用碎煤生產(chǎn)粗氣，從而實(shí)現(xiàn)碎煤的煤氣化。通過(guò)利用燃燒產(chǎn)生的氣體對(duì)碎煤進(jìn)行蒸餾干燥，可以有效的提高能量的利用率，相應(yīng)減少了其他能源的需求，從而有效的降低了生產(chǎn)成本，并且由于對(duì)能源需求的降低，還有利于環(huán)境的保護(hù)，進(jìn)而有效的提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
[0042]最后應(yīng)說(shuō)明的是:以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種合成氨工藝碎煤熔渣氣化方法，其特征在于，包括以下步驟: 向碎煤熔渣氣化爐加入碎煤，所述碎煤堆積于所述氣化爐上部，并向所述氣化爐下部移動(dòng)； 所述碎煤移動(dòng)至所述氣化爐的蒸餾干燥區(qū)進(jìn)行蒸餾干燥，通過(guò)來(lái)自所述氣化爐下部的氣體加熱，以將水分和揮發(fā)性物質(zhì)隨所述氣體以粗氣的形式排出； 蒸餾干燥后的所述碎煤移動(dòng)至所述氣化爐的氣化區(qū)進(jìn)行氣化，以發(fā)生吸熱反應(yīng)，使上升至所述蒸餾干燥區(qū)的氣體達(dá)到維持與所述碎煤發(fā)生最小反應(yīng)的狀態(tài)； 氣化后的所述碎煤生成的焦炭物移至所述氣化爐底部的燃燒區(qū)進(jìn)行燃燒，與通入所述氣化爐的氧氣和蒸汽發(fā)生反應(yīng)，生成一氧化碳、二氧化碳、氫氣和蒸汽的混合氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成氨工藝碎煤熔渣氣化方法，其特征在于，所述碎煤的直徑為6_至50mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成氨工藝碎煤熔渣氣化方法，其特征在于，所述燃燒區(qū)的燃燒溫度為1400°C至1600°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的合成氨工藝碎煤熔渣氣化方法，其特征在于，所述揮發(fā)性物質(zhì)包括:焦、油、石腦油、苯酚、氨和脂肪酸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的合成氨工藝碎煤熔渣氣化方法，其特征在于，所述粗氣的溫度為 300°C至 550°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的合成氨工藝碎煤熔渣氣化方法，其特征在于，所述碎煤熔渣氣化爐的壓力為2.5MPa。
【文檔編號(hào)】C10J3/72GK104232166SQ201310253023
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月24日
【發(fā)明者】童星輝, 王配良, 劉小華, 段忠祥 申請(qǐng)人:湖南宜化化工有限責(zé)任公司