專(zhuān)利名稱(chēng):氨或甲醇的生產(chǎn)方法及其所應(yīng)用的氣化器的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于氨或甲醇的生產(chǎn)方法以及此方法所應(yīng)用的氣化器;特別是在氣化器中產(chǎn)生合成氣，并經(jīng)由反應(yīng)器連續(xù)不斷循環(huán)，而生產(chǎn)氨或甲醇的方法及氣化器。
盡管由煤的直接燃燒得到熱或產(chǎn)生電能，是煤的熱能利用的最傳統(tǒng)的方法。然而現(xiàn)又提出了另一些新技術(shù)，即將煤轉(zhuǎn)化成更理想的能源形式，如燃料氣或液體碳?xì)浠衔铮?或轉(zhuǎn)化成有更高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的化學(xué)制品。當(dāng)煤以某種方式轉(zhuǎn)化成燃料氣或化學(xué)制品時(shí)，為改善其原來(lái)的氫碳化，就要從煤中脫碳，或者向煤中加氫。通用的脫碳技術(shù)是氣化法。
當(dāng)煤完全氣化時(shí)，氣體產(chǎn)物的主要組分是氫氣、一氧化碳、不定數(shù)量的甲烷和輕碳?xì)浠衔?，此外還有二氧化碳。氣體中的二氧化碳可用一般的氣體洗滌技術(shù)予以去除，即從體系中脫碳。水蒸汽與煤的反應(yīng)可產(chǎn)生氫氣，使氫超過(guò)原來(lái)煤中的含量，反應(yīng)的最終產(chǎn)物是氫氣和一氧化碳的混合氣體，其中氫與一氧化碳的比值可任意調(diào)整。這種氣體產(chǎn)物常稱(chēng)做“合成氣”，它可經(jīng)反應(yīng)器或類(lèi)似裝置進(jìn)一步處理以生產(chǎn)氨或甲醇，這些產(chǎn)物是比較純的物質(zhì)，有很多用途。
由合成氣生產(chǎn)氨或甲醇的方法，通常是使合成氣通過(guò)以常規(guī)方式操作的反應(yīng)器。生產(chǎn)氨時(shí)是使氮?dú)馀c氫氣化合，生產(chǎn)甲醇時(shí)是使一氧化碳與氫氣化合。在與反應(yīng)器組成的閉合回路中通常還包括冷卻器或類(lèi)似裝置，氣體在此系統(tǒng)中連續(xù)不斷循環(huán)，氨或甲醇在冷卻器中基本上冷凝下來(lái)并排出以做進(jìn)一步處理。由冷卻器出來(lái)的含大量甲烷的尾氣再循環(huán)至反應(yīng)器。由于甲烷在此體系中是惰性的，故部分富甲烷的尾氣要從回路中連續(xù)不斷地排除。因?yàn)榧淄橹泻杏杏玫臍?，并且甲烷又是惰性?代替了所需要的產(chǎn)物)，這樣就不利于提高氫碳比，所以甲烷產(chǎn)量較高時(shí)對(duì)方法的效率是有害的。
本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)氨或甲醇的方法，該方法與現(xiàn)有技術(shù)相比有較高的效率。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種上述類(lèi)型的方法，該方法利用甲烷的燃燒熱，來(lái)改進(jìn)方法的效率。
本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供一種上述類(lèi)型的方法，于該方法中使來(lái)自反應(yīng)器的甲烷改道進(jìn)入氣化器作為燃料使用，以代替產(chǎn)生等當(dāng)量BTU的煤。
本發(fā)明的更進(jìn)一步的目的是提供一種應(yīng)用于上述方法的氣化器。
為達(dá)到上述及其他目的，本發(fā)明采用流化床氣化器，經(jīng)氣化器產(chǎn)生的合成氣連續(xù)不斷地通過(guò)閉合回路中的反應(yīng)器和冷卻器。在冷卻器中得到氨或甲醇產(chǎn)品以及富甲烷的尾氣。部分尾氣由閉合回路中排除并返回氣化器，在氣化器中甲烷經(jīng)轉(zhuǎn)化反應(yīng)以產(chǎn)生熱，從而提高了方法的效率。
參閱本發(fā)明最佳實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明及其附圖后，就能全面理解上面的概述以及本發(fā)明的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖。
圖2是本發(fā)明方法的氣化器的立剖面示意圖。
最佳實(shí)施例本發(fā)明將以生產(chǎn)氨的系統(tǒng)(如圖1所示)為例予以說(shuō)明。圖中標(biāo)號(hào)10表示流化床氣化器，由管路12供給顆粒狀煤，由管路14送入空氣。頂部管路16用以排出氣化器中產(chǎn)生的合成氣，排渣管路18由氣化器底部伸出，用以排出乏煤，最好是以結(jié)渣形式排出。下面將對(duì)氣化器作更詳細(xì)的描述。
合成氣在氣化器10中生成，主要含有氫氣、氮?dú)夂图淄橐约耙谎趸肌⒍趸?、水蒸汽和硫化氫等。合成氣輸送至預(yù)處理站19，在預(yù)處理站使合成氣中的一氧化碳和水蒸汽轉(zhuǎn)化為二氧化碳和氫氣，同時(shí)從合成氣中去除二氧化碳和硫化氫，需要時(shí)完成最后除硫。因?yàn)檫@些處理均屬常規(guī)技術(shù)，故不再細(xì)述。預(yù)處理站19的出口經(jīng)管路20與加工設(shè)備相連接，加工設(shè)備總體用標(biāo)號(hào)21表示，并用虛線所包圍。加工設(shè)備21的任務(wù)是進(jìn)一步加工由氣化器10來(lái)的合成氣，并以常規(guī)方法生產(chǎn)氨。
加工設(shè)備21包括反應(yīng)器22，反應(yīng)器22有入口管路23，以導(dǎo)入由氣化器10來(lái)的合成氣。反應(yīng)器22以常規(guī)方式操作，器內(nèi)裝有催化劑，以催化氫氣與氮?dú)獾幕希煞磻?yīng)器22出來(lái)的氣體經(jīng)管路24送至冷卻器25。
冷卻器25以常規(guī)方式操作，冷卻由反應(yīng)器22來(lái)的氣體，并達(dá)到形成液氨的程度。冷卻器可利用自動(dòng)致冷作用以達(dá)冷凝要求。液氨經(jīng)管路26排至外附設(shè)備(未畫(huà)出)以做它用。
冷卻器25中的剩余氣體，經(jīng)管路28、清除裝置30和管路32，重返入口管路23，以重新進(jìn)入反應(yīng)器22。清除裝置30以常規(guī)方式操作，排放或清除由管路28來(lái)的一小部分(例如5%)氣體，因?yàn)樵摎怏w中的甲烷含量較高，而甲烷在前述方法中又是惰性的。用氣化器10來(lái)的合成氣在加工設(shè)備21中連續(xù)不斷循環(huán)以制備產(chǎn)品氣(于本實(shí)施例中是氨)和清除甲烷的這種技術(shù)是常規(guī)技術(shù)，故對(duì)此不作進(jìn)一步細(xì)述。
根據(jù)本發(fā)明的要點(diǎn)，經(jīng)清除裝置30排放的富甲烷氣體由管路34輸送至氣化器10的排渣管道18的內(nèi)部，對(duì)此將在下面描述。
如圖2所示，排渣管道18的上端與氣化器10的殼體內(nèi)的倒向截頭圓錐形多孔空氣分布板40的錐頂部相連，管道18的下端從氣化器10的殼體的底部向外伸出。顆粒狀煤由管道12送入，煤床42由多孔板40支撐，煤渣和乏煤由管道18排出并送至外附設(shè)備(未畫(huà)出)。
外加的空氣和水蒸汽由管道44進(jìn)入。管道44包括水平部分和垂直部分，水平部分貫穿管道18壁上的合適開(kāi)孔，垂直部分與管道18同軸向上延伸。管道44的外徑要小于管道18的內(nèi)徑，以形成環(huán)形通道，使煤渣和乏煤能從煤床42卸出。
管道34包括水平部分和垂直部分，水平部分是從加工設(shè)備21延伸而來(lái)，并貫穿管道18和管道44管壁上的合適開(kāi)孔伸進(jìn)到管道44內(nèi)，垂直部分在管道44內(nèi)與管道44同軸向上延伸。管道34的外徑要小于管道44的內(nèi)徑，以形成通道使空氣和水蒸汽能經(jīng)管道44進(jìn)入煤床。
管道34和44的上端都穿過(guò)空氣分布板的錐頂開(kāi)孔，向煤床42的底部伸進(jìn)少許。這樣，來(lái)自加工設(shè)備21的富甲烷氣體，便與空氣及水蒸汽一起分別經(jīng)管道34與44進(jìn)入煤床42。
空氣管道14貫穿氣化器10的殼體側(cè)壁，較高壓力的外加空氣經(jīng)此管道送入氣化器。壓縮空氣向上穿過(guò)空氣分布板40上的小孔進(jìn)入煤床42，使顆粒狀煤呈流態(tài)化并促進(jìn)其燃燒。
操作時(shí)，可調(diào)量的壓縮空氣，經(jīng)管道14向上穿過(guò)多孔板40進(jìn)入煤床42。同時(shí)可調(diào)量的壓縮空氣和水蒸汽，也經(jīng)管道44導(dǎo)入。需控制所引進(jìn)空氣的流速，使床42上的顆粒狀煤呈流態(tài)化以促進(jìn)其燃燒?？諝饬恳刂圃诓蛔阋允姑和耆紵?，然而卻足以產(chǎn)生含氫氣、一氧化碳、二氧化碳和少量甲烷的合成氣。當(dāng)然，氣化器還裝有煤床點(diǎn)火噴咀或類(lèi)似裝置(未畫(huà)出)，以便煤床開(kāi)工點(diǎn)火。補(bǔ)加煤是通過(guò)管道12進(jìn)入煤床。
氣化器10中產(chǎn)生的合成氣，與水蒸汽或水一起輸送至預(yù)處理站19進(jìn)行上述的預(yù)處理，以得到氫氣、氮?dú)夂图淄?。然后，此氣體經(jīng)管道23進(jìn)入反應(yīng)器22。反應(yīng)器的溫度和其他臨界條件要按預(yù)定方法控制，以使氫氣和氮?dú)獍l(fā)生化合反應(yīng)。產(chǎn)品氣與剩余氣一起由反應(yīng)器22排出，通過(guò)管道24輸送至冷卻器25。
冷卻器25的作用是按上述方式得到液氨，并經(jīng)管路26排至外附設(shè)備(未畫(huà)出)。剩余尾氣由冷卻器25經(jīng)管路28進(jìn)入清除裝置30。清除裝置30的作用是將小部分氣體排放或清除至管路34，其余氣體由清除裝置30經(jīng)管路32返回至入口管路23，以再循環(huán)至反應(yīng)器22。這樣，便由反應(yīng)器22、冷卻器25和清除裝置30，組成了一個(gè)連續(xù)的閉合回路。
從管路34來(lái)的富甲烷氣體，穿過(guò)排渣管道18以與其同軸方向進(jìn)入流化床42，床中空氣里的氧將甲烷轉(zhuǎn)化為一氧化碳和氫氣，并與氣化器中生成的合成氣相混合經(jīng)管道16排出。由于甲烷的轉(zhuǎn)化產(chǎn)生燃燒熱，因而就減少了氣化器10中煤的需要量。
由此可以看到，與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于本發(fā)明利用了甲烷的燃燒熱，所以其方法和設(shè)備具有更高的效率。
顯然，此方法也適用于甲醇或任何一種可用上法制得并伴生富甲烷尾氣的化學(xué)制品的生產(chǎn)。因此，加工設(shè)備21也可看成是生產(chǎn)甲醇的整套設(shè)備，甲醇的生成反應(yīng)在反應(yīng)器22中進(jìn)行，而在冷卻器25得到富甲烷的尾氣。按照本發(fā)明，尾氣被分流，一部分返回到反應(yīng)器進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為甲醇，另一部分返回到氣化器10，第三部分可能經(jīng)排氣口(未畫(huà)出)排出或另作其他處置。
權(quán)利要求
1.生產(chǎn)氨或甲醇的方法，包括下述各步驟顆粒狀煤流態(tài)化床的形成；氧化劑氣體以足夠數(shù)量和速度穿過(guò)煤床，使顆粒狀煤呈流態(tài)化。并促進(jìn)其燃燒；控制煤床溫度和空氣或氧氣進(jìn)入量，使煤氣化以產(chǎn)生合成氣；以某種方式加工合成氣，使其產(chǎn)生氨或甲醇和富甲烷尾氣；排除部分尾氣并將其送至流化床，使尾氣中的甲烷與空氣反應(yīng)發(fā)生轉(zhuǎn)化，這就代替了煤床中部分做燃料用的煤。
2.按照權(quán)利要求
1的方法，還包括向氣化器供給水蒸汽的步驟。
3.按照權(quán)利要求
1的方法，其中所產(chǎn)生的合成氣含有氫氣、一氧化碳、氮?dú)夂退羝?此方法還包括將一氧化碳和水蒸汽轉(zhuǎn)換為二氧化碳和氫氣以及從合成氣中除二氧化碳的步驟。
4.按照權(quán)利要求
3的方法，其中甲烷要轉(zhuǎn)化為一氧化碳和氫氣，并與合成氣中的一氧化碳和氫氣相混合。
5.按照權(quán)利要求
3的方法，其中加工步驟包括氫氣與氮?dú)饣袭a(chǎn)生氨的步驟。
6.按照權(quán)利要求
4的方法，其中加工步驟還包括合成氣的循環(huán)步驟，即經(jīng)反應(yīng)器完成化合反應(yīng)以及經(jīng)冷卻器得到氨或甲醇和尾氣的循環(huán)步驟。
7.按照權(quán)利要求
6的方法，其中加工步驟還包括剩余尾氣經(jīng)由反應(yīng)器和冷卻器的連續(xù)循環(huán)步驟。
8.流化床氣化器，包括殼體，裝于殼體內(nèi)支撐顆粒狀燃料流化床的多孔板;氧化劑氣體導(dǎo)入燃料層的裝置，它使床層流態(tài)化并促其燃燒;甲烷導(dǎo)入燃料層的裝置，使甲烷與氧作用轉(zhuǎn)化甲烷從而產(chǎn)生熱。
9.按照權(quán)利要求
8的氣化器，其中還包括與多孔板的開(kāi)孔相連的排渣管道，以從床中排除乏燃料;導(dǎo)入甲烷的裝置，它包括一根穿過(guò)排渣管道并有部分延伸至燃料層中的輸送管。
10.按照權(quán)利要求
9的氣化器，其中空氣導(dǎo)入裝置包括一根穿過(guò)排渣管道并有部分延伸至燃料層中的輸送管。
11.按照權(quán)利要求
10的氣化器，其中空氣導(dǎo)入裝置還包括從多孔板下面向殼體內(nèi)送氣的管道，使空氣通過(guò)孔眼而進(jìn)入多孔板。
專(zhuān)利摘要
本文涉及氨或甲醇生產(chǎn)的方法及其所用的氣化器。氣化器用以生產(chǎn)合成氣，合成氣在閉合回路中連續(xù)不斷地通過(guò)反應(yīng)器和冷卻器。氨或甲醇在冷卻器中得到，并伴有富甲烷尾氣。部分尾氣從閉合回路中排除并返回到氣化器，在氣化器中甲烷經(jīng)轉(zhuǎn)化反應(yīng)而產(chǎn)生熱，從而提高了此方法的效率。
文檔編號(hào)C01B3/02GK86105431SQ86105431
公開(kāi)日1987年3月18日 申請(qǐng)日期1986年8月27日
發(fā)明者羅伯特·愛(ài)德華·弗羅利克, 倫納德·W·贊斯特徹 申請(qǐng)人:福斯特·惠勒(美國(guó))公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan