專利名稱：煤化電聯(lián)合工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于煤化工工藝，特別涉及以煤制合成氣、合成產品的工藝及動力與發(fā)電技術。
現(xiàn)行的以煤為原料制合成產品的工藝中，為了降低產品成本通常的做法是盡可能制造有效氣體含量更高的合成氣，以提高合成氣利用率，從而減少工藝尾氣排放量；降低產品合成工藝壓力，以減少壓縮、輸送工藝介質的外供動力費用，無論是合成氨、甲醇、二甲醚、汽油等等合成產品，由于受到化學平衡的客觀規(guī)律制約，必須在幾個乃至幾十個兆帕壓力條件進行，所以也就必須為合成產品的工藝提供壓縮動力。而動力費用通常占到產品總成本的30％左右，現(xiàn)行通常的方法是A，采用優(yōu)質白煤或焦炭制氣以減少甲烷生成量，由于優(yōu)質白煤或焦炭價格高，又導致了產品成本的升高；B，提高煤的氣化溫度以減少惰氣甲烷的生成量，如各種氣化溫度在灰融點以上的煤氣化爐，由于氣化溫度極高，導致爐體材質價格昂貴，且單位產品工藝氧耗量大幅上升，雖然采用了低價格的煙煤，但降低產品總成本的幅度也很不令人滿意；C，采用高純氧以減少進入合成氣的氬氣含量，高純氧裝置也投資昂貴；因而降低產品成本的幅度也非常有限；D，設置高壓蒸汽鍋爐利用工藝反應熱產生高壓蒸汽，進而利用高壓蒸氣推動高壓透平產生動力，驅動合成工藝的動力設備，或是驅動發(fā)電機組后，再用電力去驅動合成工藝的動力設備，因為工藝反應熱是有限的，降低產品成本的幅度也是有限的；E，在合成工藝中增設轉化工藝，以降低煤氣中的甲烷含量，但又增加了投資、成本和工藝的復雜性，所以降低產品成本的幅效果也很不盡人意；F，提高煤的氣化壓力以減少合成氣壓縮功耗，氣化壓力高，必須使氣化溫度也提高，才能使煤氣中的甲烷不升高，這又導致了投資的大幅升高，降低產品成本的幅度也十分有限；G，利用部分工藝氣作動力燃氣，由于工藝氣熱值低，降低成本的幅度也十分有限；H，采用常壓間歇沸騰、流化床制煤氣，又因出爐煤氣溫度太高和合成氣壓縮功耗高，也使降低產品成本的幅度很不理想；I，采用常壓間歇固定、移動床制煤氣，又導致合成氣壓縮功耗高，環(huán)境污染嚴重，對降低產品成本的作用幾乎為零；J，采用公開號為CN1253994A的“加壓間歇煤氣化工藝”，輪流生產工藝合成氣和動力燃氣，該工藝節(jié)能、環(huán)保和降低成本的優(yōu)勢十分顯著，但尚未商業(yè)化。
鑒于現(xiàn)行的煤制氣合成產品的工藝現(xiàn)狀已不能使成本降得更低，從而導致以煤制氣合成產品的行業(yè)幾乎全部處于微利甚至虧本經營。特別是石油、天然氣不足的國家，能源中煤的比重占70％的泱泱大中國，開發(fā)低成本的煤制氣合成產品工藝技術，不僅能每年減少數(shù)百億美元外匯支出，大大減少對國際原油的依賴程度，有力地保障國民經濟高速發(fā)展，而且更具有極其重要的軍事、政治和國家安全戰(zhàn)略意義！本發(fā)明的目的就是為國家提供一種能明顯降低煤制氣合成產品工藝、動力和發(fā)電成本的新工藝。
本發(fā)明是這樣組合實現(xiàn)的a，以煤造氣合成產品的工藝尾氣為動力燃氣；b，采用高壓透平串聯(lián)燃氣透平或其它大型內燃機配中壓蒸汽透平的三級聯(lián)合循環(huán)動力裝置；c，采用價格相對較低、揮發(fā)份較高的煤為原料；d，采用投資較低的制氧裝置，提供含氧量為93％左右的工藝低純氧氣；e，采用專利申請?zhí)枮?1107290.3的富氧移動床連續(xù)煤造氣工藝；f，不增設甲烷轉化工藝，以降低合成工藝復雜性及成本；g，在合成工序增設新鮮氣合成工藝；h，用循環(huán)流化沸騰鍋爐，將造氣爐渣中1600千卡/kg左右的化學潛熱轉化為中壓蒸汽，爐渣用于水泥原料。
通過上述工藝組合帶來以下明顯的效果1.用合成產品的工藝尾氣作為動力燃氣。不但成本低，而且由于該燃氣根本不含硫、氯等腐蝕性介質，沒有專門的燃氣凈化裝置投資、凈化物料成本，而且還能非?？煽康乇ＷC了燃氣透平長周期高效率運行，具有一舉三得的效果；2.三級聯(lián)合循環(huán)動力裝置用高壓透平將工藝尾氣中的高壓力及高溫度有效能直接轉化為動力后，再用燃氣透平等內燃機配中壓蒸汽透平，將工藝尾氣中的化學有效能轉化為動力，其總有效能轉化率高達48％以上；3.采用揮發(fā)份較高的煤制合成氣。不僅可明顯降低原料成本價格，而且可明顯降低煤氣化的熱能消耗，即，既降低了原料價格又降低工藝氧氣、蒸汽消耗和工藝煤耗，這種煤制出的合成氣雖然甲烷含量較傳統(tǒng)的合成氣高，但總量只有百分之幾，增加的合成尾氣量、合成氣凈化和壓縮功耗導致的成本上升幅度也十分有限，完全可以由其低價的原料煤帶來的多項效益抵消，而額外地獲得了更多的高熱值合成尾氣；4.采用濃度為93％的低純氧裝置提供工藝氧氣。不僅明顯降低了工藝氧氣的單位投資及運行成本，由于采用01107290.3專利申請“富氧連續(xù)煤造氣工藝”和揮發(fā)份較高的煤制合成氣，單位合成氣的工藝氧氣的耗量不及氣流床的50％，合成氣中增加的惰性氣體不到1％，與高純氧制出的合成氣幾乎沒有區(qū)別；5.專利申請?zhí)枮?1107290.3的富氧移動床連續(xù)煤造氣工藝。不僅大幅降低氣化爐裝置投資、工藝氧耗、工藝煤耗成本，而且，因具有下行制氣工藝，可使煤氣中的大部分烴類聚合物質在氣化層分解為無機分子和甲烷，因而進一步削弱了較高揮發(fā)份煤造氣帶來的負面影響；6.不設甲烷轉化工藝。不僅降低合成工藝復雜性、裝置投資、轉化物料、熱能、壓縮功耗(一份甲烷轉化為四份有效氣體)，因甲烷隨合成氣在合成產品的循環(huán)工藝中富集后，是優(yōu)質的動力燃氣，其熱值是氫氣的3.4倍。其增多的尾氣量正是本發(fā)明所需要的質優(yōu)價廉且數(shù)量又多的動力燃氣；7.在合成工序增設公開號為CN1136015A的“新鮮氣合成工藝”。由合成產品動力學原理可知，惰性氣體含量增加能十分顯著地降低合成產品的平衡常數(shù)和化學反應速率，雖然本發(fā)明的合成氣中的甲烷含量比傳統(tǒng)的合成氣高，但比合成產品的循環(huán)工藝氣體中的甲烷還是低得很多，在合成工序增設新鮮氣合成工藝，可充分利用新鮮氣的惰氣含量低，能十分顯著地提高合成產品的平衡常數(shù)和化學反應速率的重要特征，可使30％的產品在新鮮氣合成塔內生成，從而大幅度減少循環(huán)系統(tǒng)負荷，節(jié)省50％的循環(huán)氣動力消耗。
本發(fā)明如附圖
所示高揮發(fā)份原料煤1由加壓移動床氣化爐2上部加入；空氣17經制氧機組16制出的工藝氧氣18與蒸汽混合后送入移動床2與爐內的原料煤反應生成合成氣和動力燃氣4，該氣體經凈化后送入壓縮機5加壓至工藝要求的壓力，或送入產品合成塔，合成氣首先在新鮮氣合成塔6內將30％左右的新鮮氣合成為產品后，與循環(huán)合成塔9來的循環(huán)氣，一道進入合成產品的熱回收及產品分離設備7。新鮮氣合成塔6與循環(huán)合成塔9，并可同時作為新鮮氣合成塔或循環(huán)合成塔，或只設置其中一臺，并利用合成工藝中的同一套熱回收和分離裝置完成合成產品反應熱的回收和合成產品的分離。分離出的合成產品與尾氣分離器12分離出來的合成產品一道送入產品庫10。脫除產品后的工藝氣經循環(huán)機8送入循環(huán)合成塔9，或直接送入高壓透平11。循環(huán)氣中積累的惰性氣體使系統(tǒng)壓力升高，由合成塔9出口排放尾氣來控制，經高壓尾氣透平11回收溫度有效能后進入尾氣分離器12，脫除產品后的尾氣進入燃氣動力回收系統(tǒng)13，尾氣中的壓力、化學有效能經燃氣透平和蒸汽透平轉化為動力或電力，尾氣生成的無污染乏氣經煙囪14排入大氣。燃氣動力回收系統(tǒng)產生的動力分為三部分使用，一部分作為制氧機組16的動力；一部分作為合成氣壓縮及工藝介質輸送設備的5動力；一部分作為對外供電的動力。含碳量20％的造氣爐渣，熱值1600千卡/千克，用循環(huán)流化沸騰鍋爐生成動力蒸氣后，送入燃氣動力回收系統(tǒng)的蒸汽透平。沸騰鍋爐排除的爐渣是很好的水泥原料。
下面以實施本發(fā)明總投資為1.5億元的年產10萬噸(12.5t/h)合成氨規(guī)模的噸氨成本為例，進一步說明本發(fā)明具有的積極效果
采用本發(fā)明制造合成氨，比現(xiàn)有各種煤造氣制氨成本至少低400元/噸氨。
發(fā)明提供了一種采用價格更低的較高揮發(fā)份煤為原料，富氧加壓移動床煤的灰熔點以下的氣化工藝制合成氣和動力燃氣。利用生產合成產品的工藝裝置同時凈化合成氣和動力燃氣并回收硫磺。在循環(huán)合成系統(tǒng)前設置新鮮氣合成塔，并與循環(huán)合成系統(tǒng)工藝裝置一道完成化學產品合成、熱回收和分離。在制得合成產品的過程中排放的數(shù)量充足、熱值更高、沒有腐蝕介質和固體微粒的尾氣，則為優(yōu)質的動力介質。利用高壓透平、燃氣透平和蒸汽透平將其中的溫度、壓力和化學有效能轉化為機械能或電能，不僅可驅動整個系統(tǒng)的運轉設備還可大幅度的對外供電。利用本工藝生產化學產品，可比灰熔點以上氣化的各種氣流床煤制氣，生產合成產品的工藝有效能利用率提高30％，成本降低30％；利用本工藝對外供電可使發(fā)電成本降低30％。裝置業(yè)主可根據(jù)原煤、化學產品和電力市場供求關系，調整化學產品和外供電的比例，以獲得最大的經濟效益。
權利要求
1.煤化電聯(lián)合工藝，其特征在于以較高揮發(fā)份煤為原料，小于灰熔點溫度氣化，在制得合成產品的凈化、合成過程中凈化、富集動力燃氣，用高壓透平、燃氣透平和蒸汽透平組成三級聯(lián)合循環(huán)，將富集在動力燃氣中的溫度、壓力和化學有效能轉化為機械能，在生產合成產品的同時生產工藝動力和外送電力。
2.根據(jù)權利要求1所述的工藝，其特征在于采用高揮發(fā)份煤為原料，富氧加壓移動床氣化工藝同時制得合成氣和動力燃氣，通過調整原料煤的揮發(fā)份或化學產品用氣與動力用氣的比例實現(xiàn)裝置的最大效益運行。
3.根據(jù)權利要求1，2所述的工藝，其特征在于氣化床層移動速度控制在0.01m/h至2.0m/h，氣化壓力控制在0.01MPa至6Mpa，氣化溫度控制在煤的灰熔點以下，煤的粒度為8mm至74mm。
4.根據(jù)權利要求1，2，3所述的工藝，其特征在于利用凈化合成產品的工藝裝置同時凈化合成氣和動力燃氣。
5.根據(jù)權利要求1，2，3，4所述的工藝，其特征在于在制得合成產品的過程中富集優(yōu)質的動力燃氣。
6.根據(jù)權利要求1，2，3，4，5所述的工藝，其特征在于在循環(huán)合成工藝中設置新鮮氣合成塔與循環(huán)合成塔，并可同時作為新鮮氣合成塔或循環(huán)合成塔，或只設置其中一臺，并利用合成工藝中的同一套熱回收和分離裝置完成合成產品反應熱的回收和合成產品的分離。
7.根據(jù)權利要求1，2，3，4，5，6所述的工藝，其特征在于用高壓透平回收尾氣中的物理有效能，再回收尾氣中的合成產品，最后用燃氣透平串蒸汽透平將尾氣的其余有效能轉化為機械能或電能。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種采用煤為原料生產合成產品、工藝動力和外供電力的聯(lián)合工藝。利用本工藝生產化學產品可使成本降低30%;利用本工藝對外供電可使發(fā)電成本降低30%。裝置業(yè)主可根據(jù)原料、化學產品和電力市場供求關系調整化學產品和外供電的比例,以獲得最大的經濟效益。
文檔編號C10J3/00GK1386829SQ01108450
公開日2002年12月25日 申請日期2001年5月23日 優(yōu)先權日2001年5月23日
發(fā)明者李開健 申請人:成都華西化工研究所, 李開健