專利名稱：低能耗重質(zhì)油制氨技術的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于制氨化肥技術類，具體地屬于重質(zhì)油制氨技術類。
現(xiàn)代的以重質(zhì)油為原料制氨是以減壓渣油或重油為原料，霧化后在5-9MPa壓力和適量水蒸汽存在的條件下，與一定量的氧氣進行不完全燃燒而產(chǎn)生1320-1380℃的高溫，并生成富含氫和一氧化碳的原料氣以及少量碳黑，然后噴入大量熱水而被激冷至260℃以下，同時氣體被增濕而大部分的碳黑被熱水所捕集，又通過熱水洗滌系統(tǒng)除去殘存的碳黑等固態(tài)雜質(zhì)，再進入變換工序，即把一氧化碳變換成氫和二氧化碳。變換氣再通過低溫甲醇洗和液氮洗等凈化工序而分出二氧化碳和脫去各種雜質(zhì)氣，并配入適量純氮氣而變成純凈的含氮合成氣，最后在高壓下合成氨。其典型的工藝流程方框圖見

圖1。氨和生產(chǎn)過程中副產(chǎn)的二氧化碳，可在尿素裝置中合成尿素。
重質(zhì)油制氨需要大量動力來轉(zhuǎn)動各種壓縮機和泵等。包括尿素生產(chǎn)在內(nèi)，所需的動力量一般為1300-1500KW·h/t氨。動力來源的現(xiàn)狀是在大型氮肥廠中，設置大型的高壓動力鍋爐系統(tǒng)(主要用重質(zhì)油為燃料)和相應的蒸汽輪機;在中型氨廠中則幾乎全部用電。合成氨生產(chǎn)中的噸氨能耗國內(nèi)大型廠約為44GJ，中型廠則達58GJ。
采用高壓動力鍋爐系統(tǒng)和蒸汽輪機作動力源，其動力循環(huán)如圖2所示脫氧鍋爐水泵入高壓動力鍋爐系統(tǒng)，以燃燒重油使產(chǎn)生高壓過熱蒸汽，再通過蒸汽輪機發(fā)生動力，驅(qū)動工藝過程中用的空氣和氮氣壓縮機等。從蒸汽輪機排出的約0.02MPa的乏氣在冷凝器中由冷卻水再冷凝成水。這種動力循環(huán)的效率不高，扣除循環(huán)自耗及冷卻水能耗后有效的熱功轉(zhuǎn)化效率不易超過25%。
燃氣輪機屬內(nèi)燃式發(fā)動機。燃氣輪機除膨脹作功，輸出很大的動力外，而且從渦輪排出的接近常壓的乏氣(或煙氣)尚具有420-560°溫度，還含有14-16%的氧，可進一步利用。
早在六十年代，美國的Braun工藝(以天然氣為原料，用二段蒸汽轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)合成氨)就開始使用燃氣輪機來驅(qū)動工藝空氣壓縮機，并用排出的乏氣來代替第一段蒸汽轉(zhuǎn)化爐的燃燒空氣，取得一定的節(jié)能效果，但技術再未發(fā)展。至今還未見以煤或重質(zhì)油為原料制氨的生產(chǎn)工藝中使用燃氣輪機技術的文獻資料。
本發(fā)明的目的旨在研究一種低能耗重質(zhì)油制氨技術，采用本技術引入燃氣輪機而取代原有的動力鍋爐和蒸汽輪機，在基本上不增加投資的情況下，只對原工藝過程作局部改造，而使噸氨總能耗下降到小于34GJ，從而達到大輻度節(jié)能之效果。
本發(fā)明的目的是以下述方式實現(xiàn)的，低能耗重質(zhì)油制氨技術，重質(zhì)油在氣化爐內(nèi)進行不完全燃燒生成富含氫和一氧化碳的原料氣及少量碳黑，然后被增濕并除去碳黑等雜質(zhì)，再進入變換工序，即把一氧化碳變換成氫和二氧化碳和脫去各種雜質(zhì)氣，并配入適量氮氣而變成純凈的含氮合成氣，最后在高壓下合成氨。由氣化爐出來的富含氫和一氧化碳的原料氣及少量碳黑，經(jīng)過文丘里洗滌器，從下段分出含灰熱水，再進入原料氣洗滌塔，洗去殘余灰分，從原料氣洗滌塔頂部引出的原料氣僅含水汽22-25%，再將其引入飽和段。在飽和段通過被從頂部引入的接近沸點的熱水加熱并增濕至含水汽50-60%，而后導入變換工序。燃氣輪機的乏氣被導至燃燒室，與氮洗尾氣及少量重質(zhì)油混合燃燒。從燃燒室出來的熱氣先用于過熱工藝過程副產(chǎn)的飽和蒸汽，再通過余熱回收段的煙道加熱器，然后用于預熱其他工藝物料，使降溫至175℃以下放空。主要由煙道加熱器加熱的熱水導入飽和段。從飽和段下方排出的較低溫的熱水，大部分由循環(huán)泵循環(huán)，少部分引往原料氣洗滌塔，作炭黑萃取及洗滌系統(tǒng)的補充水。變換工序的余熱使鍋爐水脫氧并預熱后，導入重質(zhì)油汽化工序和氨合成工序的廢熱鍋爐，而產(chǎn)生高壓飽和蒸汽，通過余熱回收段中的加熱盤管被過熱后，導往蒸汽輪機而發(fā)生動力，用于驅(qū)動工藝過程中的其他壓縮機以及發(fā)電機，并抽出中低壓蒸汽供工藝過程自用，多余的蒸汽進一步膨脹后通過冷凝器被冷凝。
下面參照附圖詳述本發(fā)明內(nèi)容圖1 現(xiàn)有重質(zhì)油制氨工藝流程方框2 現(xiàn)有蒸汽動力循環(huán)示意3 現(xiàn)有洗滌系統(tǒng)示意4 本發(fā)明洗滌及飽和系統(tǒng)流程5 本發(fā)明燃機燃料為餾出油的余熱回收流程6 本發(fā)明燃機燃燒為原料氣的余熱回收流程圖用燃氣輪機取代蒸氣輪機和動力鍋爐系統(tǒng)，在投資方面相差不大，若簡單替換，則節(jié)能效果不明顯。但燃氣輪機排出的乏氣尚含有大量可用的熱能，如能將之合理利用則可有效地節(jié)約能耗，降低生產(chǎn)成本?；诖?，本發(fā)明對原工藝作了局部改造改變了原料氣的增濕方式，在燃氣輪機乏氣的余熱回收段中設置煙道加熱器，使重質(zhì)油加壓氣化工序采用廢熱鍋爐流程，氨合成過程中的反應熱應盡量用于副產(chǎn)高壓蒸汽而不用于預熱鍋爐水，充分回收變換工序的余熱主要用于鍋爐水的脫氧和預熱。
使原料氣增濕的方式的兩種一是重質(zhì)油加壓氣化工序采用激冷流程，激冷后的原料氣進入圖3所示的洗滌系統(tǒng)，通過一、二級文丘里洗滌器、原料氣洗滌塔，使水汽含量至60%左右，直接進入變換工序;一是采用廢鍋流程，出了廢鍋而夾帶較多固體雜質(zhì)的原料氣也必須通過洗滌系統(tǒng)，從原料氣洗滌塔頂部引出的原料氣僅含水汽22-25%，原來是配入足量蒸汽而進入變換工序，現(xiàn)在改為進入圖4所示的飽和段。在飽和段原料氣被從頂部引入的接近沸點的熱水所加熱并增濕至含水汽50-60%，然后導入變換工序。飽和段最好設在原料氣洗滌塔的上方，也可以并排設計。
圖4流程在效果上是利用燃氣輪機較低位余熱來取代能級較高的次高壓蒸汽，而騰出次高壓蒸汽用于發(fā)生動力或作他用;相對于激冷流程而言，則是利用較低位的熱能來取代高位熱能，而騰出高位熱能在廢熱鍋爐中產(chǎn)生高壓蒸汽，用于發(fā)生動力或他用，從而達到明顯的節(jié)能效果。
本發(fā)明由燃氣輪機直接提供的動力量以500KW·h/t氨左右為佳。較好的方案是用2臺燃氣輪機來分別驅(qū)動空氣分離工序的空氣壓縮機和氮氣壓縮機，或者再用一臺較小型的燃氣輪機來驅(qū)動冷凍壓縮機。燃氣輪機的燃料可以直接使用餾出油，也可以使用由重質(zhì)油氣化生成的原料氣。
燃料采用餾出油時，燃氣輪機余熱回收流程如圖5所示。按此流程用于預熱變換循環(huán)水的熱量點燃氣輪機乏氣總余熱量的40%左右。這部分熱量由于熱位較低，本難于充分回收利用，而本發(fā)明即將之予以利用，達到了節(jié)能的效果。
燃料采用重質(zhì)油氣化生成的原料氣，燃氣輪機余熱回收流程如圖6所示，其流程與圖5所示的流程相仿，所不同的是由于原料氣壓力遠高于燃氣輪機所需的人口壓力，其多余的位能應予以回收以提高過程總效率。本發(fā)明先使已經(jīng)過洗滌(必要時脫硫)的粗原料氣通過余熱回收段中的盤管而被預熱至330℃以上，再通過膨脹機降壓至略高于燃氣輪機所需壓力，再作為燃料氣引入燃氣輪機。膨脹機得到的動力用于驅(qū)動工藝過程中較大型的泵或發(fā)電機。
采用本發(fā)明技術，合成噸氨能量消耗指標見下表
燃料為原料氣時，雖然合成氨的成本較低，但因需增大空氣分離、重質(zhì)油加壓氣化、炭黑萃取三個工序的生產(chǎn)能力30%左右，使全系統(tǒng)投資相應增長10%，噸氨能耗較燃料為餾出油高約1.5GJ，因此采用餾出油為燃料較為理想。
采用本技術合成氨，在基本上不增加投資的情況下，使生產(chǎn)噸氨能耗由44GJ降至32.5GJ、33.960GJ，總油耗由現(xiàn)有生產(chǎn)裝置的1266kg降至911kg，實屬低能耗制氨技術。
本發(fā)明還適用于以重質(zhì)油為原料制取合成氣進而生產(chǎn)甲醇等化工產(chǎn)品、以煤為原料而采用部分氧化法制取原料氣進而生產(chǎn)氨、甲醇等化工產(chǎn)品的過程中。
權利要求
1.低能耗重質(zhì)油制氨技術，重質(zhì)油在氣化爐內(nèi)進行不完全燃燒生成富含氫和一氧化碳的原料氣及少量碳黑，然后被增濕并除去碳黑、再進入變換工序，即把一氧化碳變換成氫和二氧化碳，變換氣經(jīng)過低溫甲醇洗和液氮洗凈化工序分出二氧化碳和脫去各種雜質(zhì)氣，并配入適量氮氣而變成純凈的含氮合成氣，最后在高壓下合成氨，其特征在于由氣化爐出來的富含氫和一氧化碳的原料氣及少量碳黑，經(jīng)過文丘里洗滌器，從下段分出含灰熱水，再進入原料氣洗滌塔，洗去殘余灰分，從原料氣洗滌塔頂部引出的原料氣僅含水汽22-25%，再將其引入飽和段，在飽和段通過被從頂部引入的接近沸點的熱水加熱并增濕至含水汽50-60%，而后導入變換工序，燃氣輪機的乏氣被導至燃燒室，與氮洗尾氣及少量重質(zhì)油混合燃燒，從燃燒室出來的熱氣先用于過熱工藝過程副產(chǎn)的飽和蒸汽，再通過余熱回收段的煙道加熱器，然后用于預熱其他工藝物料，使降溫至175℃以下放空，主要由煙道加熱器加熱的熱水導入飽和段，從飽和段下方排出的較低溫的熱水，大部分由循環(huán)泵循環(huán)，少部分引往原料氣洗滌塔，作炭黑萃取及洗滌系統(tǒng)的補充水，變換工序的余熱使鍋爐水脫氧并預熱后，導入重質(zhì)油氣化工序和氨合成工序的廢熱鍋爐，而產(chǎn)生高壓飽和蒸汽，通過余熱回收段中的加熱盤管被過熱后，導往蒸氣輪機而發(fā)生動力，用于驅(qū)動工藝過程中的其他壓縮機以及發(fā)電機，并抽出中低壓蒸汽供工藝過程自用，多余的蒸汽進一步膨脹后通過冷凝器被冷凝。
2.根據(jù)權利要求1所述的技術，其特征在于燃氣輪機的燃料可為餾出油或重質(zhì)油氣化后生成的原料氣。
全文摘要
低能耗重質(zhì)油制氨技術，用燃氣輪機取代原采用的蒸汽輪機和動力鍋爐系統(tǒng)，對流程僅作局部改進改變原料氣增濕方式，設置煙道加熱器和飽和段，用燃氣輪機乏氣中的較低位余熱取代能級較高的次高壓蒸汽或高位熱量。采用本技術，在基本不增加投資的條件下，生產(chǎn)噸氨能耗不到34GJ，總油耗910～990公斤。本發(fā)明還適用于以重質(zhì)油或煤為原料采用部分氧化法制取合成氣的生產(chǎn)過程中。
文檔編號C01C1/04GK1077175SQ9310107
公開日1993年10月13日 申請日期1993年2月2日 優(yōu)先權日1993年2月2日
發(fā)明者張翊人 申請人:中國五環(huán)化學工程公司