雙段煤氣發生爐純氧連續氣化發電聯產合成氨、尿素的方法
【技術領域】
[0001]煙煤、秸桿通過氣化、凈化后進行綜合利用清潔、環保、低碳、節能、減排技術領域，
是一種雙段煤氣發生爐純氧連續氣化發電聯產合成氨、尿素的方法。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著國家環保政策和產業升級，大批中、小型化肥企業虧損、倒閉。其主要原因是這類企業主要以較為稀缺的無煙塊煤作為氣化原料，在煤炭價格一路走低的市場背景下，化肥產品(尿素、合成氨)價格一直下跌。但無煙塊煤的跌幅遠小于普通煙煤跌幅。加之從2015年開始，國家逐步取消化肥企業所享受的政策電價，對中小型化肥企業更是雪上加霜(大型化肥企業多數擁有自備電廠)。而煤炭、電費兩項加起來占到合成氨、尿素生產成本的90%以上。一套將煙煤、低劣質煤作為替代無煙煤化工原料，同時配套聯產發電、LNG、DNE、焦油深加工的技術方法，對這些企業的生存具有決定性意義。同時也是煤炭階梯利用，清潔利用、化工用煤本地化的有效途徑。由于歷史原因，我國存在大量的中小型化肥企業，限于規模和經濟實力，這類企業難以承擔水煤漿、煤粉氣化、航天爐等爐型的投資改造。因此，提出本發明專利技術方法，基于本人之前數項發明專利和現有雙段煤氣發生爐爐型采用純氧連續氣化。以較低的設備投入，使用廉價末(塊)煙煤大幅降低現有化工企業的生產成本。
[0003]中、小化肥廠產品價格低于消耗無煙塊煤或焦炭、電費等所需支出成本費用，基本處于停產、面臨關閉危機。究其原因；減碳、低碳環保綠色大環境造成煙煤暴跌，隨之帶動化工產品價格大幅下降，生產原料無煙煤資源有限、價格降幅甚微。僅合成氨、尿素為例;價格降到1400元/噸，生產該產品所耗用無煙煤，取消政策電價后的電費合計已超過1400元/噸，今后再恢復以往2400元/噸的高價位水平希望不大。焦炭、半焦(蘭炭)與無煙塊煤差價不太大，而且煙煤與無煙塊煤價差達到400元/噸，可見煤炭種類價格決定生產成本。如果選用水煤漿、噴煤粉、沸騰爐流化床等技術和設備又難以適應中小化肥廠。因此，采取較好的方法利用低價煙煤、秸桿進入替代無煙煤、焦炭氣化來降低生產成本是一條行之有效的途徑。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是，提供一種雙段煤氣發生爐純氧連續氣化發電聯產合成氨、尿素的方法，它能解決現有技術存在的不足。
[0005]本發明為實現上述目的，通過以下技術方案實現:雙段煤氣發生爐純氧氣化發電聯產合成氨、尿素的方法，其步驟是:
①將煙煤秸桿或褐煤經滾輪擠壓機或滾輪顆粒機設備碾壓、糅合、擠出顆粒不需要烘干、脫水，直接做為原料送入雙段煤氣發生爐上端料倉經給料器投入上段爐膛內；
②雙段煤氣發生爐下段爐膛3產出的熱煤氣50-80%通過雙段煤氣發生爐上段爐襯套夾孔輸出，剩余20-50%熱煤氣直接流向雙段煤氣發生爐上段爐膛構成內熱對步驟①煙煤、秸桿顆粒加熱溫度達到550-950°C形成干餾； ③步驟②所述煙煤、秸桿顆粒在上段爐膛內干餾釋放出焦油、碳、氫氣體與雙段煤氣發生爐下段爐流向上段爐膛內20-50%煤氣混合成荒煤氣經雙段煤氣發生爐上段爐荒煤氣出口輸出；
④步驟③所述輸出荒煤氣經雙段煤氣發生爐上段出氣導管通過電捕焦器、第二酚水分離器、第二風冷器和第二靜電除塵器完成焦油、灰塵、酚水分離在第一輸氣閥調節流量壓入脫硫塔，雙段煤氣發生爐下段爐流向熱煤氣需調節流量滿足上段爐膛干餾要求，或在電捕焦前后設置燃氣流量控制閥，干餾、凈化后生成含極少焦油、硫、苯、酚、萘、灰塵的潔凈燃氣；
⑤步驟②所述雙段煤氣發生爐上段爐膛內干餾后煙煤、秸桿顆粒呈高溫半焦逐步滑沉至雙段煤氣發生爐下段爐膛，雙段煤氣發生爐下段爐膛由底部流上來的，氧氣與蒸汽混合的氣化劑在900-1400°C溫度下氧化，產出煤氣；
⑥步驟⑤所述產出無氮煤氣50-70%經雙段煤氣發生爐下段爐煤氣出口經除塵器、廢熱鍋爐、第一酚水處理器、第一風冷器和第一靜電除塵器，在第二輸氣閥控制下或再經洗氣塔產出潔凈無氮煤氣進入化工合成系統；
⑦步驟⑥所述經過氣化后燃料成為爐灰渣從各種結構爐底:A灰盆旋轉，盆內灰分利用灰盆旋轉分離灰渣由灰刀傾斜刮起排出；B封閉式爐箅旋轉帶刮灰犁將灰渣刮入排渣器逐步排出，封閉式結構可增加較大工作壓力，利于小粒塊煤用于煤氣發生爐、雙段煤氣發生爐氣化或蘭炭爐產出蘭炭；
雙段煤氣發生爐上段爐干餾煙煤顆粒產出荒煤氣成分:甲烷7-20%，CO+H2 ^70%、熱值達到2900-3300kcal/m3左右，單獨輸出適合作為燃氣內燃機燃料發電，作為城市煤氣;將雙段煤氣發生爐下段爐無氮煤氣中一氧化碳再進行變換成為大量氫；同時用于生產合成氨、甲醇、烯烴、芳烴、二甲醚等多種煤化工產品，提取工業純氫；
雙段煤氣發生爐下段爐氣化產出煤氣成分⑶2=15-38%、CO+H2=75-82%，其中一氧化碳30-45%通過化工系統與蒸汽變換成H2、C02各30-45%，煤氣中的氫加變換后氫氣達75-82%，CO2達到45-70%，這些氣體用于:
(A)75-82%氫氣與氮氣配比3:1混合壓縮在合成過程生成液氨(NH3);
(B)生成液氨再與二氧化碳按580kg:730kg的比例經壓縮、加溫催化合成尿素；
(C)將步驟(A)、(B)下段煤氣發生爐產生煤氣中的氫與一氧化碳變換生成氫與氮合成氨，剩余30-60% 二氧化碳分離出作為二次能源用于如合成碳酸丙烯酯、雙氰胺、碳酸氫銨、甲醇、二甲醚、碳酸乙二醇酯及乙烯，或與氧氣混合回爐做氣化劑。
[0006]所述的雙段煤氣發生爐純氧氣化發電聯產合成氨、尿素的方法，具體步驟如下:
①所述原料中的煙煤是將原煤進行粉碎，先篩選6-28mm小粒塊煤，6_28mm小粒塊煤當做氣化原料直接送入雙段煤氣發生爐上端料倉;剩余已粉碎成最大顆粒小于5mm為佳，再二次細粉碎，形成碎煤粉、末及泥煤，經滲入10-20%水分，多次碾壓、糅合，擠出直徑12-36mm，長度30-200mm柱體顆粒，加工成顆粒的水分受碾壓、糅合變細粉面泥過程中產生自吸水分、或糅合摩擦熱量蒸發一部分后水分降至5-10%，不需要烘干可以直接當做塊煤投入氣化爐；
②煙煤含焦油、硫等特性，同時需要一定強度在雙段煤氣發生爐上段爐膛干餾成蜂窩結構的半焦蘭炭，同時將煤粉粒內甲烷、碳、氫、焦油、硫、苯、酸、萘從已成蜂窩結構顆粒充分釋放出來，實現煙煤變為半焦類似于無煙塊煤在雙段煤氣發生爐下段爐氣化。消化使用褐煤、秸桿時，利用秸桿、褐煤燃點低、揮發分高的特點，雙段煤氣發生爐內氣化，選用的氣化劑是氧氣與二氧化碳混合進行氣化，秸桿、褐煤碳性弱在高溫下能中和一部分二氧化碳，在1150°C時能中和20-60%的還原一氧化碳。
[0007]本發明所用的原煤中被篩選出30_70mm塊煤，選用雙段爐純氧、富氧氣化。所述氣化劑所需用純氧由變壓吸附制^80%純度氧、深冷制^99%氧氣，與蒸汽或二氧化碳混合成氣化劑減少氮氣混入，即純氧氣化，根據合成氨或燃氣成分需要加入20%-60%氮氣為富氧氣化，煤氣熱值隨之變化1400-2400kcal/m3。
[0008]所述的雙段煤氣發生爐純氧氣化發電聯產合成氨、尿素的方法，氣化劑主要是純氧或富氧與蒸汽混合，或氧氣與二氧化碳混合，通過混合器充分混合并在嚴格監控混合比例，要求蒸汽^120°C，蒸汽與碳配比1.0-3.0:1.0，混合后作為氣化劑通過爐箅穿過蜂窩灰渣層成紊亂氣流在雙段煤氣發生爐下段爐膛氧化層部位與熱碳氧化反應后，再經還原層產出⑶+Η2^75%，還原層一般在雙段煤氣發生爐下段爐膛上部，雙段煤氣發生爐下段爐膛夾水套用鋼板制作，保持灰渣不融化和掛壁，同時夾水套產蒸汽壓力S0.4MPa，溫度^120°C最佳，使得進入下段爐內氣化劑溫度高于100°C以上，使蒸汽與熱碳中和、分解朝氫氣、一氧化碳多反應，減少二氧化碳的方向反應。
[0009]所述的雙段煤氣發生爐純氧氣化發電聯產合成氨、尿素的方法，步驟如下:
①采出煤炭經篩選、挑選，將矸石分離后送入煙煤場內；
②煙煤場設置篩口30mm的粉碎機將步驟①煙煤第一次粉碎，粉碎的煙塊煤最大粒度小于30mm，經1mm篩口過篩約有40-60%的8-30mm小粒塊煤被分離出來，用于600-3000毫米水柱壓力煤氣發生爐氣化；
③分離出來的8_30mm小粒塊煤經料倉送入煤氣發生爐工作壓力600-3000毫米水柱壓力的爐膛替代30-70mm氣化塊煤；
④將步驟②、③分離出的小粒塊煤后剩余碎煤、末煤最大顆粒小于1mm二次用篩口 8-1Omm再次粉碎成末煤；
⑤將步驟④粉碎成煤粉、煤面滲透10-20%水分或污水；
⑥將步驟⑤滲透10-20%水分的煤粉、煤面采用滾輪擠壓機或滾輪顆粒機碾壓、糅合保持一定摩擦產生溫度使部分水分自吸或蒸發擠出顆粒含水量已低于5-10%送入料倉；
⑦煤氣發生爐投料由給料器定量、定時均勻輸入上段爐膛；
⑧送入煤氣發生爐上段爐膛的末煤顆粒或小粒塊煤有上段爐膛夾孔套，中心導管由下而上的550-650°C熱煤氣被加熱形成干餾狀態；
⑨煤氣發生爐上段爐膛被干餾的末煤柱體顆粒、小粒塊煤釋放出碳、氫、焦油、苯、酚、奈氣體與由下而上熱煤氣混合成荒煤氣被導入上段爐煤氣出口，溫度保持130-180°C最佳；
⑩步驟⑨所述被導入上段爐煤氣出口經電捕焦器、酚水處理器、第二風冷器和第二靜電除塵器通過第二輸氣閥輸入洗氣塔或壓入脫硫塔；
?步驟⑨所述被干餾后煙煤柱體顆粒、小粒塊煤保持干餾時高溫逐步沉入下段