利用焦?fàn)t煤氣與高爐煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與液氨的裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種利用焦?fàn)t煤氣與高爐煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與液氨的裝置。該裝置包括天然氣/液化天然氣生產(chǎn)裝置、高爐煤氣凈化裝置和無水液氨生產(chǎn)裝置；天然氣/液化天然氣生產(chǎn)裝置包括螺桿式壓縮機(jī)或羅茨風(fēng)機(jī)、變溫吸附系統(tǒng)、第一往復(fù)式壓縮機(jī)、第一變壓吸附脫碳系統(tǒng)、焦?fàn)t氣脫硫裝置、甲烷合成系統(tǒng)和變壓吸附系統(tǒng)或深冷分離系統(tǒng)；高爐煤氣凈化裝置包括第二往復(fù)式壓縮機(jī)、耐硫變換裝置、高爐氣脫硫裝置、第二變壓吸附脫碳系統(tǒng)和變壓吸附脫氮系統(tǒng)；無水液氨生產(chǎn)裝置包括甲烷化系統(tǒng)和合成氨系統(tǒng)；變壓吸附系統(tǒng)或深冷分離系統(tǒng)通過管道與變壓吸附脫氮系統(tǒng)連接后，再連接到甲烷化系統(tǒng)。本裝置既解決了高爐煤氣利用的難題，又能生產(chǎn)出高價(jià)值產(chǎn)品。
【專利說明】利用焦?fàn)t煤氣與高爐煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與液氨的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種利用焦?fàn)t煤氣與高爐煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與液氨的裝置，屬于化工生產(chǎn)裝置領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]焦?fàn)t煤氣是在煉焦過程中得到的一種可燃性氣體，一般每噸干煤可生產(chǎn)焦?fàn)t氣300-350m3，焦?fàn)t自身用掉一半左右。焦?fàn)t氣是混合物，其產(chǎn)率和組成因煉焦用煤質(zhì)量和焦化過程條件不同而有所差別，其主要成分為4(55% -70% )和CH4(15% -30% )、CO (5% -9% ),C02(2% -5% ),N2(2% -6% )，另外還含有少量的其它成分。
[0003]高爐煤氣是在煉鐵過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，每煉一噸生鐵產(chǎn)生高爐煤氣約1500m3，高爐自身熱風(fēng)爐用掉接近一半。高爐煤氣中一氧化碳約占30%，二氧化碳約占10%，氮?dú)饧s占55%，還有少量的氫氣與甲烷，故發(fā)熱值很低。鋼鐵企業(yè)煉鐵過程中副產(chǎn)的高爐煤氣由于產(chǎn)量高熱值低，難于利用，長期大量放散。
[0004]目前鋼鐵企業(yè)為減少環(huán)境污染、提高經(jīng)濟(jì)效益，越來越重視煤氣的綜合利用。目前焦?fàn)t煤氣可做燃料氣、供城市燃?xì)?、發(fā)電、或作合成氨與生產(chǎn)甲醇的原料，利用較充分。高爐煤氣一般直接或摻混焦?fàn)t煤氣做燃料氣，加熱鍋爐產(chǎn)蒸汽發(fā)電或驅(qū)動大型設(shè)備，高爐煤氣由于粉塵較多，惰性氣體含量高，存在燃燒慢且不穩(wěn)定、放熱量少、煙氣量大等問題，利用困難。行業(yè)內(nèi)先進(jìn)企業(yè)也只能回收凈化后用作各加熱爐燃料或供鍋爐燃燒發(fā)電，經(jīng)濟(jì)效益低下。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的在于結(jié)合我國鋼鐵行業(yè)實(shí)際，提出一種利用焦?fàn)t煤氣與高爐煤氣為原料聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與液氨的生產(chǎn)裝置。
[0006]一種利用焦?fàn)t煤氣與高爐煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與液氨的裝置，包括天然氣/液化天然氣生產(chǎn)裝置、高爐煤氣凈化裝置和無水液氨生產(chǎn)裝置；所述的天然氣/液化天然氣生產(chǎn)裝置包括螺桿式壓縮機(jī)或羅茨風(fēng)機(jī)、變溫吸附系統(tǒng)、第一往復(fù)式壓縮機(jī)、第一變壓吸附脫碳系統(tǒng)、焦?fàn)t氣脫硫裝置、甲烷合成系統(tǒng)和變壓吸附系統(tǒng)或深冷分離系統(tǒng)，所述的螺桿式壓縮機(jī)或羅茨風(fēng)機(jī)、變溫吸附系統(tǒng)、第一往復(fù)式壓縮機(jī)、第一變壓吸附脫碳系統(tǒng)依次通過管道連接，第一變壓吸附脫碳系統(tǒng)再經(jīng)第一往復(fù)式壓縮機(jī)后與焦?fàn)t氣脫硫裝置、甲烷合成系統(tǒng)和變壓吸附系統(tǒng)或深冷分離系統(tǒng)依次連接；所述的高爐煤氣凈化裝置包括第二往復(fù)式壓縮機(jī)、耐硫變換裝置、高爐氣脫硫裝置、第二變壓吸附脫碳系統(tǒng)和變壓吸附脫氮系統(tǒng)，它們之間通過管道依次連接；所述的無水液氨生產(chǎn)裝置包括甲烷化系統(tǒng)和合成氨系統(tǒng)，兩者之間通過管道連接；所述的變壓吸附系統(tǒng)或深冷分離系統(tǒng)通過管道與變壓吸附脫氮系統(tǒng)連接后，再連接到甲烷化系統(tǒng)。
[0007]所述的焦?fàn)t氣脫硫裝置包括加熱爐、預(yù)加氫反應(yīng)器、一級加氫反應(yīng)器、中溫脫硫槽、二級加氫反應(yīng)器和氧化鋅槽，它們之間通過管道依次連接；所述的預(yù)加氫反應(yīng)器可為1?2個，串聯(lián)或并聯(lián)連接；所述的中溫脫硫槽或氧化鋅槽可為2?3個，串聯(lián)或并聯(lián)連接。
[0008]所述的耐硫變換裝置包括預(yù)熱器、加熱爐、變換爐和分離罐，預(yù)熱器、加熱爐、變換爐之間通過管道串連，變換爐再經(jīng)預(yù)熱器后與分離罐連接。
[0009]所述的高爐氣脫硫裝置包括中溫脫硫槽和氧化鋅槽；所述的中溫脫硫槽或氧化鋅槽可為2?3個，串聯(lián)或并聯(lián)連接。
[0010]本裝置的技術(shù)要點(diǎn)是提出了采用變換裝置將高爐煤氣中的CO轉(zhuǎn)換為H2，從而通過變壓吸附的方法低成本地得到氮?dú)浠旌蠚怏w，并通過與焦?fàn)t煤氣甲烷化裝置副產(chǎn)的氮?dú)錃怏w混合，使氮?dú)馀c氫氣之比滿足合成氨所需的1:3的比例。裝置中變溫吸附系統(tǒng)、變壓吸附脫碳系統(tǒng)、甲烷合成系統(tǒng)、變壓吸附系統(tǒng)或深冷分離系統(tǒng)、變壓吸附脫碳系統(tǒng)、變壓吸附脫氮系統(tǒng)、甲烷化系統(tǒng)和合成氨系統(tǒng)八個部分的具體結(jié)構(gòu)可以參照現(xiàn)有技術(shù)或采用其它相關(guān)專利的成熟技術(shù)方便地設(shè)計(jì)制作，可滿足本實(shí)用新型的技術(shù)要求。
[0011 ] 本實(shí)用新型采用焦?fàn)t煤氣與高爐煤氣為原料，規(guī)?；厣a(chǎn)天然氣(或液化天然氣)與液氨兩種產(chǎn)品，最終得到的天然氣產(chǎn)品滿足天然氣國標(biāo)(GB17820) —類技術(shù)規(guī)格，可直接送入管網(wǎng)或銷售壓縮天然氣(CNG)，液氨產(chǎn)品可直接銷售，也可進(jìn)一步生產(chǎn)尿素等下游
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[0012]本實(shí)用新型可利用鋼鐵企業(yè)煉焦煉鐵過程中得到的焦?fàn)t氣與高爐氣兩種副產(chǎn)品作為原料，生產(chǎn)市場廣闊、經(jīng)濟(jì)附加值高的天然氣與液氨兩種產(chǎn)品，既解決了高爐煤氣利用的難題，大幅減排，又能生產(chǎn)出高價(jià)值產(chǎn)品，具有良好的經(jīng)濟(jì)與社會效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型的示意圖。
[0014]主要附圖標(biāo)記:
[0015]1螺桿式壓縮機(jī)或羅茨風(fēng)機(jī)2變溫吸附系統(tǒng)
[0016]3第一往復(fù)式壓縮機(jī)4第一變壓吸附脫碳系統(tǒng)
[0017]5加熱爐A6預(yù)加氫反應(yīng)器A
[0018]7預(yù)加氫反應(yīng)器B8一級加氫反應(yīng)器
[0019]9中溫脫硫槽A10中溫脫硫槽B
[0020]11中溫脫硫槽C12二級加氫反應(yīng)器
[0021]13氧化鋅槽A14氧化鋅槽B
[0022]15甲烷合成系統(tǒng)16變壓吸附系統(tǒng)或深冷分離系統(tǒng)
[0023]17第二往復(fù)式壓縮機(jī)18預(yù)熱器
[0024]19加熱爐B20變換爐
[0025]21分離罐22中溫脫硫槽D
[0026]23中溫脫硫槽E24中溫脫硫槽F
[0027]25氧化鋅槽C26氧化鋅槽D
[0028]27第二變壓吸附脫碳系統(tǒng)28變壓吸附脫氮系統(tǒng)
[0029]29甲烷化系統(tǒng)30合成氨系統(tǒng)

【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但所提供的方式僅作為示例而不應(yīng)該被理解為限制本實(shí)用新型的范圍。
[0031]如圖1所示，本實(shí)用新型利用焦?fàn)t煤氣與高爐煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與液氨的生產(chǎn)裝置，包括天然氣/液化天然氣生產(chǎn)裝置、高爐煤氣凈化裝置和無水液氨生產(chǎn)裝置；所述的天然氣/液化天然氣生產(chǎn)裝置包括螺桿式壓縮機(jī)或羅茨風(fēng)機(jī)1、變溫吸附系統(tǒng)2、第一往復(fù)式壓縮機(jī)3、第一變壓吸附脫碳系統(tǒng)4、焦?fàn)t氣脫硫裝置、甲烷合成系統(tǒng)15和變壓吸附系統(tǒng)或深冷分離系統(tǒng)16，螺桿式壓縮機(jī)或羅茨風(fēng)機(jī)1、變溫吸附系統(tǒng)2、第一往復(fù)式壓縮機(jī)3、第一變壓吸附脫碳系統(tǒng)4之間依次通過管道連接，第一變壓吸附脫碳系統(tǒng)4再經(jīng)第一往復(fù)式壓縮機(jī)3后與焦?fàn)t氣脫硫裝置、甲烷合成系統(tǒng)15和變壓吸附系統(tǒng)或深冷分離系統(tǒng)16依次連接；高爐煤氣凈化裝置包括第二往復(fù)式壓縮機(jī)17、耐硫變換裝置、高爐氣脫硫裝置、第二變壓吸附脫碳系統(tǒng)27和變壓吸附脫氮系統(tǒng)28，它們之間通過管道依次連接；無水液氨生產(chǎn)裝置包括甲烷化系統(tǒng)29和合成氨系統(tǒng)30，兩者之間通過管道連接；變壓吸附系統(tǒng)或深冷分離系統(tǒng)16通過管道與變壓吸附脫氮系統(tǒng)28連接后，再連接到甲烷化系統(tǒng)29。
[0032]焦?fàn)t氣脫硫裝置包括加熱爐A 5，兩個預(yù)加氫反應(yīng)器，一級加氫反應(yīng)器8，三個中溫脫硫槽，二級加氫反應(yīng)器12，兩個氧化鋅槽，它們之間通過管道依次連接。其中預(yù)加氫反應(yīng)器A 6、預(yù)加氫反應(yīng)器B 7之間并聯(lián)連接，中溫脫硫槽A 9、中溫脫硫槽B 10、中溫脫硫槽C 11之間并聯(lián)或串聯(lián)連接，氧化鋅槽A 13和氧化鋅槽B 14之間并聯(lián)或串聯(lián)連接。
[0033]耐硫變換裝置包括預(yù)熱器18、加熱爐B 19、變換爐20和分離罐21，預(yù)熱器18、加熱爐B 19、變換爐20之間通過管道串連，變換爐20再經(jīng)預(yù)熱器18后與分離罐21連接。
[0034]高爐氣脫硫裝置包括三個中溫脫硫槽和兩個氧化鋅槽；中溫脫硫槽D 22、中溫脫硫槽E 23和中溫脫硫槽F 24之間并聯(lián)或串聯(lián)連接，氧化鋅槽C 25與氧化鋅槽D26之間并聯(lián)或串聯(lián)連接。
[0035]焦化廠凈化后的焦?fàn)t煤氣進(jìn)入裝置進(jìn)口后，通過螺桿式壓縮機(jī)或羅茨風(fēng)機(jī)1加壓，經(jīng)螺桿式壓縮機(jī)壓縮至0.1?IMPa，或經(jīng)羅茨風(fēng)機(jī)壓縮至0.01?0.1MPa，進(jìn)入變溫吸附系統(tǒng)2，焦?fàn)t氣中大部分的硫、焦油、苯、萘等雜質(zhì)被吸附在吸附塔內(nèi)的吸附劑上除去，然后通過第一往復(fù)式壓縮機(jī)3 —、二級壓縮加壓至0.6?1.0MPa，進(jìn)入變壓吸附脫碳系統(tǒng)4，60%?70%的C02被吸附在吸附塔內(nèi)的吸附劑上除去，再通過往第一復(fù)式壓縮機(jī)3三級壓縮加壓至1.5?3MPa，進(jìn)入焦?fàn)t氣脫硫系統(tǒng)，經(jīng)過管式加熱爐A 5升溫至200?300°C，依次經(jīng)過兩臺并聯(lián)的預(yù)加氫反應(yīng)器A 6、預(yù)加氫反應(yīng)器B 7，一級加氫反應(yīng)器8，除去其中的氧氣、不飽和烴與氧硫化碳，經(jīng)過三臺可串可并的中溫脫硫槽A 9、中溫脫硫槽B 10、中溫脫硫槽C 11，經(jīng)過二級加氫反應(yīng)器12除去有機(jī)硫，兩臺可串可并的氧化鋅槽A 13、氧化鋅槽B 14，將焦?fàn)t氣中的總S降至ppb級；
[0036]經(jīng)凈化后的焦?fàn)t氣經(jīng)過甲烷合成系統(tǒng)15，在等溫或絕熱甲烷化反應(yīng)器中，其中的0)、0)2與H2發(fā)生甲烷化反應(yīng)生成CH4，得到的合成氣可通過變壓吸附系統(tǒng)，其中的CH4組分被吸附在吸附塔內(nèi)的吸附劑上，飽和后通過真空泵抽出即得到天然氣產(chǎn)品，或者將合成氣進(jìn)入深冷分離系統(tǒng)，通過分子篩吸附脫水、脫汞劑吸附脫汞后，使用膨脹制冷設(shè)備或混合冷劑制冷設(shè)備將合成氣液化，再通過低溫精餾分離出氮?dú)馀c氫氣，得到純度在98%以上的液化天然氣產(chǎn)品，通過吸附分離出的氮?dú)錃饣虻蜏鼐s分離出的氮?dú)錃庋a(bǔ)充入高爐氣流程變壓吸附脫氮系統(tǒng)28之后；
[0037]高爐煤氣通過往第二復(fù)式壓縮機(jī)17 —、二級壓縮加壓至0.6?1.0MPa，經(jīng)預(yù)熱器18換熱后與水蒸氣混合，進(jìn)入管式加熱爐B 19升溫至200?500°C后，進(jìn)入變換爐20進(jìn)行低溫耐硫變換，變換爐20為一固定床反應(yīng)器，裝有2?4段變換觸媒，每段觸媒床層件設(shè)有脫鹽水噴淋裝置調(diào)節(jié)溫度，在其中大部分的C0在低溫耐硫變換觸媒的作用下與水蒸氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化為H2，同時(shí)高爐氣中的有機(jī)硫很大一部分也被轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫，離開變換爐20的高爐氣經(jīng)預(yù)熱器18回收熱量，經(jīng)分離罐21分離水分，出口 C0含量降至0.5%以下；
[0038]變換后的高爐氣進(jìn)入高爐氣脫硫系統(tǒng)，依次經(jīng)過三臺可串可并的中溫脫硫槽D22、中溫脫硫槽E 23、中溫脫硫槽F 24，兩臺可串可并的氧化鋅槽C 25、氧化鋅槽D 26脫除硫化氫，再進(jìn)入第二變壓吸附脫碳系統(tǒng)27，60%?70%的0)2被吸附在吸附塔內(nèi)的吸附劑上除去，再進(jìn)入變壓吸附脫氮系統(tǒng)28，除去約70%的氮?dú)猓?br> [0039]經(jīng)凈化后的高爐氣與焦?fàn)t氣流程中分離出的氮?dú)錃饣旌虾笸ㄟ^第二往復(fù)式壓縮機(jī)17三、四、五、六級壓縮加壓至10?30MPa，進(jìn)入甲烷化系統(tǒng)29，在甲烷化爐內(nèi)微量的C0、0)2與H2發(fā)生甲烷化反應(yīng)生成CH4，再進(jìn)入合成氨系統(tǒng)30生產(chǎn)純度在99.6%以上的液體無水氨產(chǎn)品。
[0040]為了保證凈化后的高爐氣與焦?fàn)t氣流程中分離出的氮?dú)錃鈨烧呋旌现蟮獨(dú)馀c氫氣的體積比在1:3，需要控制進(jìn)入聯(lián)合裝置的焦?fàn)t煤氣與高爐煤氣的體積比在4:3左右。
【權(quán)利要求】
1.一種利用焦?fàn)t煤氣與高爐煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與液氨的裝置，其特征在于:包括天然氣/液化天然氣生產(chǎn)裝置、高爐煤氣凈化裝置和無水液氨生產(chǎn)裝置；所述的天然氣/液化天然氣生產(chǎn)裝置包括螺桿式壓縮機(jī)或羅茨風(fēng)機(jī)、變溫吸附系統(tǒng)、第一往復(fù)式壓縮機(jī)、第一變壓吸附脫碳系統(tǒng)、焦?fàn)t氣脫硫裝置、甲烷合成系統(tǒng)和變壓吸附系統(tǒng)或深冷分離系統(tǒng)，所述的螺桿式壓縮機(jī)或羅茨風(fēng)機(jī)、變溫吸附系統(tǒng)、第一往復(fù)式壓縮機(jī)、第一變壓吸附脫碳系統(tǒng)依次通過管道連接，第一變壓吸附脫碳系統(tǒng)再經(jīng)第一往復(fù)式壓縮機(jī)后與焦?fàn)t氣脫硫裝置、甲烷合成系統(tǒng)和變壓吸附系統(tǒng)或深冷分離系統(tǒng)依次連接；所述的高爐煤氣凈化裝置包括第二往復(fù)式壓縮機(jī)、耐硫變換裝置、高爐氣脫硫裝置、第二變壓吸附脫碳系統(tǒng)和變壓吸附脫氮系統(tǒng)，它們之間通過管道依次連接；所述的無水液氨生產(chǎn)裝置包括甲烷化系統(tǒng)和合成氨系統(tǒng)，兩者之間通過管道連接；所述的變壓吸附系統(tǒng)或深冷分離系統(tǒng)通過管道與變壓吸附脫氮系統(tǒng)連接后，再連接到甲烷化系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的利用焦?fàn)t煤氣與高爐煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與液氨的裝置，其特征在于:所述的焦?fàn)t氣脫硫裝置包括加熱爐、預(yù)加氫反應(yīng)器、一級加氫反應(yīng)器、中溫脫硫槽、二級加氫反應(yīng)器和氧化鋅槽，它們之間通過管道依次連接。
3.如權(quán)利要求2所述的利用焦?fàn)t煤氣與高爐煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與液氨的裝置，其特征在于:所述的預(yù)加氫反應(yīng)器為I?2個，串聯(lián)或并聯(lián)連接。
4.如權(quán)利要求2所述的利用焦?fàn)t煤氣與高爐煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與液氨的裝置，其特征在于:所述的中溫脫硫槽或氧化鋅槽為2?3個，串聯(lián)或并聯(lián)連接。
5.如權(quán)利要求1所述的利用焦?fàn)t煤氣與高爐煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與液氨的裝置，其特征在于:所述的耐硫變換裝置包括預(yù)熱器、加熱爐、變換爐和分離罐，預(yù)熱器、加熱爐、變換爐之間通過管道串連，變換爐再經(jīng)預(yù)熱器后與分離罐連接。
6.如權(quán)利要求1所述的利用焦?fàn)t煤氣與高爐煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與液氨的裝置，其特征在于:所述的高爐氣脫硫裝置包括中溫脫硫槽和氧化鋅槽。
7.如權(quán)利要求6所述的利用焦?fàn)t煤氣與高爐煤氣聯(lián)合生產(chǎn)天然氣與液氨的裝置，其特征在于:所述的中溫脫硫槽或氧化鋅槽為2?3個，串聯(lián)或并聯(lián)連接。
【文檔編號】C10K1/32GK204211707SQ201420659000
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】王拴虎, 方勇, 韓園元 申請人:新奧能源貿(mào)易有限公司