利用焦炉煤气与高炉煤气联合生产天然气与液氨的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种利用焦炉煤气与高炉煤气联合生产天然气与液氨的装置。该装置包括天然气/液化天然气生产装置、高炉煤气净化装置和无水液氨生产装置；天然气/液化天然气生产装置包括螺杆式压缩机或罗茨风机、变温吸附系统、第一往复式压缩机、第一变压吸附脱碳系统、焦炉气脱硫装置、甲烷合成系统和变压吸附系统或深冷分离系统；高炉煤气净化装置包括第二往复式压缩机、耐硫变换装置、高炉气脱硫装置、第二变压吸附脱碳系统和变压吸附脱氮系统；无水液氨生产装置包括甲烷化系统和合成氨系统；变压吸附系统或深冷分离系统通过管道与变压吸附脱氮系统连接后，再连接到甲烷化系统。本装置既解决了高炉煤气利用的难题，又能生产出高价值产品。
【专利说明】利用焦炉煤气与高炉煤气联合生产天然气与液氨的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种利用焦炉煤气与高炉煤气联合生产天然气与液氨的装置，属于化工生产装置领域。
【背景技术】
[0002]焦炉煤气是在炼焦过程中得到的一种可燃性气体，一般每吨干煤可生产焦炉气300-350m3，焦炉自身用掉一半左右。焦炉气是混合物，其产率和组成因炼焦用煤质量和焦化过程条件不同而有所差别，其主要成分为4(55% -70% )和CH4(15% -30% )、CO (5% -9% ),C02(2% -5% ),N2(2% -6% )，另外还含有少量的其它成分。
[0003]高炉煤气是在炼铁过程中产生的副产品，每炼一吨生铁产生高炉煤气约1500m3，高炉自身热风炉用掉接近一半。高炉煤气中一氧化碳约占30%，二氧化碳约占10%，氮气约占55%，还有少量的氢气与甲烷，故发热值很低。钢铁企业炼铁过程中副产的高炉煤气由于产量高热值低，难于利用，长期大量放散。
[0004]目前钢铁企业为减少环境污染、提高经济效益，越来越重视煤气的综合利用。目前焦炉煤气可做燃料气、供城市燃气、发电、或作合成氨与生产甲醇的原料，利用较充分。高炉煤气一般直接或掺混焦炉煤气做燃料气，加热锅炉产蒸汽发电或驱动大型设备，高炉煤气由于粉尘较多，惰性气体含量高，存在燃烧慢且不稳定、放热量少、烟气量大等问题，利用困难。行业内先进企业也只能回收净化后用作各加热炉燃料或供锅炉燃烧发电，经济效益低下。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于结合我国钢铁行业实际，提出一种利用焦炉煤气与高炉煤气为原料联合生产天然气与液氨的生产装置。
[0006]一种利用焦炉煤气与高炉煤气联合生产天然气与液氨的装置，包括天然气/液化天然气生产装置、高炉煤气净化装置和无水液氨生产装置；所述的天然气/液化天然气生产装置包括螺杆式压缩机或罗茨风机、变温吸附系统、第一往复式压缩机、第一变压吸附脱碳系统、焦炉气脱硫装置、甲烷合成系统和变压吸附系统或深冷分离系统，所述的螺杆式压缩机或罗茨风机、变温吸附系统、第一往复式压缩机、第一变压吸附脱碳系统依次通过管道连接，第一变压吸附脱碳系统再经第一往复式压缩机后与焦炉气脱硫装置、甲烷合成系统和变压吸附系统或深冷分离系统依次连接；所述的高炉煤气净化装置包括第二往复式压缩机、耐硫变换装置、高炉气脱硫装置、第二变压吸附脱碳系统和变压吸附脱氮系统，它们之间通过管道依次连接；所述的无水液氨生产装置包括甲烷化系统和合成氨系统，两者之间通过管道连接；所述的变压吸附系统或深冷分离系统通过管道与变压吸附脱氮系统连接后，再连接到甲烷化系统。
[0007]所述的焦炉气脱硫装置包括加热炉、预加氢反应器、一级加氢反应器、中温脱硫槽、二级加氢反应器和氧化锌槽，它们之间通过管道依次连接；所述的预加氢反应器可为1?2个，串联或并联连接；所述的中温脱硫槽或氧化锌槽可为2?3个，串联或并联连接。
[0008]所述的耐硫变换装置包括预热器、加热炉、变换炉和分离罐，预热器、加热炉、变换炉之间通过管道串连，变换炉再经预热器后与分离罐连接。
[0009]所述的高炉气脱硫装置包括中温脱硫槽和氧化锌槽；所述的中温脱硫槽或氧化锌槽可为2?3个，串联或并联连接。
[0010]本装置的技术要点是提出了采用变换装置将高炉煤气中的CO转换为H2，从而通过变压吸附的方法低成本地得到氮氢混合气体，并通过与焦炉煤气甲烷化装置副产的氮氢气体混合，使氮气与氢气之比满足合成氨所需的1:3的比例。装置中变温吸附系统、变压吸附脱碳系统、甲烷合成系统、变压吸附系统或深冷分离系统、变压吸附脱碳系统、变压吸附脱氮系统、甲烷化系统和合成氨系统八个部分的具体结构可以参照现有技术或采用其它相关专利的成熟技术方便地设计制作，可满足本实用新型的技术要求。
[0011 ] 本实用新型采用焦炉煤气与高炉煤气为原料，规模化地生产天然气(或液化天然气)与液氨两种产品，最终得到的天然气产品满足天然气国标(GB17820) —类技术规格，可直接送入管网或销售压缩天然气(CNG)，液氨产品可直接销售，也可进一步生产尿素等下游
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[0012]本实用新型可利用钢铁企业炼焦炼铁过程中得到的焦炉气与高炉气两种副产品作为原料，生产市场广阔、经济附加值高的天然气与液氨两种产品，既解决了高炉煤气利用的难题，大幅减排，又能生产出高价值产品，具有良好的经济与社会效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型的示意图。
[0014]主要附图标记:
[0015]1螺杆式压缩机或罗茨风机2变温吸附系统
[0016]3第一往复式压缩机4第一变压吸附脱碳系统
[0017]5加热炉A6预加氢反应器A
[0018]7预加氢反应器B8一级加氢反应器
[0019]9中温脱硫槽A10中温脱硫槽B
[0020]11中温脱硫槽C12二级加氢反应器
[0021]13氧化锌槽A14氧化锌槽B
[0022]15甲烷合成系统16变压吸附系统或深冷分离系统
[0023]17第二往复式压缩机18预热器
[0024]19加热炉B20变换炉
[0025]21分离罐22中温脱硫槽D
[0026]23中温脱硫槽E24中温脱硫槽F
[0027]25氧化锌槽C26氧化锌槽D
[0028]27第二变压吸附脱碳系统28变压吸附脱氮系统
[0029]29甲烷化系统30合成氨系统
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但所提供的方式仅作为示例而不应该被理解为限制本实用新型的范围。
[0031]如图1所示，本实用新型利用焦炉煤气与高炉煤气联合生产天然气与液氨的生产装置，包括天然气/液化天然气生产装置、高炉煤气净化装置和无水液氨生产装置；所述的天然气/液化天然气生产装置包括螺杆式压缩机或罗茨风机1、变温吸附系统2、第一往复式压缩机3、第一变压吸附脱碳系统4、焦炉气脱硫装置、甲烷合成系统15和变压吸附系统或深冷分离系统16，螺杆式压缩机或罗茨风机1、变温吸附系统2、第一往复式压缩机3、第一变压吸附脱碳系统4之间依次通过管道连接，第一变压吸附脱碳系统4再经第一往复式压缩机3后与焦炉气脱硫装置、甲烷合成系统15和变压吸附系统或深冷分离系统16依次连接；高炉煤气净化装置包括第二往复式压缩机17、耐硫变换装置、高炉气脱硫装置、第二变压吸附脱碳系统27和变压吸附脱氮系统28，它们之间通过管道依次连接；无水液氨生产装置包括甲烷化系统29和合成氨系统30，两者之间通过管道连接；变压吸附系统或深冷分离系统16通过管道与变压吸附脱氮系统28连接后，再连接到甲烷化系统29。
[0032]焦炉气脱硫装置包括加热炉A 5，两个预加氢反应器，一级加氢反应器8，三个中温脱硫槽，二级加氢反应器12，两个氧化锌槽，它们之间通过管道依次连接。其中预加氢反应器A 6、预加氢反应器B 7之间并联连接，中温脱硫槽A 9、中温脱硫槽B 10、中温脱硫槽C 11之间并联或串联连接，氧化锌槽A 13和氧化锌槽B 14之间并联或串联连接。
[0033]耐硫变换装置包括预热器18、加热炉B 19、变换炉20和分离罐21，预热器18、加热炉B 19、变换炉20之间通过管道串连，变换炉20再经预热器18后与分离罐21连接。
[0034]高炉气脱硫装置包括三个中温脱硫槽和两个氧化锌槽；中温脱硫槽D 22、中温脱硫槽E 23和中温脱硫槽F 24之间并联或串联连接，氧化锌槽C 25与氧化锌槽D26之间并联或串联连接。
[0035]焦化厂净化后的焦炉煤气进入装置进口后，通过螺杆式压缩机或罗茨风机1加压，经螺杆式压缩机压缩至0.1?IMPa，或经罗茨风机压缩至0.01?0.1MPa，进入变温吸附系统2，焦炉气中大部分的硫、焦油、苯、萘等杂质被吸附在吸附塔内的吸附剂上除去，然后通过第一往复式压缩机3 —、二级压缩加压至0.6?1.0MPa，进入变压吸附脱碳系统4，60%?70%的C02被吸附在吸附塔内的吸附剂上除去，再通过往第一复式压缩机3三级压缩加压至1.5?3MPa，进入焦炉气脱硫系统，经过管式加热炉A 5升温至200?300°C，依次经过两台并联的预加氢反应器A 6、预加氢反应器B 7，一级加氢反应器8，除去其中的氧气、不饱和烃与氧硫化碳，经过三台可串可并的中温脱硫槽A 9、中温脱硫槽B 10、中温脱硫槽C 11，经过二级加氢反应器12除去有机硫，两台可串可并的氧化锌槽A 13、氧化锌槽B 14，将焦炉气中的总S降至ppb级；
[0036]经净化后的焦炉气经过甲烷合成系统15，在等温或绝热甲烷化反应器中，其中的0)、0)2与H2发生甲烷化反应生成CH4，得到的合成气可通过变压吸附系统，其中的CH4组分被吸附在吸附塔内的吸附剂上，饱和后通过真空泵抽出即得到天然气产品，或者将合成气进入深冷分离系统，通过分子筛吸附脱水、脱汞剂吸附脱汞后，使用膨胀制冷设备或混合冷剂制冷设备将合成气液化，再通过低温精馏分离出氮气与氢气，得到纯度在98%以上的液化天然气产品，通过吸附分离出的氮氢气或低温精馏分离出的氮氢气补充入高炉气流程变压吸附脱氮系统28之后；
[0037]高炉煤气通过往第二复式压缩机17 —、二级压缩加压至0.6?1.0MPa，经预热器18换热后与水蒸气混合，进入管式加热炉B 19升温至200?500°C后，进入变换炉20进行低温耐硫变换，变换炉20为一固定床反应器，装有2?4段变换触媒，每段触媒床层件设有脱盐水喷淋装置调节温度，在其中大部分的C0在低温耐硫变换触媒的作用下与水蒸气反应转化为H2，同时高炉气中的有机硫很大一部分也被转化为无机硫，离开变换炉20的高炉气经预热器18回收热量，经分离罐21分离水分，出口 C0含量降至0.5%以下；
[0038]变换后的高炉气进入高炉气脱硫系统，依次经过三台可串可并的中温脱硫槽D22、中温脱硫槽E 23、中温脱硫槽F 24，两台可串可并的氧化锌槽C 25、氧化锌槽D 26脱除硫化氢，再进入第二变压吸附脱碳系统27，60%?70%的0)2被吸附在吸附塔内的吸附剂上除去，再进入变压吸附脱氮系统28，除去约70%的氮气；
[0039]经净化后的高炉气与焦炉气流程中分离出的氮氢气混合后通过第二往复式压缩机17三、四、五、六级压缩加压至10?30MPa，进入甲烷化系统29，在甲烷化炉内微量的C0、0)2与H2发生甲烷化反应生成CH4，再进入合成氨系统30生产纯度在99.6%以上的液体无水氨产品。
[0040]为了保证净化后的高炉气与焦炉气流程中分离出的氮氢气两者混合之后氮气与氢气的体积比在1:3，需要控制进入联合装置的焦炉煤气与高炉煤气的体积比在4:3左右。
【权利要求】
1.一种利用焦炉煤气与高炉煤气联合生产天然气与液氨的装置，其特征在于:包括天然气/液化天然气生产装置、高炉煤气净化装置和无水液氨生产装置；所述的天然气/液化天然气生产装置包括螺杆式压缩机或罗茨风机、变温吸附系统、第一往复式压缩机、第一变压吸附脱碳系统、焦炉气脱硫装置、甲烷合成系统和变压吸附系统或深冷分离系统，所述的螺杆式压缩机或罗茨风机、变温吸附系统、第一往复式压缩机、第一变压吸附脱碳系统依次通过管道连接，第一变压吸附脱碳系统再经第一往复式压缩机后与焦炉气脱硫装置、甲烷合成系统和变压吸附系统或深冷分离系统依次连接；所述的高炉煤气净化装置包括第二往复式压缩机、耐硫变换装置、高炉气脱硫装置、第二变压吸附脱碳系统和变压吸附脱氮系统，它们之间通过管道依次连接；所述的无水液氨生产装置包括甲烷化系统和合成氨系统，两者之间通过管道连接；所述的变压吸附系统或深冷分离系统通过管道与变压吸附脱氮系统连接后，再连接到甲烷化系统。
2.如权利要求1所述的利用焦炉煤气与高炉煤气联合生产天然气与液氨的装置，其特征在于:所述的焦炉气脱硫装置包括加热炉、预加氢反应器、一级加氢反应器、中温脱硫槽、二级加氢反应器和氧化锌槽，它们之间通过管道依次连接。
3.如权利要求2所述的利用焦炉煤气与高炉煤气联合生产天然气与液氨的装置，其特征在于:所述的预加氢反应器为I?2个，串联或并联连接。
4.如权利要求2所述的利用焦炉煤气与高炉煤气联合生产天然气与液氨的装置，其特征在于:所述的中温脱硫槽或氧化锌槽为2?3个，串联或并联连接。
5.如权利要求1所述的利用焦炉煤气与高炉煤气联合生产天然气与液氨的装置，其特征在于:所述的耐硫变换装置包括预热器、加热炉、变换炉和分离罐，预热器、加热炉、变换炉之间通过管道串连，变换炉再经预热器后与分离罐连接。
6.如权利要求1所述的利用焦炉煤气与高炉煤气联合生产天然气与液氨的装置，其特征在于:所述的高炉气脱硫装置包括中温脱硫槽和氧化锌槽。
7.如权利要求6所述的利用焦炉煤气与高炉煤气联合生产天然气与液氨的装置，其特征在于:所述的中温脱硫槽或氧化锌槽为2?3个，串联或并联连接。
【文档编号】C10K1/32GK204211707SQ201420659000
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】王拴虎, 方勇, 韩园元 申请人:新奥能源贸易有限公司