双段煤气发生炉纯氧连续气化发电联产合成氨、尿素的方法
【技术领域】
[0001]烟煤、秸杆通过气化、净化后进行综合利用清洁、环保、低碳、节能、减排技术领域，
是一种双段煤气发生炉纯氧连续气化发电联产合成氨、尿素的方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着国家环保政策和产业升级，大批中、小型化肥企业亏损、倒闭。其主要原因是这类企业主要以较为稀缺的无烟块煤作为气化原料，在煤炭价格一路走低的市场背景下，化肥产品(尿素、合成氨)价格一直下跌。但无烟块煤的跌幅远小于普通烟煤跌幅。加之从2015年开始，国家逐步取消化肥企业所享受的政策电价，对中小型化肥企业更是雪上加霜(大型化肥企业多数拥有自备电厂)。而煤炭、电费两项加起来占到合成氨、尿素生产成本的90%以上。一套将烟煤、低劣质煤作为替代无烟煤化工原料，同时配套联产发电、LNG、DNE、焦油深加工的技术方法，对这些企业的生存具有决定性意义。同时也是煤炭阶梯利用，清洁利用、化工用煤本地化的有效途径。由于历史原因，我国存在大量的中小型化肥企业，限于规模和经济实力，这类企业难以承担水煤浆、煤粉气化、航天炉等炉型的投资改造。因此，提出本发明专利技术方法，基于本人之前数项发明专利和现有双段煤气发生炉炉型采用纯氧连续气化。以较低的设备投入，使用廉价末(块)烟煤大幅降低现有化工企业的生产成本。
[0003]中、小化肥厂产品价格低于消耗无烟块煤或焦炭、电费等所需支出成本费用，基本处于停产、面临关闭危机。究其原因；减碳、低碳环保绿色大环境造成烟煤暴跌，随之带动化工产品价格大幅下降，生产原料无烟煤资源有限、价格降幅甚微。仅合成氨、尿素为例;价格降到1400元/吨，生产该产品所耗用无烟煤，取消政策电价后的电费合计已超过1400元/吨，今后再恢复以往2400元/吨的高价位水平希望不大。焦炭、半焦(兰炭)与无烟块煤差价不太大，而且烟煤与无烟块煤价差达到400元/吨，可见煤炭种类价格决定生产成本。如果选用水煤浆、喷煤粉、沸腾炉流化床等技术和设备又难以适应中小化肥厂。因此，采取较好的方法利用低价烟煤、秸杆进入替代无烟煤、焦炭气化来降低生产成本是一条行之有效的途径。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是，提供一种双段煤气发生炉纯氧连续气化发电联产合成氨、尿素的方法，它能解决现有技术存在的不足。
[0005]本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现:双段煤气发生炉纯氧气化发电联产合成氨、尿素的方法，其步骤是:
①将烟煤秸杆或褐煤经滚轮挤压机或滚轮颗粒机设备碾压、糅合、挤出颗粒不需要烘干、脱水，直接做为原料送入双段煤气发生炉上端料仓经给料器投入上段炉膛内；
②双段煤气发生炉下段炉膛3产出的热煤气50-80%通过双段煤气发生炉上段炉衬套夹孔输出，剩余20-50%热煤气直接流向双段煤气发生炉上段炉膛构成内热对步骤①烟煤、秸杆颗粒加热温度达到550-950°C形成干馏； ③步骤②所述烟煤、秸杆颗粒在上段炉膛内干馏释放出焦油、碳、氢气体与双段煤气发生炉下段炉流向上段炉膛内20-50%煤气混合成荒煤气经双段煤气发生炉上段炉荒煤气出口输出；
④步骤③所述输出荒煤气经双段煤气发生炉上段出气导管通过电捕焦器、第二酚水分离器、第二风冷器和第二静电除尘器完成焦油、灰尘、酚水分离在第一输气阀调节流量压入脱硫塔，双段煤气发生炉下段炉流向热煤气需调节流量满足上段炉膛干馏要求，或在电捕焦前后设置燃气流量控制阀，干馏、净化后生成含极少焦油、硫、苯、酚、萘、灰尘的洁净燃气；
⑤步骤②所述双段煤气发生炉上段炉膛内干馏后烟煤、秸杆颗粒呈高温半焦逐步滑沉至双段煤气发生炉下段炉膛，双段煤气发生炉下段炉膛由底部流上来的，氧气与蒸汽混合的气化剂在900-1400°C温度下氧化，产出煤气；
⑥步骤⑤所述产出无氮煤气50-70%经双段煤气发生炉下段炉煤气出口经除尘器、废热锅炉、第一酚水处理器、第一风冷器和第一静电除尘器，在第二输气阀控制下或再经洗气塔产出洁净无氮煤气进入化工合成系统；
⑦步骤⑥所述经过气化后燃料成为炉灰渣从各种结构炉底:A灰盆旋转，盆内灰分利用灰盆旋转分离灰渣由灰刀倾斜刮起排出；B封闭式炉箅旋转带刮灰犁将灰渣刮入排渣器逐步排出，封闭式结构可增加较大工作压力，利于小粒块煤用于煤气发生炉、双段煤气发生炉气化或兰炭炉产出兰炭；
双段煤气发生炉上段炉干馏烟煤颗粒产出荒煤气成分:甲烷7-20%，CO+H2 ^70%、热值达到2900-3300kcal/m3左右，单独输出适合作为燃气内燃机燃料发电，作为城市煤气;将双段煤气发生炉下段炉无氮煤气中一氧化碳再进行变换成为大量氢；同时用于生产合成氨、甲醇、烯烃、芳烃、二甲醚等多种煤化工产品，提取工业纯氢；
双段煤气发生炉下段炉气化产出煤气成分⑶2=15-38%、CO+H2=75-82%，其中一氧化碳30-45%通过化工系统与蒸汽变换成H2、C02各30-45%，煤气中的氢加变换后氢气达75-82%，CO2达到45-70%，这些气体用于:
(A)75-82%氢气与氮气配比3:1混合压缩在合成过程生成液氨(NH3);
(B)生成液氨再与二氧化碳按580kg:730kg的比例经压缩、加温催化合成尿素；
(C)将步骤(A)、(B)下段煤气发生炉产生煤气中的氢与一氧化碳变换生成氢与氮合成氨，剩余30-60% 二氧化碳分离出作为二次能源用于如合成碳酸丙烯酯、双氰胺、碳酸氢铵、甲醇、二甲醚、碳酸乙二醇酯及乙烯，或与氧气混合回炉做气化剂。
[0006]所述的双段煤气发生炉纯氧气化发电联产合成氨、尿素的方法，具体步骤如下:
①所述原料中的烟煤是将原煤进行粉碎，先筛选6-28mm小粒块煤，6_28mm小粒块煤当做气化原料直接送入双段煤气发生炉上端料仓;剩余已粉碎成最大颗粒小于5mm为佳，再二次细粉碎，形成碎煤粉、末及泥煤，经渗入10-20%水分，多次碾压、糅合，挤出直径12-36mm，长度30-200mm柱体颗粒，加工成颗粒的水分受碾压、糅合变细粉面泥过程中产生自吸水分、或糅合摩擦热量蒸发一部分后水分降至5-10%，不需要烘干可以直接当做块煤投入气化炉；
②烟煤含焦油、硫等特性，同时需要一定强度在双段煤气发生炉上段炉膛干馏成蜂窝结构的半焦兰炭，同时将煤粉粒内甲烷、碳、氢、焦油、硫、苯、酸、萘从已成蜂窝结构颗粒充分释放出来，实现烟煤变为半焦类似于无烟块煤在双段煤气发生炉下段炉气化。消化使用褐煤、秸杆时，利用秸杆、褐煤燃点低、挥发分高的特点，双段煤气发生炉内气化，选用的气化剂是氧气与二氧化碳混合进行气化，秸杆、褐煤碳性弱在高温下能中和一部分二氧化碳，在1150°C时能中和20-60%的还原一氧化碳。
[0007]本发明所用的原煤中被筛选出30_70mm块煤，选用双段炉纯氧、富氧气化。所述气化剂所需用纯氧由变压吸附制^80%纯度氧、深冷制^99%氧气，与蒸汽或二氧化碳混合成气化剂减少氮气混入，即纯氧气化，根据合成氨或燃气成分需要加入20%-60%氮气为富氧气化，煤气热值随之变化1400-2400kcal/m3。
[0008]所述的双段煤气发生炉纯氧气化发电联产合成氨、尿素的方法，气化剂主要是纯氧或富氧与蒸汽混合，或氧气与二氧化碳混合，通过混合器充分混合并在严格监控混合比例，要求蒸汽^120°C，蒸汽与碳配比1.0-3.0:1.0，混合后作为气化剂通过炉箅穿过蜂窝灰渣层成紊乱气流在双段煤气发生炉下段炉膛氧化层部位与热碳氧化反应后，再经还原层产出⑶+Η2^75%，还原层一般在双段煤气发生炉下段炉膛上部，双段煤气发生炉下段炉膛夹水套用钢板制作，保持灰渣不融化和挂壁，同时夹水套产蒸汽压力S0.4MPa，温度^120°C最佳，使得进入下段炉内气化剂温度高于100°C以上，使蒸汽与热碳中和、分解朝氢气、一氧化碳多反应，减少二氧化碳的方向反应。
[0009]所述的双段煤气发生炉纯氧气化发电联产合成氨、尿素的方法，步骤如下:
①采出煤炭经筛选、挑选，将矸石分离后送入烟煤场内；
②烟煤场设置筛口30mm的粉碎机将步骤①烟煤第一次粉碎，粉碎的烟块煤最大粒度小于30mm，经1mm筛口过筛约有40-60%的8-30mm小粒块煤被分离出来，用于600-3000毫米水柱压力煤气发生炉气化；
③分离出来的8_30mm小粒块煤经料仓送入煤气发生炉工作压力600-3000毫米水柱压力的炉膛替代30-70mm气化块煤；
④将步骤②、③分离出的小粒块煤后剩余碎煤、末煤最大颗粒小于1mm二次用筛口 8-1Omm再次粉碎成末煤；
⑤将步骤④粉碎成煤粉、煤面渗透10-20%水分或污水；
⑥将步骤⑤渗透10-20%水分的煤粉、煤面采用滚轮挤压机或滚轮颗粒机碾压、糅合保持一定摩擦产生温度使部分水分自吸或蒸发挤出颗粒含水量已低于5-10%送入料仓；
⑦煤气发生炉投料由给料器定量、定时均匀输入上段炉膛；
⑧送入煤气发生炉上段炉膛的末煤颗粒或小粒块煤有上段炉膛夹孔套，中心导管由下而上的550-650°C热煤气被加热形成干馏状态；
⑨煤气发生炉上段炉膛被干馏的末煤柱体颗粒、小粒块煤释放出碳、氢、焦油、苯、酚、奈气体与由下而上热煤气混合成荒煤气被导入上段炉煤气出口，温度保持130-180°C最佳；
⑩步骤⑨所述被导入上段炉煤气出口经电捕焦器、酚水处理器、第二风冷器和第二静电除尘器通过第二输气阀输入洗气塔或压入脱硫塔；
?步骤⑨所述被干馏后烟煤柱体颗粒、小粒块煤保持干馏时高温逐步沉入下段