一種含氧含氮煤層氣合成尿素的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于非常規(guī)天然氣(煤層氣/煤礦瓦斯)的化工利用技術領域，特別是涉及一種含氧含氮煤層氣合成尿素的裝置。
【背景技術】
[0002]我國煤層氣資源十分豐富，是世界上繼俄羅斯、加拿大之后的第三大煤層氣儲量國。我國埋深2000米以淺的瓦斯資源量達31.46萬億立方米，與陸上常規(guī)天然氣資源量相當。
[0003]煤礦區(qū)煤層氣主要有兩種開采方式:地面抽采和井下排采。其中地面抽采煤層氣(CBM)具有較高濃度，甲烷含量一般都在90%以上，可直接制成壓縮氣(CNG)或液化氣(LNG)向外輸送利用，利用率較高；井下排采煤層氣(CMM)因為在開采過程中混入大量空氣，煤層氣甲烷濃度不高(20%?50%)，一般需要經(jīng)過多級提分離提純才能制成CNG或LNG，利用成本較大，利用率不高。據(jù)公開資料表明，我國2013年地面抽采煤層氣30億立方米，利用率76.7 %，井下排采煤層氣126億立方米，利用率34.1 %?？梢?，提高井下排采煤層氣的利用率是煤礦區(qū)煤層氣減排利用的關鍵。
[0004]井下排采煤層氣利用率不高的主要原因是甲烷濃度不高，而且含有氧氣，燃燒使用容易產(chǎn)生爆炸危險，因此我國《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定:抽采的瓦斯?jié)舛鹊陀?0%時，不得作為燃氣直接燃燒。此外，大量氮氣的存在也極大提高了甲烷分離提純的成本。
[0005]井下排采的低濃度煤層氣一般有兩種利用方式:1)通過瓦斯發(fā)電機組進行發(fā)電利用；2)通過脫氧脫氮工藝提純制CNG/LNG。瓦斯發(fā)電技術相對較為成熟，自2006年以來，我國已建成并投產(chǎn)數(shù)十個商業(yè)化的低濃度瓦斯發(fā)電項目。由于低濃度瓦斯發(fā)電成本較高，目前我國還只能通過財政補貼來鼓勵瓦斯發(fā)電利用。低濃度煤層氣脫氧脫氮濃縮提純技術目前還處于技術研發(fā)和工程示范階段，脫氧脫氮提純的成本較高，項目的運行目前還只能基本維持盈虧平衡。
[0006]因此，尋求一種更為經(jīng)濟的利用途徑來對含氧含氮的低濃度煤層氣進行大規(guī)模利用，提高我國井下排采煤層氣(CMM)的利用率，實現(xiàn)資源優(yōu)化利用和甲烷溫室氣體減排雙重效益，是十分有意義的。
【實用新型內容】
[0007]為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種含氧含氮煤層氣合成尿素的裝置，能夠獲得化工產(chǎn)品尿素，提高井下排采煤層氣(CMM)的利用率，可適用于各種濃度的煤層氣，并能夠適應井下排采煤層氣甲烷濃度不穩(wěn)定的特點。
[0008]為了達到上述目的，本實用新型采取的技術方案為:
[0009]一種含氧含氮煤層氣合成尿素的裝置，包括原料氣凈化器1，原料氣凈化器I入口與含氧含氮煤層氣輸入管道相連接，原料氣凈化器I出口與配氣裝置2入口相連接，配氣裝置2入口還與空氣管道和甲烷氣管道相連接，配氣裝置2出口分成兩路，分別與甲烷自熱重整爐3的反應通道入口和加熱通道入口相連接，另外，甲烷自熱重整爐3的反應通道入口還與水蒸氣供應管道相連接，甲烷自熱重整爐3的加熱通道出口與廢熱鍋爐4的煙氣入口相連接，廢熱鍋爐4的水蒸汽出口與水蒸氣供應管道相連接，甲烷自熱重整爐3的反應通道出口與氣氣換熱器5的熱氣流入口端相連接，氣氣換熱器5的熱氣流出口端與水煤氣變換爐6入口相連接，水煤氣變換爐6入口還與水蒸氣管道相連接，水煤氣變換爐6出口與水冷器7入口相連接，水冷器7出口與水分離器8入口相連接，水分離器8氣流出口與CO2分離裝置9入口相連接，0)2分離裝置9的0)2氣流出口與尿素合成塔14入口相連接，CO2分離裝置9的4/隊氣流出口與氣氣換熱器5的冷氣流入口端相連接，氣氣換熱器5的冷氣流出口端與甲烷化爐10入口相連接，甲烷化爐10出口與壓縮機11入口相連接，壓縮機11出口與氨合成塔12入口相連接，氨合成塔12出口與液氨分離器13入口相連接，液氨分離器13的液氨出口與尿素合成塔14入口相連接，液氨分尚器13的H2/N2氣流出口與壓縮機11入口相連接。
[0010]本實用新型有以下優(yōu)點:
[0011]I)與傳統(tǒng)的含氧含氮低濃度煤層氣利用技術相比，本實用新型的技術經(jīng)濟效益更為顯著。在當前的技術條件和財政補貼政策下，我國低濃度瓦斯發(fā)電項目收益約為0.4?
0.5元/立方米甲烷，若沒有0.25元/kWh (約0.75元/立方米甲烷)的國家財政補貼，則無法實現(xiàn)盈利。對于低濃度瓦斯脫氧脫氮提純制CNG技術，目前的技術水平也僅僅是能夠維持項目的盈虧平衡。若采用本實用新型技術，按照當前的合成氨和合成尿素的生產(chǎn)成本以及產(chǎn)品的市場價格估算，即使沒有相關財政補貼政策，低濃度煤層氣的利用收益可達到2元/立方米純甲烷。
[0012]2)與傳統(tǒng)的天然氣制尿素工藝比較，本實用新型采用低價值的含氧含氮低濃度煤層氣作為原料氣，原料成本顯著降低；其次，由于不用額外加入氮氣，因此可以省卻了空分系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)總體電耗成本；再次，含氧煤層氣的甲烷自熱重整過程耦合了放熱反應(甲烷部分氧化)和吸熱反應(甲烷水蒸氣重整)，降低了甲烷重整過程的熱耗。
[0013]3)與傳統(tǒng)的天然氣制尿素工藝相比，本實用新型經(jīng)濟效益更為突出。由于原料氣成本居高不下，我國目前氣頭肥企基本處于盈虧平衡甚至虧本運營的狀況。若采用實用新型生產(chǎn)尿素，每噸尿素生產(chǎn)成本可降低約1300元，收益可大幅度提升。
[0014]4)由于加設了配氣裝置2，使得本實用新型可適用于各種濃度的煤層氣，并能夠適應井下排采煤層氣甲烷濃度不穩(wěn)定的特點。
【附圖說明】
[0015]附圖為本實用新型系統(tǒng)的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]為清楚說明本實用新型，下面結合實施例及附圖，對本實用新型進行進一步詳細說明。本領域技術人員了解，下述內容不是對本實用新型保護范圍的限制，任何在本實用新型基礎上做出的改進和變化，都在本實用新型的保護范圍之內。
[0017]參照附圖，一種含氧含氮煤層氣合成尿素的裝置，包括原料氣凈化器1，原料氣凈化器I入口與含氧含氮煤層氣輸入管道相連接，原料氣凈化器I出口與配氣裝置2入口相連接，配氣裝置2入口還與空氣管道和甲烷氣管道相連接，配氣裝置2出口分成兩路，分別與甲烷自熱重整爐3的反應通道入口和加熱通道入口相連接，另外，甲烷自熱重整爐3的反應通道入口還與水蒸氣供應管道相連接，甲烷自熱重整爐3的加熱通道出口與廢熱鍋爐4的煙氣入口相連接，廢熱鍋爐4的水蒸汽出口與水蒸氣供應管道相連接，甲烷自熱重整爐3的反應通道出口與氣氣換熱器5的熱氣流入口端相連接，氣氣換熱器5的熱氣流出口端與水煤氣變換爐6入口相連接，水煤氣變換爐6入口還與水蒸氣管道相連接，水煤氣變換爐6出口與水冷器7入口相連接，水冷器7出口與水分離器8入口相連接