富氧連續煤氣化工藝的發展概況和技術特點分析

　　摘要：本論文一方面分析了固定床煤氣化工藝的發展概況，另一方面從理論和實踐的角度出發分析了富氧連續氣化法制煤氣的優點，得出了富氧常壓連續煤氣化工藝具有投資少、見效快等特點，它是目前符合中國國情的煤氣化生產方法。
　　關鍵詞：富氧 煤氣化工藝 特點
　　中圖分類號：P208文獻標識碼：A文章編號：1672-3791(2011)02(a)-0000-00
　　
　　
　　1 前言
　　1.1固定床氣化技術發展概況
　　據國家有關部門統計及規劃，1995年氮肥生產能力2100萬噸（折純N，以下同），實際產量為1768萬噸，2000年能力為2577萬噸，產量為2100萬噸，其中以煤焦為原料的合成氨廠現有近千家，其中中型氮肥廠近四十家，遍布全國各地區。全國中小氮肥廠氨產量約占總產量的2/3，全年消耗煤炭約為四千多萬噸，是僅次于發電行業的耗能大戶。這些目前仍在生產的以煤焦為原料的中小型化肥廠，生產技術普遍陳舊落戶，產品能耗高，生產成本高。更為嚴重的是三廢排放量大，對環境污染嚴重。這些廠大多數采用四、五十年代美國、前蘇聯的U.G.I型和Д型造氣爐，常壓固定床爐型。造氣工藝多為間歇式制氣技術，原料耗量大，設備發氣量低，操作煩雜，吹風氣直接排入大氣污染嚴重。對煤氣的冷卻除塵大多采用直接冷卻，造成煤氣中氰化物（CN-）隨冷卻水循環弛放入大氣，部分煤塵、焦油等有害物質隨排放水排出。這些工廠對于造氣污水處理多數只采用較簡單的灰水沉降處理，少數廠上了生化處理裝置，因水量大處理困難，也形同虛設。因此可以說現有近千家煤焦為原料的化肥廠其造氣系統不但是原料和能耗的大戶，也是對大氣、水體環境污染的大戶。在當今技術高速發展的形勢下，我國即將進入WTO，化肥行業面臨激烈競爭的市場，環保形勢極為嚴竣。老的間歇式造氣工藝嚴重束縛著上述中小型氮肥廠的生產和發展，采用新的工藝技術和原料路線改造這些老廠勢在必行。目前的中氮廠大多以焦炭或山西無煙煤（白煤）為原料，采用間歇法工藝技術，生產半水煤氣加工合成氨。六十年代末吉林化肥廠開始利用本廠空分富余的O2氣在老的間歇造氣爐上進行了富氧空氣——蒸汽連續氣化制取合成氨原料氣取得成功，使單爐生產能力增加了一倍，效果十分明顯。在此之后，淮南化肥廠采用同樣的辦法，利用自己的多余O2氣在老系統中進行焦炭和白煤富氧連續氣化試驗，均取得成功。
　　
　　1.2常壓固定床富氧連續氣化工藝技術的應用
　　世界上最早的煤氣發生爐大約在十六世紀問世，主要用于冶金和玻璃行業。最初是用木炭、木柴為燃料，之后發展成煤和焦炭。進入二十世紀后，隨著合成氨及化學工業的發展，大規模的煤氣發生爐在技術和設備上有了突飛的發展。我國最早使用的用于合成氨工業的造氣爐是三十年代南化公司引進美國制造的U.G.I爐，直徑φ2745，以及五六十年代太原化肥廠引進蘇聯制造的Д型爐，直徑φ3600。這些設備經消化吸收改造完善后全部由我國制造并成為當時的省級化肥廠（中氮廠）的標準配套設備。
　　
　　2 富氧連續煤氣化的工藝流程
　　原料焦炭經破碎、篩分后，由皮帶運輸機送到煤氣發生爐頂部焦炭料倉里，由加料斗經自動加焦機定時連續加入固定層煤氣發生爐。蒸汽和富氧空氣連續進入爐中，焦炭和富氧空氣進行不完全燃燒產生大量的熱量，溫度升高，供蒸汽在熾熱的炭中分解，制得半水煤氣。
　　自空氣鼓氣機來的空氣與空分系統來的99%以上氧氣同時進入混合罐混合成50～55%左右的富氧空氣，混合后的富氧空氣與來自蒸汽過熱器的蒸汽再次混合進入煤氣發生爐爐底，混合氣溫度110—140℃從煤氣發生爐底部來的富氧空氣，蒸汽與爐中的碳反應生成半水煤氣從爐頂出來進入廢熱鍋爐，將半水煤氣由約700℃（<750℃）降至280℃左右。經過過熱蒸汽預熱器再次回收熱量后約170℃進入洗氣箱，煤氣洗滌塔將半水煤氣冷卻至35℃送往氣柜，經緩沖后進入泡沫除塵器，經過泡沫除塵后送入電濾器將其焦油和灰塵脫除至3mg/m3(標)以下，送入煤氣壓縮系統。廢鍋付產2.5MPa蒸汽外送，造氣爐夾套付產0.04MPa(表)蒸汽供造氣自用。
　　
　　3 富氧連續煤氣化法的特點
　　從理論和實踐中分析得知，富氧連續氣化比間歇制氣的優點表現如下：
　?。?） 間歇法造氣炭層溫度上下變化大，氣體流向周期變化，因此對燃料粒度、熱穩定性，灰熔點要求高，而富氧連續氣化由于料層溫度、介質流向、流量恒定，因而對燃料要求較低，適應小粒燃料，而間歇法則不能。
　?。?） 間歇法為了保持料層反應溫度，必須進行空氣吹風燃燒提溫，吹風氣放空帶走了部分熱量，造成燃料多余的損失。而且料層溫度上下交變造成氣化效率低。連續氣化則由于富氧氣進行氧化反應發熱量可以維持氣化反應的熱平衡，因此床溫平穩，熱損失少，保證了高氣化效率的條件（用焦炭時效率從50-60%提高到80-84%），從而節省燃料使得合成氨生產成本和能耗都有明顯降低。
　?。?） 間歇法制氣過程是按六個步驟循環程序進行的，其中空氣吹風階段是料層升溫階段，吹風氣放空。這個階段占了整個循環周期的1/3。因而使設備利用率降低，生產能力下降，一般僅為連續氣化的50%左右，燃料耗量高。
　　（4） 間歇法六步循環程控閥、程控機、工藝流程管線復雜，設備、閥門事故率高，維修管理工作量大，操作困難，氣體成分不易調節，連續氣化則工藝流程大大簡化，程控閥大為減少，操作穩定，簡易，維修工作量小，氣體成分穩定易調節。
　?。?） 間歇法的吹風階段將燃料燃燒吹風排放大氣，使燃料中40%的硫化物及大量CO2及部分CO、灰塵直接排放大氣，對大氣造成嚴重污染。而連續氣化取消了吹風階段，不向大氣排放，因而杜絕了大氣污染。
　　（6） 間歇法的階段性操作，主風管、風機、程控閥、放空等對操作環境的噪音污染嚴重。連續制氣則安靜得多，使造氣崗位成為一個安靜環境。
　　
　　4 結語
　?、?通過富氧連續氣化與間歇制氣優缺點比較可以看出，無論技術、經濟、操作、維修、環保等各方面，富氧連續氣化均優于間歇法；
　?、?采用富氧常壓連續氣化工藝改造間歇法是充分利用現有工藝設備，投資少，見效快，救活現有化肥企業，符合中國國情的改造方法。
　　
　　參考文獻
　　[1] 李玉林. 煤化工基礎[M].北京:化學工業