固定層煤氣爐富氧制氣技術探究

黃文 安令 狐瓦奇

(山西陽煤豐喜肥業〔集團〕有限公司臨猗分公司山西運城044000)

固定層煤氣爐富氧制氣技術探究

黃文 安令 狐瓦奇

(山西陽煤豐喜肥業〔集團〕有限公司臨猗分公司山西運城044000)

0 前言

因為造氣工段能耗占到合成氨生產總能耗的60%～70%，所以造氣車間的產氣質量和效率會影響整套合成氨系統的產量及能耗。山西陽煤豐喜肥業(集團)有限責任公司臨猗分公司(以下簡稱臨猗分公司)造氣車間采用十分成熟的固定層間歇式制氣技術，隨著科學技術的進步，原有的制氣技術面臨著技術提升的迫切需要。同時，由于臨猗分公司年產合成氨能力的提升，造氣車間面臨供氣緊張的狀況，故提出了采用富氧制氣技術，以期待其可以解決實際生產中出現的問題。

1 解決方案

臨猗分公司造氣一車間現有Φ 2 650/2 800 mm的錐形煤氣爐共9臺，配套3臺D700型鼓風機，電機均為560 kW。隨著合成氨產能提升至200 kt/a，造氣車間經常出現供氣緊張的局面，為找到提高制氣效率的措施，首先對氣化過程進行了分析。

固定層煤氣爐氣化過程:鼓風機鼓入的空氣經過灰渣層后在氧化層與碳發生反應，為后續蒸汽在還原層發生的反應提供熱量。為了提高氣化效率，應使一個制氣循環中還原層發生反應的蒸汽數量增多，此反應為吸熱反應，蒸汽反應數量越多，則需要熱量更多。為提供更多的熱量，要求在吹風階段鼓入更多的空氣進入煤氣爐，但此方法存在缺陷。因為鼓入的空氣越多，吹風氣帶離煤氣爐的顯熱越多，會造成能耗上升。鼓入空氣量越大，就要求延長吹風時間，吹風時間與吹風氣中組分關系見表1。

表1 吹風時間與吹風氣中組分關系

由表1可知，吹風時間越長，吹風氣中CO含量越高，CO為制氣所需有效成分，吹風氣送入余熱回收爐中進行燃燒，造成CO浪費，能耗上升。因此，在吹風階段既要保證后續還原層反應熱量的供給，還應盡可能減少吹風氣量及其中CO含量。

基于以上分析，提出采用富氧制氣技術的解決方案。富氧制氣技術是在吹風階段向鼓入煤氣爐的空氣中加入體積分數為99.9%的純氧，將鼓入的空氣中氧氣體積分數由20.8%提高至24.0%。在氧化層中C與O2反應生成CO和CO2，由于在氧化反應進行過程中，O2含量在不斷降低，不可避免地會產生CO。富氧制氣技術的運用，一方面可以減少由于O2含量不足產生的CO;另一方面O2含量的上升，加劇了氧化反應層的反應強度，可以在較短時間內產生還原層反應所需熱量。運用富氧制氣技術后，吹風時間減少9 s，很好地抑制了CO2的還原反應，減少了還原反應吸收的熱量;送入余熱回收爐的吹風氣中CO含量降低。采用富氧制氣前、后吹風氣組分對比見表2。

表2 采用富氧制氣前、后吹風氣組分對比

吹風時間減少后，制氣時間相應延長，采用富氧制氣前、后各階段時間分配對比見表3。

表3 采用富氧制氣前、后各階段時間分配對比

由表3可知，采用富氧制氣后，吹風時間縮短9 s;其中2 s增加到下吹過程中，7 s加入到上吹過程中，制氣時間得到延長，提高了每個循環的制氣效率。

綜合考察日常的生產狀況，在200 kt/a合成氨的產能下，煤氣爐由常開9臺爐減少為8臺爐，供氣緊張的情況得到緩解。

2 效果分析

采用富氧制氣前、后半水煤氣中各組分對比見表4。

表4 采用富氧制氣前、后半水煤氣中各組分對比%

由表4可知:采用富氧制氣后，半水煤氣中H2含量保持不變，CO2含量上升，CO和CH4含量在降低。氣化過程中生成CH4的反應平衡常數隨溫度提高而減小，高溫條件下平衡氣中CH4含量越小。甲烷含量降低表明使用富氧空氣吹風后，煤氣爐爐溫有所提高。CO2含量上升及CO含量的降低是由于吹風氣回收進入氣柜所致。

采用富氧制氣前、后上行和下行煤氣及蒸汽溫度見表5。

表5 采用富氧制氣前、后上行和下行煤氣及蒸汽溫度℃

由表4和表5可知，采用富氧制氣前、后的半水煤氣中主要氣體成分都沒有很大變化，溫度均保持不變，表明采用富氧制氣前、后煤氣爐爐況基本保持穩定。

3 效益分析

(1)電費

吹風時間的縮短，減少了吹風階段鼓風機電機的做功，耗電量會有所降低。按每個循環為135 s、1 h循環27次、每個循環吹風時間減少9 s、電機功率560 kW、電價0.4元/(kW·h)計，則每臺鼓風機月節約電費10 886元，3臺鼓風機月節約電費3.2萬元。

(2)原煤

通過對造氣車間日常生產觀察，發現在應用了富氧制氣技術后，爐渣中含碳質量分數由加氧前的13%～15%降低至10%～11%;同時煤氣爐由常開9臺變為8臺，停爐1臺。噸氨耗煤量由1 160 kg減少至1 070 kg，減少了約0.1 t。造氣1#車間每班可節約原煤20 t，每月可節約原煤為1 800 t。按噸原煤價格1 000元計，則月節約費用180萬元。

(3)純氧成本

1 m3純氧成本0.3元，鼓入的空氣中氧體積分數由20.8%提高至24.0%，配套的3臺鼓風機型號均為D700，每小時消耗純氧成本1 134元，月消耗費用81.6萬元。

(4)月成本

每月成本降低101.6萬元。

4 總結

采用富氧制氣技術可以解決目前臨猗分公司造氣車間所存在的問題，且每月可節約成本支出101.6萬元，此技術有非常廣闊的應用前景。

2014-11-29)