工業型煤氣化技術在合成氨工業中的應用

伍海波(南京國昌化工工程設計有限公司,江蘇 南京 210061)

1 我國合成氨發展的現狀

二十世紀中葉，我國只有兩家合成氨工廠，分布在大連及南京。當時，在上海也有一個小型合成氨的車間，其主要原料是水電解法制氫，其每年的生產能力綜合為46kt氨。20世紀中葉之后，我國合成氨的產量呈現快速增長的態勢。固定床氣化技術即在這一時期開始發展，合成氨國產化時小3000噸合成氨廠的國內特有的小土爐發展而來的固定床造氣爐，最初是人工搬考克切換氣體流向，后改水壓自動機，現在改為微機自動操作，是中國特有的造氣方法，當然現在已不允許建設了，在向固定床富氧制氣方向改造。最近幾年，我國逐漸加大了對化肥工業的重視程度，由此我國的合成氨工業的到了迅速發展，同時逐漸形成了一種特有的合成氨生產格局，即大中型合成氨工廠并存、以天然氣、石油、煤為原料并存的大體格局。我國現有能源結構為：石油資源貧乏、煤資源富裕，同時結合我國目前資源的價格及投資情況，可以發現，我國合成氨工業今后的發展方向仍然是以煤為主要原料的。

合成氨生產中原料煤占合成氨企業生產成本的l/3左右，把粉煤加工成型煤作為生產半水煤氣的原料，可降低合成氨企業的生產成本，提高企業的競爭力。因此型煤氣化技術的研究不僅對于企業經濟狀況而且對于整個社會的長遠發展都有深遠的影響。

1.1 型煤技術

型煤是一種清潔、高效能的新型燃料，是以適當的工藝和設備等經過配制、混合等加工工藝，將粉煤加工成具有一定形狀、尺寸及理化性能（熱穩定性、防水性等）的塊狀燃料。

按照用途型煤可分為民用型煤、工業型煤，其中工業型煤占比例比較大。利用廉價易得的粉煤生產優質的氣化型煤，具有很高的社會效益，為此國家把型煤產業列為節能、環保的重點扶持產業。

2 型煤煤氣化技術制氣方式

首先是間歇氣化方法。在氣化過程中，原料煤由氣化爐頂部加入，氣化劑由氣化爐底部加入，兩者逆流接觸，與氣體上升的速度相比，相對于氣體上升速度而言，原料煤的下降速度相對較慢，所以將其稱之為固定床氣化方法。固定床中的煤炭和氣化劑是逆流接觸，這一特點使固定床所產生的煤氣的終溫小于其他爐型，相比于其他爐型，其熱效率較高。

間歇氣化制氣流程為：進行吹風反應將爐溫提高到一定溫度，然后停止送風，送入水蒸氣進行制氣反應。吹風和制氣反應交替進行，爐內溫度也是先升高后降低，所得的半水煤氣質量也呈現周期性波動。通常將一個生產工藝循環分成吹風階段、一次上吹制氣階段、下吹制氣階段、二次上吹制氣階段、空氣吹凈階段等5個階段來完成。

其次是富氧空氣連續氣化法由于空氣中氧氣含量過低是不能實現連續制取合格半水煤氣的根本原因，所以采用富氧空氣代替空氣作為氣化劑就可以實現連續制氣。

型煤固定床富氧連續氣化工藝流程大致如下：用粉煤加工制作的型煤，從煤氣發生爐頂部料倉以三到五分鐘的時間間隔由自動加料機間歇加入氣化爐內，富氧空氣和水蒸氣自下而上通過煤層，型煤則完成干燥、干餾、氣化還原、氧化燃燒和灰渣冷卻等變化。煤氣從氣化爐頂排出后，經降溫除塵、余熱回收等工序，最終得到合格的半水煤氣。

3 型煤制氣工藝條件

型煤制氣過程中的工藝條件包括溫度、吹風速率、水蒸氣用量、燃料層高度等方面，由于型煤在理化特性上的優勢更適用于采用無煙塊煤作燃料時的“三高一短”的工藝條件，即：高爐溫、高風速、高炭層、短循環。其中需要注意的是富氧制氣不存在短循環的問題。除此之外，型煤制氣過程中對工藝條件要求一般包括以下幾個方面，但最優工藝條件的確定需生產企業進行長期的造氣生產實踐來探索。高溫有利于制氣，高爐溫時，氣化反應速率快，水蒸氣分解率高，但高爐溫會造成熱損失增加。實際生產中高爐溫應控制在保證爐內不結疤的前提下低于燃料灰熔點t2點溫度下操作。

由于型煤強度較低，在高爐溫操作時，易出現蜂窩狀理想疤，應采用低灰渣層操作，另破渣條應比塊煤爐要長1/3 左右，采用錐狀破渣條，爐篦采用七層六邊型高破渣能力爐篦，防止渣層上篷，是操作的關鍵。

型煤氣化比塊煤氣化生產的原料氣中二氧化碳的體積分數要高百分之四到百分之六，煤氣中二氧化碳含量可達為百分之十到百分之十四。要把二氧化碳體積分數降低以提高有效氣體的含量就必須提高燃料層中還原層的厚度，因此就需要把煤氣發生爐爐體加高，燃料層進一步加厚。

4 結語

我國具有豐富的煤炭資源，是理想的型煤技術研究發展條件，因此要逐漸加強對型煤技術的研究。本文以合成氨的發展現狀為依據，探討了型煤技術以及其在合成氨工業中的具體應用，以供參考。

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