工業(yè)型煤氣化技術(shù)在合成氨工業(yè)中的應(yīng)用

伍海波(南京國昌化工工程設(shè)計有限公司,江蘇 南京 210061)

1 我國合成氨發(fā)展的現(xiàn)狀

二十世紀(jì)中葉，我國只有兩家合成氨工廠，分布在大連及南京。當(dāng)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(chǎn)能力綜合為46kt氨。20世紀(jì)中葉之后，我國合成氨的產(chǎn)量呈現(xiàn)快速增長的態(tài)勢。固定床氣化技術(shù)即在這一時期開始發(fā)展，合成氨國產(chǎn)化時小3000噸合成氨廠的國內(nèi)特有的小土爐發(fā)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(jī)，現(xiàn)在改為微機(jī)自動操作，是中國特有的造氣方法，當(dāng)然現(xiàn)在已不允許建設(shè)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(yè)的重視程度，由此我國的合成氨工業(yè)的到了迅速發(fā)展，同時逐漸形成了一種特有的合成氨生產(chǎn)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(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)為：石油資源貧乏、煤資源富裕，同時結(jié)合我國目前資源的價格及投資情況，可以發(fā)現(xiàn)，我國合成氨工業(yè)今后的發(fā)展方向仍然是以煤為主要原料的。

合成氨生產(chǎn)中原料煤占合成氨企業(yè)生產(chǎn)成本的l/3左右，把粉煤加工成型煤作為生產(chǎn)半水煤氣的原料，可降低合成氨企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的競爭力。因此型煤氣化技術(shù)的研究不僅對于企業(yè)經(jīng)濟(jì)狀況而且對于整個社會的長遠(yuǎn)發(fā)展都有深遠(yuǎn)的影響。

1.1 型煤技術(shù)

型煤是一種清潔、高效能的新型燃料，是以適當(dāng)?shù)墓に嚭驮O(shè)備等經(jīng)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(wěn)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(yè)型煤，其中工業(yè)型煤占比例比較大。利用廉價易得的粉煤生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的氣化型煤，具有很高的社會效益，為此國家把型煤產(chǎn)業(yè)列為節(jié)能、環(huán)保的重點(diǎn)扶持產(chǎn)業(yè)。

2 型煤煤氣化技術(shù)制氣方式

首先是間歇?dú)饣椒āＴ跉饣^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(diǎn)使固定床所產(chǎn)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?dú)饣茪饬鞒虨椋哼M(jìn)行吹風(fēng)反應(yīng)將爐溫提高到一定溫度，然后停止送風(fēng)，送入水蒸氣進(jìn)行制氣反應(yīng)。吹風(fēng)和制氣反應(yīng)交替進(jìn)行，爐內(nèi)溫度也是先升高后降低，所得的半水煤氣質(zhì)量也呈現(xiàn)周期性波動。通常將一個生產(chǎn)工藝循環(huán)分成吹風(fēng)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(xù)氣化法由于空氣中氧氣含量過低是不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)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(shí)現(xiàn)連續(xù)制氣。

型煤固定床富氧連續(xù)氣化工藝流程大致如下：用粉煤加工制作的型煤，從煤氣發(fā)生爐頂部料倉以三到五分鐘的時間間隔由自動加料機(jī)間歇加入氣化爐內(nèi)，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(jīng)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(fēng)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(yōu)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(fēng)速、高炭層、短循環(huán)。其中需要注意的是富氧制氣不存在短循環(huán)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(yōu)工藝條件的確定需生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行長期的造氣生產(chǎn)實(shí)踐來探索。高溫有利于制氣，高爐溫時，氣化反應(yīng)速率快，水蒸氣分解率高，但高爐溫會造成熱損失增加。實(shí)際生產(chǎn)中高爐溫應(yīng)控制在保證爐內(nèi)不結(jié)疤的前提下低于燃料灰熔點(diǎn)t2點(diǎn)溫度下操作。

由于型煤強(qiáng)度較低，在高爐溫操作時，易出現(xiàn)蜂窩狀理想疤，應(yīng)采用低灰渣層操作，另破渣條應(yīng)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(guān)鍵。

型煤氣化比塊煤氣化生產(chǎn)的原料氣中二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)要高百分之四到百分之六，煤氣中二氧化碳含量可達(dá)為百分之十到百分之十四。要把二氧化碳體積分?jǐn)?shù)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(fā)生爐爐體加高，燃料層進(jìn)一步加厚。

4 結(jié)語

我國具有豐富的煤炭資源，是理想的型煤技術(shù)研究發(fā)展條件，因此要逐漸加強(qiáng)對型煤技術(shù)的研究。本文以合成氨的發(fā)展現(xiàn)狀為依據(jù)，探討了型煤技術(shù)以及其在合成氨工業(yè)中的具體應(yīng)用，以供參考。

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