用于小氮肥企業(yè)的幾種煤氣化技術(shù)

馮振堂

【摘要】對(duì)中小氮肥企業(yè)使用的煤氣技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)介紹，并提出了今后發(fā)展的方向。

【關(guān)鍵詞】氮肥企業(yè) 氣化技術(shù) 發(fā)展方向

煤炭是地球上儲(chǔ)量豐富、分布最廣泛的化石原料，我國(guó)能源更多是富煤少油（氣），在一次能源構(gòu)成中煤炭約占72%，因此能源消費(fèi)也更依賴(lài)煤炭，當(dāng)前大約80%的電力、60%的化工原料、72%的工業(yè)燃料和92%的民用燃料都以煤為原料，這種局面短時(shí)間內(nèi)難以改變。

2004年氮肥產(chǎn)量（折純）3 304.07×104t，合成氮產(chǎn)量4 222.22×10⁴t，70%以煤為，20%以天然氣為原料，10%以油為原料。我國(guó)現(xiàn)有氮肥企業(yè)近600家，其中大型氮肥企業(yè)29套，以天然氣為原料的裝置17套，以油為原料的裝置10套，以煤為原料的裝置2套。中型氮肥企業(yè)52家，38家以煤焦為原料，小氮肥企業(yè)近500家，90%以煤為原料。大型氮肥企業(yè)氮肥產(chǎn)量占22%，中小氮肥企業(yè)氮肥產(chǎn)量占78%。隨著近幾年油和天然氣價(jià)格的上漲，一些企業(yè)正在進(jìn)行油改煤或氣改煤工程，這樣以煤為原料的氮肥企業(yè)將會(huì)達(dá)到80%。由此看來(lái)發(fā)展煤氣化技術(shù)就顯得更加重要。

煤氣化經(jīng)過(guò)150多年的發(fā)展，形成了上百種爐型，工業(yè)化的爐型十余種，有代表的工業(yè)化煤氣化爐型有：固定床氣化（VGI爐、Lurgi爐、BGL爐）；流化床氣化（Winkler爐、HTW爐、U——Gas爐、KRW爐和CFB氣化爐）；氣流床氣化（KT爐、Texaco爐、Shell爐、Prenflo爐和GSP爐）等。

我國(guó)煤氣化技術(shù)發(fā)展起步較晚，以老式的UGI爐固定床間歇?dú)饣扑簹夂统喊l(fā)生爐煤氣為主。固定床間歇?dú)饣a(chǎn)合成氮約占總生產(chǎn)能力的80%。自上世紀(jì)70年代，對(duì)于新型氣化爐或氣化方法開(kāi)始研究，在液態(tài)排渣加壓碎煤氣化、水煤漿加壓氣化、灰團(tuán)聚流化床氣化、恩德粉煤氣化等領(lǐng)域進(jìn)行開(kāi)發(fā)，這幾項(xiàng)氣化技術(shù)在我國(guó)都相繼進(jìn)入了工業(yè)化應(yīng)用階段。以下重點(diǎn)介紹目前在中小氮肥企業(yè)應(yīng)用的幾種煤氣化技術(shù)。

1固定化氣化

1.1固定床常壓氣化（UGI爐）

常壓固定床氣化有間歇?dú)饣ê瓦B續(xù)氣化法兩種工藝，前者是以空氣和水蒸汽為氣化劑，后者是以純氧或富氧空氣和水蒸汽為氣化劑。常壓固定床間歇?dú)饣坪铣砂痹蠚猓壳霸趪?guó)內(nèi)中小氮肥廠普遍采用，除有少數(shù)幾家采用富氧連續(xù)氣化外，其余均采用間歇?dú)饣?/p>

一般而言，氣化劑氧氣純度越高，氣化強(qiáng)度也就越大，氣化效率也就越高，而對(duì)純氧的消耗量也就越高。富氧（或純氧）連續(xù)氣化較空氣連續(xù)氣化在氣化強(qiáng)度（或氣化能力）、氣化效率、有效氣體組成及制氨能耗等方面具有明顯的優(yōu)越性。富氧連續(xù)氣化較空氣連續(xù)氣化制氣裝置的能力一般要高50%左右。

1.2固定床加壓氣化（Lurgi爐）

Lurgi（魯奇）加壓氣化爐是在2.0～3.0MPa壓力下操作，以小塊煤為原料，蒸汽或氧連續(xù)進(jìn)爐，氣化床層自上至下分干燥、干餾、還原、氧化和灰渣等層，產(chǎn)品煤氣經(jīng)熱回收和除油，含有約10%～12%的甲烷和不飽和烴，適宜作城市煤氣。粗煤氣經(jīng)烴類(lèi)分離和蒸汽轉(zhuǎn)化后可作合成氣。

Lurgi爐最大用戶(hù)是城市煤氣和合成烴（合成油），國(guó)外沒(méi)有大型Lurgi爐單產(chǎn)合成氨的裝置，主要原因除環(huán)保問(wèn)題外，工藝流程長(zhǎng)，特別要增加冷凍分離甲烷和烴類(lèi)轉(zhuǎn)化。世界上第一套煤直接液化工廠擁有97臺(tái)Lurgi爐。

我國(guó)曾用褐煤制氨，采用第一代φ2 800魯奇爐，生產(chǎn)正常，但環(huán)保問(wèn)題較多。后引進(jìn)φ3 800魯奇爐，用貧煤生產(chǎn)合成氨，工藝生產(chǎn)流程中由氮洗分離出來(lái)的富甲烷氣經(jīng)一段蒸汽轉(zhuǎn)化和CO變換后返回脫CO₂主流程，流程復(fù)雜，能耗高。

2流化床氣化

典型的流化床氣化有常壓操作的Winkler爐只有3家，各有3臺(tái)氣化爐（二開(kāi)一備），直徑4.2m、高22m，至今已正常操作20多年，用于褐煤生產(chǎn)合成氨，碳轉(zhuǎn)化率只有80%，捕渣率40%，飛灰含碳高達(dá)80%，送往電站燒鍋爐。

我國(guó)曾引進(jìn)前蘇聯(lián)國(guó)立氮肥設(shè)計(jì)院的FNAII-4形爐即改良Winkler爐，用于生產(chǎn)合成氨原料氣，后因碳轉(zhuǎn)化率低，飛灰多等原因而停運(yùn)。

近幾年隨著煤炭?jī)r(jià)格的上漲，以本地粉煤原料生產(chǎn)合成氨的技術(shù)得以發(fā)展，使恩德粉煤氣化技術(shù)在氮肥企業(yè)被使用。

恩德?tīng)t是朝鮮恩德郡“七·七”化工廠對(duì)內(nèi)徑為Φ5.0m的溫克勒爐進(jìn)行改造而成，在朝鮮運(yùn)行20多年，現(xiàn)已不再使用，后被撫順恩德公司引入我國(guó)，在氮肥企業(yè)應(yīng)用。

恩德粉煤氣化技術(shù)的工藝過(guò)程：經(jīng)干燥、破碎后的原料粉煤，由皮帶輸送至氣化裝置區(qū)的受料斗，經(jīng)螺旋給煤機(jī)送至加壓煤倉(cāng)，煤倉(cāng)充氮?dú)獗褐?5kPa，加壓煤倉(cāng)中的粉煤由下部三臺(tái)給煤機(jī)通過(guò)頻率的調(diào)控向氣化爐下部錐體部位送煤，粉煤進(jìn)爐后，被其下部與錐體成一定角度均勻分布的六個(gè)噴嘴送人的氣化劑旋轉(zhuǎn)吹起，在氣化爐直簡(jiǎn)段進(jìn)行流態(tài)化氣化反應(yīng)，反應(yīng)溫度為950～1000℃，反應(yīng)氣體攜帶細(xì)小炭粒上升離開(kāi)床層，與垂直爐體均勻分布的24個(gè)二次噴嘴送入的氣化劑進(jìn)一步反應(yīng)，反應(yīng)溫度為1000～1050℃，最后氣體離開(kāi)氣化爐后進(jìn)入上部旋風(fēng)分離器，分離下來(lái)未反應(yīng)燃料返回氣化爐進(jìn)料部位，再次在爐內(nèi)參加流化氣化反應(yīng)，離開(kāi)分離器的高溫含塵半水煤氣經(jīng)三通管進(jìn)入廢熱鍋爐上部，下部出來(lái)的半水煤氣經(jīng)三通管進(jìn)入廢熱鍋爐上部，下部出來(lái)的半水煤氣進(jìn)給水加熱器，加熱器出口煤氣溫度降至150～200℃。回收余熱后的半水煤氣進(jìn)行洗滌除塵系統(tǒng)，首先進(jìn)入空噴塔激冷除塵，然后進(jìn)填料洗滌塔除塵，最后經(jīng)兩級(jí)串聯(lián)的文丘里洗滌器除塵，使氣體含塵量由廢鍋入口的65g/Nm³降至60g/Nm³，氣體溫度降至40℃以下，送往下道工序——脫硫崗位。

廢鍋入口三通管、廢熱鍋爐和水加熱器分離下來(lái)的灰進(jìn)入下部水封槽，隨水封加水排走。

廢熱回收系統(tǒng)三個(gè)水封用水、空噴塔、洗滌塔用水，由單獨(dú)水處理系統(tǒng)供水，循環(huán)使用，文丘里用新鮮水，排水至灰水系統(tǒng)。

廢熱鍋爐產(chǎn)3.82MPa飽和蒸汽，送往變化工序使用。

2.2HTW（高溫溫克勒）爐

HTW氣化即高溫加壓溫克勒氣化工藝。國(guó)外在投煤量1.3t/h、操作壓力1.0MPa、氣化爐內(nèi)徑600mm的中試裝置基礎(chǔ)上，建設(shè)了一套煤制甲醇的工業(yè)示范裝置，生產(chǎn)規(guī)模為處理720t/d褐煤。與常壓Winkler氣化相比，HTW氣化的優(yōu)點(diǎn)是氣化強(qiáng)度高、動(dòng)力消耗低、后續(xù)系統(tǒng)加壓功耗低、其相應(yīng)的氣流速度低、氣體帶出物少、氣體質(zhì)量有所提高。國(guó)內(nèi)尚無(wú)生產(chǎn)裝置。endprint