低壓氣流床氣化技術應用于中小型煤化工行業的優勢

(安徽科達潔能股份有限公司，安徽 馬鞍山 243041)

我國中小型煤化工企業，尤其是中小型合成氨生產企業，一部分仍然在使用老工藝氣化系統——固定床氣化爐進行生產，氣化爐臺數較多，并且固定床氣化爐使用的煤種必須為塊煤或型煤，原料價格偏高。近兩年，由于化工行業市場產品行情好轉，雖然這些企業的生產成本偏高，但總體仍然處于盈利狀態。然而，隨著國家及地方政府的環保政策的日趨嚴厲，迫使這些企業謀求對煤氣化系統進行“氣頭”升級改造。

以安徽科達潔能股份有限公司(以下簡稱安徽科達潔能)與某煤化工企業技術交流情況為例，該公司18萬t/a合成氨裝置，共配備10臺固定床氣化爐，其使用原料為無煙塊煤(來源于山西、陜西)，到廠價格為1 350元/t，噸氨煤原料成本約1 800元。原料煤價格昂貴，造成了噸氨生產成本偏高，雖然該企業進行了非常嚴格的生產管控處理，但整個煤氣化生產區域仍然存在廢氣、廢水污染的環保問題。

更為緊迫的是，根據國家及地方政府的環保政策，該企業必須在2020年左右完成對煤氣化生產系統的升級改造[1]。這也逼迫該企業在市場上尋求運行壓力為1.0 MPa左右的低壓氣流床氣化技術，用來改造其煤氣化生產裝置。

其實該企業面臨的情況，在國內同類型的中小型煤化工企業中普遍存在。

1 科達低壓氣流床氣化技術

安徽科達潔能自2010年開始進行氣流床氣化技術的調研及低壓氣流床系統的研發工作。2012年立項5 000 Nm3/h的低壓氣流床氣化技術的中試裝置，并在馬鞍山基地開工建設，于2013年4月至2014年6月進行了4次四燒嘴對置下行廢鍋換熱氣化方式的試驗運行工作，采集使用循環流化床氣化的飛灰和原煤的運行數據，并以此為依據對相關設計參數進行了優化改進。

在此基礎上，結合沈陽科達潔能燃氣有限公司(以下簡稱沈陽科達潔能)循環流化床系統運行狀況，為了提高煤炭的綜合利用率，于2014年7月立項，在沈陽科達潔能建設了兩臺10 kNm3/h(經除塵、脫硫的干煤氣，下同)的低壓氣流床裝置，原料為循環流化床產生的飛灰。該項目于2015年7月首次投料并穩定運行，在2016年、2017年全年度的長周期運行過程中，為沈陽科達潔能實現“降本增效”起到了積極的作用。

通過工業化裝置運行數據的收集及核心設備的結構優化，安徽科達潔能的技術團隊完全掌握了低壓氣流床氣化核心技術的要點，并且根據沈陽科達潔能兩臺低壓氣流床氣化裝置的運行情況，驗證了低壓氣流床氣化技術完全能夠達到各項設計運行數據，而且能夠實現長周期穩定運行。

科達低壓氣流床氣化系統按照單爐產能劃分，目前有10 kNm3/h、30 kNm3/h、55 kNm3/h、80 kNm3/h和100 kNm3/h等規格，氣化爐運行壓力范圍在0～1.6 MPa之間，負荷彈性控制在60%～120%之間。整個工藝系統包含磨煤系統、氣力輸送系統、水汽系統、主氣化系統、余熱回收系統、除塵系統、渣收集系統、DCS/SIS控制系統以及輔助系統等。低壓氣流床氣化工藝見圖1。

圖1 低壓氣流床氣化工藝流程

2 低壓氣流床氣化技術應用于中小型煤化工行業的優勢

2.1 中小型煤化工煤氣化與變換生產流程

固定床氣化工藝流程見圖2。

根據固定床氣化工藝生產流程，若選用氣化爐運行壓力為1.0 MPa的低壓氣流床系統，生產的煤氣直接送入變換系統，可節約煤氣加壓產生的額外能耗。

圖2 固定床氣化工藝流程

2.2 固定床氣化工藝劣勢[2]

(1)原料煤受限制，只能使用無煙塊煤或型煤，原料成本高。

(2)單爐產能低，產氣量約12 000 Nm3/h[3-4]，造成裝置配套的氣化爐臺數太多，占地面積大。

(3)氣化溫度偏低，造成生產過程中的廢水、廢氣中成分復雜，污染難處理。

(4)人工勞動強度大，絕大多數企業還是使用純人工操作模式。

(5)無安全保護聯鎖的設置，整個系統在生產期間安全性能偏低。

2.3 低壓氣流床氣化工藝技術的優勢

(1)建設周期短，維護成本低。相對于國內外其他高壓氣流床裝置，低壓氣流床裝置建設周期一般為8個月左右，裝置占地面積小，且建設成本低，投資回收期短。低壓氣流床設備維護成本低，核心設備設計使用壽命30年以上，易損件少。

(2)煤種適應廣，單爐產能高，匹配度好[1]。低壓氣流床工藝采用干煤粉氣化工藝，核心設備氣化爐為水冷壁結構。煤種適應性廣，煙煤、無煙煤、貧瘦煤(如采用褐煤，則需對原煤進行預干燥)均可使用。根據安徽科達潔能工業裝置的煤種試燒結果，全水低于20%，發熱量≥17 556 kJ/kg，灰熔點(FT)≤1 500 ℃的煤種即可作為氣化原料煤，用煤成本大大降低。目前低壓氣流床單爐的最大爐型為100 kNm3/h，設計壓力為低壓(0～1.6 MPa)，可根據用戶實際用氣需求選用最優的爐型替代升級方案。對于固定床氣化爐常壓氣化采用低壓氣流床氣化系統升級改造，在保證原產能前提下后段系統可利舊。

(3)生產成本低，運行穩定。低壓氣流床綜合煤氣生產成本約為固定床氣化爐生產工藝的65%，且系統副產大量蒸汽，可滿足全廠蒸汽需求。低壓氣流床氣化技術成熟，系統穩定性高，目前科達低壓氣流床裝置可連續穩定運行。

(4)系統效率高，清潔無污染[5，6]。科達低壓氣流床冷煤氣效率可達80%，熱效率大于96%，碳轉化率可達98%。低壓氣流床氣化裝置在生產過程中無酚水、焦油等污染物產生，環保性好，解決了固定床氣化爐污染難處理的問題。

(5)勞動強度低，安全性能高。科達低壓氣流床由于工藝操作及設備比較穩定，現場勞動強度低于固定床氣化裝置，氣化系統每班共配備3～5人即可滿足生產需求。低壓氣流床氣化系統采用先進的DCS操作系統、SIS安全系統，在操作的便捷性及安全性上有極大的保證。

3 結語

綜上所述，針對中小型煤化工行業用低壓氣流床氣化系統升級改造具有一定優勢，因為低壓氣流床氣化系統產生的煤氣壓力可與現有的變換裝置運行壓力匹配，使這些企業省去對后系統改造的費用，節約投資成本，并且在應用低壓氣流床氣化系統后原料煤的可用煤質更廣，節約生產運行成本，為企業帶來一定的經濟效益。