合成氨造氣技術(shù)展望

劉軍

(太原科技大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，山西太原030021)

摘要：我國煤氣化水平整體落后，中小型氮肥廠大都采用間歇?dú)饣?，成本高、技術(shù)落后是其共同特點(diǎn)。采用富氧連續(xù)氣化對這些企業(yè)進(jìn)行改造，加緊國外先進(jìn)煤氣化技術(shù)的引進(jìn)、吸收和消化，這是立足我國合成氨生產(chǎn)的國情，提高國內(nèi)制造合成氨原料氣整體水平的兩個重要措施。

關(guān)健詞：固定層間歇?dú)饣?富氧連續(xù)氣化； 魯奇爐； 水煤漿氣化工藝

中圖分類號:TQ113.2fi+4  文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A  文章編號:1004-7050(2005)01-0046-03

1存在的問題

    據(jù)國家有關(guān)部門統(tǒng)計(jì):2000年國內(nèi)合成氨總產(chǎn)量約2100萬t，其中約2/3是由中小型氮肥廠生產(chǎn)的，全年消耗煤焦4000萬t以上，是僅次于發(fā)電行業(yè)的耗能大戶。

    這些中小型氮肥廠大多采用20世紀(jì)四五十年代美國產(chǎn)的UGI型造氣爐和前蘇聯(lián)產(chǎn)的π型造氣爐，均屬于固定層間歇?dú)饣に?，以無煙煤或焦炭為原料，氣化劑用空氣(或富氧空氣)與水蒸氣來生產(chǎn)合成氨用的原料氣。該氣化工藝主要存在以下幾方面的缺點(diǎn):

 a)設(shè)備利用率和生產(chǎn)能力低(一般僅為連續(xù)氣化的50%左右)，燃料耗量高。間歇?dú)饣囊粋€工作循環(huán)包括五個階段:吹風(fēng)階段、一次上吹制氣、下吹制氣、二次上吹和空氣吹凈。以粒度25mm～75mm無煙煤為燃料，一般各階段時間分配為吹風(fēng)24.5min～25.5min，上吹25min～26min，下吹36.5min～37.5min，二次上吹7min～9min?？諝獯祪?min～4min。其中空氣吹風(fēng)階段是料層升溫階段，吹風(fēng)氣放空。這個階段占了整個循環(huán)周期的1/3。

 b)間歇法的循環(huán)程控閥、程控機(jī)和工藝流程復(fù)雜，設(shè)備和閥門的事故率高，維修管理難度大，操作困難，氣體成分不容易調(diào)節(jié)。

    c)間歇法造氣炭層溫度上下變化大，氣體流向周期變化，因此對燃料粒度、熱穩(wěn)定性、灰熔點(diǎn)等要求較高。由于機(jī)械化采煤技術(shù)產(chǎn)生的碎煤多、塊煤少，使得塊煤價(jià)格越來越高，這就導(dǎo)致間歇法造氣的成本增高。

    d)間歇法的吹風(fēng)階段燃燒部分燃料給造氣提供熱量，燃燒產(chǎn)生的氣體排放到大氣，燃料中40%的硫化物和大量的二氧化碳及部分一氧化碳、灰塵直接排放大氣，對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。其他的廢氣，如合成放空氣、弛放氣、精煉再生氣;廢水，如造氣污水、工藝?yán)鋮s水，造氣爐渣。這些排放物對土壤及地下水都會造成不同程度的污染。

2造氣技術(shù)展望

    2.1積極推廣連續(xù)富氧氣化技術(shù)

    目前變壓吸附制氧技術(shù)的問世，降低了制氧設(shè)備造價(jià)，使純氧、富氧成本降低，這給中小型氮肥廠采用連續(xù)富氧氣化技術(shù)提供了可能性。

連續(xù)富氧氣化技術(shù)就是蒸汽和富氧空氣連續(xù)進(jìn)人爐中，焦炭和富氧空氣進(jìn)行不完全燃燒產(chǎn)生大量的熱量、溫度升高，供蒸汽在熾熱的炭中分解，制得半水煤氣。   

連續(xù)富氧氣化不同于間歇?dú)饣?，燃燒和制氣是同時進(jìn)行的，有效制氣時間長于間歇?dú)饣?、在操作難度、氣化指標(biāo)、噸氨成本等方面也優(yōu)于間歇?dú)饣?。兩種造氣指標(biāo)比較如表1。

以無煙煤或焦炭為原料，生產(chǎn)能力年產(chǎn)合成氨18萬t。空氣間歇?dú)饣ㄐ瑕?600 mm的氣化爐9臺(生產(chǎn)能力按3.50t NH3/ (h·臺)計(jì)算);富氧連續(xù)氣化爐需φ3000 mm的氣化爐7臺(生產(chǎn)能力按4.2t NH3/ (h·臺)計(jì)算)，配用1套12000 m³/h的空分裝置，供配制成50%的富氧所需的氧氣。由于增加了空分裝置，使得連續(xù)氣化和間歇?dú)饣淮涡酝顿Y比約為1.562:1。而建成投產(chǎn)后噸氨成本連續(xù)氣化和間歇?dú)饣燃s為1:1.336。運(yùn)行1.17年基本可以收回空分裝置的投資。

    20世紀(jì)60年代末，某化肥廠開始利用本廠空分富余的氧氣，在老的間歇造氣爐上進(jìn)行了富氧空氣-蒸汽連續(xù)氣化，制取合成氨原料氣取得成功，使單爐生產(chǎn)能力增加了1倍，效果十分明顯。

    理論和實(shí)踐證明:在原有設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行技改是可行的。

    2. 2積極消化吸收引進(jìn)技術(shù)，提高煤氣化整體水平

    我國煤氣化技術(shù)總體水平落后，與世界先進(jìn)技術(shù)相比差距甚遠(yuǎn)。從世界煤氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢來看、大型化、加壓、適應(yīng)多種粉煤、低污染和易凈化是煤氣化的發(fā)展方向。國外新開發(fā)的氣化爐都采用加壓氣化工藝，它可提高氣化強(qiáng)度，增加單爐的產(chǎn)量，節(jié)約壓縮能耗，減少帶出物損失。

    我國先后從國外引進(jìn)的煤氣化技術(shù)包括從最早的一般固定床氣化爐到后來的兩段爐，以及魯奇爐、U-gas和Texaco氣化爐等幾乎所有的煤氣化技術(shù)。用于合成氨制氣的主要有固定層加壓氣化的魯奇爐和水煤漿進(jìn)料的加壓氣流床氣化的Texaco氣化爐。

    對于加壓氣化技術(shù)，氣化強(qiáng)度一般為常壓氣化的4倍～6倍，煤種的使用范圍寬、可以氣化一些弱勃結(jié)性或稍強(qiáng)豁結(jié)性的煤種，在2 MPa的壓力下，氧耗量僅為常壓氣化的1/3～2/3，這些都可以大大降低造氣成本。對于加壓流化床氣化技術(shù)。Texaeoo氣化爐是用于制造合成氨原料氣的典型，這種氣化技術(shù)的顯著特點(diǎn)是可以利用機(jī)械化采煤產(chǎn)生的大量粉煤。以上兩種氣化技術(shù)各有其特點(diǎn)、關(guān)鍵是加緊國產(chǎn)化的開發(fā)研究工作.降低制造成本。

    1987年建成的經(jīng)改制更名為“天脊煤化工集團(tuán)有限公司”的原山西化肥廠，引進(jìn)了德國生產(chǎn)的Ⅳ型魯奇爐，以貧瘦煤為原料，采用加壓氣化生產(chǎn)合成氨原料氣。然而，魯奇爐是用來氣化褐煤生產(chǎn)城市煤氣的，并不適合氣化貧瘦煤。建成后的十四年間，進(jìn)行了640多項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)。完成了“大型魯奇爐制氨工藝技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用研究”項(xiàng)目，先后解決了氣化貧瘦煤的動力爐停、跳車頻繁，不同煤種混配的操作運(yùn)行規(guī)律，輸灰螺旋經(jīng)常堵塞等重大問題。經(jīng)過十幾年的努力，基本實(shí)現(xiàn)了氣化爐的國產(chǎn)化。

    1987年投產(chǎn)的魯南煤氣化裝置、1995年投產(chǎn)的吳徑煤氣化裝置、1996年投產(chǎn)的渭河煤氣化裝置和2000年投產(chǎn)的淮南煤氣化裝置等都屬于水煤漿進(jìn)料的氣流床氣化工藝。通過對煤氣化引進(jìn).技術(shù)的消化吸收，對引進(jìn)裝置進(jìn)行技術(shù)改造并使之國產(chǎn)化，我國煤氣化技術(shù)的研究開發(fā)取得了重要進(jìn)展，如用國產(chǎn)噴嘴替代了從美國引進(jìn)的水煤漿氣化噴嘴，且技術(shù)性能大大優(yōu)于引進(jìn)噴嘴;國產(chǎn)洛耐磚替代了從法國進(jìn)口的氣化爐用耐火磚，價(jià)格比為0.5: 1。同時我國具備了設(shè)計(jì)制造磨煤機(jī).氣化爐，激冷環(huán)，鎖渣斗、撈渣機(jī)，高、低壓煤漿泵，灰水泵和文氏管等設(shè)備的能力。

    此外，山西煤化所開發(fā)的f 0.3m，f 1.0m灰熔聚流化床粉煤氣化工藝。已進(jìn)人工業(yè)應(yīng)用階段;北京煤化所開發(fā)的f 0. 3 m加壓粉煤流化床氣化試驗(yàn)裝置，也已進(jìn)行了試驗(yàn)。

3結(jié)語

 從國內(nèi)合成氨的現(xiàn)狀出發(fā)一方面要重視中小型老企業(yè)的技術(shù)改造;另一方面.應(yīng)重視引進(jìn)技術(shù)的消化、吸收，立足自主研發(fā)和創(chuàng)新，提高國內(nèi)煤氣化技術(shù)的整體水平、推進(jìn)我國合成氨造氣技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn):

[1}郭樹才.煤化工工藝學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1992.

[2〕孫正泰.煤炭常壓固定層富氧連續(xù)氣化技術(shù)展望[EB/OL]. http://www. chinacp, com/newcn/中國天辰化學(xué)工程公司，2004-03-27/200.1-05-18.

Outlook of Coal Gasification of Ammonia Synthesis in China

LIU Jun

(College of Chemical and Biological Engineering，Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan Shanxi 030021，China) ofin

Abstract :Intermittent gasification oxygen enriched air is practicable coal drops back the nitrogen fertilizer industry in China. The technique of gasification of reclaim of oxygen enriched air is practicable in reclaim of the old fertilizer plant. The introduction of foreign advanced  techniques is the other important road.

Key words :intermittent gasification of coal;continuous gasification of coal ;lurgi gas furnace; coal-water slurry gasification.

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