馮振堂

【摘要】對中小氮肥企業(yè)使用的煤氣技術(shù)進行了系統(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

煤炭是地球上儲量豐富、分布最廣泛的化石原料，我國能源更多是富煤少油（氣），在一次能源構(gòu)成中煤炭約占72%，因此能源消費也更依賴煤炭，當前大約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格的上漲，一些企業(yè)正在進行油改煤或氣改煤工程，這樣以煤為原料的氮肥企業(yè)將會達到80%。由此看來發(fā)展煤氣化技術(shù)就顯得更加重要。

煤氣化經(jīng)過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。

我國煤氣化技術(shù)發(fā)展起步較晚，以老式的UGI爐固定床間歇氣化制水煤氣和常壓發(fā)生爐煤氣為主。固定床間歇氣化生產(chǎn)合成氮約占總生產(chǎn)能力的80%。自上世紀70年代，對于新型氣化爐或氣化方法開始研究，在液態(tài)排渣加壓碎煤氣化、水煤漿加壓氣化、灰團聚流化床氣化、恩德粉煤氣化等領域進行開發(fā)，這幾項氣化技術(shù)在我國都相繼進入了工業(yè)化應用階段。以下重點介紹目前在中小氮肥企業(yè)應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氣化法和連續(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。常壓固定床間歇氣化制合成氨原料氣，目前在國內(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，其余均采用間歇氣化。

一般而言，氣化劑氧氣純度越高，氣化強度也就越大，氣化效率也就越高，而對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)烴類分離和蒸汽轉(zhuǎn)化后可作合成氣。

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

我國曾用褐煤制氨，采用第一代φ2 800魯奇爐，生產(chǎn)正常，但環(huán)保問題較多。后引進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臺氣化爐（二開一備），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80%，送往電站燒鍋爐。

我國曾引進前蘇聯(lián)國立氮肥設計院的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。

近幾年隨著煤炭價格的上漲，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。

恩德爐是朝鮮恩德郡“七·七”化工廠對內(nèi)徑為Φ5.0m的溫克勒爐進行改造而成，在朝鮮運行20多年，現(xiàn)已不再使用，后被撫順恩德公司引入我國，在氮肥企業(yè)應用。

恩德粉煤氣化技術(shù)的工藝過程：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)螺旋給煤機送至加壓煤倉，煤倉充氮氣保壓至35kPa，加壓煤倉中的粉煤由下部三臺給煤機通過頻率的調(diào)控向氣化爐下部錐體部位送煤，粉煤進爐后，被其下部與錐體成一定角度均勻分布的六個噴嘴送人的氣化劑旋轉(zhuǎn)吹起，在氣化爐直簡段進行流態(tài)化氣化反應，反應溫度為950～1000℃，反應氣體攜帶細小炭粒上升離開床層，與垂直爐體均勻分布的24個二次噴嘴送入的氣化劑進一步反應，反應溫度為1000～1050℃，最后氣體離開氣化爐后進入上部旋風分離器，分離下來未反應燃料返回氣化爐進料部位，再次在爐內(nèi)參加流化氣化反應，離開分離器的高溫含塵半水煤氣經(jīng)三通管進入廢熱鍋爐上部，下部出來的半水煤氣經(jīng)三通管進入廢熱鍋爐上部，下部出來的半水煤氣進給水加熱器，加熱器出口煤氣溫度降至150～200℃?；厥沼酂岷蟮陌胨簹膺M行洗滌除塵系統(tǒng)，首先進入空噴塔激冷除塵，然后進填料洗滌塔除塵，最后經(jīng)兩級串聯(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的灰進入下部水封槽，隨水封加水排走。

廢熱回收系統(tǒng)三個水封用水、空噴塔、洗滌塔用水，由單獨水處理系統(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的中試裝置基礎上，建設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)點是氣化強度高、動力消耗低、后續(xù)系統(tǒng)加壓功耗低、其相應的氣流速度低、氣體帶出物少、氣體質(zhì)量有所提高。國內(nèi)尚無生產(chǎn)裝置。endprint