陳紹波，陳紹茹

(1.潞安豐喜泉稷能源有限公司，山西 運城 043200；2.天津天盛鼎和通信工程有限公司，天津 301700)

0 引言

伴隨著市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展，合成氨生產(chǎn)工藝受到了廣泛關注，受限于我國資源體系的特點，多數(shù)合成氨生產(chǎn)體系的原料結(jié)構(gòu)依舊采取煤炭為主要原料的方式，這就需要應用更加合理的技術控制方案，從而減少資源浪費。

1 煤氣化技術發(fā)展現(xiàn)狀

相較于發(fā)達國家，我國煤氣化技術研究工作起步較晚，但對應的合成氨工藝匹配煤氣化技術的研究，無論是開發(fā)工作還是應用工作都具有突出的優(yōu)勢。特別是在20 世紀80 年代引進的德士古水煤漿加壓氣化技術體系，配合自主研發(fā)的固定床無煙煤富氧氣化技術等，建立了更加多元的煤氣化應用平臺，也維持合成氨工藝流程的規(guī)范性。與此同時，我國煤氣化技術在合成氨中的應用范圍也在擴大，將成為行業(yè)研究關注的重要課題[1]。

2 煤氣化技術在合成氨生產(chǎn)中的具體應用

2.1 固定床氣化技術

固定床氣化技術的應用較為廣泛，其分類也較多。依據(jù)不同固定床空氣處理方式建立對應的技術模式，能更好地提升應用效率。其主要包括常壓固定態(tài)連續(xù)氣化技術、提升型固定床間歇氣化技術以及碎煤固定床加壓氣化。

2.1.1 壓固定態(tài)連續(xù)氣化技術

在技術應用過程中，要借助UGI 爐建立“富氧-蒸汽”連續(xù)上吹的處理模式，這種操作手段能有效取代空氣間歇氣化制取合成氨所使用的原料氣，滿足節(jié)能降耗的基本要求和標準。最早使用這種技術是在20 世紀60 年代，借助過富氧連續(xù)氣化制備水煤氣的實驗操作模式，配合化肥廠煤氣爐完成生產(chǎn)試驗，能有效驗證技術的可控性和可操作性，發(fā)現(xiàn)技術方案的空氣間歇氣化過程對整個制氣操作具有積極的作用。同時能減少對環(huán)境的污染，避免廢氣排放產(chǎn)生的問題。目前，黑龍江地區(qū)、吉林地區(qū)、安徽地區(qū)等多家化肥廠依舊沿用這種技術處理方式。

2.1.2 升型固定床間歇氣化技術

在提升型固定床間歇氣化技術應用控制工作中，要將塊狀無煙煤作為整個技術應用的基本原料，并且匹配空氣、水蒸汽等氣化劑，維持常溫常壓狀態(tài)下原料氣和燃燒氣的控制(如圖1)。技術無論是經(jīng)濟效益還是環(huán)保效益都較為突出，因此是目前應用最為廣泛的煤氣化技術方案之一。

圖1 提升型固定床間歇氣化技術流程示意圖

第一，技術方案的操作過程在不斷升級，傳統(tǒng)的停爐加煤直到系統(tǒng)出灰過程已經(jīng)逐漸被機械上煤匹配不停爐自動加煤出灰轉(zhuǎn)型，能更好地提升資源利用效率，減少資源浪費。

第二，應用的設備無論是體型還是出氣口的實際應用方位都呈現(xiàn)出多元發(fā)展的趨勢。

第三，傳統(tǒng)的技術方案中“四通考克”到水壓自動機被取代。目前最為常見的技術應用DCS 油壓自動控制系統(tǒng)，并且配置爐礦尋優(yōu)控制方案，能更好地提升設備監(jiān)督管理的規(guī)范性。

第四，高效余熱鍋爐成為了替代傳統(tǒng)爐鍋塔模式，借助高效余熱鍋爐等設備打造更加匹配的工藝流程，并且維持工藝設備配置的規(guī)范性。最關鍵的是，在技術應用中有效降低了系統(tǒng)產(chǎn)生的阻力作用，并且提高余熱回收率，避免冷卻水量和污水處理量的增多，減少環(huán)境負荷[2]。

第五，提升型固定床間歇氣化技術相較于傳統(tǒng)技術，蒸汽分解率上升到50%，氣化強度提高到1 300 Nm3/(m2·h)，相較于傳統(tǒng)技術提升了2～3 倍。

第六，提升型固定床間歇氣化技術中，將熱值低的爐渣二次利用提高利用率，全面維持循環(huán)流化床鍋爐應用的規(guī)范性，提升原料煤的利用率。并且充分利用回收熱量，制備水泥、粉煤等，打造多元資源利用體系。

第七，提升型固定床間歇氣化技術還能配置煤氣冷卻和洗滌分流技術，有效循環(huán)利用冷卻水閉路結(jié)構(gòu)，減少污水排放量，維持生態(tài)平衡[3]。

2.1.3 煤固定床加壓氣化

碎煤固定床加壓氣化技術成型較早，在1936 年實現(xiàn)第一代碎煤固定床加壓氣化技術模式。隨著科學技術的發(fā)展和進步，第四代技術方案應用較為廣泛，實現(xiàn)了魯奇爐內(nèi)鏡5 m 的設定，單獨的魯奇爐產(chǎn)氣量約為每小時7 000 Nm3。目前，我國云南解放化肥廠一直沿用這項技術，有效實現(xiàn)褐煤氣化方案，完成合成氨原料氣的處理。

另外，河南省某氣化廠也在使用碎煤固定床加壓氣化技術，主要是應用在城市煤氣并聯(lián)生產(chǎn)甲醇項目中，在一期工程內(nèi)承建兩臺魯奇爐，尺寸為φ3 800 mm，并且應用專項技術方案，匹配廢鍋流程，能有效提升技術處理的實效性[4]。

2.2 流化床氣化技術

2.2.1 恩德粉煤氣化生產(chǎn)技術

在恩德粉煤氣化生產(chǎn)技術發(fā)展歷程中，傳統(tǒng)的技術體系在設備方面已經(jīng)逐漸國產(chǎn)化，針對相關問題也提出了對應的處理控制措施。具體優(yōu)化方案如下：

首先，恩德粉煤氣化生產(chǎn)技術中，氣化爐的爐箅已經(jīng)改良為噴咀布風模式，這就大大提升了設備應用效率，減少爐箅結(jié)渣問題造成的影響，并且能在規(guī)范應用體系內(nèi)維持氣化溫度的合理性和科學性，為氣化爐運轉(zhuǎn)效率的全面進步提供保障[5]。

其次，氣化爐的中上部位置會結(jié)合實際應用要求增設進風噴咀。而在出口的位置，會增加干式旋風除塵裝置，從而有效避免煤氣夾雜細煤粒對環(huán)境造成影響。也就是說，結(jié)合其實際應用狀態(tài)完成回收處理工序，確保返回氣化爐內(nèi)能重新燃燒操作，真正意義上打造良好環(huán)保的熱物料循環(huán)模式，減少飛灰中含碳量，這就大大提升了工序的環(huán)保效益。

最后，會在廢熱爐的位置添加旋風除塵器，配合除塵工序，保證煤氣在經(jīng)過廢熱鍋爐后，爐管的磨損程度能得到有效降低，減少爐管結(jié)構(gòu)的積灰問題。正是借助增設處理的方式，優(yōu)化了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，也為元件應用效率的提升提供保障，一定程度上延長了整個設備的使用壽命，確保在合理的檢修周期內(nèi)維持其綜合應用水平。

2.2.2 熔聚流化床粉煤氣化

20 世紀90 年代，由我國中科院山西煤化研究所研發(fā)的技術模式申請獲得專利。相較于其他技術類型，灰熔聚流化床粉煤氣化處理方式利用合成氣工業(yè)示范裝置試驗作為基礎，配合煤氣送入原合成氨系統(tǒng)后能符合基本的生產(chǎn)需求。

2.3 氣流床氣化技術

應用最為廣泛的氣流床氣化技術就是水煤漿加壓氣化處理技術方案，主要依托濕法進料處理模式，配合使用加壓氣化工藝流程，就能提升處理的實際效率。技術是由美國德世谷公司提出的，我國是在20 世紀70 年代引進該項技術，并且當時配合技術方案建造了水煤漿加壓氣化制合成氣生產(chǎn)示范裝置，應用激冷工藝流程，整體氣化爐的尺寸為φ2 800 mm，采取“一開一備”的工藝方案，整體應用氣壓數(shù)值為2.7 MPa，單爐的投煤量為每天360 t 干煤。伴隨著科學技術的不斷發(fā)展，相關引進技術方案和氣化裝置也在革新，尤其是配套的多噴嘴對置式水煤漿氣化技術的應用，大大提升了氣化技術處理的時效性，并且應用環(huán)保價值和經(jīng)濟價值更加突出。

具體流程如下：(1) 原料煤進行破碎篩分處理。(2) 干燥處理。(3) 配合斗式提升機操作，運輸?shù)絻γ憾穬?nèi)，并且配合使用螺旋給煤機。(4) 輸送到氣化爐，與此同時，氣化爐中要填充氧氣、蒸汽過熱器處理的蒸汽和軟水預熱器處理的軟水等。(5) 進入冷卻器，配合完成第一旋風分離器、第二旋風分離器的處理，尤其是第二旋風分離器，能實現(xiàn)排灰操作。(6) 去廢鍋后，進入煤氣洗滌塔，使用氣柜予以收集。

另外，GSP 干粉煤氣化技術方案的應用也比較廣泛，利用加壓處理的方式能有效維持整體工藝流程的規(guī) 范性。最初技術的目標是借助高灰分褐煤完成民用煤氣的生產(chǎn)制造工作，并且研究部門也對應匹配額氣化中試裝置。而在1984 年，德國黑水泵工廠利用GSP 技術方案，完成了商業(yè)化裝置的升級處理，整體參數(shù)為200 MW，粉煤的處理能力達到每小時30 t。在應用技術不斷進步的時代背景下，GSP 工藝也逐漸成熟升級，氣化原料改為煤焦油，能為聯(lián)合循環(huán)發(fā)電項目提供支持，并整合技術應用流程，更好地打造多元技術體系。

3 結(jié)語

總而言之，在合成氨生產(chǎn)中應用煤氣化技術，要結(jié)合實際情況綜合分析技術要點，并且重視合成氨作為氮肥等基礎原料的價值，最大范圍內(nèi)替代無煙煤，為原料煤本地化發(fā)展提供支持，促進合成氨行業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展，實現(xiàn)環(huán)保效益和經(jīng)濟效益的和諧統(tǒng)一。