車艷妮

(山西晉豐煤化工有限責任公司， 山西晉城 048400)

山西晉豐煤化工有限責任公司聞喜分公司(簡稱聞喜公司)設(shè)計產(chǎn)能為液氨18萬t/a、甲醇6萬t/a、尿素30萬t/a、副產(chǎn)硫黃1 100 t/a。聞喜公司目前采用固定床間歇氣化工藝生產(chǎn)半水煤氣，用于生產(chǎn)合成氨和甲醇。間歇氣化工藝技術(shù)落后，產(chǎn)品能耗高，生產(chǎn)成本高，三廢排放量大，環(huán)保設(shè)備投入和運行成本較高。為降低生產(chǎn)成本，發(fā)揮裝置的能力，扭轉(zhuǎn)企業(yè)經(jīng)營局面，聞喜公司于2018年年底開始進行純氧連續(xù)氣化技術(shù)改造，新上4臺Φ3 000 mm純氧氣化爐代替原有4臺間歇氣化爐，純氧連續(xù)氣化工藝與傳統(tǒng)的間歇氣化工藝相比，具有流程簡單、煤種適應(yīng)性廣、產(chǎn)氣量大、各項消耗低、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。采用純氧連續(xù)氣化工藝后，可以使用6～40 mm的無煙小粒煤為原料，提高碳轉(zhuǎn)化率，灰渣殘?zhí)假|(zhì)量分數(shù)≤5%，降低煤耗和蒸汽消耗，大幅降低生產(chǎn)成本，而且不再排放吹風氣，減少環(huán)境污染。

1 技術(shù)優(yōu)勢

純氧連續(xù)氣化工藝具有以下技術(shù)優(yōu)勢：

(1) 氣化劑有效成分含量高，氣化爐熱效率高。

固定床間歇氣化工藝氣化劑為空氣，空氣中的惰性氣體N2對煤氣成分造成一定的影響。N2在氣化爐中不參加任何的化學反應(yīng)，卻降低了反應(yīng)物的濃度，從而降低了有效反應(yīng)利用率的效率，使氣化爐出氣溫度升高，帶走氣化爐床層熱量，造成氣化爐一定程度的顯熱損失。純氧連續(xù)氣化的氣化劑為純氧和蒸汽，生成的煤氣中幾乎沒有N2，所以煤氣中有效成分含量高，有效氣(CO+H2)體積分數(shù)≥80%。因為沒有N2入爐，氣化過程中反應(yīng)效率大幅度提高，從而也消除了以N2為載體的顯熱損失和對有效反應(yīng)的干擾影響，大大提高了煤氣爐的氣化效率和熱效率，使水煤氣有效成分含量提高，煤氣的體積得到一定的濃縮，綜合能耗相應(yīng)降低。

(2) 原料煤粒徑小，消耗成本大幅降低。

固定床間歇氣化爐原料煤粒徑為10～100 mm，純氧造氣爐原料煤粒徑為6～40 mm。碎煤來源廣、成本低，原來以燃料煤價格銷售的碎煤可以作為純氧制氣的原料煤使用，大大提高了資源利用率，大幅度降低了原料采購成本，經(jīng)濟效益顯著。

(3) 工藝流程簡化，配置優(yōu)化。

與固定床間歇氣化工藝相比，純氧連續(xù)氣化工藝流程減少了吹風、下吹、二次上吹、吹凈等階段，工藝流程大大簡化，液壓工藝閥門數(shù)量減少75%左右，動靜密封點大量減少，設(shè)備故障率大大降低，設(shè)備穩(wěn)定運行周期大幅度提高。

(4) 環(huán)保優(yōu)勢明顯。

與固定床間歇氣化工藝相比，純氧連續(xù)氣化工藝取消了吹風氣回收裝置，無外排放氣體，環(huán)保效益明顯，灰渣殘?zhí)假|(zhì)量分數(shù)為7%左右，資源利用率大大提高。

(5) 裝置安全性大大提高。

近幾年，吹風氣回收裝置發(fā)生爆燃的事故時有發(fā)生[1-2]，對企業(yè)及員工的財產(chǎn)和生命安全造成極大危害。取消吹風氣回收裝置后整個裝置系統(tǒng)安全性大大提高。

2 工藝設(shè)計條件

2.1 設(shè)計要求

(1) 裝置設(shè)計單爐產(chǎn)氣體積流量≥9 000 m3/h。

(2) 裝置生產(chǎn)負荷率為50%～110%。

(3) 裝置年操作時間為8 000 h。

(4) 灰渣殘?zhí)假|(zhì)量分數(shù)≤5%。

2.2 設(shè)計參數(shù)

原料煤煤質(zhì)情況見表1[3]。

表1 原料煤參數(shù)表

氣化劑氧氣體積流量為6 200 m3/h,蒸汽質(zhì)量流量為10.3 t/h,其他參數(shù)見表2。

表2 氧氣和蒸汽參數(shù)表

純氧連續(xù)氣化工藝煤氣組分見表3。

表3 煤氣組分 %

3 工藝流程

原料小粒煤由煤倉進入自動加煤機，自動定時、定量地加入氣化爐中。氣化劑氧氣來自空分工序， 蒸汽來自外管網(wǎng)和自產(chǎn)蒸汽。氧氣和蒸汽經(jīng)計量和比例調(diào)節(jié)進入混合罐中混合，溫度控制到180 ℃進入氣化爐底部，在爐內(nèi)高溫條件下，與小粒煤進行氧化還原反應(yīng)，連續(xù)生產(chǎn)水煤氣。

反應(yīng)生成的水煤氣溫度為450～550 ℃,自爐頂排出，經(jīng)過高效旋風除塵器進行除塵后[3-4]，進入防堵塞高效組合式熱量回收裝置。從高效旋風除塵器出來的高溫煤氣先進入設(shè)置在除塵器上部的預換熱器，含細塵煤氣與換熱管接觸碰撞，灰塵落入旋風除塵器中回收處理，高溫煤氣部分熱量被回收后進入主換熱器。主換熱器為二段式，上段為過熱段，下段為蒸發(fā)段，預換熱器和主換熱器蒸發(fā)段副產(chǎn)的0.2 MPa的蒸汽進入主換熱器的上段過熱。過熱后蒸汽去造氣爐系統(tǒng)?；厥諢崃亢蟮拿簹鉁囟葹?50～170 ℃,進入凈化洗滌塔底部，在塔中用來自造氣污水處理系統(tǒng)的閉路循環(huán)冷卻水噴淋冷卻洗滌，將其冷卻到40 ℃并洗滌其中夾帶的塵埃和焦油后，進入水煤氣總管去后續(xù)工段。純氧連續(xù)氣化的工藝流程見圖1。

圖1 純氧連續(xù)氣化工藝流程圖

4 改造內(nèi)容

經(jīng)測算，廠房高度基本滿足要求，新建氣化爐在原位置安裝。造氣廠房共4層，層高分別為：5.5 m、12.5 m、19.5 m、25.5 m。其他舊設(shè)備基礎(chǔ)全部拆除，地基處理后，重新施工建設(shè)。

利舊設(shè)備見表4。

表4 利舊設(shè)備表

改造后每套純氧制氣裝置主要設(shè)備共59臺，設(shè)備規(guī)格和技術(shù)條件見表5。

表5 主要設(shè)備一覽表

改造前后常壓固定床間歇爐和純氧制氣裝置運行情況對比見表6。

表6 改造前后工藝運行情況對比表

5 結(jié)語

該純氧制氣裝置于2019年12月30日通過72 h運行考核，有效氣 (CO+H2)體積分數(shù)達80%以上，比間歇造氣爐提高10百分點。單爐產(chǎn)氣體積流量達9 200 m3/h，比間歇造氣爐提高1 000 m3/h。蒸汽分解率大于66%，比間歇爐提高16百分點左右，造氣循環(huán)水池液位下降，解決了夏季造氣循環(huán)水池液位高的問題。噸氨原料煤耗為1.089 t，比間歇爐低約50 kg，原料煤成本大幅下降。灰渣殘?zhí)假|(zhì)量分數(shù)為4.0%～5.5%，比間歇爐降低14百分點左右，煤炭利用率大大提高，1 000 m3有效氣耗氧208 m3左右。通過此次純氧制氣改造，各項工藝指標得以優(yōu)化，各項消耗大幅下降，使造氣裝置節(jié)能、高效運行。