富氧連續氣化技術在沾化公司的應用探討

孫伯剛，馬劍軍

（1.云南煤化工集團有限公司，昆明 650231；2.云南云維股份有限公司，云南曲靖 655338）

·探索應用·

富氧連續氣化技術在沾化公司的應用探討

孫伯剛1，馬劍軍2

（1.云南煤化工集團有限公司，昆明 650231；
2.云南云維股份有限公司，云南曲靖 655338）

介紹型煤富氧連續氣化技術，并對型煤富氧連續氣化與間歇氣化技術進行了比較。以云南煤化集團沾化分公司為例，提出型煤間歇氣化改型煤富氧連續氣化技術改造方案，并對其經濟效益及環保效益進行分析。

富氧連續氣化；間歇氣化；煤

型煤富氧連續氣化技術是一項綜合了粉煤成型技術、固定床煤氣爐技術和空氣分離制氧技術為一體的系統工程技術。它把粉煤成型用于氣化，使煤氣化工業企業可以采用本地粉煤為氣化原料，拓寬了原料資源、降低了生產成本。

造氣煤氣發生爐是中型合成氨、甲醇企業的核心和關鍵設備，其中造氣煤耗要占總能耗的65%以上。型煤富氧連續氣化技術和現在的固定床技術（能耗均在50～60GJ）相比，大約節約1／4 ～1／3的原料煤，發展很快，國家發改委也將此煤氣化技術命名為粉煤成型連續氣化固定床工藝，成為國家認可的新型煤氣化工藝，在發展新型煤化工產業中取得了立足之地。

1 型煤富氧連續氣化技術

富氧連續氣化生產合成氨原料氣的方法實驗于1963年，并且只把富氧氣化作為一種輔助手段應用于工業化生產。而淮化集團經過20多年來的不斷探索，成功地進行了間歇—富氧兩用爐、自動加焦（煤）連續富氧氣化、自動加焦（煤）DCS控制連續富氧氣化等技術的工業化生產和實驗，并取得成功。在原料的使用上，從焦炭富氧氣化發展到型煤富氧氣化。

1.1 型煤富氧連續氣化工藝流程

富氧連續氣化的工藝流程和設備與固定床間歇氣化基本相同。生產工藝流程簡圖見圖1。

圖1 型煤富氧連續氣化工藝簡圖Fig.1 Process diagram of coal oxygen enriched continuous gasification

1.2 工藝參數

型煤富氧連續氣化各項技術參數指標如下：

1）Ф2400 mm、Ф2800 mm、Ф3000 mm、Ф3200 mm、Ф3300mm等固定床氣化爐單爐發氣量6500 ～12000m3／h；

2）入爐煤的固定碳質量分數為62%～70%、發熱量25080 kJ／kg，入爐噸氨煤耗1.5～1.9t；

3）有效氣（H2＋CO）體積分數為63% ～69%；

4）氣體中CO2體積分數為14%～16%；

5）爐渣中碳質量分數低于10%；

6）飛灰帶出物≤5%；

7）噸氨入爐氧耗450～550 m3。

1.3 型煤富氧連續氣化技術應用現狀

由淮化集團，福建三明化工公司開發的型煤富氧連續氣化工藝，目前已實現完全工業化生產，已有晉城集團晉開公司、湖北宜化集團雙環公司、美豐集團貴化公司、廣西柳化集團等采用此技術作為合成氨甲醇改造和擴建項目的煤氣化技術。應用情況見表1。

1.4 型煤富氧連續氣化技術與其它典型氣化工藝參數對比

型煤富氧連續氣化技術與其它典型氣化工藝參數對比見表2。

從表2看出，型煤富氧連續氣化制得的半水煤氣在氣體凈化脫碳后，有效氣體成分高于合成氨工藝的要求，適合用于合成氨和甲醇的生產。

表1 國內型煤富氧連續氣化技術的應用情況Table 1 Application of domestic coal oxygen enriched continuous gasification technology

表2 幾種典型氣化工藝的參數對比Table 2 Param eters coMParison of several typical gasification p rocess

2 沾化公司型煤間歇氣化改富氧連續氣化技術分析

沾化公司合成氨裝置生產能力為26萬t／a，以型煤為原料。合成氨可變成本為2640.3元／t，其中原料煤棒占59.87%，蒸汽占22.27%，電占15.61%，這三項合計占可變成本的97.75%，因此要想降低沾化合成氨的可變成本，關鍵因素是要降低煤棒、蒸汽的單耗。

通過型煤富氧連續氣化技術參數分析及應用情況看，沾化公司可以通過型煤間歇氣化改富氧連續氣化來實現造氣煤棒、蒸汽單耗的降低。

根據沾化公司的情況，采用固定床富氧連續氣化技術對現有的直徑3000～3300mm16臺UGI型氣化爐進行改造，改造后單爐發氣量可達8500 m3／h。而目前沾化公司生產1t液氨需要3100m3粗原料氣，生產1t甲醇需要2600m3粗原料氣，因此年產26萬t醇氨需要粗原料氣20×3100＋6× 2600＝77600萬m3／a，按年工作時間8000 h計，需要粗原料氣為77600／8000＝9.7萬m3／h。這樣改造后12臺爐子就可滿足生產需求，可省掉4臺爐子，這樣既可降低檢修費用又可節省勞動力、還可節省工業用地。

富氧連續氣化改造可充分利用沾化現有型煤系統裝置及公用工程以及有關設施，其中型煤生產系統、型煤爐以及輔助設施（稍加改造即可）、污水處理系統均可利用現有型煤造氣裝置原有設備，只需增加富氧空氣、蒸汽、CO2混合器，空分（制氧裝置）以及相應的工藝管線及電氣儀表等設備。

2.1 需解決的問題

以型煤為原料進行富氧連續氣化，煤氣爐的設計要解決如下問題。

1）高徑比問題

型煤富氧氣化的煤氣中CO2必然偏高，只有靠提高氣化層中的還原層才能降低CO2。而沾化公司現在型煤爐高徑比為2.0～2.2，已經滿足了高徑比設計要求。

2）爐箅問題

型煤富氧氣化的氣化劑中O2體積分數達到50%～60%。對于爐箅材質的要求：①耐高溫，因為富氧氣化中局部溫升很容易達到600℃以上。②材質硬度高、耐磨損。熔融冷卻后灰碴硬度很高，對爐箅的磨損會很嚴重，要求爐箅用特殊材質。

而沾化公司現在型煤爐爐箅在設計時A、B、 C層采用ZG30Cr7Si2，D、E、F、G層采用ZG35，符合要求。

3）不停車下灰和自動連續下灰

富氧氣化是連續的，不宜停車下灰，因為每停一次爐，氣汽比的調整和氣化層的調整都要有一個過程，調整中，最容易出現不平衡而造成工藝波動。而沾化公司只要稍加改造即可。

4）自動加煤機

型煤富氧連續氣化爐的自動加煤機，必須確保：①各閥都不能漏氣，否則，會出現煤氣直接與空氣接觸，發生燃燒或爆炸。②富氧氣化，爐上溫度較高，自動加煤機部分部件要耐高溫。而沾化公司現在型煤自動加煤機在設計時就已經按照以上要求設計的。

綜上分析，沾化現有型煤間歇氣化造氣系統氣化爐及輔助設施只要稍加改造完全可以滿足型煤富氧連續氣化技術要求。

2.2 改造后工藝流程

改造是在原來間歇氣化工藝基礎進行的，其流程和設備與原來間歇氣化基本相同。工藝流程見圖2。

2.3 改造前后主要工藝參數對比

型煤富氧連續氣化技術改造前后的工藝參數見表3。

表3 改造前后主要工藝參數對比

從表3看出，富氧連續氣化與間歇氣化工藝比較，噸氨造氣煤棒、蒸汽消耗均有明顯下降，碳轉化率較高，電耗有所增加，但綜合能耗明顯下降。

圖2 改造后型煤富氧連續氣化工藝流程圖Fig.2 Process flow diagram of continuous oxygen en riched coal gasification before and after transform ation

2.4 投資估算

型煤富氧連續氣化技術改造的投資估算見表4。

表4 改造費用估算Table 4 Reconstruction cost estimates

3 經濟、環保效益分析

3.1 經濟效益

經計算，改造后合成氨半水煤氣單耗和蒸汽消耗大幅降低，每生產1 t合成氨造氣可節約生產成本252.63元。以每年生產液氨20萬t來算，每年造氣成本就節約5052萬元。由于總投資7000萬元，這樣1.5年左右及可回收投資成本，經濟效益十分顯著。同時改造后還可以解決醋酸和DMF裝置所需CO原料氣源不穩定、價格高等問題，使醋酸和DMF裝置能盡快產生效益。

3.2 節能、環保效益

改造后造氣每t合成氨煤棒、蒸汽消耗由原來的2.15t和2.05t分別下降至1.6t和1.5t。按年產20萬t液氨計算，改造后可節煤11萬t，節約蒸汽11萬t。同時改造后可以解決原來16臺常壓間歇氣化煤氣爐排放的CO2和其它有害氣體的環保難題，減少CO2排放量約24萬t／a.有利于保護環境，有很好的環保和社會效益。

4 建議

型煤富氧連續氣化技術配套的原料氣凈化系統的脫碳方法，最好使用變壓吸附脫碳，可以更適應CO2較高的原料氣體，脫碳成本較低。目前沾化所采用的熱鉀堿法脫碳技術能耗高，效率低，建議改為低能耗的變壓吸附脫碳技術，進一步降低生產成本。

［1］ 徐振剛，劉隨芹.型煤技術［M］.北京：煤炭工業出版社，2001：9-252.

［2］ 尤彪.型煤＋變壓吸附制氧＋富氧連續氣化組合及其前景［J］.中氮肥，2008（2）：5-9.

［3］ 朱炳辰.化學反應工程［M］.第四版.北京：化學工業出版社，2007：226-227.

［4］ 林玉波.合成氨生產工藝.［M］北京：化學工業出版社，2007：9-22.

［5］ 周孟仁.中國天辰化學工程公司.固定床富氧連續

氣化的現狀與發展［C］.成都：中國中氮情報協作組第20次技術交流會論文集，2002：1-18.

［6］ 李永恒.造氣技術問答［M］.上海：化工部上海化工研究院，2008：367-372.

［7］ 蘭戰營，陳保慶.富氧氣化技術探討.成都：中國中氮情報協作組第20次技術交流會論文集［C］.2002；96-98.

［8］ 鄭高潮.變壓吸附脫碳裝置在氮肥生產中的應用［J］.化工設計通訊，2013，39（4）8-108.

［9］ 田守國.常壓固定床純氧連續氣化的優勢和節能原理［J］.化工設計通訊，2013，39（6）：1-5.

［10］ 田守國.常壓固定床氣化裝置技術升級的方向和形式［J］.化工設計通訊，2012，38（5）：6-14.

Interm ittent Coal Gasification Oxygen Enriched Continuous Gasification Technology App lied in Zhanhua′s Company

SUN Bo-gang1，MA Jian-jun2

（1.Yunnan Coal Chemical Industry Group Co.，Ltd.，Kunming 650231；
2.Yunnan Yunwei，Co.，Ltd.，Qujing 655338，China）

The coal oxygen enriched continuous gasification technology was introduced，and oxygen enriched continuous and intermittent coal gasification technologies were coMPared.Taken Yunnan Coal Chemical Group Zhanhua branch as an example，intermittent coal gasification oxygen enriched continuous gasification technology transformation program was proposed，and the economic and environmental benefits were analyzed.

oxygen enriched continuous gasification；intermittent gasification；coal

TQ546

A

1004-275X（2015）03-0049-05

12.3969／j.issn.1004-275X.2015.03.014

收稿：2015-02-06

孫伯剛（1976-），男，工程師，主要從事科技項目管理、規劃、技術及產品開發工作。