用于小氮肥企業的幾種煤氣化技術

馮振堂

【摘要】對中小氮肥企業使用的煤氣技術進行了系統介紹，并提出了今后發展的方向。

【關鍵詞】氮肥企業 氣化技術 發展方向

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%的工業燃料和92%的民用燃料都以煤為原料，這種局面短時間內難以改變。

2004年氮肥產量（折純）3 304.07×104t，合成氮產量4 222.22×10⁴t，70%以煤為，20%以天然氣為原料，10%以油為原料。我國現有氮肥企業近600家，其中大型氮肥企業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52家，38家以煤焦為原料，小氮肥企業近500家，90%以煤為原料。大型氮肥企業氮肥產量占22%，中小氮肥企業氮肥產量占78%。隨著近幾年油和天然氣價格的上漲，一些企業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將會達到80%。由此看來發展煤氣化技術就顯得更加重要。

煤氣化經過150多年的發展，形成了上百種爐型，工業化的爐型十余種，有代表的工業化煤氣化爐型有：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。

我國煤氣化技術發展起步較晚，以老式的UGI爐固定床間歇氣化制水煤氣和常壓發生爐煤氣為主。固定床間歇氣化生產合成氮約占總生產能力的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，這幾項氣化技術在我國都相繼進入了工業化應用階段。以下重點介紹目前在中小氮肥企業應用的幾種煤氣化技術。

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，目前在國內中小氮肥廠普遍采用，除有少數幾家采用富氧連續氣化外，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）連續氣化較空氣連續氣化在氣化強度（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越性。富氧連續氣化較空氣連續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，產品煤氣經熱回收和除油，含有約10%～12%的甲烷和不飽和烴，適宜作城市煤氣。粗煤氣經烴類分離和蒸汽轉化后可作合成氣。

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爐單產合成氨的裝置，主要原因除環保問題外，工藝流程長，特別要增加冷凍分離甲烷和烴類轉化。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，生產正常，但環保問題較多。后引進φ3 800魯奇爐，用貧煤生產合成氨，工藝生產流程中由氮洗分離出來的富甲烷氣經一段蒸汽轉化和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，用于褐煤生產合成氨，碳轉化率只有80%，捕渣率40%，飛灰含碳高達80%，送往電站燒鍋爐。

我國曾引進前蘇聯國立氮肥設計院的FNAII-4形爐即改良Winkler爐，用于生產合成氨原料氣，后因碳轉化率低，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合成氨的技術得以發展，使恩德粉煤氣化技術在氮肥企業被使用。

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

恩德粉煤氣化技術的工藝過程：經干燥、破碎后的原料粉煤，由皮帶輸送至氣化裝置區的受料斗，經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吹起，在氣化爐直簡段進行流態化氣化反應，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，再次在爐內參加流化氣化反應，離開分離器的高溫含塵半水煤氣經三通管進入廢熱鍋爐上部，下部出來的半水煤氣經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℃。回收余熱后的半水煤氣進行洗滌除塵系統，首先進入空噴塔激冷除塵，然后進填料洗滌塔除塵，最后經兩級串聯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。

廢熱回收系統三個水封用水、空噴塔、洗滌塔用水，由單獨水處理系統供水，循環使用，文丘里用新鮮水，排水至灰水系統。

廢熱鍋爐產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、氣化爐內徑600mm的中試裝置基礎上，建設了一套煤制甲醇的工業示范裝置，生產規模為處理720t/d褐煤。與常壓Winkler氣化相比，HTW氣化的優點是氣化強度高、動力消耗低、后續系統加壓功耗低、其相應的氣流速度低、氣體帶出物少、氣體質量有所提高。國內尚無生產裝置。endprint