純氧制氣裝置改造情況總結

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)設計產能為液氨18萬t/a、甲醇6萬t/a、尿素30萬t/a、副產硫黃1 100 t/a。聞喜公司目前采用固定床間歇氣化工藝生產半水煤氣，用于生產合成氨和甲醇。間歇氣化工藝技術落后，產品能耗高，生產成本高，三廢排放量大，環保設備投入和運行成本較高。為降低生產成本，發揮裝置的能力，扭轉企業經營局面，聞喜公司于2018年年底開始進行純氧連續氣化技術改造，新上4臺Φ3 000 mm純氧氣化爐代替原有4臺間歇氣化爐，純氧連續氣化工藝與傳統的間歇氣化工藝相比，具有流程簡單、煤種適應性廣、產氣量大、各項消耗低、節能環保等優點。采用純氧連續氣化工藝后，可以使用6～40 mm的無煙小粒煤為原料，提高碳轉化率，灰渣殘碳質量分數≤5%，降低煤耗和蒸汽消耗，大幅降低生產成本，而且不再排放吹風氣，減少環境污染。

1 技術優勢

純氧連續氣化工藝具有以下技術優勢：

(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，卻降低了反應物的濃度，從而降低了有效反應利用率的效率，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≥80%。因為沒有N2入爐，氣化過程中反應效率大幅度提高，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，經濟效益顯著。

(3) 工藝流程簡化，配置優化。

與固定床間歇氣化工藝相比，純氧連續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，液壓工藝閥門數量減少75%左右，動靜密封點大量減少，設備故障率大大降低，設備穩定運行周期大幅度提高。

(4) 環保優勢明顯。

與固定床間歇氣化工藝相比，純氧連續氣化工藝取消了吹風氣回收裝置，無外排放氣體，環保效益明顯，灰渣殘碳質量分數為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，吹風氣回收裝置發生爆燃的事故時有發生[1-2]，對企業及員工的財產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安全性大大提高。

2 工藝設計條件

2.1 設計要求

(1) 裝置設計單爐產氣體積流量≥9 000 m3/h。

(2) 裝置生產負荷率為50%～110%。

(3) 裝置年操作時間為8 000 h。

(4) 灰渣殘碳質量分數≤5%。

2.2 設計參數

原料煤煤質情況見表1[3]。

表1 原料煤參數表

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

表2 氧氣和蒸汽參數表

純氧連續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， 蒸汽來自外管網和自產蒸汽。氧氣和蒸汽經計量和比例調節進入混合罐中混合，溫度控制到180 ℃進入氣化爐底部，在爐內高溫條件下，與小粒煤進行氧化還原反應，連續生產水煤氣。

反應生成的水煤氣溫度為450～550 ℃,自爐頂排出，經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，下段為蒸發段，預換熱器和主換熱器蒸發段副產的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。回收熱量后的煤氣溫度為150～170 ℃,進入凈化洗滌塔底部，在塔中用來自造氣污水處理系統的閉路循環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工段。純氧連續氣化的工藝流程見圖1。

圖1 純氧連續氣化工藝流程圖

4 改造內容

經測算，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。其他舊設備基礎全部拆除，地基處理后，重新施工建設。

利舊設備見表4。

表4 利舊設備表

改造后每套純氧制氣裝置主要設備共59臺，設備規格和技術條件見表5。

表5 主要設備一覽表

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)體積分數達80%以上，比間歇造氣爐提高10百分點。單爐產氣體積流量達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，造氣循環水池液位下降，解決了夏季造氣循環水池液位高的問題。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。灰渣殘碳質量分數為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化，各項消耗大幅下降，使造氣裝置節能、高效運行。