富氧連續(xù)氣化技術(shù)簡(jiǎn)介

1、富氧連續(xù)氣化技術(shù)一、富氧連續(xù)氣化技術(shù)簡(jiǎn)介我國在煤氣化領(lǐng)域中，氣化方法有多種形式，有成功的經(jīng)驗(yàn)，也 有失敗的教訓(xùn)。從上世紀(jì) 60 年代開始富氧氣化技術(shù)在我國固定層煤 氣爐上開始成功的應(yīng)用，在 50 多年中，多次出現(xiàn)大起大落。六十年代末吉林化肥廠利用本廠空分富余的氧氣在老的間歇造 氣爐上進(jìn)行了富氧空氣 -蒸汽連續(xù)氣化制取合成氨原料氣取得成功， 使單爐生產(chǎn)能力增加了一倍，效果十分明顯。之后，淮南化肥廠采用 同樣的辦法，利用自己的多余氧氣在老系統(tǒng)中進(jìn)行焦炭和白煤富氧連 續(xù)氣化試驗(yàn)，均取得成功。 1998 年黑龍江某化工廠建成一套年產(chǎn)十 八萬噸合成氨裝置。它用焦炭為原料，七臺(tái) 3m富氧連續(xù)氣化爐， 配一

2、套 12000Nm3/h 制氧設(shè)備， 不但焦炭消耗低， 總投資增加也較少。 該裝置 1999 年投入使用后效果很好，徹底改變了傳統(tǒng)的間歇造氣操 作和管理，取得了初步成功。二、富氧連續(xù)氣化原理與工藝特點(diǎn)在固定層煤氣爐內(nèi)， 當(dāng)富氧空氣與煤炭然燒時(shí)產(chǎn)生放熱反應(yīng)的同 時(shí)，蒸汽與灼熱的煤炭產(chǎn)生吸熱反應(yīng)，兩反應(yīng)基本達(dá)到平衡時(shí)，氣化 過程便會(huì)連續(xù)平穩(wěn)的進(jìn)行。 為了符合半水煤氣成份的要求， 一般將富 氧空氣中的02含量控制在47%52%。富氧空氣、蒸汽、煤炭的化 學(xué)反應(yīng)式如下：C + 02 = C02 + 40808KJ2C + 02 = 2C0 + 246.4KJC +。2= 2CO T65.7KJC +

3、H2O = CO + H2 T18.8KJC + 2H2O = CO2+ 2H2 -75.2KJ最終生成氣體達(dá)到半水煤氣反應(yīng)平衡富氧空氣與煤炭在氧化層內(nèi)發(fā)生放熱反應(yīng)如式和式 ，以獲得足夠的熱量供應(yīng)還原層以反應(yīng)式、 進(jìn)行，提高燃料層高度 將有利于反應(yīng)式、 的發(fā)生，對(duì)降低半水煤氣中的 CO2 有好處 。實(shí)現(xiàn)富氧連續(xù)氣化后，由于取消了空氣吹風(fēng)階段，減少了因吹 風(fēng)燃燒炭的損失， 氣體帶出物減少和爐渣含炭量的降低等原因， 使炭 的利用率得到提高，煤耗有所降低。另外，由于氣體空速低，可以應(yīng) 用小粒煤和型煤進(jìn)行氣化。由于該技術(shù)是連續(xù)氣化， 爐溫相對(duì)比較穩(wěn)定， 蒸汽分解率比空氣 間歇式氣化要高。另外，因?yàn)楦邷?/p>

4、煤氣全部進(jìn)入廢鍋，余熱回收效果 好，因副產(chǎn)蒸汽量增加，氨系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)蒸汽自給這是理論推算。三、富氧連續(xù)氣化工藝流程原料焦炭經(jīng)破碎、篩分后，由皮帶運(yùn)輸機(jī)送到煤氣發(fā)生爐頂 部焦炭料倉里，由加料斗經(jīng)自動(dòng)加焦機(jī)定時(shí)連續(xù)加入固定層煤氣 發(fā)生爐。蒸汽和富氧空氣連續(xù)進(jìn)入爐中，焦炭和富氧空氣進(jìn)行不 完全燃燒產(chǎn)生大量的熱量，溫度升高，供蒸汽在熾熱的炭中分解， 制得半水煤氣。自空氣鼓氣機(jī)來的空氣與空分系統(tǒng)來的 99%以上氧氣同時(shí)進(jìn) 入混合罐混合成5055%左右的富氧空氣，混合后的富氧空氣與來自蒸汽過熱器的蒸汽再次混合進(jìn)入煤氣發(fā)生爐爐底，混合氣溫度110140以煤氣發(fā)生爐底部來的富氧空氣，蒸汽與爐中的碳反應(yīng)生 成半

5、水煤氣從爐頂出來進(jìn)入廢熱鍋爐，將半水煤氣由約700（ 99.5%）471.56Nm311789.0Nm3單爐耗1964.83Nm3/h付產(chǎn)中壓蒸汽?=2.5MPa1.1t27.5t外供尿素用產(chǎn)半水煤氣量3241.76Nm381044.14Nm3供合成氨甲醇用單爐產(chǎn)氣量（ 3n）6開1備13507.36Nm34.167tNH3/h 臺(tái)，備注：表中各項(xiàng)數(shù)據(jù)為黑龍江化肥廠 18萬噸/年合成氨各項(xiàng)消耗指標(biāo)。五、富氧連續(xù)氣化與間歇?dú)饣容^5.1富氧連續(xù)氣化的優(yōu)點(diǎn)（1）煤種和粒度適應(yīng)性廣。不僅可以燒 13- 25的小粒煤，而且 適合燒機(jī)械強(qiáng)度較差的白煤或型煤。 從所查文獻(xiàn)來看， 大部分企業(yè)用 的都是焦炭，

6、現(xiàn)階段焦炭?jī)r(jià)格較高，很不劃算。目前新投產(chǎn)的采用富 氧氣化的企業(yè)都已改為型煤制氣。(2) 基本杜絕了由于吹風(fēng)氣放空帶來的環(huán)境污染，環(huán)保效益明顯。(3) 單爐生產(chǎn)能力大。與間歇?dú)饣容^，相同爐型單爐產(chǎn)氣量可 提高 2 倍(理論計(jì)算)。但是，從應(yīng)用富氧氣化爐的眾多廠家來看， 實(shí)際僅增加5%30%。如： 淮南化肥廠增加30%。 黑龍江化 肥廠僅增加4%。 武進(jìn)化肥廠增加19%。(4) 碳的轉(zhuǎn)化率高， 灰渣殘?zhí)抠|(zhì)量分?jǐn)?shù)可降低至 7% 12%(河南 平頂山飛行化工的灰渣含碳量小于 10%)，而且煤氣中的帶出物明顯 減少。(5) 工藝簡(jiǎn)單、爐況穩(wěn)定、便于操作、維修工作量小。由于氣化 過程為單純的上吹， 沒有

7、間歇?dú)饣亩嚯A段的切換， 因此操作較為簡(jiǎn) 單。由于沒有頻繁切換的閥門，維修工作量較少，維修費(fèi)用降低。(6) 蒸汽分解率高，與間歇?dú)饣啾?，蒸汽分解率可提?10%( 55% 左右)。(7) 由于采用連續(xù)氣化，氣體成分穩(wěn)定，特別有利于整個(gè)生產(chǎn)系 統(tǒng)的穩(wěn)定。(8) 熱利用率高，可副產(chǎn)中壓蒸汽。5.2 富氧連續(xù)氣化工藝的主要缺陷(1) 雖然是連續(xù)氣化，但仍是常壓氣化，不可能擺脫碳轉(zhuǎn)化率低、 能耗高的缺點(diǎn)。(2) 煤氣中氧含量超標(biāo)，危害大。富氧連續(xù)氣化所產(chǎn)生的煤氣中， 氧含量是比較低的，其體積分?jǐn)?shù)一般只有 0.2%，但是由于富氧空氣 的氧含量較高，一旦氣化不完全，會(huì)出現(xiàn)過氧速度快，煤氣中氧濃度 高，給

8、后續(xù)工段帶來極大的安全隱患。目前，生產(chǎn)過程中為了控制氧 含量，采取的措施是提高煤氣爐出口溫度550 C，這一措施又造成 了原料煤消耗增高。(3) 煤氣中二氧化碳含量高。富氧連續(xù)氣化生成的煤氣中二氧化碳體積分?jǐn)?shù)高達(dá)高達(dá)13%16%，最高可達(dá)到19.7%。由于CO2濃 度過高，不但導(dǎo)致變換蒸汽消耗增大，給脫炭工序增加了負(fù)荷，而且 影響到合成工序中壓縮機(jī)運(yùn)行效率，一般可降低10%左右，必然造成電耗和壓縮機(jī)維修費(fèi)用增加。此損失是無法估算的。表2各種氣化方法的半水煤氣成分 (V %)氣化方法煤種CO202COH2N2CH4H2S固定層空氣間歇?dú)饣▔K煤570.43134364118211.012g/m3

9、煤棒12130.4233237401722230.81.0碳化煤球12130.42728383919221326粘結(jié)劑煤球8100.425293740182012.525富氧空氣連續(xù)氣化塊煤或焦炭1319.70.33445283610141212法煤球160.230.339140.5(4) 煤氣中一氧化碳含量高。富氧氣化半水煤氣中CO含量為:38%44%。由于CO含量的增加，必然會(huì)影響變換工序中變換爐的負(fù)荷增 加，它不但會(huì)使觸媒使用壽命降低，而且使變換爐的蒸汽消耗增加。 據(jù)有關(guān)資料介紹，噸氨半水煤氣中 CO 含量每增加 1，變換爐多消 耗蒸汽約 1Kg 左右。按黑龍江化肥廠富氧爐，設(shè)計(jì)年產(chǎn)合成

10、氨 18 萬 t 計(jì)算，全年僅因 CO 含量高，變換爐多支出蒸汽費(fèi)用 40 萬元以上。(5) 煤氣中甲烷含量高。富氧連續(xù)氣化生成的煤氣中甲烷體積分?jǐn)?shù)2，只能通過增加合成放空氣量來解決這一問題。這就造成了合成 工段電耗增加。(6) 氣體中含有苯、萘等有機(jī)物。富氧連續(xù)氣化生成的煤氣中苯和萘 等有機(jī)物含量雖然較低， 但其危害巨大， 而且它的危害在生產(chǎn)初期基 本體現(xiàn)不出來，隨著長(zhǎng)時(shí)間累積，其危害將逐步體現(xiàn)出來。其主要表 現(xiàn)有以下幾點(diǎn)： 影響脫硫、變脫工段的再生系統(tǒng)，不易生成硫泡沫； 影響脫碳系統(tǒng)，會(huì)造成二氧化碳?xì)庵斜健⑤脸瑯?biāo)，影響到尿素 裝置。 長(zhǎng)時(shí)間會(huì)影響到合成工段催化劑的壽命。 目前中小氮肥企業(yè)針

11、 對(duì)苯、萘等有機(jī)物還沒有太好的凈化工藝。 雖然也有研究單位提出可 以將天然氣凈化中的脫苯脫萘工藝用于處理水煤氣， 但尚處于研究階 段，還沒有用于實(shí)際生產(chǎn)的工程實(shí)例。六、目前國內(nèi)富氧連續(xù)氣化爐運(yùn)行情況6.1福建三明化工有限公司于2007年采用型煤煤球進(jìn)行富 氧連續(xù)氣化，運(yùn)行情況還算正常。開34臺(tái)3000mm- 3200mm爐， 所產(chǎn)半水煤氣與老系統(tǒng)并網(wǎng)。單爐小時(shí)發(fā)氣量為：9000m3，噸氨煤耗為 1.5t6.2淮南化肥廠開3臺(tái)3000mm爐，也是用煤球富氧氣化。噸 氨煤耗為1.8t,單爐小時(shí)發(fā)氣量為：70008000m3。6.3湖北雙環(huán)公司開2臺(tái)3300mm爐，用煤棒富氧氣化。單爐 小時(shí)發(fā)氣量為

12、： 12000m3。6.4 云南解放軍化肥廠，因效益問題于 2008年富氧氣化爐全部 停運(yùn)。6.5河南平頂山化肥廠開3臺(tái)3000mm富氧氣化爐，運(yùn)行情況 一般，不太理想。6.6黑龍江化肥廠和長(zhǎng)山化肥廠，一共有13臺(tái)3000mm富氧爐 于 2003 年全部停運(yùn)。6.7開封化肥廠于2008年12月，新上4臺(tái)0 2743.2毫米，采用 小塊煤富氧氣化， 所產(chǎn)半水煤氣與原空氣間歇?dú)饣癄t的半水煤氣并網(wǎng) 送入后工序，運(yùn)行情況并不理想。七、我公司采用富氧連續(xù)氣化的可行性7.1 氧氣量我公司空分車間設(shè)計(jì)產(chǎn)氧氣量 4000Nm3/h，外供凈化車間2500-2800 Nm3/h（雙機(jī)滿量），即可供造氣使用的為12

13、00-1500 Nm3/h。 富氧造氣需要的氧氣設(shè)計(jì)指標(biāo)為噸氨 500-550 Nm3,我公司單爐現(xiàn)發(fā) 氣量8000 Nm3/h，產(chǎn)氨量為2.42噸，則需氧量為1212 Nm3/h。若改 為富氧連續(xù)氣化,發(fā)氣量增大,產(chǎn)氨量同時(shí)增大,則空分剩余氧氣不 能滿足一臺(tái)造氣爐的需要。 只能采用不完全富氧氣化, 即把氧氣混合 到空氣中，氧氣濃由 21%提高到 23-24%之間即可。7.2 設(shè)備配套7.2.1 為使燃料層布風(fēng)均勻，必須使用富氧氣化專用爐箅。富氧 連續(xù)氣化要求爐箅的高度比間歇空氣氣化的爐箅要低些。 但是，多邊 扇型爐箅雖然高度低，可是爐下帶出物多，也不適用。最好還是 ZL 型鑄鋼爐箅比較適宜。

14、7.2.2選用 ZL 型自動(dòng)加煤機(jī)， 它可以使炭層高度保持恒定。 通用 型自動(dòng)加煤機(jī)是每個(gè)循環(huán)間歇向爐內(nèi)加煤的， 加煤量和炭層高度難以 控制。ZL加煤機(jī)是連續(xù)向爐內(nèi)加煤的，爐內(nèi)消耗多少煤，隨時(shí)補(bǔ)充 多少，所以炭層高度可以按預(yù)先設(shè)定的炭層高度恒定。7.2.3 由于是富氧連續(xù)氣化，所以必需選擇不停爐下灰裝置。7.2.4 造氣爐改造，保持合適的高徑比。富氧連續(xù)氣化技術(shù)是完 全上吹， 氣化劑由下向上恒定在一個(gè)壓力朝一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)， 若爐子本 體的高度不夠，爐內(nèi)燃料層較薄，蓄熱能力差，易造成爐上溫度高， 煤氣帶走了大量的顯熱， 不利于原料的消耗和煤氣的降溫， 又會(huì)因炭 層波動(dòng)而造成結(jié)疤掛壁， 嚴(yán)重時(shí)需停爐

15、熄火打疤， 影響系統(tǒng)安全生產(chǎn)。河南平頂山飛行化工的煤氣爐為 300Q高5800mm,夾套寬500mm, 高2800mm,因使用效果不好，在一次停車檢修時(shí)爐體和夾套同時(shí)加 高了 500mm。7.2.5 控制系統(tǒng)改造。在現(xiàn)有間歇循環(huán)制氣、特殊操作和開、停 車的基礎(chǔ)上增設(shè)富氧氣化狀態(tài)設(shè)定鍵, 并能在富氧氣化操作狀態(tài)和空 氣間歇?dú)饣僮鳡顟B(tài)之間自由切換。7.2.6 配套設(shè)施建設(shè)。增加富氧 -蒸汽混合器、廢鍋等。八、結(jié)語富氧連續(xù)氣化技術(shù)與間歇式氣化相比， 理論上的優(yōu)點(diǎn)在實(shí)際使用 中并不突出， 存在的問題一直沒有得到很好的解決。 目前各廠的富氧 氣化爐的半水煤氣， 都是與老系統(tǒng)間歇空氣爐并網(wǎng)送入后系統(tǒng)的，

16、 所 以很難區(qū)別富氧連續(xù)氣化的真正效率， 文中所介紹的發(fā)氣量和煤耗都 是估算的。 歷史上只有黑龍江化肥廠和長(zhǎng)山化肥廠， 是獨(dú)立系統(tǒng)應(yīng)用 富氧連續(xù)氣化技術(shù)的， 可見獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行的效果很不好， 所以兩廠均 停用富氧連續(xù)氣化技術(shù)了。對(duì)于我廠來說，由于氧氣量并不是很大， 基本只能滿足一臺(tái)爐的需要， 而且現(xiàn)在國內(nèi)正在使用的富氧爐大部分 為3000及以上直徑的造氣爐（使用效果并不好），尚未發(fā)現(xiàn)有2650 的爐子改富氧氣化的， 存在風(fēng)險(xiǎn)較大。 除此之外，改為富氧氣化之后， 現(xiàn)有的吹風(fēng)氣回收裝置尚未發(fā)揮效益就成為閑置。 因此建議不改富氧 氣化，但可以考慮采用富氧空氣間歇?dú)饣夹g(shù)， 該技術(shù)是由武漢鳳 飛煤化工有

17、限公司， 研制的一種新技術(shù)。 在原有的空氣間歇?dú)饣臈l 件下，加入適量的富氧空氣。 此技術(shù)已在浙江省清華化工有限公司應(yīng) 用。據(jù)介紹有些效果，其半水煤氣中 CO2 在 9.0以下， CO+H2 =75.8。我公司可考慮將空分剩余的氧氣送至造氣車間， 適當(dāng)提高氧氣濃度，以改善氣體成分。詳細(xì)的改造方案見附件。附件 空分富裕氧氣送往造氣方案空分富裕氧氣送往造氣方案、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)空分裝置氧氣出壓縮機(jī)壓力：2.0MPa,溫度75C（夏天溫度可達(dá)95 C ）空分能力 4000Nm3/h。凈化車間氧氣入轉(zhuǎn)化工段壓力：控制大于空氣壓力 O.IMPa,空 氣壓力控制大于轉(zhuǎn)化爐壓力 O.IMPa。轉(zhuǎn)化壓力1.8-2.0

18、MPa。轉(zhuǎn)化需 氧量 2 機(jī)滿量 25002800Nm3/h。二、管徑計(jì)算考慮到焦?fàn)t氣的波動(dòng)所以送往造氣的氧氣量按最大2000 Nm3/h（一般可保持1500 Nm3/h）溫度按95C，壓力2.0MPa考慮。一期工程氧氣設(shè)計(jì)流量3400 Nm3/h壓力2.5MPa送凈化車間管徑 DN150,可以計(jì)算出流速。3400 (273 95).273漢25183.326 - _ .V =273 252.88m/s(150)263.592(18.81)不銹鋼管氧氣流速按3.5m/s計(jì)算D =18.812000 (273 95)273.520=116.724mm 圓整到 125mm。所以不銹鋼管道選用？133X5 （每米重量15.942Kg）碳鋼管道氧氣流速按2.5m/s計(jì)算D =18.812000 (273 95)273 202.5= 138.12mm 圓整到 150mm。所以碳鋼管道選用?159X6 （每米重量22.638Kg）三、材質(zhì)選擇根據(jù)氧氣站設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50030-91)所有的閥門采用不銹鋼， 根據(jù)規(guī)范(JBT59022001)工作壓力大于1MPa時(shí)彎頭必須采用不 銹鋼，墊片可以采用