型煤富氧連續(xù)氣化技術(shù)

1、宜化型煤富氧連續(xù)氣化技術(shù)總結(jié) -周心智一、概述型煤富氧連續(xù)氣化技術(shù)是一項(xiàng)綜合了粉煤成型技術(shù)、固定床煤氣爐技術(shù)和空氣分離制氧技術(shù)為一體的系統(tǒng)工程技術(shù)。它把粉煤成型用于氣化，使煤氣化工業(yè)企業(yè)避開了以優(yōu)質(zhì)塊煤焦為原料的獨(dú)木橋，走上了以本地粉煤為氣化原料，成本低、資源豐富的廣闊大道。同時(shí)，也避開了采用國外粉煤氣化技術(shù)，投資大、消化期長、見效慢的曲折道路。走上了投資少、見效快、節(jié)能減排效果好的寬廣道路。我們中國的能源結(jié)構(gòu)是比較特殊的，原煤生產(chǎn)占能源生產(chǎn)總量的77%，原油生產(chǎn)占能源總量的12%，天然氣生產(chǎn)占能源生產(chǎn)總量的3%，水電生產(chǎn)占能源生產(chǎn)總量的7%，其它占1%。中國國情決定了國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展必須以煤為主

2、要能源。目前，我國氮肥企業(yè)合成氨年總產(chǎn)達(dá)到5000萬噸，在世界上占第一位。生產(chǎn)合成氨以煤為原料的比例達(dá)到了76%以上。煤氣化是我國合成氨生產(chǎn)的主力軍。在煤氣化企業(yè)的生產(chǎn)中，以固定床間歇?dú)饣癄t生產(chǎn)的占全部生產(chǎn)能力的70%以上。由此可見，固定床間歇?dú)饣癄t在我國煤氣化工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要地位。我國以固定床間歇?dú)饣癁楣に嚿a(chǎn)的企業(yè)約500家左右，擁有固定床間歇?dú)饣癄t約5000余臺(tái)。其中3.6m爐約110臺(tái)，3.0m系列600臺(tái)，2.6系列3500臺(tái)，其它煤氣爐300臺(tái)。固定床間歇?dú)饣に嚹芎母?，污染較重，注定要退出歷史舞臺(tái)。但是，我國國情決定了，上述落后的工藝技術(shù)與國際上選進(jìn)技術(shù)必須有對(duì)接和過渡

3、，這就是型煤富氧氣化的歷史使命。型煤富氧連續(xù)氣化技術(shù)，它是一項(xiàng)可以在眾多煤氣化企業(yè)現(xiàn)有裝置的基礎(chǔ)上，進(jìn)行設(shè)備改造和技術(shù)提升后即可實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。它是由多項(xiàng)已經(jīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐的成熟技術(shù)的組合，是一種零風(fēng)險(xiǎn)的技術(shù)。在二00七年召開的“巴厘島”會(huì)議之后，世界各國把治理溫室氣體排放問題做為工業(yè)發(fā)展的首要問題。我國更是以積極態(tài)度走在發(fā)展中國家的前列。我國目前用于煤氣化的近5000臺(tái)常壓間歇?dú)饣簹鉅t，每年向大氣排放CO2達(dá)到6000萬噸以上，是我國治理溫室氣體排放的重點(diǎn)問題。而型煤富氧連續(xù)氣化技術(shù)，正是治理我國現(xiàn)有5000臺(tái)常壓間歇?dú)饣簹鉅t排放CO2和其它有害氣體的金鑰匙。它完全可以做到現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展所要求的

4、零排放。同時(shí)它可以就地取材，充分利用高硫煤和劣質(zhì)煤。以固定床間歇?dú)饣簹鉅t進(jìn)行煤氣化的化肥企業(yè)，產(chǎn)量占化肥生產(chǎn)總量70%以上，幾十年來一直用優(yōu)質(zhì)塊煤焦為原料進(jìn)行生產(chǎn)。而近年來，優(yōu)質(zhì)塊煤焦不但價(jià)格飛漲，使生產(chǎn)成本難以承受，同時(shí)，優(yōu)質(zhì)塊煤焦總量供不應(yīng)求，缺口較大。占煤炭總量50%左右的高硫劣質(zhì)煤不能充分利用。這一矛盾，是制約化肥生產(chǎn)重要問題。而型煤富氧連續(xù)氣化技術(shù)，是化解這個(gè)矛盾的金鑰匙。這一技術(shù)可以充分利用企業(yè)所在地的高硫劣質(zhì)煤制型煤，用富氧工藝進(jìn)行煤氣化生產(chǎn)。特別適合聯(lián)合生產(chǎn)甲醇、單獨(dú)生產(chǎn)甲醇等企業(yè)采用。為我國進(jìn)一步優(yōu)化煤炭資源的合理利用開辟了新路。綜上所述，型煤富氧連續(xù)氣化技術(shù)，是符合中國國

5、情、適應(yīng)我國產(chǎn)業(yè)政策，順應(yīng)世界潮流的一項(xiàng)綜合技術(shù)，是具有中國特色和強(qiáng)大生命力的技術(shù)。我國富氧連續(xù)氣化（固定床煤氣爐）始于60年代末，是在固定床間歇?dú)饣癄t的基礎(chǔ)上發(fā)展的。主要用于UGI型煤氣爐。發(fā)展四十余年，爐型沒有大的技術(shù)進(jìn)步，仍然是UGI煤氣爐的基本設(shè)計(jì)，流程沒有大的變化，自控技術(shù)發(fā)展到今天，老的工藝也沒有明顯的變化。主要原因：歷史上這種富氧氣化生產(chǎn)成本偏高，與其它氣化技術(shù)相比，沒有生命力，因此一直沒有得到明顯的發(fā)展。它的主要缺點(diǎn)：1、裝置不合理，熱損失大，有效氣體成份達(dá)不到要求；2、煤價(jià)較低，而制氧成本偏高，用價(jià)格偏高的氧來節(jié)約用煤，生產(chǎn)成本不合算；3、富氧氣化CO2偏高，脫C系統(tǒng)成本升高

6、。而隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，現(xiàn)在出現(xiàn)了一系列變化：1、裝置技術(shù)含量大幅度提高，煤氣爐、爐箅、自控水平、余熱回收技術(shù)、自動(dòng)下灰技術(shù)、變壓吸附脫C技術(shù)等；2、制氧成本大幅度下降，由0.6元/m3下降到0.3元/m3；3、煤價(jià)翻了兩番，中塊煤由原來的200元/T升至800元/T，粉煤由100元/T升至450元/T；4、型煤制造技術(shù)飛速發(fā)展。新的歷史條件和歷史使命注定了型煤富氧氣化技術(shù)的誕生和發(fā)展。二、型煤富氧連續(xù)氣化技術(shù)的組成1、型煤技術(shù)富氧連續(xù)氣化要求型煤要具備如下特性：熱穩(wěn)定性80%，熱強(qiáng)度50kg/cm2，固定C60%，化學(xué)活性較好。目前，腐植酸型煤，復(fù)合粘結(jié)劑型煤都可以達(dá)到上述要求。并且，無論型煤

7、加工成球還是棒，都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)加煤機(jī)連續(xù)自動(dòng)控制。2、固定床間歇?dú)饣簹鉅t技術(shù)以型煤為原料進(jìn)行富氧連續(xù)氣化，煤氣爐的設(shè)計(jì)要解決如下問題：A、高徑比問題型煤富氧氣化的CO2必然偏高，只有靠提高氣化層中的還原層才能降低CO2。但是型煤的灰熔點(diǎn)偏低，夾套鍋爐的高度設(shè)計(jì)必須考慮避免掛疤。因此，煤氣爐要綜合考慮解決上述問題?，F(xiàn)在經(jīng)過實(shí)踐，已經(jīng)很好地解決了高徑比設(shè)計(jì)問題。B、爐箅問題型煤富氧氣化的氣化劑中O2濃度達(dá)到58%左右，O2與高溫炭的反應(yīng)是非常劇烈的。用常規(guī)的塔形爐箅環(huán)形布風(fēng)，必然造成環(huán)中心區(qū)溫度高，而環(huán)邊緣區(qū)溫度低，特別是兩個(gè)環(huán)帶之間，形成氣化劑死角，氣化反應(yīng)薄弱，燒不透；而環(huán)中心區(qū)溫度高，超過灰

8、熔點(diǎn)，結(jié)疤結(jié)塊。實(shí)際生產(chǎn)中，的確出現(xiàn)了這種現(xiàn)象。如：有兩個(gè)企業(yè)，五臺(tái)爐的型煤富氧氣化，出現(xiàn)上述情況后，只能靠降低生產(chǎn)負(fù)荷來適應(yīng)。型煤富氧氣化的爐箅，要求每個(gè)布風(fēng)單元盡量小，單元之間的間隙盡量小，整個(gè)布風(fēng)要求盡可能均勻，但通風(fēng)面積要適當(dāng)加大。同時(shí)，破碴能力要強(qiáng)，否則富氧氣化中達(dá)到T2點(diǎn)溫度以上的碴是硬度較高的熔融后的碴，破碴強(qiáng)度較大。對(duì)于爐箅材質(zhì)的要求：（1）耐高溫，因?yàn)楦谎鯕饣芯植繙厣苋菀走_(dá)到600以上。（2）材質(zhì)硬度高、耐磨損。熔融冷卻后灰碴硬度很高，對(duì)爐箅的磨損會(huì)很嚴(yán)重，要求爐箅用特殊材質(zhì)。目前，專門用于型煤富氧連續(xù)氣化的爐箅已經(jīng)成功投運(yùn)。C、不停車下灰和自動(dòng)連續(xù)下灰富氧氣化是連續(xù)的，

9、不宜停車下灰，因?yàn)槊客Ｒ淮螤t，氣汽比的調(diào)整和氣化層的調(diào)整都要有一個(gè)過程，調(diào)整中，最容易出現(xiàn)不平衡而造成工藝波動(dòng)。不停車下灰和自動(dòng)連續(xù)下灰裝置要求：第一必須安全，嚴(yán)格切斷氣化劑與灰斗內(nèi)的灰碴的接觸，不允許漏氣。第二要快捷靈活，下灰時(shí)間不能太長，要求在5分鐘之內(nèi)操作完畢。自動(dòng)下灰則要求連續(xù)、均衡、穩(wěn)定，可調(diào)性好。最后，裝置運(yùn)行周期要長，連續(xù)運(yùn)行確保一年以上。D、自動(dòng)加煤機(jī)型煤富氧連續(xù)氣化的自動(dòng)加煤機(jī)與間歇?dú)饣旱淖詣?dòng)加煤機(jī)是有嚴(yán)格區(qū)別的。間歇?dú)饣癄t的加煤時(shí)間可以放在下行時(shí)加入爐內(nèi)，此時(shí)即便加煤機(jī)漏氣，也是蒸汽外漏，不會(huì)出現(xiàn)著火、爆炸等事故。而型煤富氧連續(xù)氣化爐的自動(dòng)加煤機(jī)，必須確保：（1）兩道閥都

10、不能漏氣，否則，會(huì)出現(xiàn)煤氣直接與空氣接觸，形成燃燒或爆炸。（2）型煤與蒸汽接觸，蒸汽冷凝水會(huì)降低型煤機(jī)械強(qiáng)度，形成破碎率升高。（3）富氧氣化，爐上溫度較高，自動(dòng)加煤機(jī)部分部件要耐高溫。E、連續(xù)富氧氣化與間歇?dú)饣杂汕袚Q裝置。連續(xù)富氧氣化時(shí)，氣化劑富氧空氣和蒸氣混合后，是從煤氣爐的下部入爐，經(jīng)過固定的碳層氣化，半水煤氣從煤氣爐的上部出來，進(jìn)入旋風(fēng)除塵器等設(shè)備。由于氣化劑一直是自下而上流動(dòng)，爐膛內(nèi)的碳層溫度很容易上移，造成爐上溫度逐步升高，經(jīng)常高達(dá)650-750。上部的高溫危害較大，第一造成熱損失增加；第二造成原料的破碎率升高，氣體中帶出物增加；第三造成設(shè)備在高溫下使用壽命降低。為了有效解決上述問

11、題，對(duì)富氧連續(xù)氣化的工藝流程設(shè)計(jì)，可以自由切換為上下行制氣，把較高的爐上溫度降下來，再恢復(fù)富氧連續(xù)氣化。這種工藝，不但可以較好地利用熱量，還可以保護(hù)設(shè)備和平衡氣體質(zhì)量，增加氣化原料利用率和選擇范圍。當(dāng)然，前提是確保安全，因?yàn)楦谎蹩諝夂兔簹獾慕惶媲袚Q，是極易出現(xiàn)爆炸的。因此，自由切換裝置的管道、閥門、油壓程控系統(tǒng)、安全聯(lián)鎖等裝置，要求很高，必須達(dá)到萬無一失。3、工藝流程型煤富氧氣化的工藝流程不同于一般富氧氣化工藝流程。因?yàn)樾兔旱臒岱€(wěn)定性，熱強(qiáng)度都較差，氣化中如果造成爐上部溫度過高，爐內(nèi)炭層表面會(huì)形成粉狀或爛泥狀料層，造成氣化阻力升高，工藝迅速惡化。為了解決連續(xù)上行氣化易造成上部溫度過高的問題，特

12、別設(shè)計(jì)了切換為間歇?dú)饣某绦?。即沒有吹風(fēng)階段的間歇?dú)饣绦?。上行吹凈下行上行，待到爐上部溫度降低后，再切換為富氧連續(xù)氣化。也可以設(shè)計(jì)為自動(dòng)程序重復(fù)：上行連續(xù)氣化吹凈下行上行吹凈下行上行連續(xù)氣化。根據(jù)工藝流程配備工藝管道和工藝閥門，應(yīng)特別注意工藝閥門不能出現(xiàn)漏氣。密封面應(yīng)避免氧化。型煤富氧連續(xù)氣化半水煤氣主要?dú)怏w成份：CO2 1416%, CO 3640, H2 3134%, O2 0.3%, CH4 1.5%, N2 1012% ;在氣體凈化脫碳后，有效氣體成份百分比含量會(huì)高于合成氨工藝要求，適合用于合成氨和甲醇的生產(chǎn)。表1 富氧氣化氣體組份%（O257% H2O）組份原料品種H2COCO2N

13、2CH4O2Ar型煤333816.010.91.50.40.2中塊煤34.242.513.09.60.300.20.2小塊煤34.041.8413.69.80.260.20.2焦碳31.244.513.010.60.300.20.24、系統(tǒng)配套設(shè)備型煤富氧連續(xù)氣化的系統(tǒng)配套設(shè)備有旋風(fēng)除塵器，兩段余熱回收鍋爐，即高溫段、低溫段。根據(jù)不同的位置，設(shè)計(jì)不同的換熱方式和換熱面積。也可以按一廢鍋串聯(lián)二廢鍋設(shè)計(jì)。富氧氣體和蒸汽、CO2，在型煤氣化中要求的壓力差別較大，必須要有特殊的加入裝置和混合器，否則會(huì)形成不安全因素和工藝惡化。5、CO2氣化爐型煤富氧連續(xù)氣化原料氣中的CO2較高，一般會(huì)達(dá)到1415%，

14、在后序工序脫除CO2后，應(yīng)返回造氣工段進(jìn)行CO2氣化，轉(zhuǎn)變?yōu)镃O和部分CO2，再進(jìn)入系統(tǒng)。這樣既避免了CO2放空，造成污染大氣環(huán)境，又提高了C轉(zhuǎn)化率，降低生產(chǎn)成本。CO2氣化爐是專用爐，視系統(tǒng)工程規(guī)模情況，確定建CO2氣化爐的型號(hào)和數(shù)量。表2 CO發(fā)生爐氣體組份%（O299.6%、CO297%）原料品種H2COCO2N2CH4O2ArH2§二級(jí)冶金焦1.8268.0329.270.300.070.270.200.04洗中塊煤3.6567.3227.860.340.280.250.240.06選中塊煤3.4066.1528.810.570.360.320.260.13三、空氣分離設(shè)備一

15、般而言，空氣分離工程的選型，應(yīng)根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，選擇深冷空分制氧或者變壓吸附制氧?？辗值纳a(chǎn)規(guī)模，可以根據(jù)合成氨（甲醇可折氨）規(guī)模的情況選取。每噸合成氨按需要純O2500 m3550m3/TNH3，來配套考慮，優(yōu)質(zhì)煤生產(chǎn)負(fù)荷較高，氧耗較低；劣質(zhì)煤則相反。深冷空分制氧的優(yōu)點(diǎn)：氧的純度較高，副產(chǎn)品較多，液氧、液氮、液氬，副產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益好。壓縮機(jī)可以用透平技術(shù)代替電機(jī)達(dá)到節(jié)約成本的目的。缺點(diǎn)：工藝流程復(fù)雜，操作技術(shù)性強(qiáng)，系統(tǒng)啟動(dòng)后出產(chǎn)品所需時(shí)間較長，要三個(gè)小時(shí)。變工況速度慢，要90分鐘。變壓吸附制氧的優(yōu)點(diǎn)：工藝流程簡單，便于操作，生產(chǎn)彈性大，可在正常工況的40-110%操作，變工況速度快，10

16、分鐘即可。運(yùn)行中電耗低。缺點(diǎn)：副產(chǎn)品少。各企業(yè)可根據(jù)自身要求選擇空分。四、后工序的要求型煤富氧連續(xù)氣化技術(shù) 配套的原料氣凈化系統(tǒng)的脫C方法，最好使用變壓吸附脫C?？梢愿m應(yīng)CO2較高的原料氣體，脫C成本較低。五、型煤富氧連續(xù)氣化技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益富氧連續(xù)氣化的固定床煤氣爐目前在國內(nèi)有約20臺(tái)，歷史上沒有得到進(jìn)一步發(fā)展，主要原因：1、制O2成本高，達(dá)到0.6元/m3以上，而1995年前煤價(jià)較低，塊煤僅有300元/T，優(yōu)質(zhì)焦僅有450元/T，粉煤僅有110元/T，企業(yè)不愿用成本較高的O2，而節(jié)約成本較低的煤焦。2、富氧氣化的煤氣爐是借用固定床間歇?dú)饣癄t，設(shè)備落后，幾十年一貫制，沒有進(jìn)行技術(shù)改造。一直到

17、目前，富氧氣化爐的專用爐箅還沒有采用。3、工藝流程落后，只能進(jìn)行連續(xù)上行氣化，易造成上部溫度過高，熱損失大，經(jīng)濟(jì)效益差。而今天，歷史發(fā)生了較大變化：（1）、制O2成本大幅度下降，由原來的0.6元/m3降到目前的0.25元/m3。煤焦價(jià)格上漲了數(shù)倍：焦1200元/T，塊煤800元/T，粉煤450元/T。用550m3 O2生產(chǎn)一噸合成氨，多投入了165元/TNH3，而可以節(jié)約：煤300元，蒸汽50元，共節(jié)約成本350元/TNH3，350元165元=185元。每噸合成氨成本下降185元。（2）、富氧氣化工藝流程更加成熟靈活?？梢郧袚Q上、下吹制氣，有效地控制爐上溫度。使富氧氣化工藝應(yīng)用劣質(zhì)煤成為現(xiàn)實(shí)。（3）、富氧氣化煤氣爐及其關(guān)鍵部件技術(shù)含量大幅度提高，進(jìn)而可靠性，經(jīng)濟(jì)性得到