富氧連續(xù)氣化技術(shù)在沾化公司的應(yīng)用探討

孫伯剛，馬劍軍

（1.云南煤化工集團(tuán)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(yīng)用·

富氧連續(xù)氣化技術(shù)在沾化公司的應(yīng)用探討

孫伯剛1，馬劍軍2

（1.云南煤化工集團(tuán)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(xù)氣化技術(shù)，并對(duì)型煤富氧連續(xù)氣化與間歇?dú)饣夹g(shù)進(jìn)行了比較。以云南煤化集團(tuán)沾化分公司為例，提出型煤間歇?dú)饣男兔焊谎踹B續(xù)氣化技術(shù)改造方案，并對(duì)其經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)保效益進(jìn)行分析。

富氧連續(xù)氣化；間歇?dú)饣幻?/p>

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)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(chǎn)成本。

造氣煤氣發(fā)生爐是中型合成氨、甲醇企業(yè)的核心和關(guān)鍵設(shè)備，其中造氣煤耗要占總能耗的65%以上。型煤富氧連續(xù)氣化技術(shù)和現(xiàn)在的固定床技術(shù)（能耗均在50～60GJ）相比，大約節(jié)約1／4 ～1／3的原料煤，發(fā)展很快，國(guó)家發(fā)改委也將此煤氣化技術(shù)命名為粉煤成型連續(xù)氣化固定床工藝，成為國(guó)家認(rèn)可的新型煤氣化工藝，在發(fā)展新型煤化工產(chǎn)業(yè)中取得了立足之地。

1 型煤富氧連續(xù)氣化技術(shù)

富氧連續(xù)氣化生產(chǎn)合成氨原料氣的方法實(shí)驗(yàn)于1963年，并且只把富氧氣化作為一種輔助手段應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。而淮化集團(tuán)經(jīng)過(guò)20多年來(lái)的不斷探索，成功地進(jìn)行了間歇—富氧兩用爐、自動(dòng)加焦（煤）連續(xù)富氧氣化、自動(dòng)加焦（煤）DCS控制連續(xù)富氧氣化等技術(shù)的工業(yè)化生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)，并取得成功。在原料的使用上，從焦炭富氧氣化發(fā)展到型煤富氧氣化。

1.1 型煤富氧連續(xù)氣化工藝流程

富氧連續(xù)氣化的工藝流程和設(shè)備與固定床間歇?dú)饣鞠嗤?。生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

圖1 型煤富氧連續(xù)氣化工藝簡(jiǎn)圖Fig.1 Process diagram of coal oxygen enriched continuous gasification

1.2 工藝參數(shù)

型煤富氧連續(xù)氣化各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)指標(biāo)如下：

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

2）入爐煤的固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62%～70%、發(fā)熱量25080 kJ／kg，入爐噸氨煤耗1.5～1.9t；

3）有效氣（H2＋CO）體積分?jǐn)?shù)為63% ～69%；

4）氣體中CO2體積分?jǐn)?shù)為14%～16%；

5）爐渣中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于10%；

6）飛灰?guī)С鑫铩?%；

7）噸氨入爐氧耗450～550 m3。

1.3 型煤富氧連續(xù)氣化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

由淮化集團(tuán)，福建三明化工公司開(kāi)發(fā)的型煤富氧連續(xù)氣化工藝，目前已實(shí)現(xiàn)完全工業(yè)化生產(chǎn)，已有晉城集團(tuán)晉開(kāi)公司、湖北宜化集團(tuán)雙環(huán)公司、美豐集團(tuán)貴化公司、廣西柳化集團(tuán)等采用此技術(shù)作為合成氨甲醇改造和擴(kuò)建項(xiàng)目的煤氣化技術(shù)。應(yīng)用情況見(jiàn)表1。

1.4 型煤富氧連續(xù)氣化技術(shù)與其它典型氣化工藝參數(shù)對(duì)比

型煤富氧連續(xù)氣化技術(shù)與其它典型氣化工藝參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表2。

從表2看出，型煤富氧連續(xù)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(chǎn)。

表1 國(guó)內(nèi)型煤富氧連續(xù)氣化技術(shù)的應(yīng)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(shù)對(duì)比Table 2 Param eters coMParison of several typical gasification p rocess

2 沾化公司型煤間歇?dú)饣母谎踹B續(xù)氣化技術(shù)分析

沾化公司合成氨裝置生產(chǎn)能力為26萬(wàn)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(xiàng)合計(jì)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(guān)鍵因素是要降低煤棒、蒸汽的單耗。

通過(guò)型煤富氧連續(xù)氣化技術(shù)參數(shù)分析及應(yīng)用情況看，沾化公司可以通過(guò)型煤間歇?dú)饣母谎踹B續(xù)氣化來(lái)實(shí)現(xiàn)造氣煤棒、蒸汽單耗的降低。

根據(jù)沾化公司的情況，采用固定床富氧連續(xù)氣化技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的直徑3000～3300mm16臺(tái)UGI型氣化爐進(jìn)行改造，改造后單爐發(fā)氣量可達(dá)8500 m3／h。而目前沾化公司生產(chǎn)1t液氨需要3100m3粗原料氣，生產(chǎn)1t甲醇需要2600m3粗原料氣，因此年產(chǎn)26萬(wàn)t醇氨需要粗原料氣20×3100＋6× 2600＝77600萬(wàn)m3／a，按年工作時(shí)間8000 h計(jì)，需要粗原料氣為77600／8000＝9.7萬(wàn)m3／h。這樣改造后12臺(tái)爐子就可滿足生產(chǎn)需求，可省掉4臺(tái)爐子，這樣既可降低檢修費(fèi)用又可節(jié)省勞動(dòng)力、還可節(jié)省工業(yè)用地。

富氧連續(xù)氣化改造可充分利用沾化現(xiàn)有型煤系統(tǒng)裝置及公用工程以及有關(guān)設(shè)施，其中型煤生產(chǎn)系統(tǒng)、型煤爐以及輔助設(shè)施（稍加改造即可）、污水處理系統(tǒng)均可利用現(xiàn)有型煤造氣裝置原有設(shè)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(yīng)的工藝管線及電氣儀表等設(shè)備。

2.1 需解決的問(wèn)題

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(wèn)題。

1）高徑比問(wèn)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(xiàn)在型煤爐高徑比為2.0～2.2，已經(jīng)滿足了高徑比設(shè)計(jì)要求。

2）爐箅問(wèn)題

型煤富氧氣化的氣化劑中O2體積分?jǐn)?shù)達(dá)到50%～60%。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?chē)?yán)重，要求爐箅用特殊材質(zhì)。

而沾化公司現(xiàn)在型煤爐爐箅在設(shè)計(jì)時(shí)A、B、 C層采用ZG30Cr7Si2，D、E、F、G層采用ZG35，符合要求。

3）不停車(chē)下灰和自動(dòng)連續(xù)下灰

富氧氣化是連續(xù)的，不宜停車(chē)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(guò)程，調(diào)整中，最容易出現(xiàn)不平衡而造成工藝波動(dòng)。而沾化公司只要稍加改造即可。

4）自動(dòng)加煤機(jī)

型煤富氧連續(xù)氣化爐的自動(dòng)加煤機(jī)，必須確保：①各閥都不能漏氣，否則，會(huì)出現(xiàn)煤氣直接與空氣接觸，發(fā)生燃燒或爆炸。②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。而沾化公司現(xiàn)在型煤自動(dòng)加煤機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)按照以上要求設(shè)計(jì)的。

綜上分析，沾化現(xiàn)有型煤間歇?dú)饣鞖庀到y(tǒng)氣化爐及輔助設(shè)施只要稍加改造完全可以滿足型煤富氧連續(xù)氣化技術(shù)要求。

2.2 改造后工藝流程

改造是在原來(lái)間歇?dú)饣に嚮A(chǔ)進(jìn)行的，其流程和設(shè)備與原來(lái)間歇?dú)饣鞠嗤?。工藝流程?jiàn)圖2。

2.3 改造前后主要工藝參數(shù)對(duì)比

型煤富氧連續(xù)氣化技術(shù)改造前后的工藝參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 改造前后主要工藝參數(shù)對(duì)比

從表3看出，富氧連續(xù)氣化與間歇?dú)饣に嚤容^，噸氨造氣煤棒、蒸汽消耗均有明顯下降，碳轉(zhuǎn)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(xù)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(xù)氣化技術(shù)改造的投資估算見(jiàn)表4。

表4 改造費(fèi)用估算Table 4 Reconstruction cost estimates

3 經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)計(jì)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(chǎn)1 t合成氨造氣可節(jié)約生產(chǎn)成本252.63元。以每年生產(chǎn)液氨20萬(wàn)t來(lái)算，每年造氣成本就節(jié)約5052萬(wàn)元。由于總投資7000萬(wàn)元，這樣1.5年左右及可回收投資成本，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。同時(shí)改造后還可以解決醋酸和DMF裝置所需CO原料氣源不穩(wěn)定、價(jià)格高等問(wèn)題，使醋酸和DMF裝置能盡快產(chǎn)生效益。

3.2 節(jié)能、環(huán)保效益

改造后造氣每t合成氨煤棒、蒸汽消耗由原來(lái)的2.15t和2.05t分別下降至1.6t和1.5t。按年產(chǎn)20萬(wàn)t液氨計(jì)算，改造后可節(jié)煤11萬(wàn)t，節(jié)約蒸汽11萬(wàn)t。同時(shí)改造后可以解決原來(lái)16臺(tái)常壓間歇?dú)饣簹鉅t排放的CO2和其它有害氣體的環(huán)保難題，減少CO2排放量約24萬(wàn)t／a.有利于保護(hù)環(huán)境，有很好的環(huán)保和社會(huì)效益。

4 建議

型煤富氧連續(xù)氣化技術(shù)配套的原料氣凈化系統(tǒng)的脫碳方法，最好使用變壓吸附脫碳，可以更適應(yīng)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(shù)能耗高，效率低，建議改為低能耗的變壓吸附脫碳技術(shù)，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。

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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(xiàng)目管理、規(guī)劃、技術(shù)及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作。