富氧连续气化技术在沾化公司的应用探讨

孙伯刚，马剑军

（1.云南煤化工集团有限公司，昆明 650231；2.云南云维股份有限公司，云南曲靖 655338）

·探索应用·

富氧连续气化技术在沾化公司的应用探讨

孙伯刚1，马剑军2

（1.云南煤化工集团有限公司，昆明 650231；
2.云南云维股份有限公司，云南曲靖 655338）

介绍型煤富氧连续气化技术，并对型煤富氧连续气化与间歇气化技术进行了比较。以云南煤化集团沾化分公司为例，提出型煤间歇气化改型煤富氧连续气化技术改造方案，并对其经济效益及环保效益进行分析。

富氧连续气化；间歇气化；煤

型煤富氧连续气化技术是一项综合了粉煤成型技术、固定床煤气炉技术和空气分离制氧技术为一体的系统工程技术。它把粉煤成型用于气化，使煤气化工业企业可以采用本地粉煤为气化原料，拓宽了原料资源、降低了生产成本。

造气煤气发生炉是中型合成氨、甲醇企业的核心和关键设备，其中造气煤耗要占总能耗的65%以上。型煤富氧连续气化技术和现在的固定床技术（能耗均在50～60GJ）相比，大约节约1／4 ～1／3的原料煤，发展很快，国家发改委也将此煤气化技术命名为粉煤成型连续气化固定床工艺，成为国家认可的新型煤气化工艺，在发展新型煤化工产业中取得了立足之地。

1 型煤富氧连续气化技术

富氧连续气化生产合成氨原料气的方法实验于1963年，并且只把富氧气化作为一种辅助手段应用于工业化生产。而淮化集团经过20多年来的不断探索，成功地进行了间歇—富氧两用炉、自动加焦（煤）连续富氧气化、自动加焦（煤）DCS控制连续富氧气化等技术的工业化生产和实验，并取得成功。在原料的使用上，从焦炭富氧气化发展到型煤富氧气化。

1.1 型煤富氧连续气化工艺流程

富氧连续气化的工艺流程和设备与固定床间歇气化基本相同。生产工艺流程简图见图1。

图1 型煤富氧连续气化工艺简图Fig.1 Process diagram of coal oxygen enriched continuous gasification

1.2 工艺参数

型煤富氧连续气化各项技术参数指标如下：

1）Ф2400 mm、Ф2800 mm、Ф3000 mm、Ф3200 mm、Ф3300mm等固定床气化炉单炉发气量6500 ～12000m3／h；

2）入炉煤的固定碳质量分数为62%～70%、发热量25080 kJ／kg，入炉吨氨煤耗1.5～1.9t；

3）有效气（H2＋CO）体积分数为63% ～69%；

4）气体中CO2体积分数为14%～16%；

5）炉渣中碳质量分数低于10%；

6）飞灰带出物≤5%；

7）吨氨入炉氧耗450～550 m3。

1.3 型煤富氧连续气化技术应用现状

由淮化集团，福建三明化工公司开发的型煤富氧连续气化工艺，目前已实现完全工业化生产，已有晋城集团晋开公司、湖北宜化集团双环公司、美丰集团贵化公司、广西柳化集团等采用此技术作为合成氨甲醇改造和扩建项目的煤气化技术。应用情况见表1。

1.4 型煤富氧连续气化技术与其它典型气化工艺参数对比

型煤富氧连续气化技术与其它典型气化工艺参数对比见表2。

从表2看出，型煤富氧连续气化制得的半水煤气在气体净化脱碳后，有效气体成分高于合成氨工艺的要求，适合用于合成氨和甲醇的生产。

表1 国内型煤富氧连续气化技术的应用情况Table 1 Application of domestic coal oxygen enriched continuous gasification technology

表2 几种典型气化工艺的参数对比Table 2 Param eters coMParison of several typical gasification p rocess

2 沾化公司型煤间歇气化改富氧连续气化技术分析

沾化公司合成氨装置生产能力为26万t／a，以型煤为原料。合成氨可变成本为2640.3元／t，其中原料煤棒占59.87%，蒸汽占22.27%，电占15.61%，这三项合计占可变成本的97.75%，因此要想降低沾化合成氨的可变成本，关键因素是要降低煤棒、蒸汽的单耗。

通过型煤富氧连续气化技术参数分析及应用情况看，沾化公司可以通过型煤间歇气化改富氧连续气化来实现造气煤棒、蒸汽单耗的降低。

根据沾化公司的情况，采用固定床富氧连续气化技术对现有的直径3000～3300mm16台UGI型气化炉进行改造，改造后单炉发气量可达8500 m3／h。而目前沾化公司生产1t液氨需要3100m3粗原料气，生产1t甲醇需要2600m3粗原料气，因此年产26万t醇氨需要粗原料气20×3100＋6× 2600＝77600万m3／a，按年工作时间8000 h计，需要粗原料气为77600／8000＝9.7万m3／h。这样改造后12台炉子就可满足生产需求，可省掉4台炉子，这样既可降低检修费用又可节省劳动力、还可节省工业用地。

富氧连续气化改造可充分利用沾化现有型煤系统装置及公用工程以及有关设施，其中型煤生产系统、型煤炉以及辅助设施（稍加改造即可）、污水处理系统均可利用现有型煤造气装置原有设备，只需增加富氧空气、蒸汽、CO2混合器，空分（制氧装置）以及相应的工艺管线及电气仪表等设备。

2.1 需解决的问题

以型煤为原料进行富氧连续气化，煤气炉的设计要解决如下问题。

1）高径比问题

型煤富氧气化的煤气中CO2必然偏高，只有靠提高气化层中的还原层才能降低CO2。而沾化公司现在型煤炉高径比为2.0～2.2，已经满足了高径比设计要求。

2）炉箅问题

型煤富氧气化的气化剂中O2体积分数达到50%～60%。对于炉箅材质的要求：①耐高温，因为富氧气化中局部温升很容易达到600℃以上。②材质硬度高、耐磨损。熔融冷却后灰碴硬度很高，对炉箅的磨损会很严重，要求炉箅用特殊材质。

而沾化公司现在型煤炉炉箅在设计时A、B、 C层采用ZG30Cr7Si2，D、E、F、G层采用ZG35，符合要求。

3）不停车下灰和自动连续下灰

富氧气化是连续的，不宜停车下灰，因为每停一次炉，气汽比的调整和气化层的调整都要有一个过程，调整中，最容易出现不平衡而造成工艺波动。而沾化公司只要稍加改造即可。

4）自动加煤机

型煤富氧连续气化炉的自动加煤机，必须确保：①各阀都不能漏气，否则，会出现煤气直接与空气接触，发生燃烧或爆炸。②富氧气化，炉上温度较高，自动加煤机部分部件要耐高温。而沾化公司现在型煤自动加煤机在设计时就已经按照以上要求设计的。

综上分析，沾化现有型煤间歇气化造气系统气化炉及辅助设施只要稍加改造完全可以满足型煤富氧连续气化技术要求。

2.2 改造后工艺流程

改造是在原来间歇气化工艺基础进行的，其流程和设备与原来间歇气化基本相同。工艺流程见图2。

2.3 改造前后主要工艺参数对比

型煤富氧连续气化技术改造前后的工艺参数见表3。

表3 改造前后主要工艺参数对比

从表3看出，富氧连续气化与间歇气化工艺比较，吨氨造气煤棒、蒸汽消耗均有明显下降，碳转化率较高，电耗有所增加，但综合能耗明显下降。

图2 改造后型煤富氧连续气化工艺流程图Fig.2 Process flow diagram of continuous oxygen en riched coal gasification before and after transform ation

2.4 投资估算

型煤富氧连续气化技术改造的投资估算见表4。

表4 改造费用估算Table 4 Reconstruction cost estimates

3 经济、环保效益分析

3.1 经济效益

经计算，改造后合成氨半水煤气单耗和蒸汽消耗大幅降低，每生产1 t合成氨造气可节约生产成本252.63元。以每年生产液氨20万t来算，每年造气成本就节约5052万元。由于总投资7000万元，这样1.5年左右及可回收投资成本，经济效益十分显著。同时改造后还可以解决醋酸和DMF装置所需CO原料气源不稳定、价格高等问题，使醋酸和DMF装置能尽快产生效益。

3.2 节能、环保效益

改造后造气每t合成氨煤棒、蒸汽消耗由原来的2.15t和2.05t分别下降至1.6t和1.5t。按年产20万t液氨计算，改造后可节煤11万t，节约蒸汽11万t。同时改造后可以解决原来16台常压间歇气化煤气炉排放的CO2和其它有害气体的环保难题，减少CO2排放量约24万t／a.有利于保护环境，有很好的环保和社会效益。

4 建议

型煤富氧连续气化技术配套的原料气净化系统的脱碳方法，最好使用变压吸附脱碳，可以更适应CO2较高的原料气体，脱碳成本较低。目前沾化所采用的热钾碱法脱碳技术能耗高，效率低，建议改为低能耗的变压吸附脱碳技术，进一步降低生产成本。

［1］ 徐振刚，刘随芹.型煤技术［M］.北京：煤炭工业出版社，2001：9-252.

［2］ 尤彪.型煤＋变压吸附制氧＋富氧连续气化组合及其前景［J］.中氮肥，2008（2）：5-9.

［3］ 朱炳辰.化学反应工程［M］.第四版.北京：化学工业出版社，2007：226-227.

［4］ 林玉波.合成氨生产工艺.［M］北京：化学工业出版社，2007：9-22.

［5］ 周孟仁.中国天辰化学工程公司.固定床富氧连续

气化的现状与发展［C］.成都：中国中氮情报协作组第20次技术交流会论文集，2002：1-18.

［6］ 李永恒.造气技术问答［M］.上海：化工部上海化工研究院，2008：367-372.

［7］ 兰战营，陈保庆.富氧气化技术探讨.成都：中国中氮情报协作组第20次技术交流会论文集［C］.2002；96-98.

［8］ 郑高潮.变压吸附脱碳装置在氮肥生产中的应用［J］.化工设计通讯，2013，39（4）8-108.

［9］ 田守国.常压固定床纯氧连续气化的优势和节能原理［J］.化工设计通讯，2013，39（6）：1-5.

［10］ 田守国.常压固定床气化装置技术升级的方向和形式［J］.化工设计通讯，2012，38（5）：6-14.

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

孙伯刚（1976-），男，工程师，主要从事科技项目管理、规划、技术及产品开发工作。