低压气流床气化技术应用于中小型煤化工行业的优势

(安徽科达洁能股份有限公司，安徽 马鞍山 243041)

我国中小型煤化工企业，尤其是中小型合成氨生产企业，一部分仍然在使用老工艺气化系统——固定床气化炉进行生产，气化炉台数较多，并且固定床气化炉使用的煤种必须为块煤或型煤，原料价格偏高。近两年，由于化工行业市场产品行情好转，虽然这些企业的生产成本偏高，但总体仍然处于盈利状态。然而，随着国家及地方政府的环保政策的日趋严厉，迫使这些企业谋求对煤气化系统进行“气头”升级改造。

以安徽科达洁能股份有限公司(以下简称安徽科达洁能)与某煤化工企业技术交流情况为例，该公司18万t/a合成氨装置，共配备10台固定床气化炉，其使用原料为无烟块煤(来源于山西、陕西)，到厂价格为1 350元/t，吨氨煤原料成本约1 800元。原料煤价格昂贵，造成了吨氨生产成本偏高，虽然该企业进行了非常严格的生产管控处理，但整个煤气化生产区域仍然存在废气、废水污染的环保问题。

更为紧迫的是，根据国家及地方政府的环保政策，该企业必须在2020年左右完成对煤气化生产系统的升级改造[1]。这也逼迫该企业在市场上寻求运行压力为1.0 MPa左右的低压气流床气化技术，用来改造其煤气化生产装置。

其实该企业面临的情况，在国内同类型的中小型煤化工企业中普遍存在。

1 科达低压气流床气化技术

安徽科达洁能自2010年开始进行气流床气化技术的调研及低压气流床系统的研发工作。2012年立项5 000 Nm3/h的低压气流床气化技术的中试装置，并在马鞍山基地开工建设，于2013年4月至2014年6月进行了4次四烧嘴对置下行废锅换热气化方式的试验运行工作，采集使用循环流化床气化的飞灰和原煤的运行数据，并以此为依据对相关设计参数进行了优化改进。

在此基础上，结合沈阳科达洁能燃气有限公司(以下简称沈阳科达洁能)循环流化床系统运行状况，为了提高煤炭的综合利用率，于2014年7月立项，在沈阳科达洁能建设了两台10 kNm3/h(经除尘、脱硫的干煤气，下同)的低压气流床装置，原料为循环流化床产生的飞灰。该项目于2015年7月首次投料并稳定运行，在2016年、2017年全年度的长周期运行过程中，为沈阳科达洁能实现“降本增效”起到了积极的作用。

通过工业化装置运行数据的收集及核心设备的结构优化，安徽科达洁能的技术团队完全掌握了低压气流床气化核心技术的要点，并且根据沈阳科达洁能两台低压气流床气化装置的运行情况，验证了低压气流床气化技术完全能够达到各项设计运行数据，而且能够实现长周期稳定运行。

科达低压气流床气化系统按照单炉产能划分，目前有10 kNm3/h、30 kNm3/h、55 kNm3/h、80 kNm3/h和100 kNm3/h等规格，气化炉运行压力范围在0～1.6 MPa之间，负荷弹性控制在60%～120%之间。整个工艺系统包含磨煤系统、气力输送系统、水汽系统、主气化系统、余热回收系统、除尘系统、渣收集系统、DCS/SIS控制系统以及辅助系统等。低压气流床气化工艺见图1。

图1 低压气流床气化工艺流程

2 低压气流床气化技术应用于中小型煤化工行业的优势

2.1 中小型煤化工煤气化与变换生产流程

固定床气化工艺流程见图2。

根据固定床气化工艺生产流程，若选用气化炉运行压力为1.0 MPa的低压气流床系统，生产的煤气直接送入变换系统，可节约煤气加压产生的额外能耗。

图2 固定床气化工艺流程

2.2 固定床气化工艺劣势[2]

(1)原料煤受限制，只能使用无烟块煤或型煤，原料成本高。

(2)单炉产能低，产气量约12 000 Nm3/h[3-4]，造成装置配套的气化炉台数太多，占地面积大。

(3)气化温度偏低，造成生产过程中的废水、废气中成分复杂，污染难处理。

(4)人工劳动强度大，绝大多数企业还是使用纯人工操作模式。

(5)无安全保护联锁的设置，整个系统在生产期间安全性能偏低。

2.3 低压气流床气化工艺技术的优势

(1)建设周期短，维护成本低。相对于国内外其他高压气流床装置，低压气流床装置建设周期一般为8个月左右，装置占地面积小，且建设成本低，投资回收期短。低压气流床设备维护成本低，核心设备设计使用寿命30年以上，易损件少。

(2)煤种适应广，单炉产能高，匹配度好[1]。低压气流床工艺采用干煤粉气化工艺，核心设备气化炉为水冷壁结构。煤种适应性广，烟煤、无烟煤、贫瘦煤(如采用褐煤，则需对原煤进行预干燥)均可使用。根据安徽科达洁能工业装置的煤种试烧结果，全水低于20%，发热量≥17 556 kJ/kg，灰熔点(FT)≤1 500 ℃的煤种即可作为气化原料煤，用煤成本大大降低。目前低压气流床单炉的最大炉型为100 kNm3/h，设计压力为低压(0～1.6 MPa)，可根据用户实际用气需求选用最优的炉型替代升级方案。对于固定床气化炉常压气化采用低压气流床气化系统升级改造，在保证原产能前提下后段系统可利旧。

(3)生产成本低，运行稳定。低压气流床综合煤气生产成本约为固定床气化炉生产工艺的65%，且系统副产大量蒸汽，可满足全厂蒸汽需求。低压气流床气化技术成熟，系统稳定性高，目前科达低压气流床装置可连续稳定运行。

(4)系统效率高，清洁无污染[5，6]。科达低压气流床冷煤气效率可达80%，热效率大于96%，碳转化率可达98%。低压气流床气化装置在生产过程中无酚水、焦油等污染物产生，环保性好，解决了固定床气化炉污染难处理的问题。

(5)劳动强度低，安全性能高。科达低压气流床由于工艺操作及设备比较稳定，现场劳动强度低于固定床气化装置，气化系统每班共配备3～5人即可满足生产需求。低压气流床气化系统采用先进的DCS操作系统、SIS安全系统，在操作的便捷性及安全性上有极大的保证。

3 结语

综上所述，针对中小型煤化工行业用低压气流床气化系统升级改造具有一定优势，因为低压气流床气化系统产生的煤气压力可与现有的变换装置运行压力匹配，使这些企业省去对后系统改造的费用，节约投资成本，并且在应用低压气流床气化系统后原料煤的可用煤质更广，节约生产运行成本，为企业带来一定的经济效益。