合成氨造氣技術展望

劉軍

(太原科技大學(xué)化學(xué)與(yǔ)生物工程學(xué)院，山西太原030021)

摘要：我國煤氣化水平整體落後，中小型氮肥廠大都採用間歇氣化，成本高、技術落後是其共同特點。採用富氧連續氣化對這些企業進行改造，加緊國外先進煤氣化技術的引進、吸收和消化，這是立足我國合成氨生産的國情，提高國内制造合成氨原料氣整體水平的兩個重要措施。

關健詞：固定層間歇氣化； 富氧連續氣化； 魯奇爐； 水煤漿氣化工藝

中圖分類(lèi)号:TQ113.2fi+4  文獻标識碼:A  文章編(biān)号:1004-7050(2005)01-0046-03

1存在的問題

    據國家有關部門統計:2000年國内合成氨總産(chǎn)量約2100萬t，其中約2/3是由中小型氮肥廠生産(chǎn)的，全年消耗煤焦4000萬t以上，是僅次於(yú)發電行業的耗能大戶。

    這些中小型氮肥廠大多採(cǎi)用20世紀四五十年代美國産的UGI型造氣爐和前蘇聯産的π型造氣爐，均屬於(yú)固定層間歇氣化工藝，以無煙煤或焦炭爲原料，氣化劑用空氣(或富氧空氣)與水蒸氣來生産合成氨用的原料氣。該氣化工藝主要存在以下幾方面的缺點:

 a)設備(bèi)利用率和生産能力低(一般僅爲連續氣化的50%左右)，燃料耗量高。間歇氣化的一個工作循環包括五個階段:吹風階段、一次上吹制氣、下吹制氣、二次上吹和空氣吹淨。以粒度25mm～75mm無煙煤爲燃料，一般各階段時間分配爲吹風24.5min～25.5min，上吹25min～26min，下吹36.5min～37.5min，二次上吹7min～9min。空氣吹淨3min～4min。其中空氣吹風階段是料層升溫階段，吹風氣放空。這個階段占瞭(le)整個循環周期的1/3。

 b)間歇法的循環程控閥、程控機和工藝流程複雜，設備(bèi)和閥門的事故率高，維修管理難度大，操作困難，氣體成分不容易調(diào)節。

    c)間歇法造氣炭層溫度上下變化大，氣體流向周期變化，因此對燃料粒度、熱穩定性、灰熔點等要求較高。由於(yú)機械化採(cǎi)煤技術産生的碎煤多、塊煤少，使得塊煤價格越來越高，這就導緻間歇法造氣的成本增高。

    d)間歇法的吹風階段燃燒部分燃料給造氣提供熱量，燃燒産(chǎn)生的氣體排放到大氣，燃料中40%的硫化物和大量的二氧化碳及部分一氧化碳、灰塵(chén)直接排放大氣，對環境造成嚴重污染。其他的廢氣，如合成放空氣、弛放氣、精煉再生氣;廢水，如造氣污水、工藝冷卻水，造氣爐渣。這些排放物對土壤及地下水都會造成不同程度的污染。

2造氣技術展望

    2.1積極推廣連續富氧氣化技術

    目前變壓吸附制氧技術的問世，降低瞭(le)制氧設備造價，使純氧、富氧成本降低，這給中小型氮肥廠採(cǎi)用連續富氧氣化技術提供瞭(le)可能性。

連續富氧氣化技術就是蒸汽和富氧空氣連續進人爐中，焦炭和富氧空氣進行不完全燃燒産(chǎn)生大量的熱量、溫度升高，供蒸汽在熾(chì)熱的炭中分解，制得半水煤氣。   

連續富氧氣化不同於(yú)間歇氣化，燃燒和制氣是同時進行的，有效制氣時間長(zhǎng)於(yú)間歇氣化、在操作難度、氣化指标、噸氨成本等方面也優於(yú)間歇氣化。兩種造氣指标比較如表1。

以無煙煤或焦炭爲原料，生産能力年産合成氨18萬t。空氣間歇氣化法需φ3600 mm的氣化爐9台(生産能力按3.50t NH3/ (h·台)計算);富氧連續氣化爐需φ3000 mm的氣化爐7台(生産能力按4.2t NH3/ (h·台)計算)，配用1套12000 m³/h的空分裝置，供配制成50%的富氧所需的氧氣。由於增加瞭空分裝置，使得連續氣化和間歇氣化一次性投資比約爲1.562:1。而建成投産後噸氨成本連續氣化和間歇氣化之比約爲1:1.336。運行1.17年基本可以收回空分裝置的投資。

    20世紀60年代末，某化肥廠開始利用本廠空分富餘的氧氣，在老的間歇造氣爐上進行瞭(le)富氧空氣-蒸汽連續氣化，制取合成氨原料氣取得成功，使單爐生産(chǎn)能力增加瞭(le)1倍，效果十分明顯。

    理論和實踐證明:在原有設備(bèi)基礎(chǔ)上進行技改是可行的。

    2. 2積極消化吸收引進技術，提高煤氣化整體水平

    我國煤氣化技術總體水平落後，與世界先進技術相比差距甚遠。從世界煤氣化技術的發展趨勢來看、大型化、加壓、适應多種粉煤、低污染和易淨化是煤氣化的發展方向。國外新開發的氣化爐都採(cǎi)用加壓氣化工藝，它可提高氣化強度，增加單爐的産(chǎn)量，節約壓縮能耗，減少帶出物損失。

    我國先後從國外引進的煤氣化技術包括從最早的一般固定床氣化爐到後來的兩段爐，以及魯奇爐、U-gas和Texaco氣化爐等幾乎所有的煤氣化技術。用於(yú)合成氨制氣的主要有固定層(céng)加壓氣化的魯奇爐和水煤漿進料的加壓氣流床氣化的Texaco氣化爐。

    對於(yú)加壓氣化技術，氣化強度一般爲常壓氣化的4倍～6倍，煤種的使用範圍寬、可以氣化一些弱勃結性或稍強豁結性的煤種，在2 MPa的壓力下，氧耗量僅爲常壓氣化的1/3～2/3，這些都可以大大降低造氣成本。對於(yú)加壓流化床氣化技術。Texaeoo氣化爐是用於(yú)制造合成氨原料氣的典型，這種氣化技術的顯著特點是可以利用機械化採(cǎi)煤産生的大量粉煤。以上兩種氣化技術各有其特點、關鍵是加緊國産化的開發研究工作.降低制造成本。

    1987年建成的經改制更名爲“天脊煤化工集團有限公司”的原山西化肥廠，引進瞭(le)德國生産的Ⅳ型魯奇爐，以貧瘦煤爲原料，採用加壓氣化生産合成氨原料氣。然而，魯奇爐是用來氣化褐煤生産城市煤氣的，並(bìng)不适合氣化貧瘦煤。建成後的十四年間，進行瞭(le)640多項技術改進。完成瞭(le)“大型魯奇爐制氨工藝技術的開發與應用研究”項目，先後解決瞭(le)氣化貧瘦煤的動力爐停、跳車頻繁，不同煤種混配的操作運行規律，輸灰螺旋經常堵塞等重大問題。經過十幾年的努力，基本實現瞭(le)氣化爐的國産化。

    1987年投産的魯南煤氣化裝置、1995年投産的吳徑煤氣化裝置、1996年投産的渭河煤氣化裝置和2000年投産的淮南煤氣化裝置等都屬於水煤漿進料的氣流床氣化工藝。通過對煤氣化引進.技術的消化吸收，對引進裝置進行技術改造並(bìng)使之國産化，我國煤氣化技術的研究開發取得瞭(le)重要進展，如用國産噴嘴替代瞭(le)從美國引進的水煤漿氣化噴嘴，且技術性能大大優於引進噴嘴;國産洛耐磚替代瞭(le)從法國進口的氣化爐用耐火磚，價格比爲0.5: 1。同時我國具備瞭(le)設計制造磨煤機.氣化爐，激冷環，鎖渣鬥、撈渣機，高、低壓煤漿泵，灰水泵和文氏管等設備的能力。

    此外，山西煤化所開發(fā)的f 0.3m，f 1.0m灰熔聚流化床粉煤氣化工藝。已進人工業應用階段;北京煤化所開發(fā)的f 0. 3 m加壓粉煤流化床氣化試驗裝置，也已進行瞭(le)試驗。

3結語

 從(cóng)國内合成氨的現狀出發一方面要重視中小型老企業的技術改造;另一方面.應重視引進技術的消化、吸收，立足自主研發和創(chuàng)新，提高國内煤氣化技術的整體水平、推進我國合成氨造氣技術的發展。

參考文獻:

[1}郭樹(shù)才.煤化工工藝學(xué)[M].北京:化學(xué)工業出版社，1992.

[2〕孫正泰.煤炭常壓固定層富氧連續氣化技術展望[EB/OL]. http://www. chinacp, com/newcn/中國天辰化學工程公司，2004-03-27/200.1-05-18.

Outlook of Coal Gasification of Ammonia Synthesis in China

LIU Jun

(College of Chemical and Biological Engineering，Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan Shanxi 030021，China) ofin

Abstract :Intermittent gasification oxygen enriched air is practicable coal drops back the nitrogen fertilizer industry in China. The technique of gasification of reclaim of oxygen enriched air is practicable in reclaim of the old fertilizer plant. The introduction of foreign advanced  techniques is the other important road.

Key words :intermittent gasification of coal;continuous gasification of coal ;lurgi gas furnace; coal-water slurry gasification.

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