富氧连续煤气化工艺的发展概况和技术特点分析

摘要：本论文一方面分析了固定床煤气化工艺的发展概况，另一方面从理论和实践的角度出发分析了富氧连续气化法制煤气的优点，得出了富氧常压连续煤气化工艺具有投资少、见效快等特点，它是目前符合中国国情的煤气化生产方法。

关键词：富氧 煤气化工艺 特点

中图分类号：P208文献标识码：A文章编号：1672-3791(2011)02(a)-0000-00

1 前言

1.1固定床气化技术发展概况

据国家有关部门统计及规划，1995年氮肥生产能力2100万吨（折纯N，以下同），实际产量为1768万吨，2000年能力为2577万吨，产量为2100万吨，其中以煤焦为原料的合成氨厂现有近千家，其中中型氮肥厂近四十家，遍布全国各地区。全国中小氮肥厂氨产量约占总产量的2/3，全年消耗煤炭约为四千多万吨，是仅次于发电行业的耗能大户。这些目前仍在生产的以煤焦为原料的中小型化肥厂，生产技术普遍陈旧落户，产品能耗高，生产成本高。更为严重的是三废排放量大，对环境污染严重。这些厂大多数采用四、五十年代美国、前苏联的U.G.I型和Д型造气炉，常压固定床炉型。造气工艺多为间歇式制气技术，原料耗量大，设备发气量低，操作烦杂，吹风气直接排入大气污染严重。对煤气的冷却除尘大多采用直接冷却，造成煤气中氰化物（CN-）随冷却水循环弛放入大气，部分煤尘、焦油等有害物质随排放水排出。这些工厂对于造气污水处理多数只采用较简单的灰水沉降处理，少数厂上了生化处理装置，因水量大处理困难，也形同虚设。因此可以说现有近千家煤焦为原料的化肥厂其造气系统不但是原料和能耗的大户，也是对大气、水体环境污染的大户。在当今技术高速发展的形势下，我国即将进入WTO，化肥行业面临激烈竞争的市场，环保形势极为严竣。老的间歇式造气工艺严重束缚着上述中小型氮肥厂的生产和发展，采用新的工艺技术和原料路线改造这些老厂势在必行。目前的中氮厂大多以焦炭或山西无烟煤（白煤）为原料，采用间歇法工艺技术，生产半水煤气加工合成氨。六十年代末吉林化肥厂开始利用本厂空分富余的O2气在老的间歇造气炉上进行了富氧空气——蒸汽连续气化制取合成氨原料气取得成功，使单炉生产能力增加了一倍，效果十分明显。在此之后，淮南化肥厂采用同样的办法，利用自己的多余O2气在老系统中进行焦炭和白煤富氧连续气化试验，均取得成功。

1.2常压固定床富氧连续气化工艺技术的应用

世界上最早的煤气发生炉大约在十六世纪问世，主要用于冶金和玻璃行业。最初是用木炭、木柴为燃料，之后发展成煤和焦炭。进入二十世纪后，随着合成氨及化学工业的发展，大规模的煤气发生炉在技术和设备上有了突飞的发展。我国最早使用的用于合成氨工业的造气炉是三十年代南化公司引进美国制造的U.G.I炉，直径φ2745，以及五六十年代太原化肥厂引进苏联制造的Д型炉，直径φ3600。这些设备经消化吸收改造完善后全部由我国制造并成为当时的省级化肥厂（中氮厂）的标准配套设备。

2 富氧连续煤气化的工艺流程

原料焦炭经破碎、筛分后，由皮带运输机送到煤气发生炉顶部焦炭料仓里，由加料斗经自动加焦机定时连续加入固定层煤气发生炉。蒸汽和富氧空气连续进入炉中，焦炭和富氧空气进行不完全燃烧产生大量的热量，温度升高，供蒸汽在炽热的炭中分解，制得半水煤气。

自空气鼓气机来的空气与空分系统来的99%以上氧气同时进入混合罐混合成50～55%左右的富氧空气，混合后的富氧空气与来自蒸汽过热器的蒸汽再次混合进入煤气发生炉炉底，混合气温度110—140℃从煤气发生炉底部来的富氧空气，蒸汽与炉中的碳反应生成半水煤气从炉顶出来进入废热锅炉，将半水煤气由约700℃（<750℃）降至280℃左右。经过过热蒸汽预热器再次回收热量后约170℃进入洗气箱，煤气洗涤塔将半水煤气冷却至35℃送往气柜，经缓冲后进入泡沫除尘器，经过泡沫除尘后送入电滤器将其焦油和灰尘脱除至3mg/m3(标)以下，送入煤气压缩系统。废锅付产2.5MPa蒸汽外送，造气炉夹套付产0.04MPa(表)蒸汽供造气自用。

3 富氧连续煤气化法的特点

从理论和实践中分析得知，富氧连续气化比间歇制气的优点表现如下：

（1） 间歇法造气炭层温度上下变化大，气体流向周期变化，因此对燃料粒度、热稳定性，灰熔点要求高，而富氧连续气化由于料层温度、介质流向、流量恒定，因而对燃料要求较低，适应小粒燃料，而间歇法则不能。

（2） 间歇法为了保持料层反应温度，必须进行空气吹风燃烧提温，吹风气放空带走了部分热量，造成燃料多余的损失。而且料层温度上下交变造成气化效率低。连续气化则由于富氧气进行氧化反应发热量可以维持气化反应的热平衡，因此床温平稳，热损失少，保证了高气化效率的条件（用焦炭时效率从50-60%提高到80-84%），从而节省燃料使得合成氨生产成本和能耗都有明显降低。

（3） 间歇法制气过程是按六个步骤循环程序进行的，其中空气吹风阶段是料层升温阶段，吹风气放空。这个阶段占了整个循环周期的1/3。因而使设备利用率降低，生产能力下降，一般仅为连续气化的50%左右，燃料耗量高。

（4） 间歇法六步循环程控阀、程控机、工艺流程管线复杂，设备、阀门事故率高，维修管理工作量大，操作困难，气体成分不易调节，连续气化则工艺流程大大简化，程控阀大为减少，操作稳定，简易，维修工作量小，气体成分稳定易调节。

（5） 间歇法的吹风阶段将燃料燃烧吹风排放大气，使燃料中40%的硫化物及大量CO2及部分CO、灰尘直接排放大气，对大气造成严重污染。而连续气化取消了吹风阶段，不向大气排放，因而杜绝了大气污染。

（6） 间歇法的阶段性操作，主风管、风机、程控阀、放空等对操作环境的噪音污染严重。连续制气则安静得多，使造气岗位成为一个安静环境。

4 结语

⑴ 通过富氧连续气化与间歇制气优缺点比较可以看出，无论技术、经济、操作、维修、环保等各方面，富氧连续气化均优于间歇法；

⑵ 采用富氧常压连续气化工艺改造间歇法是充分利用现有工艺设备，投资少，见效快，救活现有化肥企业，符合中国国情的改造方法。

参考文献

[1] 李玉林. 煤化工基础[M].北京:化学工业出版社,2006.

[2] 朱银惠. 煤化学[M].北京:化学工业出版社,2004.

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