劉軍

(太原科技大學化學與生物工程學院，山西太原030021)

摘要：我國煤氣化水平整體落后，中小型氮肥廠大都采用間歇氣化，成本高、技術(shù)落后是其共同特點。采用富氧連續(xù)氣化對這些企業(yè)進行改造，加緊國外先進煤氣化技術(shù)的引進、吸收和消化，這是立足我國合成氨生產(chǎn)的國情，提高國內(nèi)制造合成氨原料氣整體水平的兩個重要措施。

關(guān)健詞：固定層間歇氣化； 富氧連續(xù)氣化； 魯奇爐； 水煤漿氣化工藝

中圖分類號:TQ113.2fi+4  文獻標識碼:A  文章編號:1004-7050(2005)01-0046-03

1存在的問題

    據(jù)國家有關(guān)部門統(tǒng)計:2000年國內(nèi)合成氨總產(chǎn)量約2100萬t，其中約2/3是由中小型氮肥廠生產(chǎn)的，全年消耗煤焦4000萬t以上，是僅次于發(fā)電行業(yè)的耗能大戶。

    這些中小型氮肥廠大多采用20世紀四五十年代美國產(chǎn)的UGI型造氣爐和前蘇聯(lián)產(chǎn)的π型造氣爐，均屬于固定層間歇氣化工藝，以無煙煤或焦炭為原料，氣化劑用空氣(或富氧空氣)與水蒸氣來生產(chǎn)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)設備利用率和生產(chǎn)能力低(一般僅為連續(xù)氣化的50%左右)，燃料耗量高。間歇氣化的一個工作循環(huán)包括五個階段:吹風階段、一次上吹制氣、下吹制氣、二次上吹和空氣吹凈。以粒度25mm～75mm無煙煤為燃料，一般各階段時間分配為吹風24.5min～25.5min，上吹25min～26min，下吹36.5min～37.5min，二次上吹7min～9min?？諝獯祪?min～4min。其中空氣吹風階段是料層升溫階段，吹風氣放空。這個階段占了整個循環(huán)周期的1/3。

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

    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(wěn)定性、灰熔點等要求較高。由于機械化采煤技術(shù)產(chǎn)生的碎煤多、塊煤少，使得塊煤價格越來越高，這就導致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，燃燒產(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、灰塵直接排放大氣，對環(huán)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(shù)展望

    2.1積極推廣連續(xù)富氧氣化技術(shù)

    目前變壓吸附制氧技術(shù)的問世，降低了制氧設備造價，使純氧、富氧成本降低，這給中小型氮肥廠采用連續(xù)富氧氣化技術(shù)提供了可能性。

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

連續(xù)富氧氣化不同于間歇氣化，燃燒和制氣是同時進行的，有效制氣時間長于間歇氣化、在操作難度、氣化指標、噸氨成本等方面也優(yōu)于間歇氣化。兩種造氣指標比較如表1。

以無煙煤或焦炭為原料，生產(chǎn)能力年產(chǎn)合成氨18萬t?？諝忾g歇氣化法需φ3600 mm的氣化爐9臺(生產(chǎn)能力按3.50t NH3/ (h·臺)計算);富氧連續(xù)氣化爐需φ3000 mm的氣化爐7臺(生產(chǎn)能力按4.2t NH3/ (h·臺)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。由于增加了空分裝置，使得連續(xù)氣化和間歇氣化一次性投資比約為1.562:1。而建成投產(chǎn)后噸氨成本連續(xù)氣化和間歇氣化之比約為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余的氧氣，在老的間歇造氣爐上進行了富氧空氣-蒸汽連續(xù)氣化，制取合成氨原料氣取得成功，使單爐生產(chǎn)能力增加了1倍，效果十分明顯。

    理論和實踐證明:在原有設備基礎上進行技改是可行的。

    2. 2積極消化吸收引進技術(shù)，提高煤氣化整體水平

    我國煤氣化技術(shù)總體水平落后，與世界先進技術(shù)相比差距甚遠。從世界煤氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢來看、大型化、加壓、適應多種粉煤、低污染和易凈化是煤氣化的發(fā)展方向。國外新開發(fā)的氣化爐都采用加壓氣化工藝，它可提高氣化強度，增加單爐的產(chǎn)量，節(jié)約壓縮能耗，減少帶出物損失。

    我國先后從國外引進的煤氣化技術(shù)包括從最早的一般固定床氣化爐到后來的兩段爐，以及魯奇爐、U-gas和Texaco氣化爐等幾乎所有的煤氣化技術(shù)。用于合成氨制氣的主要有固定層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。

    對于加壓氣化技術(shù)，氣化強度一般為常壓氣化的4倍～6倍，煤種的使用范圍寬、可以氣化一些弱勃結(jié)性或稍強豁結(jié)性的煤種，在2 MPa的壓力下，氧耗量僅為常壓氣化的1/3～2/3，這些都可以大大降低造氣成本。對于加壓流化床氣化技術(shù)。Texaeoo氣化爐是用于制造合成氨原料氣的典型，這種氣化技術(shù)的顯著特點是可以利用機械化采煤產(chǎn)生的大量粉煤。以上兩種氣化技術(shù)各有其特點、關(guān)鍵是加緊國產(chǎn)化的開發(fā)研究工作.降低制造成本。

    1987年建成的經(jīng)改制更名為“天脊煤化工集團有限公司”的原山西化肥廠，引進了德國生產(chǎn)的Ⅳ型魯奇爐，以貧瘦煤為原料，采用加壓氣化生產(chǎn)合成氨原料氣。然而，魯奇爐是用來氣化褐煤生產(chǎn)城市煤氣的，并不適合氣化貧瘦煤。建成后的十四年間，進行了640多項技術(shù)改進。完成了“大型魯奇爐制氨工藝技術(shù)的開發(fā)與應用研究”項目，先后解決了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(guī)律，輸灰螺旋經(jīng)常堵塞等重大問題。經(jīng)過十幾年的努力，基本實現(xiàn)了氣化爐的國產(chǎn)化。

    1987年投產(chǎn)的魯南煤氣化裝置、1995年投產(chǎn)的吳徑煤氣化裝置、1996年投產(chǎn)的渭河煤氣化裝置和2000年投產(chǎn)的淮南煤氣化裝置等都屬于水煤漿進料的氣流床氣化工藝。通過對煤氣化引進.技術(shù)的消化吸收，對引進裝置進行技術(shù)改造并使之國產(chǎn)化，我國煤氣化技術(shù)的研究開發(fā)取得了重要進展，如用國產(chǎn)噴嘴替代了從美國引進的水煤漿氣化噴嘴，且技術(shù)性能大大優(yōu)于引進噴嘴;國產(chǎn)洛耐磚替代了從法國進口的氣化爐用耐火磚，價格比為0.5: 1。同時我國具備了設計制造磨煤機.氣化爐，激冷環(huán)，鎖渣斗、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(yè)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，也已進行了試驗。

3結(jié)語

 從國內(nèi)合成氨的現(xiàn)狀出發(fā)一方面要重視中小型老企業(yè)的技術(shù)改造;另一方面.應重視引進技術(shù)的消化、吸收，立足自主研發(fā)和創(chuàng)新，提高國內(nèi)煤氣化技術(shù)的整體水平、推進我國合成氨造氣技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻:

[1}郭樹才.煤化工工藝學[M].北京:化學工業(yè)出版社，1992.

[2〕孫正泰.煤炭常壓固定層富氧連續(xù)氣化技術(shù)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.

【上一篇：合成氨廠烴類蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑應用 】

【下一篇：合成氨裝置兩爐低變催化劑串聯(lián)同時還原的方法探討 】