云峰增氧制气总结

(云南云天化国际化工股份有限公司云峰分公司，云南 宣威 655413)

2014年6月云天化国际化工公司云峰分公司新上1套3 000 m3/h制氧装置。采用VPSA变压吸附制氧，在常温条件下，利用分子筛选择吸附空气中的氮气，然后降低吸附塔压力以脱附吸附于分子筛中的氮气，从而实现吸附-脱附循环操作，连续制取纯度 90%～95%的氧气。

1 增氧工艺简介

VPSA制氧装置由鼓风机、真空泵、吸附系统、仪表控制、电气控制、仪表空气、氧气压缩共七部分组成。设计生产能力为3 000 m3/h的氧气(90%)。

1.1 进装置的的原料及指标

空气

相对湿度 74%

空气中碳氢化合物总量 ≤10×10-6

空气中含尘量 ≤20 mg/m3

循环水

压力 0.2～0.3 MPa(表)，温度 ≤32 ℃

1.2 出装置的氧气指标

产量 3 000 m3/h，纯度 90%，输出压力 55 kPa(表)

1.3 动力消耗

氧气耗电定额为0.38 kW·h/m3

2 增氧后煤气发生炉的变化及工艺调整

2.1 增氧后煤气发生炉的变化

增氧后由原来的六台炉子供六机变为五台炉子供六机。

技改前都是采用自然空气，空气加入量是根据氨合成氢氮比的需要。氮气进入水煤气中，形成半水煤气。其中的氮气并没有完全靠上行制气加空气满足。一个循环制气时间135 s，有5.4 s吹净回收，可以弥补半水煤气中氮气的不足，减少上行制气加氮空气中氧与原料煤的氧化反应。此过程原意是将造气炉上下行阀间煤气回收入系统。虽然回收了煤气，但是，吹风气中大量的CO2也进入合成氨原料气中，影响了半水煤气质量。显然，增氧制气可减少吹净回收时间，甚至可以取消吹净(有待探讨)，有利于制气。

本技改保持原生产上行制气加氮过程不变，尽量减少吹净回收时间，增加上行制气加氮量，在满足半水煤气氢氮比需要的基础上，上行制气入炉蒸汽中加入含氧90%的氧气，这样，碳与氧的反应量增加，提供更多蒸汽分解所需的热量，使蒸汽得以长时间在高温条件下分解，提高蒸汽分解率，这是本技改的主要目的。

2.2 工艺调整

(1)空气总管增氧后，通过减少吹风时间，保持吹风负荷不变，调整蒸汽比例，控制炉况稳定。根据原料质量(灰熔点等)调整气化层温度，控制半水煤气的CO2量，提高有效气体含量。

(2)用加焦时间控制炭层在正常指标内，不得用增大加焦量来强行控制上行温度。(未改造的发生炉有效炭层1 600～1 800 mm，改造后的发生炉1 800～2 300 mm)，上行温度不超过450 ℃。炉条机控制合理的渣层厚度，在指标范围内采用适度增加下吹时间或加大下吹蒸汽手轮调节上、下行温度。下行温度控制在150～300 ℃；若上行温度上升、下行温度下降到低于正常指标，适当增大炉条转速；若下行温度上升、上行温度正常，适当减小炉条机转速；若上、下行温度都高，并且超指标，适当减吹风负荷，相应增加上吹时间。当上行温度低、下行温度正常，下细灰多时，可增加吹风时间1～2 s，或者增加1～2 s下吹时间。当上行温度低、下行温度高时，适当增加吹风时间，减少炉条机转速。增氧后入炉空气中氧气浓度升高，控制难度增大，吹风时间调整必须稳定，吹风数调整超过1个数必须报告。

(3)在开始采用增氧间歇气化技术时，不需要改变原操作程序，仅在原上行制气时，增氧与原有加氮空气同步加入。为了确保安全，补充入炉的氧浓度应逐步提高，切忌大幅增加氧气。

① 上行加氮制气。初期在保留原自然空气加氮的同时逐步推进。熟悉操作后，开始运行时，加入制氧能力50%、含90%浓氧的空气，并注意控制三气(入炉蒸汽、加氮自然空气及90%浓氧空气)中氧浓度，此时半水煤气中H2和CO明显变化，应注意。初期稳定4个班以上，若没有异常，在1～2 d时间里，逐步以每小时10%的气量递增加入，直至单系统氧气全部加入，增氧量应结合控制系统加入，使各分阶段加氮空气中氧浓度自22.1%逐步过渡到24.2%，以增加炭层氧化反应的热量，提高进入气化层蒸汽的分解效率，增加H2和CO等有效气体产量，减少CO2的生成。当CO2含量逐步上升时，应减少入炉蒸汽流量或增加氧气补入量，使气化层氧化反应温度上升，控制CO2的还原反应。

② 吹净。此过程主要是制气结束后，将炉内残余的水煤气吹净回收到生产系统。为了尽量保证制气效率，采用增氧空气固定半水煤气中的氮气含量，发挥有效碳和蒸汽的效率，尽量采用小风量和短时间吹净。吹净也是吹风过程的前奏，炉温处于最低，可采用高浓度增氧空气，但要注意N2含量不超指标。这样可尽快帮助吹风恢复炉内炭层温度，给减少吹风时间创造条件。

3 增氧后应关注的指标

3.1 指标的变化

增氧后，通过比较固定碳、活性、灰融点不同的焦，发现固定碳高、活性好的原料烧得更好。同时要烧灰融点高的焦，即灰融点要在1 300 ℃以上的焦。

上吹阶段加入氧气，可以提高气化层的平均温度，气化层的平均温度实际上是水蒸气分解的温度，上吹阶段加入氧气可以提高蒸汽分解率，在提高制氢能力的同时还能提高煤气中的氢碳比(提高煤气质量)。同时可以缩短吹风时间，减少吹风量及带出物，吹风燃烧的焦炭也同时减少。但是，增加上吹阶段气化剂中的氧含量，也势必增加上行煤气中的CO和CO2的含量，煤气中过多的CO和CO2会对后续的脱硫、变换和脱碳工序产生严重的影响。

焦燃烧过程中，温度高的阶段为热力学控制，温度低的阶段为动力学控制。蒸气跟碳反应生成CO，要CO2降须提温度。增氧越多，CO2越多，吹风气减少，热量转到渣里，温度降得慢，CO2也多。蒸气分解率55%以上，气化层1 220 ℃，循环水温度变高。

3.2 调节措施

(1)稳定吹风负荷，入炉增氧空气氧气浓度控制在24%～26%，正常情况下不得擅自改变发生炉的吹风手轮阀开度，保证造气炉的稳定性和充分发挥增氧制气的效果。

(2)认真观察和分析氧气压力与增氧空气中氧气浓度的变化趋势，合理设置氧气流量调节值

或增氧空气氧气含量调节值，以保证入炉增氧空气氧浓度的稳定。

(3)稳定入炉蒸汽压力。入炉蒸汽压力以原来空气制气的蒸汽压力为主，根据各炉炉况单炉调节；入炉蒸汽温度控制在170～200 ℃之间，严防蒸汽带水。

(4)稳定炭层和合理出灰。稳定炭层和正常出灰的目的是稳定气化层的位置，同时也是稳定造气炉的负荷，所以，必须按要求均匀出灰，炉条机加减幅度不能太大，出灰时间间隔均匀。下行管道集尘器每天白班清理一次。

4 对后续工序的影响

半水煤气中甲烷由0.1%涨到0.3%，惰性气体氩由0.1%涨到0.13%，合成塔压力由2.6 MPa增至2.8 MPa，合成回路甲烷原控制在6%，现在是7%～8%。若按原来的指标控制，会增加合成塔的压力，这就要加大塔后吹除气的量。

半水煤气中CO2的含量由8.1%涨到10%，这需要调整脱碳系统的负荷，才能稳定工艺。

5 总 结

气化厂增氧制气取得的成效是，使产气量加大，同样六机能停一台发生炉，吨氨焦耗下降10 kg，渣中残碳低，吹风气量减少，煤气发生炉的空气风机能停一台。总的来说，节约能源，提高压缩机单机能力。