工业型煤气化技术在合成氨工业中的应用

王明友，陈 宁，王卓群

（邢台职业技术学院，河北 邢台 054035）

工业型煤气化技术在合成氨工业中的应用

王明友，陈 宁，王卓群

（邢台职业技术学院，河北 邢台 054035）

型煤技术作为煤炭加工领域的洁净煤技术之一，在企业经济和环境保护方面效益显著，近30年来在中国合成氨行业得到了大力推广。本文论述了型煤气化技术对于合成氨工业的意义，介绍了型煤气化的常用方法，并对采用型煤与块煤制气的工艺条件不同进行了探讨。

型煤；气化；合成氨

合成氨是最重要的化工产品之一，其产量位居各种化工产品之首。自1913年世界上第一座日产30吨的合成氨装置投产到如今日产千吨以上的合成氨装置分布全球，合成氨工业对于能源的消耗也是巨大的。据统计，在合成氨生产过程中消耗的能源占全球能源供应总量的2%，排放的CO2占全球排放总量的1.6%。随着能源危机以及环保问题的日益突出，合成氨工业中的节能减排问题也逐渐得到人们的关注。

目前世界上合成氨常用的原料有：焦炭、煤、天然气、焦炉气、石脑油和重油，由于“富煤少油缺气”的能源结构特点，我国90%以上的合成氨企业、70%以上的合成氨产能都是以煤为原料，而煤头合成氨中主要以无烟块煤作为原料，其市场价位居高不下。随着煤炭开采机械化程度的提高，煤的破碎率也升高了，导致产量减少的块煤价格攀升，而粉煤却积压滞销，造成了煤炭资源的巨大浪费，并严重污染着矿山周围的环境。

合成氨生产中原料煤占合成氨企业生产成本的l/3左右，把粉煤加工成型煤作为生产半水煤气的原料，可降低合成氨企业的生产成本，提高企业的竞争力。因此型煤气化技术的研究不仅对于企业经济状况而且对于整个社会的长远发展都有深远的影响。

一、型煤技术简介

型煤是一种清洁、高效能的新型燃料，是以适当的工艺和设备（添加胶黏剂、固硫剂等经过配制、混合等加工工艺），将粉煤加工成具有一定形状、尺寸及理化性能（热稳定性、防水性等）的块状燃料。

按照用途不同，型煤可分为民用型煤、工业型煤，其中工业型煤占比例比较大，可以细分为气化型煤和动力型煤。上世纪60年代以来，为解决合成氨企业当时面临的无烟块煤供应不足的问题，人们先后研制出了石灰碳酸化煤、腐植酸盐型煤、粘土型煤等粉煤成型技术，年总产量曾达100 Mt以上，为全国近60%的化肥企业提供了造气原料。

利用廉价易得的粉煤生产优质的气化型煤，不但可以缓解块煤供应不足，降低企业的原料成本，提高企业的经济效益，还可以提高粉煤资源的利用率，减少燃煤污染物的排放，实现煤炭的高效洁净利用，具有很高的社会效益，为此国家把型煤产业列为节能、环保的重点扶持产业。

二、型煤气化技术的意义

最近几年，型煤气化技术有了突飞猛进的发展，无烟煤及部分烟煤等粉煤制作气化型煤的技术已经达到很高的水平，而且对型煤气化工艺的研究也不断深入，已经能够达到块煤炉和型煤炉的煤种互换而产气量、煤气品质基本一样的水平。

通过粉煤成型技术制作气化用型煤，再将型煤用作气化反应生产半水煤气等的原料，可为化工、冶金等行业拓宽原料来源，降低企业生产成本、提高经济效益。将型煤气化技术应用于合成氨工业有以下意义：

第一，型煤技术能够解决我国煤炭资源粉化严重问题，提高煤炭资源的利用率，同时降低企业的生产成本，采用型煤气化技术可使每吨合成氨的生产成本下降300元以上。

第二，制作型煤的煤种不再局限于无烟煤，扩大了气化用煤炭的范围；通过几种煤配比在一起，可以改变单一煤种的性能缺陷；成型过程中加入多种添加剂，可以增加热稳定性，提高灰熔点等，例如固硫剂可使气化型煤燃烧后的煤气中硫化物的含量显著降低，有利于减少环境污染。

第三，型煤与块煤相比，具有粒度均匀、孔隙率高、透气性好和机械强度高等优点。粒度均一使得炉体内燃料层温度分布均匀，避免了煤灰烧结现象；型煤的孔隙率可达14-27%，是块煤的5-6倍，比表面积大有利于提高煤与气化剂的反应速率。

第四，采用型煤制气时水蒸汽的用量可较块煤节省约2-5%。这是由于型煤中水份含量比较高而固定碳含量比较低的原因。

三、型煤制气方法

以型煤为原料制取合成氨原料气——半水煤气的方法通常有两种：

1.间歇式制气方法

该法属于常压固定床气化工艺，煤气生产过程采用间歇式操作周期地向气化炉内加入空气和水蒸气两种气化剂。首先进行吹风反应将炉温提高到一定温度，然后停止送风，送入水蒸气进行制气反应。吹风和制气反应交替进行，炉内温度也是先升高后降低，所得的半水煤气质量也呈现周期性波动。实际生产过程中由于考虑到热量的充分利用和安全生产等原因，通常将一个生产工艺循环分成吹风阶段、一次上吹制气阶段、下吹制气阶段、二次上吹制气阶段、空气吹净阶段等5个阶段来完成。

2.富氧空气连续气化法

由于空气中O2含量过低是不能实现连续制取合格半水煤气的根本原因，所以采用富氧空气代替空气作为气化剂就可以实现连续制气。

型煤固定床富氧连续气化工艺流程大致如下：用粉煤加工制作的型煤，从煤气发生炉顶部料仓以3-5 min的时间间隔由自动加料机间歇加入气化炉内，氧和水蒸气自下而上通过煤层，型煤则完成干燥、干馏、气化还原、氧化燃烧和灰渣冷却等变化。煤气从气化炉顶排出后，经降温除尘、余热回收等工序，最终得到合格的半水煤气。

四、型煤制气工艺条件

型煤作为一种补充块煤不足、合理利用煤炭资源的新的生产原料，具有机械强度高、粒度均匀、热稳定性好、灰熔点高、孔隙率高、气化阻力小等优点，但由于外加了添加剂，使其灰分含量增加，固定碳含量降低，因此当型煤的质量和炉型一定时，型煤制气的好坏主要取决于煤气发生炉内气化反应工艺条件的选择。

型煤制气过程中的工艺条件一般包括温度、吹风速率、水蒸气用量、燃料层高度等方面，由于型煤在理化特性上的优势更适用于采用无烟块煤作燃料时的“三高一短”的工艺条件，即：高炉温、高风速、高炭层、短循环。除此之外，型煤制气过程中对工艺条件要求一般包括以下几个方面，但最优工艺条件的确定最终需生产企业进行长期的造气生产实践来探索。

高温有利于制气，高炉温时，气化反应速率快，水蒸气分解率高，但高炉温会造成热损失增加。实际生产中高炉温应控制在保证炉内不结疤的前提下低于燃料灰熔点50℃左右下操作。

由于型煤的孔隙率高，其透气性好，但相应的蓄热能力较差，要保证高炉温的生产条件必须保证高炭层、通入高风量，所以以型煤为原料间歇制气时吹风阶段的空气流量要比以块煤为原料时大，吹风时间也要稍长。

型煤气化比块煤气化生产的原料气中CO2的体积分数要高4-6%，尤其是以石灰碳化煤球为原料时，煤气中CO2含量可达为10-14%。要把CO2体积分数降低以提高有效气体（CO和H2）的含量就必须提高燃料层中还原层的厚度，因此就需要把煤气发生炉炉体加高，燃料层进一步加厚。

四、结论

型煤技术作为煤炭加工领域的洁净煤技术之一，将其应用于中国的煤头合成氨企业作为原料气的来源，有助于解决因块煤不足带来的合成氨企业成本增加以及减少粉煤资源的浪费和减轻燃煤烟气排放带来的大气污染问题，其经济效益和环保效益显著，近30年来在中国合成氨行业得到了大力推广。

型煤由于在制备过程中加入了部分添加剂，其与块煤在理化特性上略有不同，相应的在气化工艺操作条件上也有不同的要求。随着今后型煤气化技术研究的不断深入，我国型煤制气的技术水平也将不断地提高，合成氨工业仍将为人类的生存与发展做出巨大的贡献。

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［2］李海华，徐志强.我国型煤技术现状分析［J］.煤炭加工与综合利用，2008（3）.

［3］颜鑫. 型煤气化工艺条件的优化［J］.化工设计，2010（1）.

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［5］彭展英，颜鑫.合成氨生产中型煤气化工艺条件的优化［J］.洁净煤技术，2009（4）.

Application of Industrial Briquette Gasification Technology in Synthesis Ammonia Industry

WANG Ming-you，CHEN Ning，WANG Zhuo-qun

（Xingtai Polytechnic College， Xingtai， Heibei 054035， China）

Briquette technology as one of the clean coal technology in the field of coal processing has remarkable economic benefit and environmental protection benefit， it has been vigorously promoted in Chinese synthetic ammonia industry in recent 30 years .This paper discusses the significance of industrial briquette gasification technology， introduces the method of briquette gasification， and the difference between the briquette and lump coal gasification process conditions are discussed.

industrial briquette； gasification； synthetic ammonia industry

TQ546；TQ113.242

A

1008—6129（2015）03—0089—03

（责任编辑 王傲冰）

2015—04—19

王明友（1986—），山东安丘人，邢台职业技术学院资源与环境工程系，助教。