固定层煤气炉富氧制气技术探究

黄文 安令 狐瓦奇

(山西阳煤丰喜肥业〔集团〕有限公司临猗分公司山西运城044000)

固定层煤气炉富氧制气技术探究

黄文 安令 狐瓦奇

(山西阳煤丰喜肥业〔集团〕有限公司临猗分公司山西运城044000)

0 前言

因为造气工段能耗占到合成氨生产总能耗的60%～70%，所以造气车间的产气质量和效率会影响整套合成氨系统的产量及能耗。山西阳煤丰喜肥业(集团)有限责任公司临猗分公司(以下简称临猗分公司)造气车间采用十分成熟的固定层间歇式制气技术，随着科学技术的进步，原有的制气技术面临着技术提升的迫切需要。同时，由于临猗分公司年产合成氨能力的提升，造气车间面临供气紧张的状况，故提出了采用富氧制气技术，以期待其可以解决实际生产中出现的问题。

1 解决方案

临猗分公司造气一车间现有Φ 2 650/2 800 mm的锥形煤气炉共9台，配套3台D700型鼓风机，电机均为560 kW。随着合成氨产能提升至200 kt/a，造气车间经常出现供气紧张的局面，为找到提高制气效率的措施，首先对气化过程进行了分析。

固定层煤气炉气化过程:鼓风机鼓入的空气经过灰渣层后在氧化层与碳发生反应，为后续蒸汽在还原层发生的反应提供热量。为了提高气化效率，应使一个制气循环中还原层发生反应的蒸汽数量增多，此反应为吸热反应，蒸汽反应数量越多，则需要热量更多。为提供更多的热量，要求在吹风阶段鼓入更多的空气进入煤气炉，但此方法存在缺陷。因为鼓入的空气越多，吹风气带离煤气炉的显热越多，会造成能耗上升。鼓入空气量越大，就要求延长吹风时间，吹风时间与吹风气中组分关系见表1。

表1 吹风时间与吹风气中组分关系

由表1可知，吹风时间越长，吹风气中CO含量越高，CO为制气所需有效成分，吹风气送入余热回收炉中进行燃烧，造成CO浪费，能耗上升。因此，在吹风阶段既要保证后续还原层反应热量的供给，还应尽可能减少吹风气量及其中CO含量。

基于以上分析，提出采用富氧制气技术的解决方案。富氧制气技术是在吹风阶段向鼓入煤气炉的空气中加入体积分数为99.9%的纯氧，将鼓入的空气中氧气体积分数由20.8%提高至24.0%。在氧化层中C与O2反应生成CO和CO2，由于在氧化反应进行过程中，O2含量在不断降低，不可避免地会产生CO。富氧制气技术的运用，一方面可以减少由于O2含量不足产生的CO;另一方面O2含量的上升，加剧了氧化反应层的反应强度，可以在较短时间内产生还原层反应所需热量。运用富氧制气技术后，吹风时间减少9 s，很好地抑制了CO2的还原反应，减少了还原反应吸收的热量;送入余热回收炉的吹风气中CO含量降低。采用富氧制气前、后吹风气组分对比见表2。

表2 采用富氧制气前、后吹风气组分对比

吹风时间减少后，制气时间相应延长，采用富氧制气前、后各阶段时间分配对比见表3。

表3 采用富氧制气前、后各阶段时间分配对比

由表3可知，采用富氧制气后，吹风时间缩短9 s;其中2 s增加到下吹过程中，7 s加入到上吹过程中，制气时间得到延长，提高了每个循环的制气效率。

综合考察日常的生产状况，在200 kt/a合成氨的产能下，煤气炉由常开9台炉减少为8台炉，供气紧张的情况得到缓解。

2 效果分析

采用富氧制气前、后半水煤气中各组分对比见表4。

表4 采用富氧制气前、后半水煤气中各组分对比%

由表4可知:采用富氧制气后，半水煤气中H2含量保持不变，CO2含量上升，CO和CH4含量在降低。气化过程中生成CH4的反应平衡常数随温度提高而减小，高温条件下平衡气中CH4含量越小。甲烷含量降低表明使用富氧空气吹风后，煤气炉炉温有所提高。CO2含量上升及CO含量的降低是由于吹风气回收进入气柜所致。

采用富氧制气前、后上行和下行煤气及蒸汽温度见表5。

表5 采用富氧制气前、后上行和下行煤气及蒸汽温度℃

由表4和表5可知，采用富氧制气前、后的半水煤气中主要气体成分都没有很大变化，温度均保持不变，表明采用富氧制气前、后煤气炉炉况基本保持稳定。

3 效益分析

(1)电费

吹风时间的缩短，减少了吹风阶段鼓风机电机的做功，耗电量会有所降低。按每个循环为135 s、1 h循环27次、每个循环吹风时间减少9 s、电机功率560 kW、电价0.4元/(kW·h)计，则每台鼓风机月节约电费10 886元，3台鼓风机月节约电费3.2万元。

(2)原煤

通过对造气车间日常生产观察，发现在应用了富氧制气技术后，炉渣中含碳质量分数由加氧前的13%～15%降低至10%～11%;同时煤气炉由常开9台变为8台，停炉1台。吨氨耗煤量由1 160 kg减少至1 070 kg，减少了约0.1 t。造气1#车间每班可节约原煤20 t，每月可节约原煤为1 800 t。按吨原煤价格1 000元计，则月节约费用180万元。

(3)纯氧成本

1 m3纯氧成本0.3元，鼓入的空气中氧体积分数由20.8%提高至24.0%，配套的3台鼓风机型号均为D700，每小时消耗纯氧成本1 134元，月消耗费用81.6万元。

(4)月成本

每月成本降低101.6万元。

4 总结

采用富氧制气技术可以解决目前临猗分公司造气车间所存在的问题，且每月可节约成本支出101.6万元，此技术有非常广阔的应用前景。

2014-11-29)