用于小氮肥企业的几种煤气化技术

冯振堂

【摘要】对中小氮肥企业使用的煤气技术进行了系统介绍，并提出了今后发展的方向。

【关键词】氮肥企业 气化技术 发展方向

煤炭是地球上储量丰富、分布最广泛的化石原料，我国能源更多是富煤少油（气），在一次能源构成中煤炭约占72%，因此能源消费也更依赖煤炭，当前大约80%的电力、60%的化工原料、72%的工业燃料和92%的民用燃料都以煤为原料，这种局面短时间内难以改变。

2004年氮肥产量（折纯）3 304.07×104t，合成氮产量4 222.22×10⁴t，70%以煤为，20%以天然气为原料，10%以油为原料。我国现有氮肥企业近600家，其中大型氮肥企业29套，以天然气为原料的装置17套，以油为原料的装置10套，以煤为原料的装置2套。中型氮肥企业52家，38家以煤焦为原料，小氮肥企业近500家，90%以煤为原料。大型氮肥企业氮肥产量占22%，中小氮肥企业氮肥产量占78%。随着近几年油和天然气价格的上涨，一些企业正在进行油改煤或气改煤工程，这样以煤为原料的氮肥企业将会达到80%。由此看来发展煤气化技术就显得更加重要。

煤气化经过150多年的发展，形成了上百种炉型，工业化的炉型十余种，有代表的工业化煤气化炉型有：固定床气化（VGI炉、Lurgi炉、BGL炉）；流化床气化（Winkler炉、HTW炉、U——Gas炉、KRW炉和CFB气化炉）；气流床气化（KT炉、Texaco炉、Shell炉、Prenflo炉和GSP炉）等。

我国煤气化技术发展起步较晚，以老式的UGI炉固定床间歇气化制水煤气和常压发生炉煤气为主。固定床间歇气化生产合成氮约占总生产能力的80%。自上世纪70年代，对于新型气化炉或气化方法开始研究，在液态排渣加压碎煤气化、水煤浆加压气化、灰团聚流化床气化、恩德粉煤气化等领域进行开发，这几项气化技术在我国都相继进入了工业化应用阶段。以下重点介绍目前在中小氮肥企业应用的几种煤气化技术。

1固定化气化

1.1固定床常压气化（UGI炉）

常压固定床气化有间歇气化法和连续气化法两种工艺，前者是以空气和水蒸汽为气化剂，后者是以纯氧或富氧空气和水蒸汽为气化剂。常压固定床间歇气化制合成氨原料气，目前在国内中小氮肥厂普遍采用，除有少数几家采用富氧连续气化外，其余均采用间歇气化。

一般而言，气化剂氧气纯度越高，气化强度也就越大，气化效率也就越高，而对纯氧的消耗量也就越高。富氧（或纯氧）连续气化较空气连续气化在气化强度（或气化能力）、气化效率、有效气体组成及制氨能耗等方面具有明显的优越性。富氧连续气化较空气连续气化制气装置的能力一般要高50%左右。

1.2固定床加压气化（Lurgi炉）

Lurgi（鲁奇）加压气化炉是在2.0～3.0MPa压力下操作，以小块煤为原料，蒸汽或氧连续进炉，气化床层自上至下分干燥、干馏、还原、氧化和灰渣等层，产品煤气经热回收和除油，含有约10%～12%的甲烷和不饱和烃，适宜作城市煤气。粗煤气经烃类分离和蒸汽转化后可作合成气。

Lurgi炉最大用户是城市煤气和合成烃（合成油），国外没有大型Lurgi炉单产合成氨的装置，主要原因除环保问题外，工艺流程长，特别要增加冷冻分离甲烷和烃类转化。世界上第一套煤直接液化工厂拥有97台Lurgi炉。

我国曾用褐煤制氨，采用第一代φ2 800鲁奇炉，生产正常，但环保问题较多。后引进φ3 800鲁奇炉，用贫煤生产合成氨，工艺生产流程中由氮洗分离出来的富甲烷气经一段蒸汽转化和CO变换后返回脱CO₂主流程，流程复杂，能耗高。

2流化床气化

典型的流化床气化有常压操作的Winkler炉只有3家，各有3台气化炉（二开一备），直径4.2m、高22m，至今已正常操作20多年，用于褐煤生产合成氨，碳转化率只有80%，捕渣率40%，飞灰含碳高达80%，送往电站烧锅炉。

我国曾引进前苏联国立氮肥设计院的FNAII-4形炉即改良Winkler炉，用于生产合成氨原料气，后因碳转化率低，飞灰多等原因而停运。

近几年随着煤炭价格的上涨，以本地粉煤原料生产合成氨的技术得以发展，使恩德粉煤气化技术在氮肥企业被使用。

恩德炉是朝鲜恩德郡“七·七”化工厂对内径为Φ5.0m的温克勒炉进行改造而成，在朝鲜运行20多年，现已不再使用，后被抚顺恩德公司引入我国，在氮肥企业应用。

恩德粉煤气化技术的工艺过程：经干燥、破碎后的原料粉煤，由皮带输送至气化装置区的受料斗，经螺旋给煤机送至加压煤仓，煤仓充氮气保压至35kPa，加压煤仓中的粉煤由下部三台给煤机通过频率的调控向气化炉下部锥体部位送煤，粉煤进炉后，被其下部与锥体成一定角度均匀分布的六个喷嘴送人的气化剂旋转吹起，在气化炉直简段进行流态化气化反应，反应温度为950～1000℃，反应气体携带细小炭粒上升离开床层，与垂直炉体均匀分布的24个二次喷嘴送入的气化剂进一步反应，反应温度为1000～1050℃，最后气体离开气化炉后进入上部旋风分离器，分离下来未反应燃料返回气化炉进料部位，再次在炉内参加流化气化反应，离开分离器的高温含尘半水煤气经三通管进入废热锅炉上部，下部出来的半水煤气经三通管进入废热锅炉上部，下部出来的半水煤气进给水加热器，加热器出口煤气温度降至150～200℃。回收余热后的半水煤气进行洗涤除尘系统，首先进入空喷塔激冷除尘，然后进填料洗涤塔除尘，最后经两级串联的文丘里洗涤器除尘，使气体含尘量由废锅入口的65g/Nm³降至60g/Nm³，气体温度降至40℃以下，送往下道工序——脱硫岗位。

废锅入口三通管、废热锅炉和水加热器分离下来的灰进入下部水封槽，随水封加水排走。

废热回收系统三个水封用水、空喷塔、洗涤塔用水，由单独水处理系统供水，循环使用，文丘里用新鲜水，排水至灰水系统。

废热锅炉产3.82MPa饱和蒸汽，送往变化工序使用。

2.2HTW（高温温克勒）炉

HTW气化即高温加压温克勒气化工艺。国外在投煤量1.3t/h、操作压力1.0MPa、气化炉内径600mm的中试装置基础上，建设了一套煤制甲醇的工业示范装置，生产规模为处理720t/d褐煤。与常压Winkler气化相比，HTW气化的優点是气化强度高、动力消耗低、后续系统加压功耗低、其相应的气流速度低、气体带出物少、气体质量有所提高。国内尚无生产装置。endprint