我國氮肥行業(yè)煤氣化技術(shù)對比和前景展望

第37卷第4期Vol 37,No.42008年8月.Contemporary Chemical IndustryAugust, 2008我國氮肥行業(yè)煤氣化技術(shù)對比和前景展望*董洪峰,徐淑惠(中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)，江蘇徐州2116)要:對我國氮肥行業(yè)現有的主要煤氣化技 術(shù)進(jìn)行了對比探討,得出某些煤氣化技術(shù)的明顯缺點(diǎn),進(jìn)而指出適合我國國情的煤氣化技術(shù)的發(fā)展方向是加壓流化床技術(shù)。關(guān)鍵詞:流化床;氣流床;空氣氣化;氧氣氣化;成本回收中圖分類(lèi)號: TQ 44文獻標識碼: A文章編號: 1671-0460(2008)04 -0406 -04煤氣化工藝是合成氨、合成甲醇.IGCC、煤液定床技術(shù)需要無(wú)煙塊煤,原料煤本身價(jià)格便高于化等技術(shù)的龍頭和基礎,氣化工藝在很大程度上其它煤種，又由于采煤方式改變使得塊煤減少，影響煤化工產(chǎn)品的成本和效率，因此研發(fā)經(jīng)濟、原料煤的成本提高,經(jīng)濟性也受到了影響;而流高效、低耗、無(wú)污染的煤氣化技術(shù)是發(fā)展煤化工化床技術(shù)有一定的粒度要求,但其原料煤價(jià)格相的前提。對固定床便宜,加工成本又低于氣流床,在入爐我國是繼德國以后研究開(kāi)發(fā)與應用煤氣化煤成本方面有了較好的控制。技術(shù)最多的國家，目前主要氣化爐型有固定床、表1 4種煤氣化工藝所需煤種和煤質(zhì)要求流化床和氣流床3種,對于爐型,有固定床間歇Table 1 Coal and coal quality of four kinds of coal氣化爐、灰熔聚、德士古等多種,不同造氣方式均gasification technology有各自不同的特點(diǎn)，在國內也有不同廠(chǎng)家采用。項目固定床間歇氣化 灰熔聚法水煤漿法殼牌法現在關(guān)于煤氣化技術(shù)介紹的文章已經(jīng)有很多,本主要適用無(wú)煙煤、煙煤、 長(cháng)焰煤、褐煤至文不再對各煤氣化技術(shù)進(jìn)行- -- - 介紹，而是選取煤種焦炭氣煤無(wú)煙煤4種比較有代表性的煤氣化技術(shù)進(jìn)行對比探討?；胰埸c(diǎn)/C>1 200>1250 < 1 250< 1350灰分,%<25<151各煤氣化技術(shù)的技術(shù)對比粒度塊煤或型煤<6 mm 200目>70% 100月>90%1.1各煤氣化技術(shù)煤種適 用范圍和煤質(zhì)要求通過(guò)表1可知,從煤種適應性來(lái)看,殼牌相1.2氣化形式和工藝 條件對比對最寬,其次便是灰熔聚流化床技術(shù),而水煤漿.從表2四可以看出,氣化壓力以氣流床氣化技法雖然較寬但考慮其運行周期及氣化效率,其煤術(shù)最高,流化床次之,固定床最低。氣流床技術(shù)氣種適應性也比較局限,固定床間歇氣化只適用于化壓力高,有利于系統節能,適宜大型化裝置使無(wú)煙煤和焦炭。從人爐煤的粒度來(lái)看,殼牌法最用,而流化床由于加壓?jiǎn)?wèn)題沒(méi)有得到很好的解決細,其次便是水煤漿法,第三是灰熔聚流化床法，影響 了其裝置的大型化，固定床適合中小型裝第四是固定床氣化法。置氣流床技術(shù)在煤粒度方面要求最高,在煤粉通過(guò)表2還可以看出,氣流床采用純氧氣化加工方面投資很大，能耗和操作費用比較高;固導致了兩方面后果:第一,氣化溫度最高,使煤氣●收稿日期: 2008-07-02修訂 日期: 2008-07-07中國煤化工作者簡(jiǎn)介:董洪峰(1988- -),男 ,河北唐山人,就讀于中國礦業(yè)大學(xué)化工MYHC N M H Gsleng 007@126 com。2008年8月.董洪峰,等:我國氮肥行業(yè)煤氣化技術(shù)對比和前景展望407的溫度非常高，增加了產(chǎn)品余熱回收的難度,增點(diǎn),因為無(wú)論是殼牌技術(shù),水煤漿技術(shù)或是其他加了裝置的投資;第二,液態(tài)排渣,導致了灰渣溫氣流床技術(shù),都存在著(zhù)以下幾個(gè)方面的弊端。第度非常高，使得灰渣的余熱回收和處理困難,也一,由于采用純氧氣化，液態(tài)排渣,氣化溫度非常增加了裝置的投資。流化床也采用純氧氣化但是高,使得產(chǎn)品和灰渣的溫度非常高,這便導致后續其氣化溫度不高、固態(tài)排渣,在余熱回收方面相的處理產(chǎn)品與灰渣的換熱裝置投資非常高,處理比節省了大量資金。起來(lái)非常困難;第二,氣流床氣化要求的煤粉顆粒度非常細,雖然極細的煤粉能帶來(lái)更高的氣化表2 4種煤氣化工藝的氣化形式與條件效率,但是氣流床技術(shù)在煤粉加工方面投資也很Table2 Forms and conditions offour kinds ofcoal gasification大,能耗和操作費用比較高;第三,雖然氣流床有technology效氣體成分比較高,但是對于合成氨工業(yè)而言其氣化方法有效氣體中Co含量非常高，給后續的變換和脫頁(yè)目固定床灰熔聚法水煤漿法 殼牌法間歌氣化碳工段負荷大大增加,尤其是殼牌技術(shù),其更適氣化形式固定床流化床氣流床氣流床合于發(fā)電，而不適合合成氨工業(yè)。所以氣流床技氣化壓力MPe 0.030.03~10040~8720~-40術(shù)在所有煤氣化技術(shù)中投資是最高的,雖然其技氣化溫度/心C ~1000 1000~1 100 1300~1400 1400~1600術(shù)具有本身的優(yōu)勢,但這些優(yōu)勢卻被其弊端所抵氣化劑 氣+蒸汽純氧+蒸汽純氧消,導致其很高資金投入,成本回收周期卻很長(cháng)。排渣形式固態(tài)排渣 固態(tài)排渣 液態(tài)排渣 液態(tài)排渣越來(lái)越多的學(xué)者也意識到了這個(gè)問(wèn)題,有學(xué)者詳細分析對比了殼牌和固定床之間的經(jīng)濟性對比，1.3 出爐氣體組分對比也指出了殼牌在成本回收方面需要相當長(cháng)的時(shí)通過(guò)表3可以看出,4種煤氣化工藝中氣體間。所以筆者認為氣流床技術(shù)并不是目前我國氮組分殼牌法最好,有效氣體可達90%以上,其次肥行業(yè)最需要發(fā)展的技術(shù),并不真正適合中國國是水煤漿法,有效氣體也達80%以上,固定床氣青?；ǖ谌?其余是灰熔聚法。1.4.2氧氣氣化并不優(yōu)于空氣氣化表3 4種煤氣化技術(shù)出爐氣體組成在主流的新型煤氣化技術(shù)中氧氣氣化占有Table 3 Gas composition of four kinds of coal gasification很大比例,有些學(xué)者也認為氧氣氣化將取代空氣氣化。但筆者不認同這種觀(guān)點(diǎn),氧氣氣化有自身成分固定床間歇氣化灰熔聚法 水煤漿法殼牌法的優(yōu)點(diǎn),在最近乃至很長(cháng)的一段時(shí)間內氧氣氣化不會(huì )也不可能取代空氣氣化,因為第一,氧氣氣w(CO),%3231.545.2 69.3化雖然帶來(lái)了高的有效氣體組分,但是它同時(shí)需w (H):%1537.236.4 22.2要較高的煤氣化溫度,通過(guò)對比灰熔聚法和固定w (C03).%7.06.17.5.5床法可以看出在較低的氣化溫度下，氧氣氣化并暫(N+CH).%5.55.0.:10.8沒(méi)有帶來(lái)很好的氣化效果,反而有效氣體組成低于固定床。氣流床氣化雖然有較高的氣化溫度和對于氣流床技術(shù)而言,雖然有效氣體含量很氣化效率但是在合成氣中大部分卻是cO,使得高,但是其有效氣體中CO含量很高,尤其是殼牌在后續變換工段負荷非常大,得不償失,反而現法，這對于合成氨工業(yè)而言會(huì )給后續的變換和脫在氣體組成最適宜合成氨工業(yè)的仍然是固定床碳工段負荷大大增加,增加了動(dòng)耗和能耗。顯然技術(shù);第二,從經(jīng)濟性來(lái)看,氧氣氣化需要空分裝目前氣體組分最適合合成氨工業(yè)的仍然是固定置,而空分裝置需要大量的資金的,只有有實(shí)力床氣化法。的大中型廠(chǎng)才能使用氧氣氣化,這也是為什么現1.4氣化技術(shù)對比結論在固定宋間歇氣化拈術(shù)環(huán)縣占據著(zhù)我國煤氣化1.4.1氣流床技 術(shù)并不真正適合我國國情的七中國煤化工(氧氣氣化并沒(méi)有雖然有很多專(zhuān)家學(xué)者認為目前氣化技術(shù)的比空|Y片CNMHG正適應我國國情最高水平是氣流床技術(shù)，但筆者并不認同這種觀(guān)還要從空氣氣化下手。408代化工第37卷第4期1.4.3煤中高附加值芳 香族化合物的回收利用高投資低成本回收,又比固定床技術(shù)先進(jìn),目前煤中富含高附加值的芳香族化合物,在煉焦最大的障礙便是加壓流化床技術(shù)尚未很好的解行業(yè)中將其回收利用制成產(chǎn)品,其價(jià)值遠遠高于決,影響了裝置的大型化發(fā)展。如果解決了這一合成氨產(chǎn)品,但是在合成氨的煤氣化領(lǐng)域卻沒(méi)有難題，流化床技術(shù)便可以適用于各種大小規模的一種技術(shù)想到利用這一-寶貴資源,使得高附加值合成氨廠(chǎng)，成為真正取代固定床間歇氣化的技的產(chǎn)品轉化成了廉價(jià)的合成氣,尤其是氣流床技術(shù)。所以發(fā)展加壓流化床技術(shù)是我國合成氨工業(yè)術(shù)更是以很高的氣化溫度來(lái)使高附加值的芳香煤氣化技術(shù)的發(fā)展方向。族化合物更好的轉化成了合成氣,這本身就是- -(3)發(fā)展充分利用煤中高附加值的芳香族化種資源的極大的浪費。在國家提倡節能減排的今合物的技術(shù)。發(fā)展這一技術(shù),不僅可以回收高附天,氮肥行業(yè)的工作人員更應當重視對于煤中這加值的產(chǎn)品增加生產(chǎn)效益,同時(shí)還可以?xún)艋褐行└吒郊又到M分加以回收利用。組分,使得氣化效率提高并且無(wú)需較高的氣化溫1.4.4 氣化技術(shù)在小氮肥企業(yè)的應用度,降低了環(huán)境污染,提高了有效氣體組分。在國縱觀(guān)我國現有新型煤氣化技術(shù),無(wú)-不是在家倡導煤的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的今天,這樣的技術(shù)將更裝置的大型化上下手,如氣流床技術(shù),無(wú)論是生有利于煤氣化技術(shù)的進(jìn)步。產(chǎn)規模和投資規模都是廣大小氮肥企業(yè)無(wú)法承(4)發(fā)展空氣氣化。在較低的氣化溫度下氧擔的，現有流化床技術(shù)雖然適合于中小型裝置,氣氣化沒(méi)有優(yōu)勢,在較高的氣化溫度下反而得不但是仍然在向大型化發(fā)展,廣大技術(shù)人員都忽視償失。如果能有效地回收煤中的芳香族化合物,了小氮肥企業(yè)對于新型煤氣化技術(shù)的需求問(wèn)題,反而不需要很高的氣化溫度,這樣空氣氣化便有而我國氮肥行業(yè)煤氣化技術(shù)最需要解決的問(wèn)題了很大的優(yōu)勢。所以要想真正適合我國國情同時(shí)并不是大型化的問(wèn)題,而是如何讓占我國氮肥行考慮到我國廣大的中小氮肥企業(yè)的發(fā)展,如果在業(yè)大多數的小氮肥企業(yè)也能用上先進(jìn)的、節能空氣氣化能夠得到突破,這對于我國的合成氨工的、環(huán)保的煤氣化技術(shù),這才是我國煤氣化技術(shù)業(yè)將會(huì )是一個(gè)革命性的改革。必須要解決的問(wèn)題。如同我國政府優(yōu)先要解決我3結束語(yǔ)國9億農村人民的問(wèn)題-樣,氮肥行業(yè)的煤氣化技術(shù)也要更多的考慮發(fā)展更有利于小氮肥企業(yè)現在我國國內的煤氣化工業(yè)正如火如荼的的技術(shù),這樣是真正的技術(shù)進(jìn)步。建設中,我國煤氣化技術(shù)領(lǐng)域目前呈現出百家爭2我國煤氣化技術(shù)的發(fā)展方向鳴的局面。傳統的煤氣化技術(shù)依然占據主導地位,新型技術(shù)蓬勃發(fā)展,國外技術(shù)正逐步被本國(1)煤種適應性要強?，F在很多煤氣化技術(shù)技術(shù)所取代,相信在我國科技工作者的努力之下如水煤漿技術(shù)需要低灰熔點(diǎn)、低灰份的煤種,而我國煤氣化技術(shù)將取代國外技術(shù),真正適應我國固定床間歇氣化需要優(yōu)質(zhì)無(wú)煙煤,所以我國煤氣國情,造福我國工業(yè)?；夹g(shù)要向更適合我國煤種,特別是適合地區煤參考文獻種的方向發(fā)展。[1]劉功年. 煤氣化技術(shù)的應用與評述[小].氮肥技術(shù),2006,27(2)優(yōu)先發(fā)展流化床技術(shù)。氣流床雖然具有(6):9-12.優(yōu)勢,卻被自身的缺陷所抵消，而流化床技術(shù)在2] 劉衛平.煤氣化技術(shù)的發(fā)展和現狀[].氮肥技術(shù),2007,28(5):7-11.原料煤成本、裝置投資、余熱回收成本以及有效[3] 張金洋。煤氣化工藝選擇之我見(jiàn)[J].河南化工,2008,25氣體組成方面均具有很好的優(yōu)勢,既無(wú)氣流床的(1):8-10.中國煤化工MYHCNMHG(下轉第411頁(yè))2008年8月.黃玉:利用余熱空調方 式在石化行業(yè)的應用前景411在圖2余熱流量與制冷量的關(guān)系曲線(xiàn)中,隨.可節約大量基建設備投資,生產(chǎn)出“物美價(jià)廉”的著(zhù)可利用余熱流量的增加,通過(guò)吸收式溴化鋰機“冷水”商品。組制冷能力將大幅提高，同時(shí)由圖1曲線(xiàn)看出,大量的裝置余熱如果得以利用,生產(chǎn)的冷媒消耗的電能升幅卻不大,顯示出余熱利用率高。除供廠(chǎng)區使用外,剩余部分還可以在廠(chǎng)區周邊的如果“原油集中加工-煉油結構調整技術(shù)改賓館、餐飲、辦公樓等冷量需求比較集中的區域,造工程”管網(wǎng)所存留的夏季余熱水(95 C )700 th利用北方冬季采暖外管網(wǎng)系統和用戶(hù)采暖系統,可以利用,則可產(chǎn)生5 800 kW左右的夏季冷負荷將冷媒輸送到用戶(hù)，形成有價(jià)格競爭力的商品。(7~12 C )。就可以將多余的余熱變廢為寶,降低而用戶(hù)僅需增加風(fēng)機盤(pán)管及少量支管管線(xiàn)即可為裝置冷卻余熱的運行成本。使用。而在其它使用余熱的熱水站,可以?xún)H在熱水本文通過(guò)具體工程的方案分析比較,并結合站增設吸收式溴化鋰機組、冷卻水塔和冷卻水采暖地區石化行業(yè)裝置余熱熱水站的特點(diǎn),認為泵,并增加少量必要的土建工程,利用原來(lái)熱水在夏季溫室效應越來(lái)越加重,空調使用越來(lái)越普站內的熱水循環(huán)泵、補水泵、補水箱及站內外管遍的北方區域,利用裝置余熱的制冷空調方式在路閥門(mén)系統,使其具備制冷運行系統所需要的功石化行業(yè)的應用前景是十分廣闊的。能。將其改造成為集冬季取熱采暖、夏天取熱制參考文獻冷的多功能“熱水、制冷聯(lián)合處理站”。通過(guò)改造[1]王如竹. 制冷原理與技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社, 2007.余熱熱水站，利用原有熱水站系統及管網(wǎng)系統，Application of Waste Heat Air Condition Mode in Petrochemical IndustryHUANG Yu(China Petroleum Engineering Co,Ltd,. Fusbun Sub company,Liaoning Fushun 113006 ,China )Abstract: By comparison to the refrigeration and air condition design scheme for the pipe network instrument con-trol center of Crude Concentrated Processing - Refinery Structure Adjustment Technology Revamping Project forFushun Petrochemical Branch Company ,the advantages and shortcomings of diferent refrigeration and air conditinmodes were analyzed and summarized. The appication of refrigeration and air condition mode on actual situationwere analyzed to optimize design and reduce production operation cost.Key words: Rfrigeration air condition mode; Unit waste heat; Operation cost(上接第408頁(yè))Contrast and Prospects of Coal Gasification Technology inChina's Nitrogenous Fertilizer IndustryDONG Hong-feng, XV Shu-hui(School of Chemical Technology ,China University of Mining and Technology ,Jiangsu Xvzhou 21116,China)Abstract: This paper stated the existing major coal gasification technology of China's nitrogen ferilizer industry.From the comparison other coal gasification technology's shortcomings are obvious , the development direction ofgasification technology suitable for China's national conditions is t中國煤化工唧.Key words: Fluidized bed; Entrained flow; Air gasifcation; OxTYHCNMHG