富氧連續氣化技術(shù)在我國的應用及發(fā)展

第41卷第17期廣州化工VoL 41 No. 172013年9月Guangzhou Chemical IndustrySeptember 2013富氧連續氣化技術(shù)在我國的應用及發(fā)展劉建成(山東化工技師學(xué)院,山東滕州277500摘要:介紹了富氧連續氣化技術(shù)的原理和工藝流程,并論述了富氧連續氣化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。指出了我國富氧連續氣化技術(shù)存在的問(wèn)題以及目前我國一些企業(yè)富氧連續氣化技術(shù)的發(fā)展現狀。建議國內企業(yè),雖然富氧連續氣化技術(shù)還存在很多問(wèn)題,但是不能固步自封,應在現有條件基礎上改良設備、采用新技術(shù)、新工藝,以促進(jìn)富氧連續氣化技術(shù)的發(fā)展。關(guān)鍵詞:富氧連續氣化技術(shù);原理;工藝流程;存在問(wèn)題;發(fā)展中圖分類(lèi)號:TQ546文獻標識碼:A文章編號:1001-96772013)17-0029-03pplication and development of Continuous Gasification with EnrichedAir Technique in Domestic EnterprisesLIU Jian-chengShandong College of chemical Technicians, Shandong Tengzhou 277500, China)Abstract: Principle and process flow of continuous gasification with enriched air technique were introduced, and itsmerits and drawbacks were discussed. Then problems and recent development of continuous gasification with enriched airtechnique in domestic enterprises were pointed out. Suggestion was given to domestic enterprises that conservative was notdesirable even if there were many problems left behind. For development of continuous gasification with enriched airtechnique, improvement of equipment, new technology and advanced process based on available terms should be adoptedKey words: continuous gasification with enriched air; principle; process flow; problems; development自從20世紀60年代末吉林化肥廠(chǎng)利用本廠(chǎng)空分富余的氧器除去氣體中的粉塵,然后進(jìn)入廢熱鍋爐回收顯熱,經(jīng)洗氣塔氣在老的間歇造氣爐上進(jìn)行了富氧空氣-蒸汽連續氣化制取合洗滌除塵降溫后去后續工段。成氨原料氣取得成功、使單爐生產(chǎn)能力增加了一倍的經(jīng)驗推廣氧空氣之后,富氧連續氣化技術(shù)在我國固定層煤氣爐上開(kāi)始應用,在副產(chǎn)蒸汽我國的煤氣化發(fā)展歷史上畫(huà)下了濃墨重彩的一筆。雖然之后的50多年中,富氧連續氣化技術(shù)的發(fā)展出現多次大起大落,低壓蒸汽一國合圖氣如塵毆熱錦爐氣塔一→粗煤氣但煤氣爐富氧連續氣化技術(shù)作為一種高效節能和環(huán)保等手段,圖1富氧連續氣化生產(chǎn)工藝流程圖早已被人們所接受,也是國家發(fā)改委重點(diǎn)推薦的重大節能技術(shù)23)。并且隨著(zhù)人們對其研究的深入和配套設備的發(fā)展,許2富氧連續氣化原理多技術(shù)問(wèn)題都不斷的得到解決,其綜合優(yōu)勢日益凸顯,越來(lái)越受到國內煤氣化企業(yè)的青睞,目前已在很多企業(yè)得到過(guò)應用富氧技術(shù)流程的開(kāi)發(fā)是基于氧與高溫(527℃以上炭反應速度是依據化學(xué)反應可能達到的速度進(jìn)行的,是極限值。常壓1富氧連續氣化工藝流程固定床氣化火層的溫度分布特點(diǎn)屬于梯級溫區,氣化層炭最高富氧連續氣化是在間歇氣化工藝基礎上發(fā)展起來(lái)的一種常溫度是原料的灰熔點(diǎn),熔融層較薄。氣化層的過(guò)渡層也不厚壓連續氣化工藝,其流程和設備與固定床間歇氣化基本相同。其高溫來(lái)源于熱輻射,溫度曲線(xiàn)較平是四次方函數方程,過(guò)渡發(fā)生爐內料層自上而下可分為五個(gè)層帶:干燥層、干餾層、還層以上的熱炭層溫度來(lái)源于熱氣流的對流給熱,溫度曲線(xiàn)較陡原層、氧化層、灰渣層。圖1所示為富氧連續氣化生產(chǎn)工藝流是對數函數方程。氣化有效利用的高溫炭層厚度可由氣化劑輸程圖1。原料焦炭經(jīng)破碎、篩分后,由皮帶運輸機送到煤氣人速度控制發(fā)生爐頂部料倉里,由加料斗經(jīng)自動(dòng)加料機自動(dòng)地、周期性地在煤氣爐內,富氧空氣、蒸汽、煤炭的化學(xué)反應式如下:從頂部加入固定層煤氣發(fā)生爐。然后從空分裝置來(lái)的氧氣與造C+O,=CO,+40808kJ(1)氣風(fēng)機來(lái)的空氣混合配制成的富氧空氣(一定的體積分數,并中國煤化工(2)控制合適的汽/氣比)連續上吹進(jìn)入爐中,焦炭和富氧空氣進(jìn)CNMHG(3)行不完全燃燒產(chǎn)生大量的熱量,溫度升高,供蒸汽在熾熱的炭+H2O=C0+H2-118.8kJ(4)中分解,制得半水煤氣。水煤氣從造氣爐上部出來(lái)后經(jīng)過(guò)除塵C+2H2O=CO2+2H2-75.2J富氧空氣與煤炭在氧化層內發(fā)生放熱反應如式(1)和式(2)廣州化工013年9月以獲得足夠的熱量供應蒸汽與灼熱的煤炭在還原層發(fā)生(3)~的同時(shí),在現有條件的基礎上,總結前人的經(jīng)驗教訓,要對設(5)反應,當放熱、吸熱反應基本達到平衡時(shí),氣化過(guò)程便會(huì )備、技術(shù)及工藝有所突破。前面提高的成本問(wèn)題,而隨著(zhù)科學(xué)連續平穩的進(jìn)行,最終生成氣體達到半水煤氣反應平衡。提高技術(shù)進(jìn)步,環(huán)境出現了一系列變化:一是裝置技術(shù)含量大幅度燃料層高度將有利于反應式(3)、式(4)的發(fā)生,對降低半水煤提高;二是制氧成本大幅度下降,由0.6元/m3下降到氣中的CO2有好處,同時(shí)為了符合半水煤氣成份的要求,富氧0.25元/m3;三是煤價(jià)翻了兩翻,中塊煤由原來(lái)的20元/t升空氣中的O2含量需嚴格控制,一般控制在47%~52%。至800元/t、粉煤由100元/升至450元/t;四是型煤制造技術(shù)發(fā)展飛速。新的歷史條件和歷史使命注定了富氧氣化技術(shù)將重3我國富氧連續氣化技術(shù)存在的問(wèn)題新煥發(fā)出勃勃生機,為我國煤化工事業(yè)的發(fā)展增加活力。在此歷史條件下,國內一些企業(yè)奮起直上,目前已經(jīng)取得了較好的富氧連續氣化工藝的諸多優(yōu)點(diǎn)使其受到國家發(fā)改委和企業(yè)的關(guān)注,比如:煤種和粒度適應性廣;不存在環(huán)境污染,環(huán)保成績(jì)。(1)福建三明化工有限公司于2007年采用型煤〔煤球〕效益明顯;單爐生產(chǎn)能力大;碳的轉化率高;工藝簡(jiǎn)單、爐況穩定、便于操作等等。其消耗指標、技術(shù)指標比值、成本、投進(jìn)行富氧連續氣化,運行情況還算正常。開(kāi)3~4臺300資、排放對環(huán)境的影響情況等方面都明顯優(yōu)于傳統的空氣間歇3200mm爐,所產(chǎn)半水煤氣與老系統并網(wǎng)。單爐小時(shí)發(fā)氣量氣化技術(shù),有望將其取代6。但是,在發(fā)展的過(guò)程中還是不為:900m,噸氨煤耗為1.5t斷出現很多問(wèn)題,企業(yè)發(fā)展呈現大起大落的態(tài)勢。主要問(wèn)題有(2)武漢風(fēng)飛煤化工有限公司研制的富氧空氣間歇氣化技術(shù)是在原有空氣間歇氣化的條件下,加入適量的富氧空氣(僅以下幾個(gè)方面。下吹階段不加富氧空氣)。此技術(shù)已在漸江省清華化工有限公(1)生產(chǎn)成本偏高。一是裝置不合理、熱損失大、有效氣司應用,據介紹效果較理想,其半水煤氣中CO2的體積分數在體成分達不到要求;二是煤價(jià)較低,而制氧成本偏高,用價(jià)格9.0%以下,(CO+H2)體積分數為75.8%。偏高的氧來(lái)節約用煤,生產(chǎn)成本不合算;三是富氧氣化CO2偏(3)黑龍江黑化集團公司是以焦炭為原料,7臺Φ300mn高,脫碳系統成本升高。爐全部采用富氧連續氣化,相應配1套12000m3/h空分裝置,(2)氣化始終處于常壓,雖然是連續氣化,仍具有碳轉化空分和合成系統4臺離心壓縮機均采用國外透平拖動(dòng),造氣爐率低、能耗高的缺點(diǎn)余熱回收采用的是熱管鍋爐,能生產(chǎn)2.5MPa蒸汽供尿素使3)若原料為型煤,氣化中如果造成爐上部溫度過(guò)高,工用。此裝置于199年打通工藝并投產(chǎn)在不斷改造不斷完善的藝惡化。因為型煤的熱穩定性、熱強度都較差,爐內炭層表面情況下,單臺爐產(chǎn)氣量已超過(guò)設計值。會(huì )形成粉狀或爛泥狀料層,造成氣化阻力升高,使工藝迅速惡(4)河南能信節能科技有限公司推介的局部富氧雙向氣化化工藝,雙向氣化連續制氣工藝通過(guò)吹風(fēng)、上吹、下吹、二次上(4)煤氣中氧含量超標,危害大。富氧連續氣化所產(chǎn)生的吹(吹凈)和回收等5個(gè)階段循環(huán)來(lái)達到連續制氣的目的,噸煤氣中,氧含量是比較低的,其體積分數一般只有0.2%,但氨節約標準煤100-150kg,順帶減少了CO2的排放量是是由于富氧空氣的氧含量較高,一旦氣化不完全,會(huì )出現過(guò)氧25kg/噸氨,可以減少煤炭消耗,降低合成氨的成本,還可以速度快,煤氣中氧濃度高,給后續工段帶來(lái)極大的安全隱患。顯著(zhù)減少二氧化碳的排放。已經(jīng)有部分企業(yè)投產(chǎn)使用。(5)煤氣中二氧化碳含量高。富氧連續氣化生成的煤氣中5)江西昌昱實(shí)業(yè)有限公司具有獨立產(chǎn)權的純氧連續氣化氧化碳體積分數高達1%-20%,其帶來(lái)的主要危害是壓縮(純氧+蒸汽)水煤氣工藝,利用昌昱專(zhuān)門(mén)設計的常壓固定床機功耗增加、變換工段蒸汽消耗高、脫碳工段負荷增大。針對煤氣爐,以無(wú)煙煤作氣化原料,以純氧(>996%)和水蒸氣作該缺點(diǎn),只要在設計過(guò)程中充分考慮,不會(huì )對生產(chǎn)造成太多影氣化劑,在煤氣爐內高溫連續氣化生產(chǎn)高質(zhì)量水煤氣。純氧+響,僅是造成生產(chǎn)能耗高蒸汽生產(chǎn)水煤氣有效氣體含量高,一氧化碳和氫在80%6)煤氣中甲烷含量高。富氧連續氣化生成的煤氣中甲烷84%,氮氣含量≤0.5%。體積分數>2%。對于大氮肥企業(yè),可以采用液氮洗工藝脫除,該工藝可采用焦炭、半焦(蘭炭)、無(wú)煙塊煤、型煤等原但是,目前中小氮肥企業(yè)對脫除甲烷沒(méi)有太好的方法,只能通料,原料煤適用性廣,且灰渣殘炭量低于常壓固定床煤氣爐及過(guò)增加合成放空氣量,來(lái)解決這一問(wèn)題。這就造成了合成工段其他各種氣化工藝。同時(shí),該技術(shù)不以氮氣為載體,熱損失電耗增加。同時(shí),甲烷含量高這一特點(diǎn)也決定了采用富氧連續小,節能明顯。純氧連續氣化爐床層蓄熱能力強,出氣溫度氣化不適用于高醇氨比的聯(lián)醇工藝。低,顯熱損失少,氧化放熱與蒸汽分解可同時(shí)高效率進(jìn)行,蒸4我國富氧連續氣化技術(shù)的發(fā)展汽分解率高達75%~80%。比間歇氣化高出30%左右,相比富氧連續氣化高出20%左右由于富氧連續氣化發(fā)展四十余年來(lái),爐型沒(méi)有大的技術(shù)進(jìn)(6)上海東景化工科技有限公司的型煤純氧連續氣化在前步、流程沒(méi)有大的變化,需要的是企業(yè)依托現有條件,改造現基礎上對現有設備和工藝進(jìn)行系統的改進(jìn),包括:煤氣爐的有設備。因此有些條件不具備或有所欠缺的企業(yè)設備停運或運高徑比、爐篦設計、自動(dòng)加煤機、連續富氧氣化與間歇氣化自行不理想,比如:黑龍江化肥廠(chǎng)和長(cháng)山化肥廠(chǎng),共有13臺由切換裝置、夾套鍋爐采用管式高壓夾套、采用P-Ⅵ型混合Φ300m富氧爐于2003年全部停運;開(kāi)封化肥廠(chǎng)于2008年噴射器、洗氣塔采用空塔噴淋技術(shù)、油壓控制閥門(mén)的選型、空新上4臺2743.2m,采用小塊煤富氧氣化,所產(chǎn)半水煤氣氣分離設備、后工序的要求等等各個(gè)方面都進(jìn)行了改進(jìn)設計與原空氣間歇氣化爐的半水煤氣并網(wǎng)送入后工序,運行情況并取得了良好的中國煤化工不理想;河南平頂山化肥廠(chǎng)開(kāi)3臺30m富氧氣化爐,運5結語(yǔ)CNMHG行情況一般,不太理想;云南解放軍化肥廠(chǎng),因效益問(wèn)題于2008年富氧氣化爐全部停運。(1)介紹了富氧連續氣化技術(shù)的原理和工藝流程,并論述但是,我們并不能固步自封。在建廠(chǎng)初期要進(jìn)行謹慎選擇(下轉第36頁(yè)廣州化工2013年9月需要自主研發(fā)新型有效的回收系統,提高回收效率。5.4提高焦爐煤氣資源的利用5.1研發(fā)推廣高效回收工藝技術(shù)未來(lái)煉焦工業(yè)的發(fā)展將提高煉焦煤器的利用率和焦爐煤氣首先是要加強新技術(shù)、新材料和新設備的研究開(kāi)發(fā),并提的附加值。其中,煤制烯烴將會(huì )成為我國現代煤化工企業(yè)未來(lái)高新技術(shù)、新設備的應用范圍,推廣利用率。比如,能夠將脫重要的發(fā)展方向。加快煤化工技術(shù)的研發(fā),優(yōu)化新型高效的生硫效率提高的95%以上的負壓脫硫技術(shù),從而降低了能源資源產(chǎn)工藝路線(xiàn),提高催化劑的性能,建設焦化行業(yè)中新的工業(yè)發(fā)的浪費。又比如,利用導熱油精餾技術(shù)代替原有的干餾工藝展產(chǎn)業(yè)鏈條。等。拓寬焦化企業(yè)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈,提高焦化企業(yè)生產(chǎn)和焦爐化產(chǎn)回收技術(shù)的專(zhuān)業(yè)程度,未來(lái)焦化企業(yè)的生產(chǎn)方向以焦炭→化6結語(yǔ)工產(chǎn)業(yè)的一體化和多元化。提高煤氣焦油深加工中的菲系、芴隨著(zhù)我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展和社會(huì )的不斷進(jìn)步,我國現代化系等稠環(huán)化合物,推廣間接蒸氨和負壓蒸氨的工藝技術(shù)建設的進(jìn)程進(jìn)一步加快,焦爐煤氣等資源需求量不斷提高,提5.2跟蹤前沿回收技術(shù)高焦化的生產(chǎn)水平和化產(chǎn)同收的技術(shù)水平,能夠提高焦化企業(yè)到目前為止,焦化行業(yè)中能源的加工和轉換率是我國能源的經(jīng)濟效益。不斷研發(fā)和改進(jìn)焦爐化產(chǎn)回收系統技術(shù),適應了加工轉換率最高的行業(yè),已經(jīng)超過(guò)了97%。但是焦爐化產(chǎn)的回我國可持續發(fā)展的原則和政策。收效率還比較低,沒(méi)有市場(chǎng)競爭力,因此,我國焦化行業(yè)還需要提高化產(chǎn)的回收利用率,加強加快高新回收系統技術(shù)的研參考文獻[1]范曉蔚龐振平粗煤泥回收工藝在白龍礦業(yè)選煤廠(chǎng)的應用[J.價(jià)5.3完善脫硫工藝技術(shù)值工程,2013(13):7-9[2]姚海生,李建英,薜亮,等F-5W型浮選機在太原選煤廠(chǎng)的應用現有的PDS脫硫法盡管在煤氣脫硫中的效率比較高,但是J].山西焦煤科技,2009(10)9-10這種脫硫法存在著(zhù)一個(gè)難題,就是處理脫硫廢液的問(wèn)題,在未[3]于曉東,李功民,趙躍民干法重介質(zhì)分選機對寬溝礦超低灰煤的來(lái)更為先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)的指導下,必然要完善現有的PDS脫硫分選[J].潔凈煤技術(shù),2012(06):2-13.法。目前多數企業(yè)在煤氣脫硫廢液的回收利用方面以脫色、濃[4]丁建偉王小斌梁世紅平朔二號井選煤廠(chǎng)煤泥水處理系統的改縮和結晶等工藝為主,這幾種回收利用的工藝方式均存在處理造[J].潔凈煤技術(shù),2012(06):3-5量小、純度不高等問(wèn)題,這些問(wèn)題都需要進(jìn)行改進(jìn)和完善,從5]孫常松,蔣涵元張寧保德選煤廠(chǎng)南區降低介耗的措施[J潔凈而實(shí)現焦化產(chǎn)業(yè)的清潔高效生產(chǎn),提高焦化煤等資源的利用效煤技術(shù),2012(06):10-12率,適應和遵循可持續發(fā)展的政策要求。(上接第30頁(yè))了富氧連續氣化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。由于國家發(fā)改委已經(jīng)將固定床[2]李永恒,富氧連續氣化技術(shù)應用情況調查[J].化肥設計,2012間歇氣化技術(shù)列為了限制發(fā)展的落后技術(shù),各地區均開(kāi)始限制10(5):42-45采用固定床間歇氣化技術(shù)工程項目的審批,因此采用新的工藝3】李水恒富氧連續氣化技術(shù)在應用中存在的問(wèn)題探討門(mén).化肥工技術(shù)和原料路線(xiàn)改造這些老廠(chǎng)勢在必行。對于是否選擇富氧連業(yè),2010,37(1):51-54續氣化技術(shù)應該視企業(yè)可以獲得的原料煤的特性、價(jià)格及企業(yè)[41陳保慶富氧連續氣化工藝及操作問(wèn)題探討[.中氮肥,20的實(shí)際情況確定。(5):35-36[5]周孟仁,煤炭常壓固定層富氧連續氣化技術(shù)的展望(上)[J].小氮(2)富氧連續氣化技術(shù)還存在許多問(wèn)題,但是企業(yè)不能固肥設計技術(shù),2001,22(3):9步自封,應在自身現有條件的基礎上改良設備、采用新工藝。[6]周孟仁煤炭常壓固定層富氧連續氣化技術(shù)的展望(下)[U].小氮國內一些企業(yè)已經(jīng)取得了不錯的成績(jì),可以考察后推廣。粑設計技術(shù),2001,22(4):3-9參考文獻[1]由順利,苗興旺富氧連續氣化工藝的利與弊[J].氮肥技術(shù)2008,29(6):10-12中國煤化工CNMHG