富氧连续气化技术简介

《富氧连续气化技术简介》由会员分享，可在线阅读，更多相关《富氧连续气化技术简介（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、富氧连续气化技术一、富氧连续气化技术简介我国在煤气化领域中，气化方法有多种形式，有成功的经验，也有失败的教训。从上世纪60年代开始富氧气化技术在我国固定层煤气炉上开始成功的应用，在50 多年中，多次出现大起大落。六十年代末吉林化肥厂利用本厂空分富余的氧气在老的间歇造气炉上进行了富氧空气 -蒸汽连续气化制取合成氨原料气取得成功，使单炉生产能力增加了一倍，效果十分明显。之后，淮南化肥厂采用同样的办法，利用自己的多余氧气在老系统中进行焦炭和白煤富氧连续气化试验，均取得成功。1998年黑龙江某化工厂建成一套年产十八万吨合成氨装置。它用焦炭为原料，七台3m富氧连续气化炉，配一套 12000Nm3/h 制

2、氧设备，不但焦炭消耗低， 总投资增加也较少。该装置 1999 年投入使用后效果很好，彻底改变了传统的间歇造气操作和管理，取得了初步成功。二、富氧连续气化原理与工艺特点在固定层煤气炉内， 当富氧空气与煤炭然烧时产生放热反应的同时，蒸汽与灼热的煤炭产生吸热反应，两反应基本达到平衡时，气化过程便会连续平稳的进行。 为了符合半水煤气成份的要求，一般将富氧空气中的 O2含量控制在 4752。富氧空气、蒸汽、煤炭的化学反应式如下：C + O2 = CO2 + 40808KJ 2C + O2 = 2CO + 246.4KJ C + O2= 2CO 165.7KJ C + H2O = CO + H2 118.

3、8KJ C + 2H2O = CO2+ 2H2 -75.2KJ 最终生成气体达到半水煤气反应平衡富氧空气与煤炭在氧化层内发生放热反应如式和式， 以获得足够的热量供应还原层以反应式、进行，提高燃料层高度将有利于反应式、 的发生，对降低半水煤气中的CO2有好处 。实现富氧连续气化后，由于取消了空气吹风阶段，减少了因吹风燃烧炭的损失， 气体带出物减少和炉渣含炭量的降低等原因，使炭的利用率得到提高，煤耗有所降低。另外，由于气体空速低，可以应用小粒煤和型煤进行气化。由于该技术是连续气化， 炉温相对比较稳定， 蒸汽分解率比空气间歇式气化要高。另外，因为高温煤气全部进入废锅，余热回收效果好， 因副产蒸汽量增

4、加，氨系统可以实现蒸汽自给这是理论推算。三、富氧连续气化工艺流程原料焦炭经破碎、筛分后，由皮带运输机送到煤气发生炉顶部焦炭料仓里，由加料斗经自动加焦机定时连续加入固定层煤气发生炉。蒸汽和富氧空气连续进入炉中，焦炭和富氧空气进行不完全燃烧产生大量的热量，温度升高，供蒸汽在炽热的炭中分解，制得半水煤气。自空气鼓气机来的空气与空分系统来的99%以上氧气同时进入混合罐混合成 5055%左右的富氧空气，混合后的富氧空气与来自蒸汽过热器的蒸汽再次混合进入煤气发生炉炉底，混合气温度110140 从煤气发生炉底部来的富氧空气，蒸汽与炉中的碳反应生成半水煤气从炉顶出来进入废热锅炉，将半水煤气由约700（99.5

5、%）471.56Nm311789.0Nm3单炉耗 1964.83Nm3/h 付产中压蒸汽 P=2.5MPa 1.1t 27.5t 外供尿素用产半水煤气量3241.76Nm381044.14Nm3供合成氨甲醇用单炉产气量（ 3m ）6 开 1 备13507.36Nm34.167tNH3/h 台*备注：表中各项数据为黑龙江化肥厂18 万吨/年合成氨各项消耗指标。五、富氧连续气化与间歇气化比较5.1 富氧连续气化的优点(1)煤种和粒度适应性广。不仅可以烧13 25 的小粒煤，而且适合烧机械强度较差的白煤或型煤。从所查文献来看， 大部分企业用的都是焦炭，现阶段焦炭价格较高，很不划算。目前新投产的采用富

6、氧气化的企业都已改为型煤制气。(2)基本杜绝了由于吹风气放空带来的环境污染，环保效益明显。(3)单炉生产能力大。与间歇气化比较，相同炉型单炉产气量可提高 2 倍（理论计算）。但是，从应用富氧气化炉的众多厂家来看，实际仅增加 530。如： 淮南化肥厂增加30。 黑龙江化肥厂仅增加 4。 武进化肥厂增加19。(4)碳的转化率高， 灰渣残炭质量分数可降低至712（河南平顶山飞行化工的灰渣含碳量小于10%） ，而且煤气中的带出物明显减少。(5)工艺简单、炉况稳定、便于操作、维修工作量小。由于气化过程为单纯的上吹， 没有间歇气化的多阶段的切换，因此操作较为简单。由于没有频繁切换的阀门，维修工作量较少，维

7、修费用降低。(6)蒸汽分解率高，与间歇气化相比，蒸汽分解率可提高 10 （55%左右） 。(7)由于采用连续气化，气体成分稳定，特别有利于整个生产系统的稳定。(8)热利用率高，可副产中压蒸汽。5.2 富氧连续气化工艺的主要缺陷(1)虽然是连续气化，但仍是常压气化，不可能摆脱碳转化率低、能耗高的缺点。(2) 煤气中氧含量超标， 危害大。富氧连续气化所产生的煤气中，氧含量是比较低的，其体积分数一般只有0.2，但是由于富氧空气的氧含量较高，一旦气化不完全，会出现过氧速度快，煤气中氧浓度高，给后续工段带来极大的安全隐患。目前，生产过程中为了控制氧含量，采取的措施是提高煤气炉出口温度550，这一措施又造

8、成了原料煤消耗增高。(3) 煤气中二氧化碳含量高。富氧连续气化生成的煤气中二氧化碳体积分数高达高达1316，最高可达到 19.7。由于 CO2 浓度过高，不但导致变换蒸汽消耗增大，给脱炭工序增加了负荷，而且影响到合成工序中压缩机运行效率，一般可降低10左右，必然造成电耗和压缩机维修费用增加。此损失是无法估算的。表 2 各种气化方法的半水煤气成分（ V ）气化方法煤 种CO2O2CO H2N2CH4H2S 固定层空气间歇气化法块煤57 0.4 3134 3641 1821 1.0 12 g/m3 煤棒1213 0.4 2332 3740 1722 23 0.81.0 碳化煤球1213 0.4 2

9、728 3839 1922 13 26 粘结剂煤球810 0.4 2529 3740 1820 12.5 25 富氧空气连续气化法块煤或焦炭1319.7 0.3 3445 2836 1014 12 12 煤球16 0.2 30.3 39 14 0.5 (4) 煤气中一氧化碳含量高。 富氧气化半水煤气中CO 含量为：3844。由于 CO 含量的增加，必然会影响变换工序中变换炉的负荷增加，它不但会使触媒使用寿命降低，而且使变换炉的蒸汽消耗增加。据有关资料介绍，吨氨半水煤气中CO 含量每增加 1，变换炉多消耗蒸汽约 1Kg 左右。按黑龙江化肥厂富氧炉，设计年产合成氨18 万t 计算，全年仅因 CO

10、含量高，变换炉多支出蒸汽费用40万元以上。(5)煤气中甲烷含量高。富氧连续气化生成的煤气中甲烷体积分数2，只能通过增加合成放空气量来解决这一问题。这就造成了合成工段电耗增加。(6)气体中含有苯、萘等有机物。富氧连续气化生成的煤气中苯和萘等有机物含量虽然较低， 但其危害巨大， 而且它的危害在生产初期基本体现不出来，随着长时间累积，其危害将逐步体现出来。其主要表现有以下几点：影响脱硫、变脱工段的再生系统，不易生成硫泡沫；影响脱碳系统，会造成二氧化碳气中苯、萘超标，影响到尿素装置。长时间会影响到合成工段催化剂的寿命。目前中小氮肥企业针对苯、萘等有机物还没有太好的净化工艺。虽然也有研究单位提出可以将天

11、然气净化中的脱苯脱萘工艺用于处理水煤气，但尚处于研究阶段，还没有用于实际生产的工程实例。六、 目前国内富氧连续气化炉运行情况6.1 福建三明化工有限公司于2007 年采用型煤煤球进行富氧连续气化，运行情况还算正常。 开 34 台 3000mm 3200mm炉，所产半水煤气与老系统并网。单炉小时发气量为： 9000m3，吨氨煤耗为 1.5t。6.2 淮南化肥厂开 3 台 3000mm炉，也是用煤球富氧气化。吨氨煤耗为 1.8t，单炉小时发气量为： 70008000m3。6.3 湖北双环公司开2 台 3300mm炉，用煤棒富氧气化。单炉小时发气量为： 12000m3。6.4 云南解放军化肥厂，因效

12、益问题于2008 年富氧气化炉全部停运。6.5 河南平顶山化肥厂开3 台 3000mm富氧气化炉，运行情况一般，不太理想。6.6 黑龙江化肥厂和长山化肥厂， 一共有 13 台 3000mm富氧炉于 2003 年全部停运。6.7 开封化肥厂于 2008年 12 月，新上 4 台2743.2毫米，采用小块煤富氧气化， 所产半水煤气与原空气间歇气化炉的半水煤气并网送入后工序，运行情况并不理想。七、我公司采用富氧连续气化的可行性7.1 氧气量我公司空分车间设计产氧气量4000Nm3/h，外供净化车间2500-2800 Nm3/h （双机满量）， 即可供造气使用的为1200-1500 Nm3/h。富氧造

13、气需要的氧气设计指标为吨氨500-550 Nm3，我公司单炉现发气量 8000 Nm3/h，产氨量为 2.42吨，则需氧量为 1212 Nm3/h。若改为富氧连续气化，发气量增大，产氨量同时增大，则空分剩余氧气不能满足一台造气炉的需要。 只能采用不完全富氧气化， 即把氧气混合到空气中，氧气浓由21%提高到 23-24%之间即可。7.2 设备配套7.2.1 为使燃料层布风均匀，必须使用富氧气化专用炉箅。富氧连续气化要求炉箅的高度比间歇空气气化的炉箅要低些。但是，多边扇型炉箅虽然高度低，可是炉下带出物多，也不适用。最好还是ZL型铸钢炉箅比较适宜。7.2.2 选用 ZL 型自动加煤机， 它可以使炭层

14、高度保持恒定。 通用型自动加煤机是每个循环间歇向炉内加煤的，加煤量和炭层高度难以控制。 ZL 加煤机是连续向炉内加煤的，炉内消耗多少煤，随时补充多少，所以炭层高度可以按预先设定的炭层高度恒定。7.2.3 由于是富氧连续气化，所以必需选择不停炉下灰装置。7.2.4 造气炉改造，保持合适的高径比。富氧连续气化技术是完全上吹，气化剂由下向上恒定在一个压力朝一个方向运动，若炉子本体的高度不够，炉内燃料层较薄，蓄热能力差，易造成炉上温度高，煤气带走了大量的显热， 不利于原料的消耗和煤气的降温，又会因炭层波动而造成结疤挂壁， 严重时需停炉熄火打疤， 影响系统安全生产。河南平顶山飞行化工的煤气炉为3000

15、， 高 5800mm， 夹套宽 500mm，高 2800mm，因使用效果不好，在一次停车检修时炉体和夹套同时加高了 500mm。7.2.5 控制系统改造。在现有间歇循环制气、特殊操作和开、停车的基础上增设富氧气化状态设定键，并能在富氧气化操作状态和空气间歇气化操作状态之间自由切换。7.2.6 配套设施建设。增加富氧-蒸汽混合器、废锅等。八、结语富氧连续气化技术与间歇式气化相比，理论上的优点在实际使用中并不突出， 存在的问题一直没有得到很好的解决。目前各厂的富氧气化炉的半水煤气， 都是与老系统间歇空气炉并网送入后系统的，所以很难区别富氧连续气化的真正效率，文中所介绍的发气量和煤耗都是估算的。历史

16、上只有黑龙江化肥厂和长山化肥厂，是独立系统应用富氧连续气化技术的， 可见独立系统运行的效果很不好，所以两厂均停用富氧连续气化技术了。对于我厂来说，由于氧气量并不是很大，基本只能满足一台炉的需要， 而且现在国内正在使用的富氧炉大部分为 3000及以上直径的造气炉（使用效果并不好）， 尚未发现有 2650的炉子改富氧气化的， 存在风险较大。除此之外，改为富氧气化之后，现有的吹风气回收装置尚未发挥效益就成为闲置。因此建议不改富氧气化，但可以考虑采用富氧空气间歇气化技术，该技术是由武汉凤飞煤化工有限公司， 研制的一种新技术。 在原有的空气间歇气化的条件下，加入适量的富氧空气。 此技术已在浙江省清华化工有限公司应用。据介绍有些效果，其半水煤气中CO2在 9.0以下，CO+H2 =75.8。我公司可考虑将空分剩余的氧气送至造气车间，适当提高氧气浓