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1、关于水煤浆气化技术应用开发的介绍於子方上海达门化工工程技术有限公司二0一四年元月一、水煤浆气化技术概况（一）水煤浆气流床气化是指煤或石油焦等固体碳氢化合物以水煤浆或水碳浆的形式与气化剂一起通过喷嘴， 气化剂高速喷出与料浆并流混合雾化，在气化炉内进行火 焰型非催化部分氧化反应的工艺过程。具有代表性的工艺 技术有美国德士古发展公司开发的水煤浆加压气化技术、 道化学公司开发的两段式水煤浆气化技术、中国开发的多 喷嘴水煤浆气化技术、多元料浆气化技术、水冷壁水煤浆 气化技术，这些技术以德士古发展公司水煤浆加压气化技 术开发最早、在世界范围内的工业化应用最为广泛。 2 2水煤浆气化反应是一个很复杂的物理和
2、化学反应过程，水煤浆和氧气喷入气化炉后瞬间经历煤浆升温及水分蒸发、 煤热解挥发、残炭气化和气体间的化学反应等过程，最终生 成以CO、H2为主要组分的粗煤气（或称水煤气、合成气）。灰渣采用液态排渣。水煤浆气化制粗煤气技术有如下优点：（1）气化的原料范围比较宽。大部分煤种都可采用该项技术进行气化，还可气化石油焦、煤液化残渣、半焦、沥青 等原料。（2）水煤浆进料与干粉进料比较，具有安全并容易控制的特点。3 3（3）工艺技术成熟、流程简单，过程控制安全可靠，运 转率高。（4）操作弹性大，气化过程碳转化率比较高。碳转化率 一般可达95%99%，负荷调整范围为50%105%。（5）粗煤气质量好，用途广。煤
3、气中有效成分(CO+H2) 可达80%左右，粗煤气后续过程无须特殊处理而可采用传统 气体净化技术。（6）气化压力范围宽。气化压力可根据工艺需要进行选 择，目前生产装置的操作压力等级在2.68.5MPa范围。（7）单炉的投煤量选择范围大。在4503000t/d（干煤 ）之间。（8）气化过程污染少，环保性能好。水煤浆气化工艺示意见图1。4 45 56 6（二）目前我国水煤浆气化技术应用情况我国合成氨行业自二十世纪八十年代鲁南化肥厂引进美 国德士古公司第一套投煤量（干基）318吨/日水煤浆加压（ P=3.0MPa）气化技术以来，随着能源（煤、油、气）价格的变化与原料结构调整的需要，目前水煤浆气化技术
4、应用不 断在扩大，各种水煤浆技术应用情况如下：（1）德士古水煤浆气化技术：见表1。（2）多喷嘴对置式水煤浆气化技术：见表2。（3）多元料浆气化技术：见表3。（4）水冷壁水煤浆气化技术：见表4。从表1-1表1-4中可见水煤浆气化炉的应用已达242台。7 7表1 德士古水煤浆气化炉应用情况序号企 业 名 称所处地点产品规模炉台数现 状1兖矿 集团鲁 南化肥厂山东滕州合成氨、甲醇3已投产2渭河煤化工集团公司陕西渭南合成氨、甲醇5已投产3贵州金工有限公司贵州桐梓合成氨、甲醇3已投产4华鲁 恒升化工股份有限公司 山东德州合成氨1已投产5新疆锦江化工有限公司新疆奎屯45万吨/年合成氨3已投产6中海油华鹤
5、煤化有限公司黑龙江鹤 岗30万吨/年合成氨2建设中7其 他甲醇、丁辛醇等61合 计（28个企业）788 8表2 四喷嘴对置式水煤浆气化炉应用情况序号企 业 名 称所处地点产品规模炉台数现 状1华鲁 恒升化工股份有限公司山东德州30万t/年合成氨1已投产2兖矿 集团鲁 南化肥厂山东德州合成氨2已投产3江苏灵谷化工有限公司江苏宜兴45万t/年合成氨2已投产4中盐集团昆山有限公司江苏昆山26万t/年合成氨2建设中5兖矿 新疆煤化工有限公司 新疆乌鲁木 齐30万t/年合成氨3建设中6新疆心连心能源化工有限公司新疆30万t/年合成氨2建设中7河南心连心化肥股份有限公司河南新乡45万t/年合成氨3已投产8
6、中盈化肥有限河南滑县36万t/年合成氨2建设中9其 他甲醇、发电 、醋酸等78合 计（33个企业）959 9表3 多元料浆气化炉应用情况序号企 业 名 称所处地点产品规模炉台数现 状1兰溪丰登化工股份公司浙江兰溪3万吨/年合成氨2已投产2浙江巨化集团合成氨厂浙江衢州6万吨/年合成氨2已投产3华鲁恒升化工股份有限公司山东德州30万吨/年合成氨2已投产4淮南化工集团有限公司安徽淮南30万吨/年合成氨1已投产5兴茂侏罗纪镁业 煤电集 团陕西榆林30万吨/年合成氨2建设中6夸伦集团天润化肥有限公司内蒙古准格尔旗30万吨/年合成氨2建设中7中盐安徽红四方股份有限公司安徽合肥30万吨/年合成氨2已投产8其
7、 他甲醇、二甲醚等30合 计（26个企业）411010表4 水煤浆水冷壁气化炉应用情况序号企 业 名 称所处地点产品规模炉台数现 状1阳煤丰喜集团临 猗分公司山西运城合成氨1已投运2大唐呼伦贝 尔化肥公司内蒙古呼伦贝 尔18万吨/年合成氨2已投运3中盐集团德邦（江苏）公司江苏连 云港合成氨2建设中4阳煤正元化工集团有限公司河北石家庄合成氨2建设中5中海油天野化工有限公司内蒙古呼和浩特合成氨2建设中6内蒙古乌兰泰安源化工有限公司内蒙古兴安盟合成氨2建设中7其 他甲醇、制氢、 丁辛醇等17合 计（17个企业）281111二、水煤浆气化治理高浓度COD废水的开发与应用（一）现有高浓度COD、氨氮有机
8、废水一般都交有专业污水处理厂进行处理，目前都是采用焚烧处理技术加以处理 ，该处理方法存在如下问题：（1）处理废水的能耗大。在焚烧炉内需用柴油、天然气、液化气或煤作燃料，将 废水焚烧至1000左右进行裂解，据了解处理每吨COD废 水需耗100多公斤（标煤）的能源。（2）存在二次污染的问题。在焚烧处理过程中，容易产生二恶咽等致癌物质，造成1212二次污染。没有根本解决对环境保护的问题。（3）废水处理的成本高。由于处理的能耗大、加上排放尾气处理，故成本较高， 国家物价局批准，吨危废物处置价格为2800元。（二）水煤浆技术焚烧高浓度废水联产合成氨技术开发成功浙江丰登化工股份有限公司（原为兰溪化肥厂），
9、建于 1965年是以重油为原料的小氮肥企业，现合成氨生产能力仅 4万吨/年，产品为碳铵、液氨。2011年康恩贝集团有限公司收购了该企业。2004年丰登公司与西北化工研究院共同开发多元料浆水煤浆气化技术，对原有重油气化装置进行技术改造并取得成功。13132007年丰登公司在水煤浆气化的基础上自主研发了焚烧 高浓度废水联产合成氨技术，多年来对高浓度COD、氨氮等有机废水综合处理、资源利用等方面的生产工艺、安全运行 进行研究与探索，取得了成功。2010年该技术通过了浙江省经信委组织的“工业新技术 认证”，评定该技术属国内首创，处于国内领先水平。该技术 已取得国家发明专利2项，实用新型专利10项。20
10、12年5月丰登公司获得了中国氮肥工业协会、中国环 保产业协会共同赋予的“高浓度废水制水煤浆资源化利用实验 中心”，为拓展工业废水、废渣的试验范围提供平台。 2012年8月丰登公司取得了浙江省环保厅颁发的危险废物1414经营许可证，可以经营涵盖7大类14小项的范围，目前已为浙江省内多家医药、化工企业提供危废处理服务。2012年9月丰登公司委托浙江大学热能化工研究所对该项目生产过程中产生的废水、废气、废渣进行对照监测，其 结论是：（1）排出的废水全部达到国家污水排放标准（GB8976- 1996）三级标准要求，可直接排入设置二级污水处理厂的城镇排水系统。（2）排出的废渣（灰渣）中二恶英、呋喃含量很
11、低，重金属量完全达到国家城镇污水处理厂污染物排放标准（ GB18918-2002）对污泥农用时污染物控制标准。1515（3）该处置技术对合成氨生产线正常生产没有显著影响，气化产品的成分没有明显变化，排放的大气污染物完全符 合国家危险废物焚烧污染控制标准（GB18484-2001）。这项新技术的成功为氮肥企业的转型提升、提高企业效益及社会效益提供了一条十分有效的途径。其主要特点：开拓了一条处理高浓度COD、氨氮有机废水的新技术，与现有焚烧处理方法相比，既没有二次污染，又大幅度降 低处理成本。将废水中COD、氨氮有机组分转化为有效的CO、H2的原料气，可获得资源综合利用、变废为宝、节能节水的明显
12、效果。 1616使氮肥企业调整原料结构与转型提升中取得明显经济 效益（见表5）。社会效益显著，每年减排COD可观（丰登企业年减排 COD40005000吨），可为地方的环境保护做出贡献。1717表5 兰溪丰登2013年主要经济技术指标完成情况生产时间产量（吨）合成氨单耗综合能耗 Kg(标)/t氨氨制造成本 （元/吨）现价产值 （万元）企业利润 （万元）合成氨碳 铵原料煤(kg)电(kwh)13月累计79673117511751563136721223621.1109.446月累计75742979011321557132324643860.3384.579月累计70932709210771461
13、125621902735.7257.719月累计 2263488057113015291315225810217.1751.610月27841062010621460124120301468.7154.8110月累计25418986771127152213152231116858906.41818（一）技术应用的可能性从表14中可见全国现应用水煤浆气化的除浙江兰溪丰登化工与巨化集团合成氨厂二家是小型外，其余均是大型合成 氨的。结合国内现有中小型合成氨的实际生产技术情况与兰溪丰登化工股份公司的应用实践，设计小型实用型水煤浆气化 技术供现有中小型合成氨厂调整原料结构、转型提升是有可 能的。小规模实
14、用型水煤浆气化技术的设计指导思想：三、水煤浆气化在中小型氮肥厂 应用的探讨1919（1）设计选择的气化炉压力与能力要适应中小型老厂技改需求。（2）要充分考虑企业原有变换净化系统的工艺匹配问题。（3）生产操作与控制要简单、可靠、使用、减少建设投资。按以上思路暂设计二个压力等级与二种生产规模，可供各企业选用：（1）气化炉设计P=2.0MPa适合现有P1.31.5MPa变换系统的企业。（2）气化炉设计P=3.0MPa适合现有P=2.12.5MPa变换系统的企业。2020我们在进行的二个企业技改技术项目其工艺流程见图2 、图3。该二项目均是在工业园区内，都是采用水煤浆气化治理 高浓度COD废水技术，一
15、个是制合成氨、碳铵、另一个是制 H2与合成气、都是老厂改造类型，一是合成氨5万吨/年能力 ，另一是1万m3/年H2与1.1万m3/年合成气。该二项目都属原料结构调整与转型升级类。通过改造，企业可以从化肥生产型转向园区的废危处理 中心与供气（H2、O2、N2、合成气）中心。因此，这一技术特别适合搬迁至化工园区的氮肥企业。该二个工程项目的主要技术经济指见表6。212122222323表6 主要技术经济指标序号项 目 名 称单位工程A厂工程B厂1设计规 模t/a处理废水33300处理废水50000设计规 模Nm3/h20%氨水250000t/a工业氢 气10000设计规 模Nm3/h合成气110002主要原料烟煤t/a730001288323产品能耗（标煤）Kg265（吨氨水）692（Km3 H2）4产品能耗（标煤）Kg656（Km3 合成气）5总投资/建设投资万元16478/1435015953/11891*6年均销售收入万元18553304807年均净利润万元32762496*不包括空分投资，氧气由园区提供2424（二）技术应用的经济性通过对二个工程方案设计的研究，结合各企业合成氨成本原材料价格不同的情况，对中小型合成氨厂采用水煤浆加 压气化技术使用烟煤制合成氨的经济性作一个产品制造成本 的分析：（1）无烟煤为原料（固定床）制合成氨制造成本见表7。（2）烟煤为原料（水煤浆）制合成
