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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 1
2、2000Nm 3/h 制氧设备， 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02 含量控制在47%? 52%。富氧空气、蒸汽、煤炭的化学反应式如下：C + 02 = C02 + 40808KJ2C + 02 = 2C0 + 246.4KJC +。 2= 2CO T65.7KJC +
3、H2O = CO + H 2 T18.8KJC + 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
4、气全部进入废锅，余热回收效果 好，因副产蒸汽量增加，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 50? 55%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110 140 以煤气发生炉底部来的富氧空气，蒸汽与炉中的碳反应
5、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% ）471.56Nm 3付产中压蒸汽？=2.5MPa1.1t上半水煤气量3241.76Nm 3单炉产气量（？ 3n）6开1备小时耗量（/h）备注27.37t单炉耗4.562t/h490kWh1510.0t42.25t18.25t扣除付产0.5t/tNH 3 (12.75t/h)11789.0Nm 3单炉耗1964.83Nm 3/h27.5t外供尿素用81044.14Nm 3供合成氨甲醇用13507.36Nm 34.167tNH 3/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
6、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氧气化的企业都已改为型煤制气。提高2倍（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( 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 5%? 30%。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7%?12
7、%(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
8、。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 C ，这一措施又造成 了原料煤消耗增高。碳体积分数高达高达13%? 16%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109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CO202COH
9、2N2CH4H2s固定层空气间歇气化法煤棒1213碳化煤球1213粘结剂煤球810块煤57块煤或焦1319.7灰富氧空气连续气化煤球160.40.40.40.40.30.23134 3641 18211.012g/m32332 3740 1722230.81.02728 3839 192213262529 3740 182012.5253445 2836 101430.3391412120.5(4)煤气中一氧化碳含量高。富氧气化半水煤气中CO含量为：38%44%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力口，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
10、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。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
11、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： 9000m 3 ，吨氨煤耗为 1.5t6.2 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：7000 ? 8000m 3。6.3 湖北双环公司开2 台
12、3300mm 炉，用煤棒富氧气化。单炉 小时发气量为： 12000m 3 。6.4 云南解放军化肥厂，因效益问题于 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 0 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 4000
13、Nm 3/h ，外供净化车间2500-2800 Nm 3/h （双机满量），即可供造气使用的为 1200-1500 Nm 3/h。富氧造气需要的氧气设计指标为吨氨500-550 Nm 3, 我公司单炉现发气量 8000Nm3/h,产氨量为2.42吨，则需氧量为1212 Nm 3/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
14、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。7.2.4 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
