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合成氨造气技术展望

发布时间:2017-07-17 18:16

合成氨造气技术展望

刘军

(太原科技大学化学与生物工程学院,山西太原030021)

摘要:我国煤气化水平整体落后,中小型氮肥厂大都采用间歇气化,成本高、技术落后是其共同特点。采用富氧连续气化对这些企业进行改造,加紧国外先进煤气化技术的引进、吸收和消化,这是立足我国合成氨生产的国情,提高国内制造合成氨原料气整体水平的两个重要措施。

关健词:固定层间歇气化; 富氧连续气化; 鲁奇炉; 水煤浆气化工艺

中图分类号:TQ113.2fi+4  文献标识码:A  文章编号:1004-7050(2005)01-0046-03

1存在的问题

    据国家有关部门统计:2000年国内合成氨总产量约2100万t,其中约2/3是由中小型氮肥厂生产的,全年消耗煤焦4000万t以上,是仅次于发电行业的耗能大户。

    这些中小型氮肥厂大多采用20世纪四五十年代美国产的UGI型造气炉和前苏联产的π型造气炉,均属于固定层间歇气化工艺,以无烟煤或?#22266;?#20026;原料,气化剂用空气(或富氧空气)与水蒸气来生产合成氨用的原料气。该气化工艺主要存在以下几方面的缺点:

 a)设备利用率和生产能力低(?#35805;?#20165;为连续气化的50%左右),?#21058;?#32791;量高。间歇气化的一个工作循环包括五个阶段:吹风阶段、一次上吹制气、下吹制气、二次上吹和空气吹净。以粒度25mm~75mm无烟煤为?#21058;希话?#21508;阶段时间分配为吹风24.5min~25.5min,上吹25min~26min,下吹36.5min~37.5min,二次上吹7min~9min。空气吹净3min~4min。其中空气吹风阶段是料层升温阶段,吹风气放空。这个阶段?#21058;?#25972;个循?#20998;?#26399;的1/3。

 b)间歇法的循环程控阀、程控机和工艺流程复杂,设备和阀门的事故率高,维修管理难度大,操作困难,气体成分不容易调节。

    c)间歇法造气炭层温度上下变化大,气体流向周期变化,因此对?#21058;?#31890;度、热稳定性、灰熔点等要求较高。由于机械化采煤技术产生的碎煤多、块煤少,使得块煤价格越来越高,这就导致间歇法造气的成本增高。

    d)间歇法的吹风阶段燃烧部分?#21058;?#32473;造气提供热量,燃烧产生的气体排放到大气,?#21058;?#20013;40%的硫化物和大量的二氧化?#25216;?#37096;分一氧化碳、?#39029;?#30452;接排放大气,对环境造成严重污染。其他的废气,如合成放空气、弛放气、精炼再生气;废水,如造气污水、工艺冷却水,造气炉渣。这些排放物对土壤及地下水都会造成不同程度的污染。

2造气技术展望

    2.1积极推广连续富氧气化技术

    目?#27688;?#21387;吸附制氧技术的问世,降低了制氧设备造价,使纯氧、富氧成本降低,这给中小型氮肥厂采用连续富氧气化技术提供了可能性。

连续富氧气化技术就是蒸汽和富氧空气连续进人炉中,?#22266;?#21644;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。   

连续富氧气化不同于间歇气化,燃烧和制气是同时进行的,有效制气时间长于间歇气化、在操作难度、气化指标、吨氨成本等方面也优于间歇气化。两种造气指标比?#20808;?#34920;1。

以无烟煤或?#22266;?#20026;原料,生产能力年产合成氨18万t。空气间歇气化法需φ3600 mm的气化炉9台(生产能力按3.50t NH3/ (h·台)计算);富氧连续气化炉需φ3000 mm的气化炉7台(生产能力按4.2t NH3/ (h·台)计算),配用1套12000 m3/h的空分装置,供配制成50%的富氧所需的氧气。由于增加了空分装置,使得连续气化和间歇气化一次性投资比约为1.562:1。而建成投产后吨氨成本连续气化和间歇气化之比约为1:1.336。运行1.17年基本可以收回空分装置的投资。

    20世纪60年代末,某化肥厂开始利用本厂空分富余的氧气,在?#31995;?#38388;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1倍,效果十分明显。

    理论和?#23548;?#35777;明:在原有设?#23500;?#30784;上进行技改是可行的。

    2. 2积极消化吸收引进技术,提高煤气化整体水平

    我国煤气化技术总体水平落后,与世界先进技术相比差距甚远。从世界煤气化技术的发展趋势来?#30784;?#22823;型化、加压、适应多种粉煤、低污染和易净化是煤气化的发展方向。国外新开发的气化炉都采用加压气化工艺,它可提高气化强度,增加单炉的产量,节约压缩能耗,减少带出物损失。

    我国先后从国外引进的煤气化技术包括从最早的?#35805;?#22266;定床气化炉到后来的两?#28201;约?#40065;奇炉、U-gas和Texaco气化炉等几乎所有的煤气化技术。用于合成氨制气的主要有固定层加压气化的鲁奇炉和水煤浆进?#31995;?#21152;压气流床气化的Texaco气化炉。

    对于加压气化技术,气化强度?#35805;?#20026;常压气化的4倍~6倍,煤种的使用?#27573;?#23485;、可以气化一些弱勃结性或稍强豁结性的煤种,在2 MPa的压力下,氧耗量仅为常压气化的1/3~2/3,这些都可以大大降低造气成本。对于加压流化床气化技术。Texaeoo气化炉是用于制造合成氨原料气的典型,这种气化技术的显著特点是可以利用机械化采煤产生的大量粉煤。以上两种气化技术各有其特点、关键是加紧国产化的开发研究工作.降低制造成本。

    1987年建成的经改制更名为“天脊煤化工集团有限公司”的原山西化肥厂,引进了德国生产的Ⅳ型鲁奇炉,以贫瘦煤为原料,采用加压气化生产合成氨原料气。然而,鲁奇炉是用来气化褐煤生产城市煤气的,并不适合气化贫瘦煤。建成后的十四年间,进行了640多项技术改进。完成了“大型鲁奇炉制氨工艺技术的开发与应用研究”项目,先后解决了气化贫瘦煤的动力炉停、跳车频?#20445;?#19981;同煤种混配的操作运行规律,输灰螺旋经常堵塞等重大问题。经过十?#25913;?#30340;努力,基本实现了气化炉的国产化。

    1987年投产的鲁南煤气化装置、1995年投产的吴径煤气化装置、1996年投产的渭河煤气化装?#29028;?000年投产的淮南煤气化装置等都属于水煤浆进?#31995;?#27668;流床气化工艺。通过对煤气化引进.技术的消化吸收,对引进装置进行技术改造并使之国产化,我国煤气化技术的研究开发取得了重要进展,如用国产喷嘴替代了?#29992;?#22269;引进的水煤浆气化喷嘴,且技术性能大大优于引进喷嘴;国产洛耐砖替代了从法国进口的气化炉用耐火砖,价格比为0.5: 1。同时我国具备了设计制造磨煤机.气化炉,激冷环,锁渣斗、捞渣机,高、低压煤浆泵,灰水?#29028;?#25991;氏管等设备的能力。

    此外,山西煤化所开发的f 0.3m,f 1.0m灰熔聚流化床粉煤气化工艺。已进人工业应用阶段;?#26412;?#29028;化所开发的f 0. 3 m加压粉煤流化床气化试验装置,也已进行了试验。

3结语

 从国内合成氨的现状出发?#29615;?#38754;要重视中小型老企业的技术改造;另?#29615;?#38754;.应重视引进技术的消化、吸收,立足自主研发和创新,提高国内煤气化技术的整体水平、?#24179;?#25105;国合成氨造气技术的发展。

参考文献:

[1}郭树才.煤化工工艺学[M].?#26412;?化学工业出版社,1992.

[2〕孙正泰.煤炭常压固定层富氧连续气化技术展望[EB/OL]. http://www. chinacp, com/newcn/中国天辰化学工程公司,2004-03-27/200.1-05-18.

Outlook of Coal Gasification of Ammonia Synthesis in China

LIU Jun

(College of Chemical and Biological Engineering,Taiyuan University of Science and Technology,Taiyuan Shanxi 030021,China) ofin

Abstract :Intermittent gasification oxygen enriched air is practicable coal drops back the nitrogen fertilizer industry in China. The technique of gasification of reclaim of oxygen enriched air is practicable in reclaim of the old fertilizer plant. The introduction of foreign advanced  techniques is the other important road.

Key words :intermittent gasification of coal;continuous gasification of coal ;lurgi gas furnace; coal-water slurry gasification.

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