富氧连续气化技术应用情况调查

Oct. 2012化肥设计第50卷第5期●42.Chemical Fertilizer Design2012年10月节能技改富氧连续气化技术应用情况调查李永恒(全国造气技术咨询部，上海200062 )摘要:简述了富氧连续气化技术的工艺原理和工艺特点;调查了富氧气化炉的使用情况;探讨了富氧气化炉应用中存在的问题。结果表明,富氧连续气化炉的运行效果有待商榷,欲新建富氧气化炉的企业应谨慎决策。关键词:固定层煤气炉;富氧空气;富氧连续气化;间歇气化;气化强度;煤耗;调查doi :10.3696/j. issn. 1004 - 8901. 2012.05. 014中图分类号: TQ546. 2文献标识码:A文章编号:1004 - 8901(2012)05 -0042 -04Investigation on Application Situation for Continuous Oxygen +rich Gasification TechnologyuI Yong-heng( National Gasification Technology Consulaion Department, Shanghai 200062 China)Abstract: Author has brielly deseribed the proess prineiple and process features for continuous oxygen -rich gasifcaion technology ; has investigatedthe application situation for oxygen +rich gasifier; has discussed the existing problems in application of oxygen -rich gasifier. Result indicates that operatingeffect of the continuous oxygen-rich gasifier shall be held to discuss, the enterprise that intends to newly construct an oxygen -rich gasifier shall carefullymake his deisive poliey.Key words :coal gasitfier with fixed bed ; oxygen-ich air; continuous oxygen-rich gasifieation; intermittent gasification; gasification intensity; coalconsume ; investigationdoi:10. 3696/j. issn. 1004 - 8901.2012. 05.014我国煤气化领域中有多种形式的气化方法，有47% ~52% ,最终生成气体达到半水煤气反应平成功的经验,也有失败的教训。富氧气化技术从上衡。富氧空气、蒸汽煤炭发生的化学反应式如下。世纪60年代在我国固定层煤气炉.上开始成功应C+O2 =CO2 +40 808 kJ(1)用,50多年中多次出现大起大落，给一些不明真象2C+O2 =2C0 +246.4 kJ的企业造成重大的经济损失。近年来有关富氧连C+O2 =2C0- 165.7kJ(3)续气化技术,某些设计单位和该技术的开发单位宣C+H2O=CO+H2-118.8 kJ(4)传报导的文章较多,其内容的真实性值得研究和商C +2H2O=CO2 +2H2 -75.2 kJ(5)榷,因为有些文章在介绍时,夸大其中的利,对应用富氧空气与煤炭在氧化层内发生放热反应如中的弊则避而不谈。在近些年的各种技术交流会式1和式2,以获得足够的热量供应还原层，使反应上,许多代表曾向笔者咨询有关富氧气化技术的问式2、式3和式5得以进行,提高燃料层高度将有利题,为了让更多厂家了解富氧连续气化的真实情于反应式3和式4的发生,对降低半水煤气中的况,笔者将该技术的实际应用情况介绍如下。CO2有好处。1气化原理2工艺特点在固定层煤气炉内，当富氧空气与煤炭燃烧产实现富氧连续气化后,由于取消了空气吹风阶生放热反应的同时,蒸汽与灼热的煤炭产生吸热反段，减少了因吹风燃烧炭的损失,气体带出物减少和应，两反应基本达到平衡时，气化过程便会连续平作者简介:李永恒(1936年- ),男,江苏镇江人,高级工程师,从事第5期李永恒富氧连续 气化技术应用情况调查●43.炉渣含炭量的降低等原因,使炭的利用率得到提表1 2种制氧装置性能比较高，煤耗有所降低。另外,由于气体空速低,可以应300m31000 m1500m’3500m序号项目用小粒煤和型煤进行气化。VPSA深冷VPSA深冷VPSA 深冷VPSA 深冷由于该技术是连续气化,炉温相对比较稳定，1 02.4/%9399.693 99.69399.69399.6蒸汽分解率比空气间歇式气化要高。另外，因为高电耗/(kW.h)>m-30.43 0.79 0.42 0.7 0.41 0.650.4 0.温煤气全部进入废锅,余热回收效果好(原中氮厂3水耗/. h-110 405015075300 120450大直径煤气炉的流程下吹煤气的显热未回收),因4启动时间/h<1 12<1 36l 36连续运行时间/h 8000 4000 80000 7500 8000 8000 8000 8000副产蒸汽量增加，氨系统可以实现蒸汽自给(理论6占地面积/m2120 300.22020002502400 4002700推算)。7综合投资/万元60 600 83013901100185020002600该技术选用ZL型自动加煤机,可以恒定炭层高度,有利于富氧气化;选用不停炉下灰装置,可以4应用统计达到连续气化的要求。另外，减少了许多自动阀曾经使用过富氧连续气化技术的单位及其相门,简化了工艺流程,降低了系统故障率,减少了设关统计数据见表2。备维修费用。富氧连续气化工艺流程见图1。表2富氧气化技术的应用单位及数据空气煤炭气化炉规格，气化炉应用单位应用时期φ/ mm数量/台氧句一富氧空气混合器一鼓风机-一蒸汽混合器一气化炯1 太原化肥厂上世纪60年代初36002长春第 一汽车制造厂60年代3A-13型.[气柜]-一选涤塔一[废锅]← -除尘器3吉林化肥厂3 0004淮南化肥厂70年代3 0000图1富氧连续气化工艺流程5云南解放军化肥厂6黑龙江化肥厂1994年3氧气来源7四川大竹化肥厂1996年2 400氧气的来源有2种情况,一是有的企业内部其8江苏武进化肥厂他工序中有多余的氧气,可直接将氧气引入原固定9河南平顶山 化肥厂1998年层煤气炉应用,此方案最好,既经济又实用;二是新10吉林长山化肥厂2001年建制氧系统,目前较多采用2种制氧方法:①传统的深冷空分制氧;②变压吸附制氧。变压吸附制氧5问题探讨原理:利用分子筛来吸附空气中的氮,在加压下吸5.1半水煤气成分附量大，减压下吸附量小的原理，经反复压力变化，富氧连续气化后所生成的半水煤气成分中,CO把空气中的氮选择吸附、再生，实现氧气提纯。变和CO2体积分数偏高给后续生产工序带来麻烦。各压吸附制氧与深冷空分法制氧对比见表1。种气化方法生成的半水煤气成分见表3。表3各种气化方法生 成的半水煤气成分序号气化方法煤种C02,4/% 02.4/%C0,p/% H2.φ/% N2,q/%CH4,4/% H2S,q/%1固定 层空气间歇气化法块煤5-70.431-3436-4118-211.01~2(g/m3)煤棒12-13.423 ~3237 -4017~222-30.8-1.0碳化煤球27 ~2838-3919 -221 ~32~6粘结剂煤球8~1025~2937- 4018-201-2.52 ~52 富氧空气连续气化法块煤或焦炭13~19.70.334~45 .28~3610~141~2煤球160.30.339140.53鲁奇炉加压气化法褐煤24.825.338.71.28.70.74恩德炉气化法20.510.229.8937. 641.97). 165陶氏两段炉气化法2310.11 500x(10~6)6德士古气化法 !粉煤浆17.45.435.11. 1●44.化肥设计2012年第50卷(1)由表3可见,富氧连续气化所生成的半水化肥厂富氧炉为例,设计年产合成氨18万t,全年仅煤气中CO2高达13%~16%，最高可达到19.7%。因CO体积分数过高,变换炉多支出蒸汽费用达40由于CO2体积分数过高,不但给脱碳工序增加了负荷,而且影响到合成工序中压缩机运行效率(- -般5.2气化强度可降低10%左右)，必然造成电耗和压缩机维修费根据众多资料介绍和理论计算,富氧空气连续用增加。气化炉比空气间歇式气化炉的气化强度成倍增加,(2)空气间歇气化半水煤气中Co体积分数为根据所用原料不同可增加1~1.5倍。但是,从应28% ~31%，而富氧气化半水煤气中CO体积分数用富氧气化炉的众多厂家来看,实际仅增加5% ~为38% ~44%。由于CO体积分数的增加,必然会30%,有的应用厂家的气化强度还不如空气间歇式导致变换工序中变换炉的负荷增加,不但会使触媒气化炉。 例如，淮南化肥厂增加30% ;黑龙江化肥使用寿命降低,而且使变换炉的蒸汽消耗增加。据厂仅增加4% ;武进化肥厂增加19% ;大竹化肥厂下有关资料介绍，吨氨半水煤气中C0体积分数每增降10%。富氧空气连续气化与固定层空气间歇气加1% ,变换炉多消耗蒸汽约1 kg左右。以黑龙江化的气化强度对比见表4。表4富氧空气连续气化与 固定层空气间歇气化的气化强度对比气化强度单炉日产氨.发气量序号气化炉型/mm原料应用单位气化方法/m3. (m2. h)-1/m'. h-'φ2 650块煤山西晋丰空气间歇气化1 796729 900φ3 000煤棒湖北三宁1 4737510 300煤球安徽淮化富氧空气连续气化1 071547 500福建三明1 285559 000φ3 300湖北双环1 4038712 0005.3 煤耗与投资费用5.6 下灰装置年产20万t氨的各种气化方法的投资与吨氨由于富氧连续气化中间是不中断的,所以必需入炉煤耗对比见表5。选择不停炉下灰装置。表5年产 20万t氨的各种气化方法的投资与吨氨入炉煤耗对比6运行状况吨氨需氧量/m3投资额/亿元 吨氨入炉煤耗/1据相关报道和信息，富氧连续气化炉目前的运1壳牌粉煤 气化法7506.881.42行情况如下。2德士古气化法8706.371.47(1)三明化工有限公司于2007年采用型煤(煤.3灰熔聚气化法6002.10.60球)进行富氧连续气化,运行情况还算正常。开3~4恩德炉气化法7552.40.244台φ3000~φ3200mm炉,氧气来源由三明钢厂供5富氧空气连续气化法5501.901.40给,所产半水煤气与老系统并网。单炉小时发气量6固定层空气间歇气化法 空气1.301.20.为9 000 m' ,吨氨煤耗为1.5t。5.4炉箅(2)淮南化肥厂开3台φ3 000 mm炉，也是用为了使燃料层布风均匀,要求设计出性能好的煤球富氧气化。吨氨煤耗为1.8t,单炉发气量为富氧气化专用炉算。富氧连续气化要求炉箅的高7 000 ~8000 m'/h,度比间歇空气气化的炉算要低些。但是, 多边扇型(3)湖北双环公司开2台φ3300mm炉，用煤炉算虽然高度低,可是炉下带出物多,也不适用。棒富氧气化,单炉发气量为12 000 m'/h。最好还是选用ZL型铸钢炉箅比较适宜。(4)云南解放军化肥厂因效益问题,富氧气化5.5 自动加煤机炉于2008年全部停运。通用型自动加煤机是每个循环间歇向炉内加煤(5)河南平顶山化肥厂开3台φ3000mm富氧的,加煤量和炭层高度难以控制。ZL型自动加煤机气化炉,运行情况不太理想。第5期李永恒富氧连续气化技 术应用情况调查●45.(7)开封化肥厂于2008年12月新上4台已停用。φ2 743. 2 mm气化炉,采用小块煤富氧气化，所产7.3 双床层双向耦合式气化法半水煤气与原空气间歇气化炉的半水煤气并网送以2台固定床气化炉为1组,形成双床层双向入后工序,从炉渣情况看富氧连续气化炉运行情的耦合式气化炉。该技术早在上世纪70年代时在况并不理想。浙江巨化厂应用过,当时采用2台炉用空气间歇气(8)柳州化肥厂2009年12月年改造了几台富化方法进行对吹,其目的是提高蒸汽分解率和半水氧炉,半水煤气与老系统并网送入后工序,运行效煤气有效成分。笔者曾专程前往该厂考察,据当时果不明确。的总工师介绍,双向耦合式气化法，很不理想,不如2台炉分别气化的产气量高,而且易发生事故。因7改进方法此运行了一-段时间,又改回2台炉分开气化。笔者7.1富 氧空气间歇气化技术试想,采用富氧气化方法，进行双床层双向耦合式富氧空气间歇气化技术,该技术由武汉凤飞煤气化是否可行，但笔者还是希望能够成功,笔者将化工有限公司研制,其技术特点是在原有的空气间拭目以待。歇气化的条件下，加入适量的富氧空气(仅下吹阶8结语段不加富氧空气)。此技术已在浙江省清华化工有限公司应用,据介绍效果还算理想,其半水煤气中综上所述，富氧连续气化技术还有许多问题有CO2在9.0%以下,CO+H2为75.8%。实际效益还待解决,故几十年来一直难以推广。 目前各应用厂需要经过长周期运行的检验,才能确定其成功与家的富氧气化炉的半水煤气,都是与老系统间歇空否,笔者希望其尽快成功。气炉并网后送入后序系统的,所以很难区分和确认7.2.上 下吹富氧交换气化技术富氧连续气化的真正效率,文中所介绍的发气量和近来有单位准备试上下吹富氧交换气化技煤耗都是估算值。历史上只有黑龙江化肥厂和长术,并改称其为单炉富氧双向气化。从原理上分山化肥厂为独立系统应用富氧连续气化技术，但独析是可行的,为了解决连续上吹气化,炉上温度偏立系统运行的效果均很不好,均停用了富氧连续气高的问题,采用上下吹交换气化是可以降低炉上化技术。因此,笔者建议准备新建富氧气化炉的企温度，但必须采取一-定的安全措施，否则会发生爆业一定要慎重决策。炸。该技术近年来经有关企业试用,无明显效果收稿日期: 2011-12-12(上接第41页)有效地利用了生产中所排放的低压蒸汽，而且为企6效益测算利用螺杆膨胀发电机组发电，每小时可发电业的采暖及制冷带来了效益,降低了企业的运营成2 500kW. h, 全年以8000 h,电价0.5元/kW●h本,经济效益与社会效益十分显著。(2)目前国内运行的大型化工装置大都存在计，技改的经济效益和环保效益如下。余热浪费的现象,生产过程中大量可以利用的热(1)螺杆膨胀发电机组年发电量2 500kW. hx8000=20x10*(kW. h/a)能被直接排空,既浪费能源又污染环境。使用螺(2)螺杆膨胀发电机组年发电效益杆发电机进行余热回收是提高能源利用率,降低2000万x0.5=1000(万元/a)生产成本，保护环境最直接、经济的手段。(3)该工程产生的经济效益折算标煤约为参考文献:7 000 V/a(按350g/kW●h), 年减少CO2排放量约[1]胡亮光,胡达，陈景坤.螺杆膨胀动力机[P].中国专利:16 630t/a(按0.8316g/kW. h)。Z102230217.4. 2003 -03 -26.(4)全套设备投资约1680万元，不到2年的时[2]郁永章.工程热力学[M].北京:机械工业出版社.2000.间即可收回设备投资,若加上安装及土建等费用，[3] 曹武,刘凯.螺杆膨胀动力机技术的探讨[J].煤气与动力,投资回收期不超过3年。2005 ,25(8) :69 -71.[4]阮建国.螺杆膨胀动力机在冶炼厂的应用技术[J].能源与化7结语