型煤气化工艺在合成氨厂的运用

第46卷第1期化肥设计Feb. 20082008年2月Chemical Fertilizer Design●51.型煤气化工艺在合成氨厂的运用陆军(安徽淮化集团合成氨- -厂,安徽淮南232038)摘要:介绍了型煤制作过程 中粘结剂和工艺流程的选定;分析了固定层间歇气化工艺条件的选择要领和炉上温度控制指标;从气化炉出口温度、灰渣残碳含量、气体组分和氧含量的控制等方面,论迷了型堞富氧气化试烧过程;对比了间歇气化和富氧气化的优缺点,提出了型谋气化存在的问题及改进措施。关键词:型煤气化;粘结剂;间歇气化;富氧气化中图分类号: TQ113. 254文献标识码: B文章编号:1004 - 8901 (2008)01 -0000 -04Utilization of Shaped Coal Gasification Process in Ammonia Synthesis PlantLU Jun(The Pint Ammonia Syntheis Plant, Anhui Huairua Group, Huainan Anhui 232038 China)Abstract: Author has intoduced the selections of both the cohesive agent and proces flow during preparing shaped coal; analyzed the selecting gistfor itermitent grificaion procese conditions in the faxed bed and the temperature control index of gaifier; discused the trial combusion proceas for richoaxygen gasification of shaped coal; compared the advantages and sbortages between the intermittent gaification and the rich oxygen gasification, and pre-ented the existing problems of the shaped coal gaifcation and is improved measures.Key words: shaped coal gaification; cohesive agent; itrmitent gaification; rich orxygen gasification综观现有中小型氮肥企业原料路线的技术改1型煤制气技术的使用 背景造,采用粉煤制气是核心,采用粉煤资源加工成型安徽淮化集团公司合成氨- -厂醇氨生产能力煤代替目前焦炭及块煤制气是可行之路。经过几为180 kV/a,采用常压固定层间歇或富氧制气, UCI十年发展,型煤制气技术已日趋成熟。公司经过多煤气炉8台,常压流化床气化粉煤炉1台。固定层方考察调研和测算,确认型煤自产价格可以达到系统气化原料主要以本公司自产焦炭为主,以筛焦560元/t,遂决定采用型煤制气技术,以进一步降 低及外购洗小块白煤为辅。近几年来，国内煤炭供应生产成本。.市场发生了很大的变化,尤其是山西晋城优质块煤2型煤制作日趋紧张,加之运输成本上升,进厂煤价持续攀升, .人炉价格达800元/t以上,已接近公司自产焦炭价2.1粘结剂的选择格。合成氨一厂自1990年开始陆续进行原料路线气化所用原料煤产地不同,品种多变,煤的弹多元化尝试,中块白煤间歇、富氧气化,小块白煤、性和塑性存在很大差异,同时由于灰分中化学组成小籽焦(筛焦)富氧气化相继试烧成功,为公司实现存在差别，与粘结剂相融性也不相同,采用一种粘原料煤综合利用奠定了基础。随着我国采煤机械合剂难以适应复杂多变的煤种，故使用膨润土、腐化程度的提高,块煤生产率下降,无法满足造气对植酸盐及洗精煤等多成分复合粘结剂。块煤的要求,而筛出的大量煤粉却因利用率低而长2.2 工艺流程期积压,造成资源浪费。原料煤由落煤斗经皮带输送机送人粉碎机,粉2003年公司粉煤流化床气化炉投产,由于粉煤碎至- -定粒度后落人双轴搅拌机,在搅拌机内按工干燥及输送系统产生粉尘污染,装置至今仍处于停艺要求中国煤化工润土及当地洗产整改阶段。国内外其他许多成熟的粉煤直接气精煤,MYHCNMHG混合后转入制化技术因初期投资巨大、技术不成熟、运行成本较高等原因,企业难以承受。公司焦炉炉龄即将到作者简介:陆军(1968年-),男,上海人,1988年毕业于安徽淮南联期,合成氨老系统原料路线改造已迫在眉睫。合大学化学工程专业,工程师,从事合成氨厂造气生产技术管理工作。化肥设计2008年第46卷球。由落煤斗经皮带机送人煤球成型机制成煤球移趋势,此时会使型煤受热膨胀导致破碎粉化,因后,经筛子分离碎煤,由皮带输送机送至烘干工序。.此时间不能过长。煤球在烘干机的炉排.上由链条牵引在烘干室内,利(2)下吹时,蒸汽吸收炉面热量,同时将气化用热风炉产生的高温烟气将煤球烘干,落人烘干炉层高热量移向炭层底部,不但减少气体带出的热损底煤斗的煤球由排渣电瓶车分批送至造气系统型失,对稳定气化层高温区十分有利。但若时间过煤专用气化炉,用于制取合成氨原料气。长,气化层高温区下移,炉底温度将持续上升,煤气带出显热增加,特别危害炉箅、炉下中心管、三叉3工艺路线的选定管,尤其是铸铁材质的下吹管线。100 kt/a 腐植酸盐型煤生产线试运行期间,合(3)与气化块煤及焦炭类似，型煤上吹比例要成氨厂组织部分降温型煤(烘干窑温度过高)从煤少于下吹比例，而且.还要掌握下吹时间和下吹蒸汽运皮带系统进行输送测试。由于型煤粘结剂配方用量的匹配。上下吹比例及其蒸汽用量是否合适，尚处于摸索调试阶段及煤运系统折返落差过大,型可以通过观察炉况的变化、上下吹蒸汽分解率分析煤破碎率达50%以上,煤气炉无法正常气化。本着得以验证。根据型煤的煤质分析合理调整上、下吹适用、经济、效益最大化的原则,在现有装置不做大比例以避免气化层超温。150 s循环时间,吹风及制幅调整情况下，割除原自动加焦机及加焦平台,在气各阶段百分比分别为21% 28% .43% .6%和2%。8"气化炉采用吊桶直接投炉的方式进行型煤试烧。4.4 炉上温度控制型煤是由小颗粒煤经过挤压成型的,空隙率大4间歇工艺条件的选择于同体积的块煤,接触和吸附氧的能力远高于块4.1 强风短吹以提高炉内蓄热水平煤。由于型煤热稳定性差,炉上温度控制尤为重根据固定层间歇气化机理,只有选择较高的吹要。以间歇气化为例，在现有型煤质量及高径比条风强度才能产生较高的气化强度。型煤制作初期，件下,炉上温度应小于550 C ,超过此温度,炉内型由于强度不达标，为避免型煤产生爆裂现象,在使用煤粉化现象就特别严重,带出物大量增加,煤气炉原均布炉箅条件下,风量仅为14 000~ 15 000 m'/h,操作弹性变小。更换专用炉箅后,风量提至18 000 ~20000 m'/h。4.5 主要设备根据热平衡关系,要保持较高的煤气产量必须保证型煤固定碳含量-般在62% ~ 68% ,低于无烟足够的吹风量,过高的吹风量可通过吹风百分比来块煤71% ~74%,而灰分在20% ~25% ,也高于块.控制。在不吹翻炭层的前提下,尽可能加大吹风速煤的15% ~18%。因此,理论上型煤气化后灰渣排度,减少二氧化碳与炭接触时间,降低吹风气中一出量要多于块煤。实际生产中，要保持加煤和出灰氧化碳含量,提高吹风效率,实现强风短吹。当型的平衡,炉排系统要有充分的排灰能力。一般来煤质量不好或系统阻力过大时,减少吹风时间,操说，型煤气化强度低于优质块煤制气,为提高气化作上采取加料前后期“风量差"的方法,在一定程度水平和加煤安全,要适当提高料层温度,并通过工上可以减少碳层吹凹、吹翻现象的发生。艺调整使炉内有轻度而疏松的疤块。型煤由粉煤4.2使用合理的蒸汽流量制成,疤块硬度不大,为适应这-工艺，要求型煤专基于提高蒸汽分解率目的，针对型煤粒度均用炉箅具有较强的排、降灰能力和优良的布风性匀比表面积大、放热快、反应时间短等特点,人炉能。型煤制作中使用的添加剂及气化使用的闪蒸.蒸汽做到上吹短而强，下吹弱而长，在提高蒸汽分汽腐蚀性较强，同时系统带出物较块煤成倍增加，解率同时要防止追求过高蒸汽分解率而少用蒸汽因此,应定期清理和密集检修,以确保装置运行的倾向,否则会造成炉内结疤而影响煤气产量。新正常。合成饱和闪蒸汽温度低、带水频繁、杂质多,其蒸汽5型煤富氧气化试烧使用有别于其他型煤气化厂家,如蒸汽流量变送器需定期排污和调零,中心管、下吹管线、洗气箱、燃本公司制作的型煤规格为42 mm x42 mm x烧室应定期放水和清理。26 r中国煤化工化肥厂及三明化4.3循环百分比与时间的选择工的|YHC N MH G。鉴于粘结剂配(1)制气阶段,上吹时煤气将气化层热量及温方及制作工艺不同,型煤的冷、热强度、热稳定性、度移向炭层上部,气体带出显热增加,气化层有上浸水强度与之相比存在较大差距。间歇气化存在第1期陆军型煤气化工艺在 合成氨厂的运用●53●温差变化大、气流方向周期性变化、燃料层热损大，厂家如涡阳、蒙城、临泉及三明使用50 mm x45 mm气化效率低系统带出物多炉下温度过高、吹风气x35 mm规格型煤,其型煤强度与上述厂家相比存.放空造成大气污染、设备利用率低、生产能力不高在较大差距,冷强度只能达到25 ~ 40 kg/球,而外厂等问题。车间根据供氧量及原料特性(粒度偏小)普遍高于60 kg/球,三明化肥厂甚至超过70 kg/球。并结合本厂成熟的操作经验首次在国内对型煤进热强度暂时未 做测定,但在改用型煤专用炉箅间歇行了富氧气化尝试。试烧第二阶段,风量一旦超18 000 m'/h, 炉面及炉5.1 富氧气化工艺内就出现吹凹、粉化加重现象,带出物增加明显,每(1)出口温度 采用吊桶人工直接投炉加煤。日除日常清理外,煤气炉每隔数日还必须停车进行每个加煤周期,操作人员观察炉面及炉内运行状况系统大清理。另外,型煤粘结剂配方的摸索试验造最为直接,采取调节手段最为有效。原则上气道出成型煤质量波动对生成也产生- -定的影响。经过口温度≤700 C ,最高不超过750 C，否则炉面粉化多次从煤运系统输送测试,型煤破损率很大。在现现象严重,不仅增加原料消耗，降低气化效率和有有 型煤强度条件下,采用吊桶人工直接投炉加煤虽效气体组分,而且还会造成单炉氧高,恶化工艺操然保证了型煤入炉粒度完整,但人工加煤停车时间作。在使用闪蒸饱和蒸汽时,采用提高汽气比的方每班在1h以上,每日少生产合成氨近6t,-定程.法,同时合理调节多台富氧炉总用氧量,加强分析度上制约了单炉能力的提高。次数,严格控制人炉富氧浓度。无论采用何种方法,何种粘结剂，最终必须保(2)灰渣残碳当燃料性质、 加料方式一定证型煤质量,只有高强度的型煤才能保证高负荷生时,操作工艺条件成为型煤富氧气化残碳主要影响产,否则不仅带出物多、煤耗多,而且直接影响发气因素。鉴于型煤气化具有炉温低,CO2还原、水蒸气量。 厂家提供的配方仅作为参考,用户必须根据本分解反应条件不良,CO生成量较少、燃料气化不完单位实际,生产出符合工艺需要的高质量型煤。全等特点,具体操作时通过合理选择富氧量、汽气(2)闪蒸蒸汽带水蒸汽管线外接二厂 闪蒸比和富氧浓度,适当控制灰盘转速,控制燃料在炉汽,试烧期间多次出现管网带水事件,不仅恶化工内的停留时间,避免未气化完全的型煤随灰渣排艺操作,而且危害设备内衬,燃烧室内壁及格子砖出,减少碳损失。已有粉化、碎裂现象,系统也曾停车7天处理燃烧(3)气体组分当富 氧浓度和汽气比- -定时，室切线和 上气道耐火砖倒塌事件。闪蒸汽杂质堵随着反应温度升高,H2和CO含量升高,CO2和N2塞仪表导压管 ,蒸汽流量显示经常出现偏差。另外含量下降。温度变化对CO含量影响较大，对其他闪蒸饱和蒸汽影响蒸汽分解率及煤气组分。组分影响较小,温度越低影响越大。当富氧浓度和(3) 煤气有效气体质量下降型煤固定 碳较反应温度- -定时， 汽气比减小,H2含量下降,N2含块煤低 10% ,而灰分高达20% ~25% ,富氧气化后量上升,而CO、CO2含量变化不大;当汽气比和反应煤 气中p(CO2)为18% ~21% ,中(CO +H2)为62%温度- -定时,富氧浓度提高,H2和CO含量升高而~66% ,气体组分质量较块煤有所下降(块煤φCO2含量变化不大,N2含量下降明显。(CO2)≤15%,p(CO+H2)≥75%)。在现有负荷(4)氧含量的控制灰分含 量高的型煤,在氧条件下,2台块煤.1台型煤(3台劣质料)富氧气化，化层内氧化过程中灰分从型煤表面剥离量大且速总管混合气CO2尚可控制在10%以内,随着型煤投度快,灰分对氧气与型煤接触起一定的阻隔作用,运量增加，系统CO2及H2S将大幅上升,后序脱硫、使汽化剂氧化不完全,出口煤气氧含量普遍高于优变换、脱碳系统应准备相应的处理预案。质块煤及焦炭。另外,一次风空气座板阀及煤气三(4)现场操作环境不达标人工加煤时 ,现场通阀内漏对系统氧含量影响最大,开中压蒸汽吹扫粉尘含量大。容煤桶内型煤存在自燃现象,不但增虽然在一定程度上可降低煤气氧含量,但最终必须加入炉消耗,而且还造成现场尘毒超标。多台型煤确保阀头及阀座密封,以彻底消除氧含量高对系统炉运行时,上述情况将更为严重。另外,容煤桶内生产的危害。自燃的及阀杆、吊耳穿中国煤化工销钉强6型煤气化存在的问题MCNMH G充尚需改进8*(1)型煤质量波动及人工停炉加煤 我公司炉单台运行时,60 Vd型煤吊运量使现有2套电动型煤粒度为42 mm x42 mm x26 mm,而省内外同类葫芦处于高频率使用状态,期间已维修多次。一旦●54.化肥设计2008年第46卷7°炉投运,超过100 Vd的型煤吊运量,将使2台电(2)间歇气化吹风气放空,热损失大,气化效动葫芦处于严重超负荷、超频率使用状态。2台型率低,设备利用率低,生产能力小。富氧气化自身煤炉加煤,其煤桶上、下煤周转将占用大量时间,特维持热平衡,热损失小,无吹风气放空,生产能力大。别是每班2~3次集中下灰清理时间段,煤气炉作(3)间歇气化带出物多,灰渣残碳高,炉下温业时间会受到严重影响。度不易控制,气体组分难调节,设备、阀门故障率(6)本公司生产的型煤除冷强度存在差距外,高,维护工作量大。富氧气化流程简单,程控阀少, .浸水强度也远达不到同类厂家浸泡24h单球抗压操作简单稳定,带出物少,残碳低,维护工作量小,.25 kg要求,雨季时型煤输送和吊运应考虑防水措施。有效避免高温对炉下设备的危害。(7) 2台型煤炉运行时,当8"煤气炉大修时,落间歇气化与富氧气化工艺指标对比见表1。炉底滑轮三脚支架(或工字梁组)将阻碍型煤吊桶表1阃歇气化与富氧气化工艺指标对比向7"炉输送,8"炉大修,7"炉只能改焦炭运行。序号项目间歇气化富氧气化(8)多次停炉检修发现，炉下传动设备大涡气体产量m2.h-14 800 2007400 +200轮炉箅、煤气管线及六瓣分布器等磨损腐蚀严重，蒸汽分解率/%51.25 58 ~64型煤制作中使用的添加剂和制气使用的闪蒸汽可3碳气化效率/%7580能是导致设备损坏的主要原因。吨氨燃料消耗/.t-1.75-1.85 <1.30碳利用率/%5387改进措施吨氨氧气消耗(98% )/m' .-1497煤气组分/% CO210.818.6(1)在现有型煤强度条件下,修改型煤吊桶容32. 927.8量,增设定容式加煤机,实现不停车加煤。H243.737.5(2)改进型煤质量,提高型煤强度,降低型煤N。9.5出窑温度,最终通过煤运皮带输送,使用自动加煤CH42.6机提高单炉生产能力和改善现场操作环境。福建CO+H276. 665.3三明化工有限公司2004年曾引进该型煤生产线,经8单炉能力/八.d-1355:带出物/%≤12≤过2年生产摸索,现型煤强度达70 kg/球以上,实现灰渣残碳/%25. 62≤I了加煤机自动加煤。我公司可考察其型煤制作技术。(3)暂停带水闪蒸气使用,改善煤气品质。9结语(4)型煤吊运装置易损件备品应准备充足,及时更换,以确保型煤炉连续稳定运行。(1)型煤技术广泛应用于小型氮肥装置(5)继续调整气化工艺条件,摸索最佳工艺，φ1980mm~φ2600mm煤气炉上,中型氮肥厂于掌握其规律,实现优化操作。2001年首先在江西二化φ3 000 mm煤气炉应用,湖(6)更换阀口为8位的电磁阀集成底版,为下南金信化工6台φ3 300 mm煤气炉以及柳化、贵→步实现富氧气化自动加煤做准备。化智成(湘氮)、巨化等许多中型氮肥厂陆续使用(7)雨季型煤输送和吊运,容煤吊桶加盖,吊型煤制气,其应用效果主要依据各企业制作型煤的装口增设防雨棚。工艺过程和质量。(2)型煤技术经济实用,适合中型氮肥企业工8间歇气化与富氧气化对比艺技术的原料路线,型煤富氧气化在技术、经济、操(1)间歇气化炭层温度变化大,气流方向周期作、维护环保等方面明显优于间歇气化(吨氨成本变化,对原料粒度、热稳定性、灰熔点要求高,而富降低350元/t) ,是型煤制气的发展方向。氧气化适应小粒度原料。收稿日期: 2007-08-09《型煤技术问答》征购良示中国煤化工《型煤技术问答》全面介绍了型煤的制作和气化要点,出版发!。该书为大32K本，彩色封面,全书文字约20万，目前尚有余量,拟降价出售。每本由...L.CNMH G2元,20本以上每本20元，售完为止。欲购者请预先电话联系。通讯地址:湖南省株洲市天元区天台路邮政新村7栋102号,邮编: 412007 ,收款人:李永恒,电话:0733 - 8824977