我国氮肥行业煤气化技术对比和前景展望

第37卷第4期Vol 37,No.42008年8月.Contemporary Chemical IndustryAugust, 2008我国氮肥行业煤气化技术对比和前景展望*董洪峰,徐淑惠(中国矿业大学化工学院化学工程与工艺专业，江苏徐州2116)要:对我国氮肥行业现有的主要煤气化技 术进行了对比探讨,得出某些煤气化技术的明显缺点,进而指出适合我国国情的煤气化技术的发展方向是加压流化床技术。关键词:流化床;气流床;空气气化;氧气气化;成本回收中图分类号: TQ 44文献标识码: A文章编号: 1671-0460(2008)04 -0406 -04煤气化工艺是合成氨、合成甲醇.IGCC、煤液定床技术需要无烟块煤,原料煤本身价格便高于化等技术的龙头和基础,气化工艺在很大程度上其它煤种，又由于采煤方式改变使得块煤减少，影响煤化工产品的成本和效率，因此研发经济、原料煤的成本提高,经济性也受到了影响;而流高效、低耗、无污染的煤气化技术是发展煤化工化床技术有一定的粒度要求,但其原料煤价格相的前提。对固定床便宜,加工成本又低于气流床,在入炉我国是继德国以后研究开发与应用煤气化煤成本方面有了较好的控制。技术最多的国家，目前主要气化炉型有固定床、表1 4种煤气化工艺所需煤种和煤质要求流化床和气流床3种,对于炉型,有固定床间歇Table 1 Coal and coal quality of four kinds of coal气化炉、灰熔聚、德士古等多种,不同造气方式均gasification technology有各自不同的特点，在国内也有不同厂家采用。项目固定床间歇气化 灰熔聚法水煤浆法壳牌法现在关于煤气化技术介绍的文章已经有很多,本主要适用无烟煤、烟煤、 长焰煤、褐煤至文不再对各煤气化技术进行- -- - 介绍，而是选取煤种焦炭气煤无烟煤4种比较有代表性的煤气化技术进行对比探讨。灰熔点/C>1 200>1250 < 1 250< 1350灰分,%<25<151各煤气化技术的技术对比粒度块煤或型煤<6 mm 200目>70% 100月>90%1.1各煤气化技术煤种适 用范围和煤质要求通过表1可知,从煤种适应性来看,壳牌相1.2气化形式和工艺 条件对比对最宽,其次便是灰熔聚流化床技术,而水煤浆.从表2四可以看出,气化压力以气流床气化技法虽然较宽但考虑其运行周期及气化效率,其煤术最高,流化床次之,固定床最低。气流床技术气种适应性也比较局限,固定床间歇气化只适用于化压力高,有利于系统节能,适宜大型化装置使无烟煤和焦炭。从人炉煤的粒度来看,壳牌法最用,而流化床由于加压问题没有得到很好的解决细,其次便是水煤浆法,第三是灰熔聚流化床法，影响 了其装置的大型化，固定床适合中小型装第四是固定床气化法。置气流床技术在煤粒度方面要求最高,在煤粉通过表2还可以看出,气流床采用纯氧气化加工方面投资很大，能耗和操作费用比较高;固导致了两方面后果:第一,气化温度最高,使煤气●收稿日期: 2008-07-02修订 日期: 2008-07-07中国煤化工作者简介:董洪峰(1988- -),男 ,河北唐山人,就读于中国矿业大学化工MYHC N M H Gsleng 007@126 com。2008年8月.董洪峰,等:我国氮肥行业煤气化技术对比和前景展望407的温度非常高，增加了产品余热回收的难度,增点,因为无论是壳牌技术,水煤浆技术或是其他加了装置的投资;第二,液态排渣,导致了灰渣温气流床技术,都存在着以下几个方面的弊端。第度非常高，使得灰渣的余热回收和处理困难,也一,由于采用纯氧气化，液态排渣,气化温度非常增加了装置的投资。流化床也采用纯氧气化但是高,使得产品和灰渣的温度非常高,这便导致后续其气化温度不高、固态排渣,在余热回收方面相的处理产品与灰渣的换热装置投资非常高,处理比节省了大量资金。起来非常困难;第二,气流床气化要求的煤粉颗粒度非常细,虽然极细的煤粉能带来更高的气化表2 4种煤气化工艺的气化形式与条件效率,但是气流床技术在煤粉加工方面投资也很Table2 Forms and conditions offour kinds ofcoal gasification大,能耗和操作费用比较高;第三,虽然气流床有technology效气体成分比较高,但是对于合成氨工业而言其气化方法有效气体中Co含量非常高，给后续的变换和脱页目固定床灰熔聚法水煤浆法 壳牌法间歌气化碳工段负荷大大增加,尤其是壳牌技术,其更适气化形式固定床流化床气流床气流床合于发电，而不适合合成氨工业。所以气流床技气化压力MPe 0.030.03~10040~8720~-40术在所有煤气化技术中投资是最高的,虽然其技气化温度/心C ~1000 1000~1 100 1300~1400 1400~1600术具有本身的优势,但这些优势却被其弊端所抵气化剂 气+蒸汽纯氧+蒸汽纯氧消,导致其很高资金投入,成本回收周期却很长。排渣形式固态排渣 固态排渣 液态排渣 液态排渣越来越多的学者也意识到了这个问题,有学者详细分析对比了壳牌和固定床之间的经济性对比，1.3 出炉气体组分对比也指出了壳牌在成本回收方面需要相当长的时通过表3可以看出,4种煤气化工艺中气体间。所以笔者认为气流床技术并不是目前我国氮组分壳牌法最好,有效气体可达90%以上,其次肥行业最需要发展的技术,并不真正适合中国国是水煤浆法,有效气体也达80%以上,固定床气青。化法第三,其余是灰熔聚法。1.4.2氧气气化并不优于空气气化表3 4种煤气化技术出炉气体组成在主流的新型煤气化技术中氧气气化占有Table 3 Gas composition of four kinds of coal gasification很大比例,有些学者也认为氧气气化将取代空气气化。但笔者不认同这种观点,氧气气化有自身成分固定床间歇气化灰熔聚法 水煤浆法壳牌法的优点,在最近乃至很长的一段时间内氧气气化不会也不可能取代空气气化,因为第一,氧气气w(CO),%3231.545.2 69.3化虽然带来了高的有效气体组分,但是它同时需w (H):%1537.236.4 22.2要较高的煤气化温度,通过对比灰熔聚法和固定w (C03).%7.06.17.5.5床法可以看出在较低的气化温度下，氧气气化并暂(N+CH).%5.55.0.:10.8没有带来很好的气化效果,反而有效气体组成低于固定床。气流床气化虽然有较高的气化温度和对于气流床技术而言,虽然有效气体含量很气化效率但是在合成气中大部分却是cO,使得高,但是其有效气体中CO含量很高,尤其是壳牌在后续变换工段负荷非常大,得不偿失,反而现法，这对于合成氨工业而言会给后续的变换和脱在气体组成最适宜合成氨工业的仍然是固定床碳工段负荷大大增加,增加了动耗和能耗。显然技术;第二,从经济性来看,氧气气化需要空分装目前气体组分最适合合成氨工业的仍然是固定置,而空分装置需要大量的资金的,只有有实力床气化法。的大中型厂才能使用氧气气化,这也是为什么现1.4气化技术对比结论在固定宋间歇气化拈术环县占据着我国煤气化1.4.1气流床技 术并不真正适合我国国情的七中国煤化工(氧气气化并没有虽然有很多专家学者认为目前气化技术的比空|Y片CNMHG正适应我国国情最高水平是气流床技术，但笔者并不认同这种观还要从空气气化下手。408代化工第37卷第4期1.4.3煤中高附加值芳 香族化合物的回收利用高投资低成本回收,又比固定床技术先进,目前煤中富含高附加值的芳香族化合物,在炼焦最大的障碍便是加压流化床技术尚未很好的解行业中将其回收利用制成产品,其价值远远高于决,影响了装置的大型化发展。如果解决了这一合成氨产品,但是在合成氨的煤气化领域却没有难题，流化床技术便可以适用于各种大小规模的一种技术想到利用这一-宝贵资源,使得高附加值合成氨厂，成为真正取代固定床间歇气化的技的产品转化成了廉价的合成气,尤其是气流床技术。所以发展加压流化床技术是我国合成氨工业术更是以很高的气化温度来使高附加值的芳香煤气化技术的发展方向。族化合物更好的转化成了合成气,这本身就是- -(3)发展充分利用煤中高附加值的芳香族化种资源的极大的浪费。在国家提倡节能减排的今合物的技术。发展这一技术,不仅可以回收高附天,氮肥行业的工作人员更应当重视对于煤中这加值的产品增加生产效益,同时还可以净化煤中些高附加值组分加以回收利用。组分,使得气化效率提高并且无需较高的气化温1.4.4 气化技术在小氮肥企业的应用度,降低了环境污染,提高了有效气体组分。在国纵观我国现有新型煤气化技术,无-不是在家倡导煤的多联产技术的今天,这样的技术将更装置的大型化上下手,如气流床技术,无论是生有利于煤气化技术的进步。产规模和投资规模都是广大小氮肥企业无法承(4)发展空气气化。在较低的气化温度下氧担的，现有流化床技术虽然适合于中小型装置,气气化没有优势,在较高的气化温度下反而得不但是仍然在向大型化发展,广大技术人员都忽视偿失。如果能有效地回收煤中的芳香族化合物,了小氮肥企业对于新型煤气化技术的需求问题,反而不需要很高的气化温度,这样空气气化便有而我国氮肥行业煤气化技术最需要解决的问题了很大的优势。所以要想真正适合我国国情同时并不是大型化的问题,而是如何让占我国氮肥行考虑到我国广大的中小氮肥企业的发展,如果在业大多数的小氮肥企业也能用上先进的、节能空气气化能够得到突破,这对于我国的合成氨工的、环保的煤气化技术,这才是我国煤气化技术业将会是一个革命性的改革。必须要解决的问题。如同我国政府优先要解决我3结束语国9亿农村人民的问题-样,氮肥行业的煤气化技术也要更多的考虑发展更有利于小氮肥企业现在我国国内的煤气化工业正如火如荼的的技术,这样是真正的技术进步。建设中,我国煤气化技术领域目前呈现出百家争2我国煤气化技术的发展方向鸣的局面。传统的煤气化技术依然占据主导地位,新型技术蓬勃发展,国外技术正逐步被本国(1)煤种适应性要强。现在很多煤气化技术技术所取代,相信在我国科技工作者的努力之下如水煤浆技术需要低灰熔点、低灰份的煤种,而我国煤气化技术将取代国外技术,真正适应我国固定床间歇气化需要优质无烟煤,所以我国煤气国情,造福我国工业。化技术要向更适合我国煤种,特别是适合地区煤参考文献种的方向发展。[1]刘功年. 煤气化技术的应用与评述[小].氮肥技术,2006,27(2)优先发展流化床技术。气流床虽然具有(6):9-12.优势,却被自身的缺陷所抵消，而流化床技术在2] 刘卫平.煤气化技术的发展和现状[].氮肥技术,2007,28(5):7-11.原料煤成本、装置投资、余热回收成本以及有效[3] 张金洋。煤气化工艺选择之我见[J].河南化工,2008,25气体组成方面均具有很好的优势,既无气流床的(1):8-10.中国煤化工MYHCNMHG(下转第411页)2008年8月.黄玉:利用余热空调方 式在石化行业的应用前景411在图2余热流量与制冷量的关系曲线中,随.可节约大量基建设备投资,生产出“物美价廉”的着可利用余热流量的增加,通过吸收式溴化锂机“冷水”商品。组制冷能力将大幅提高，同时由图1曲线看出,大量的装置余热如果得以利用,生产的冷媒消耗的电能升幅却不大,显示出余热利用率高。除供厂区使用外,剩余部分还可以在厂区周边的如果“原油集中加工-炼油结构调整技术改宾馆、餐饮、办公楼等冷量需求比较集中的区域,造工程”管网所存留的夏季余热水(95 C )700 th利用北方冬季采暖外管网系统和用户采暖系统,可以利用,则可产生5 800 kW左右的夏季冷负荷将冷媒输送到用户，形成有价格竞争力的商品。(7~12 C )。就可以将多余的余热变废为宝,降低而用户仅需增加风机盘管及少量支管管线即可为装置冷却余热的运行成本。使用。而在其它使用余热的热水站,可以仅在热水本文通过具体工程的方案分析比较,并结合站增设吸收式溴化锂机组、冷却水塔和冷却水采暖地区石化行业装置余热热水站的特点,认为泵,并增加少量必要的土建工程,利用原来热水在夏季温室效应越来越加重,空调使用越来越普站内的热水循环泵、补水泵、补水箱及站内外管遍的北方区域,利用装置余热的制冷空调方式在路阀门系统,使其具备制冷运行系统所需要的功石化行业的应用前景是十分广阔的。能。将其改造成为集冬季取热采暖、夏天取热制参考文献冷的多功能“热水、制冷联合处理站”。通过改造[1]王如竹. 制冷原理与技术[M].北京:科学出版社, 2007.余热热水站，利用原有热水站系统及管网系统，Application of Waste Heat Air Condition Mode in Petrochemical IndustryHUANG Yu(China Petroleum Engineering Co,Ltd,. Fusbun Sub company,Liaoning Fushun 113006 ,China )Abstract: By comparison to the refrigeration and air condition design scheme for the pipe network instrument con-trol center of Crude Concentrated Processing - Refinery Structure Adjustment Technology Revamping Project forFushun Petrochemical Branch Company ,the advantages and shortcomings of diferent refrigeration and air conditinmodes were analyzed and summarized. The appication of refrigeration and air condition mode on actual situationwere analyzed to optimize design and reduce production operation cost.Key words: Rfrigeration air condition mode; Unit waste heat; Operation cost(上接第408页)Contrast and Prospects of Coal Gasification Technology inChina's Nitrogenous Fertilizer IndustryDONG Hong-feng, XV Shu-hui(School of Chemical Technology ,China University of Mining and Technology ,Jiangsu Xvzhou 21116,China)Abstract: This paper stated the existing major coal gasification technology of China's nitrogen ferilizer industry.From the comparison other coal gasification technology's shortcomings are obvious , the development direction ofgasification technology suitable for China's national conditions is t中国煤化工唧.Key words: Fluidized bed; Entrained flow; Air gasifcation; OxTYHCNMHG