富氧连续气化技术简介.doc

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，七台申3m富氧连续气化炉，配一套12000Nm3/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O2含量控制在47%〜52%富氧空气、蒸汽、煤炭的化学反应式如下：C+O2=CO2+40808KJ①2C+O2=2CO+246.4KJ②C+O2=2CO-165.7KJ③C+H2O=CO+£一118-8KJ④C+2H2O=CO2+2H2-75.2KJ⑤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①和式②，以获得足够的热量供应还原层以反应式③、④、⑤进行，提高燃料层高度将有利于反应式③、④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°C从煤气发生炉底部来的富氧空气，蒸汽与炉中的碳反应生成半水煤气从炉顶出来进入废热锅炉，将半水煤气由约700C（＜750°C）降至280C左右经过过热蒸汽预热器再次回收热量后约170C进入洗气箱，煤气洗涤塔将半水煤气冷却至35C送往气柜，经缓冲后进入泡沫除尘器，经过泡沫除尘后送入电滤器将其焦油和灰尘脱除至3mg/m3（标）以下，送入煤气压缩系统。

废锅付产2.5MPa蒸汽外送，造气炉夹套付产0.04MPa（表）蒸汽供造气自用四、富氧连续气化消耗指标消耗指标见表1表1富氧气化消耗指标项目定额（吨氨）小时耗量（/h）备注小块大块焦分级入炉')1.314t27.37t单炉耗4.562t/h电19.6kWh490kWh冷却水60.4t1510.0t锅炉给水1.69t42.25t蒸汽0.73t18.25t扣除付产0.5t/tNH3(12.75t/h)氧气(02>99.5%)471.56Nm311789.0Nm3单炉耗1964.83Nm3/h付产中压蒸P=2.5MPa1.1t27.5t外供尿素用产半水煤气量3241.76Nm381044.14Nm3供合成氨甲醇用单炉产气量（中3m）6开1备13507.36Nm34.167tNH3/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申13〜申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。

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提高2倍(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%女口：①淮南化肥厂增加30%②黑龙江化肥厂仅增加4%③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%(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3) 煤气中二氧化碳含量高富氧连续气化生成的煤气中二氧化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10%左右，必然造成电耗和压缩机维修费用增加1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CO2O2COH2N2ch4H2S块煤5~70.431~3436~4118~211.01~2g/m3固定层空气间歇气煤棒12~130.423~3237~4017~222~30.8~1.0化法碳化煤球12~130.427〜2838~3919~221~32~6粘结剂煤球8~100.425〜2937~4018~201~2.52~5富氧空气连续气化法块煤或焦炭13~19.70.334~4528~3610~141~21~2煤球160.230.339140.5(4)煤气中一氧化碳含量高富氧气化半水煤气中CO含量为：8%〜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加，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6) 气体中含有苯、萘等有机物富氧连续气化生成的煤气中苯和萘等有机物含量虽然较低，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：① 影响脱硫、变脱工段的再生系统，不易生成硫泡沫；② 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③ 长时间会影响到合成工段催化剂的寿命目前中小氮肥企业针对苯、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1煤球)进行富氧连续气化，运行情况还算正常开3~4台①3OOOmm~3200mm炉,所产半水煤气与老系统并网。

单炉小时发气量为：9000m3,吨氨煤耗为1.5t6.2淮南化肥厂开3台①3000mm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：7000〜8000m36.3湖北双环公司开2台①3300mm炉，用煤棒富氧气化单炉小时发气量为：12000m36.4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①3000mm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①3000mm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C2743.2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4000Nm3/h，外供净化车间2500-2800Nm3/h（双机满量），即可供造气使用的为1200-1500Nm3/h富氧造气需要的氧气设计指标为吨氨500-550Nm3,我公司单炉现发气量8000Nm3/h，产氨量为2.42吨，则需氧量为1212Nm3/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722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7.2.3由于是富氧连续气化，所以必需选择不停炉下灰装置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降温，又会因炭层波动而造成结疤挂壁，严重时需停炉熄火打疤，影响系统安全生产河南平顶山飞行化工的煤气炉为①3000,高5800mm，夹套宽500mm，高2800mm，因使用效果不好，在一次停车检修时炉体和夹套同时加高了500mm。

7.2.5控制系统改造在现有间歇循环制气、特殊操作和开、停车的基础上增设富氧气化状态设定键，并能在富氧气化操作状态和空气间歇气化操作状态之间自由切换7.2.6配套设施建设增加富氧-蒸汽混合器、废锅等八、结语富氧连续气化技术与间歇式气化相比，理论上的优点在实际使用中并不突出，存在的问题一直没有得到很好的解决目前各厂的富氧气化炉的半水。