中小氮肥企业煤制合成氨生产工艺的选择.docVIP

中小氮肥企业煤制合成气生产工艺的选择 陈家仁 （中国神华煤制油化工公司研究院，北京 100011） 0 引言 在我国化石能源资源（煤炭、石油、天然气）储藏中，煤炭含量较丰富（占世界总储量的11.6%），因而大部分中小氮肥企业都采用煤制合成气，而且大多数是以无烟煤的型煤、块煤为原料，配以经典的移动床UGI制气工艺。虽然多年来广大业内人士对这种经典的合成气生产工艺进行了大量的改进，但该工艺仍与当前的发展要求存在一些矛盾，尤其是能源价格的飙升、爆跌，化肥、甲醇价格的低迷，给采用这种气化工艺的中小氮肥企业带来了更多的困难，直接威胁到企业的生存与发展。面对这种威胁，各氮肥企业做了大量的工作，对原有的合成气生产工艺进行了改造或改用了其他气化工艺技术。 作为中小氮肥企业，如何选择好适合自己的合成气生产工艺，对企业今后的发展和增强企业抗风险能力意义重大。以下笔者就中小氮肥企业煤制合成气生产工艺的选择进行分析、总结，并提出建议。 1 目前中小型氮肥企业合成气生产工艺情况分析 1.1 原有气化工艺的改进情况 1.1.1 原料改造 我国围绕合成气原料改造而开展的各类粉煤成型技术始于20世纪70年代，当时取得了好的成绩。以纸浆、石灰碳酸化、粘土、水泥、各种腐殖酸盐类为粘结剂的型煤和挤压煤棒在各氮肥企业的合成气生产中推广应用，其中腐殖酸盐类粘结剂煤球和煤棒等技术目前仍在一些中小氮肥企业广泛应用。 1.1.2 吹风气余热利用 我国中小氮肥企业采用间歇制气的气化炉炉型基本上有两类：一类是原南京化肥厂从美国引进的Φ2740的UGI型水煤气发生炉及后来改进的Φ3000炉，除太原化肥厂采用前苏联引进的Φ3600的гиАП炉外，大部中型氮肥厂都采用这类气化炉；另一类是由前苏联引进的Φ1980气化炉改进的Φ2260气化炉及后来放大的Φ2400、Φ2600、Φ2800气化炉。目前大部分小氮肥企业使用的是Φ2610气化炉。前一类气化炉配备有回收吹风气余热锅炉；后一类气化炉原来也配有余热锅炉，随着工艺上采用“强风短吹”和吹风气中可燃成分含量的降低，改成了只回收显热的蒸汽过热器，如今一些厂又把各气化炉的吹风气统一利用，配合热值较高的合成弛放气在后工序用锅炉回收余热产生蒸汽。在吹风气余热回收的同时，大部分企业利用回收低温余热较为有效的热导管技术实现了“两煤变一煤”（即吹风气余热产生产蒸汽完全替代烧煤的工艺蒸汽锅炉）；前些年又有些企业将锅炉的蒸汽压力提高，即先利用蒸汽压力自产部分生产用电，再将低压蒸汽用于生产合成气。这些措施对中小氮肥企业的节能降耗起到了很大的作用。 1.1.3 富氧连续合成气制造技术 一些原来有制氧设备和焦炭的化肥企业，如吉化、淮化、平顶山及黑龙江黑化、吉林长山都采用过富氧连续制合成气技术，后两个厂由于不产焦炭，外购焦炭或无烟块煤的成本较高，附近又有高活性的褐煤，因而后改为了流化床的恩德气化工艺。富氧连续合成气制造技术如果采用价格较低的无烟块煤或无烟型煤来代替焦炭，可使用原料成本降低，从而降低生产成本。 在降低制氧成本方面，福建三明化工有限公司的尤彪总工程师提出采用近年来我国开发应用较多的变压吸附（PSA）制氧技术较为合理；在最近的一篇论文中，他认为采用PSA制氧+型煤富氧连续制气可以使我国中小氮肥企业的合成气生产技术有一个跨越式的发展。但这里有两方面的问题需要进一步论证：一是关于PSA制氧问题，近年来，我国的PSA工艺技术和设备制造技术（包括规模、阀门、吸附用分子筛的性能等）都有了长足的发展，但制1m3氧的设备投资可能约5000元，这对于经济条件较差的厂来说是不小的支出，设备投资是否再有降低的余地；二是合成气中的CO2含量问题，富氧连续制气合成气中的CO2含量比间歇制气合成气中的CO2含量高6～8%，这部分合成气的压缩功耗增加是应考虑的。把这两方面的问题解决了，就可以消除人们的后顾之忧。 另外，如果把气化炉的压力加到2.0Mpa以上，可能对合成气的生产会更有利，因为吨氨所消耗的合成气压缩功耗（一般常压制气工艺，吨合成氨压缩功耗约1000kw·h）中，从常压到1.0Mpa的压缩功耗就要占到总压缩功耗的20～30%。 1.2 其他气化工艺技术的开发、推广应用情况 20世纪90年代兖矿钽南化肥厂引进美国德士古水煤浆气化技术开始，近20年来，其他煤气化技术在我国得到了快速的推广应用；煤种适应性较广的荷兰壳牌气化炉在我国相继投入运行；德国的GSP气化炉也在设计制造；国内华东理工大学开发的多喷嘴水煤浆气化炉获得了很好的推广应用；北京航天万源煤化工工程技术有限公司的HTL气化炉（规模约800t/d）于2008年10月31日先后在河南宇龙煤化工有限公司和安徽临泉化工股份有限公司顺利投煤试车。这些气化技术的特点：以纯氧、蒸汽为气化剂；煤的粒度约0.1㎜；采用气流床高温、熔渣