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合成氨节能改性气化型煤生产技术 【摘要】 研究开发化工工业适用节能技术与设备，对缓解资源与环境瓶颈制约、提高我国化工工业技术水平和国际竞争力有重要作用。 合成氨节能改性气化型煤生产技术 一、项目的提出 化工工业年消耗能源占全国总能耗量的10%，其中，合成氨工业占整个化工工业总能耗的一半。以煤为原料的煤造气—合成氨生产技术是我国氮肥工业的主要生产方式，每年消费原料煤（含焦炭）超过2400多万吨 。合成氨是限制我国国民经济发展的高耗能产品，研究开发化工工业适用节能技术与设备，对缓解资源与环境瓶颈制约、提高我国化工工业技术水平和国际竞争力有重要作用。 合成氨煤制气的主要原料是优质无烟块煤，但无烟块煤储量只占煤炭储量的1％左右，且基本集中在山西；无烟块煤产量只占无烟煤产量的30%—40%，而适用于造气的块煤比例更小，已告危机。2003年我国合成氨年产量超过3400万吨，居世界第一，随着煤炭需求迅速增长，合成氨所用的块煤资源供需矛盾日渐加剧。块煤的价格从2002年的300元/吨左右，发展到2003年底每吨块煤800元，截止2004年，甚至出现大面积买不到块煤的形势。块煤供需矛盾的加剧、原料煤成本的提高使许多中小型氮肥企业陷入经济困境，企业迫切需要用新的技术、新的工艺来降低生产成本。 另一方面，由于煤炭开采机械化程度的提高，使得无烟粉煤占了无烟煤产量的60%，堆积如山，不充分利用则严重影响环境和健康。自60年代始，人们着手研究利用粉煤加工成型的型煤制气技术，至今化肥系统有800余套碳化型煤、10余套粘土型煤、60余套清水煤棒生产线在运行。 煤气化合成氨技术在中国始于上世纪三、四十年代，至今已有六、七十年的历史，但仍然落后和发展缓慢。就总体而言，中国煤气化技术以传统技术为主，工艺落后，煤炭利用效率低，环保设施不健全，污染严重。全国有一万余台各种类型的气化炉在运行，中小型合成氨工业中应用水煤气发生炉达4000余台，生产工业燃气的气化发生炉近5000台。由于型煤生产技术落后，制气率低、生产成本高、污染大，绝大部分化肥企业仍采用无烟块煤制气。 因此，开发生产成本低、制气率高的型煤，对以煤为原料的合成氨企业的生存发展起着举足轻重的作用。本项目的开发将改变合成氨化肥制气原料结构，利用资源丰富的无烟粉煤，结合先进的能提高CO2分解率的催化气化技术、能促进型煤中心部位燃烧的增氧技术、能实现型煤自然固化堆放的粘结剂技术生产气化型煤，完全代替资源萎缩、价格昂贵的无烟块煤，其成本为块煤的60%，同时可以极大的降低污染排放。年用煤量30万吨的合成氨企业，仅节能一项可节约资金上亿元。该技术的开发和产业化必将对我国合成氨化肥企业的节能生产、清洁生产，对我国有限煤炭资源的充分利用，产生巨大深远的影响，具有显著的社会经济效益。 二、项目的技术创新性论述 （一）项目基本原理 利用煤炭的均质化处理、热力学、煤化工、表面化学、催化气化技术、促进型煤中心部位燃烧的增氧技术等合成技术与加成效应的综合技术，生产合成氨节能改性气化型煤。 （二）关键技术内容 采用能促进CO2分解率达70%以上的催化气化技术、能促进型煤中心部位燃烧的增氧技术使气化型煤实现催化气体反应、外燃与内燃并举，从而提高碳转化率和有效气体成分；采用由多种不同熔点的金属化合物与钙质材料复合而成的粘结剂，使气化型煤具有很高热稳定性、足够高的灰熔点、足够高的冷机械强度与热机械强度、长期防水、免烘干等性能指标，新生产的工业型煤可直接上垛4M高自然堆放、自然固化。 a、能促进CO2分解率达70%以上的催化气化技术 自行开发了高效水煤气生成催化剂，大幅度提高有效气体成份，CO2分解率比块煤提高了35个百分点。催化剂不仅提高了气体中的有效成分，同时还降低了排放物，降低污染排放。 为了提高气化型煤的燃烧温度，提高CO2化学反应活性，——提高CO2的分解率，达到提高产气量之目地，必须加入相应的催化剂，降低反应活化能。经过反复实验，我们采用了某两种常温下性质稳定的航天用材料加入碳酸钾作为催化添加剂。在高温条件下, 催化剂对煤中的水份进行催化分解，生成氢气、氧气；同时将煤燃烧过程中产生的气体、增氧剂、粘结剂、消烟固硫剂等各种组份产生的气体进行离子交换，生成甲烷、水煤气等可燃气体；所制作的气化型煤，经国家煤炭质量监督检验中心的检验，CO2的分解率在1100达到了75%、73.8%，比块煤提高近35个百分点。 b、促进型煤中心部位燃烧的增氧改性燃烧技术 研制成含氧量高的气化型煤增氧剂及其相应的添加技术，使气化型煤的中心部位在外界温度作用下提供碳转化所需要的温度，促使型煤体内煤炭充分燃烧，实现型煤外燃与内燃并举、同时气化。由于采用了内燃技术，大幅度地提高了热效率，减少了灰渣含炭量（低于8%）。 众