煤化工合成氨的工艺

【专家解说】：气化工艺各有千秋 1.常压固定床间歇式无烟煤（或焦炭）气化技术 目前我国氮肥产业主要采用的煤气化技术之一，其特点是采用常压固定床空气、蒸汽间歇制气，要求原料为?准 25～75mm的块状无烟煤或焦炭，进厂原料利用率低，单耗高、操作繁杂、单炉发气量低、吹风放空气对大气污染严重，属于将逐步淘汰的工艺。 2.常压固定床无烟煤（或焦炭）富氧连续气化技术 其特点是采用富氧为气化剂、连续气化、原料可采用?准 8～10mm粒度的无烟煤或焦炭，提高了进厂原料利用率，对大气无污染、设备维修工作量小、维修费用低，适合用于有无烟煤的地方，对已有常压固定层间歇式气化技术进行改进。 3.鲁奇固定床煤加压气化技术 主要用于气化褐煤、不粘结性或弱粘结性的煤，要求原料煤热稳定性高、化学活性好、灰熔点高、机械强度高、不粘结性或弱粘结性，适用于生产城市煤气和燃料气。其产生的煤气中焦油、碳氢化合物含量约1%左右，甲烷含量约10%左右。焦油分离、含酚污水处理复杂，不推荐用以生产合成气。 4.灰熔聚煤气化技术 中国科学院山西煤炭化学研究所技术。其特点是煤种适应性宽，属流化床气化炉，煤灰不发生熔融，而只是使灰渣熔聚成球状或块状灰渣排出。可以气化褐煤、低化学活性的烟煤和无烟煤、石油焦，投资比较少，生产成本低。缺点是操作压力偏低，对环境污染及飞灰堆存和综合利用问题有待进一步解决。此技术适合于中小型氮肥厂利用就地或就近的煤炭资源改变原料路线。 5.恩德粉煤气化技术 属于改进后的温克勒沸腾床煤气化炉，适用于气化褐煤和长焰煤，要求原料煤不粘结或弱粘结性，灰分＜25%～30%，灰熔点高、低温化学活性好。在国内已建和在建的装置共有13套22台气化炉，已投产的有16台。属流化床气化炉，床层中部温度1000～1050℃。目前最大的气化炉产气量为4万m3/h半水煤气。缺点是气化压力为常压，单炉气化能力低，产品气中CH4含量高达1.5%～2.0%，飞灰量大、对环境污染及飞灰堆存和综合利用问题有待解决。此技术适合于就近有褐煤的中小型氮肥厂改变原料路线。 6.GE水煤浆加压气化技术 属气流床加压气化技术，原料煤运输、制浆、泵送入炉系统比干粉煤加压气化简单，安全可靠、投资省。单炉生产能力大，目前国际上最大的气化炉投煤量为2000t/d，国内已投产的气化炉能力最大为1000t/d。设计中的气化炉能力最大为1600t/d。对原料煤适应性较广，气煤、烟煤、次烟煤、无烟煤、高硫煤及低灰熔点的劣质煤、石油焦等均能用作气化原料。但要求原料煤含灰量较低、还原性气氛下的灰熔点低于1300℃，灰渣粘温特性好。气化系统不需要外供过热蒸汽及输送气化用原料煤的N2或CO2。气化系统总热效率高达94%～96%，高于Shell干粉煤气化热效率（91%～93%）和GSP干粉煤气化热效率（88%～92%）。气化炉结构简单，为耐火砖衬里，制造方便、造价低。煤气除尘简单，无需价格昂贵的高温高压飞灰过滤器，投资省。国外已建成投产6套装置15台气化炉；国内已建成投产7套装置21台气化炉，正在建设、设计的还有4套装置13台气化炉。已建成投产的装置最终产品有合成氨、甲醇、醋酸、醋酐、氢气、CO、燃料气、联合循环发电，各装置建成投产后，一直连续稳定长周期运行。装备国产化率已达90%以上，由于国产化率高、装置投资较其他加压气化装置都低，有备用气化炉的水煤浆加压气化与不设备用气化炉的干煤粉加压气化装置建设费用的比例大致为Shell法 : GSP法 : 多喷嘴水煤浆加压气化法 : GE水煤浆法=（2.0～2.5）:（1.4～1.6）:1.2:1.0。缺点是气化用原料煤受气化炉耐火砖衬里的限制，适宜于气化低灰熔点的煤；碳转化率较低；比氧耗和比煤耗较高；气化炉耐火砖使用寿命较短，一般为1～2年；气化炉烧嘴使用寿命较短。 7.多元料浆加压气化技术 西北化工研究院开发的具有自主知识产权的煤气化技术，属气流床单烧嘴下行制气。典型的多元料浆组成为含煤60%～65%，油料10%～15%，水20%～30%。笔者认为在制备多元料浆时掺入油类的办法不符合当前我国氮肥工业以煤代油改变原料路线的方针，有待改进。 8.多喷嘴（四烧嘴）水煤浆加压气化技术 由华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂、中国天辰化学工程公司共同开发。属气流床多烧嘴下行制气，气化炉内用耐火砖衬里。在山东德州华鲁恒生化工股份有限公司建设1套气化压力为6.5MPa、处理煤750t/d的气化炉系统，于2005年6月正式投入运行，至今运转良好。在山东滕州兖矿国泰化工有限公司建设2套气化压力为4.0MPa、处理煤1150t/d的气化炉系统，于2005年7月21日一次投料成功，运行至今。 9.Shell干煤粉加压气化技术 属于气流床加压气化技术。可气化褐煤、烟煤、无烟煤、石油焦及高灰熔点的煤。入炉原料煤为经过干燥、磨细后的干煤粉。干煤粉由气化炉下部进入，属多烧嘴上行制气。目前国外最大的气化炉处理量为2000t/d煤，气化压力为3.0MPa。这种气化炉采用水冷壁，无耐火砖衬里。可以气化高灰熔点的煤，但仍需在原料煤中添加石灰石做助熔剂。国内2000年以来已引进19台，其目标产品有合成氨、甲醇，气化压力3.0～4.0MPa。我国引进的Shell煤气化装置只设1台气化炉单系列生产，没有备用炉，在煤化工生产中能否常年连续稳定运行尚待检验。1套不设备用炉的装置投资相当于设备用炉的GE气化装置或多喷嘴水煤浆气化装置的投资的2～2.5倍，排出气化炉的高温煤气用庞大的、投资高的废热回收锅炉回收显热副产蒸汽后，如用于煤化工，尚需将蒸汽返回后续CO变换系统，如用于制合成氨和氢气，副产的蒸汽量还不够用。同时还需要另设中压过热蒸汽系统用于气化炉的过热蒸汽。笔者认为目前Shell带废热锅炉的干煤粉加压气化技术并不适用于煤化工生产，有待改进。 10.GSP干煤粉加压气化技术 属于气流床加压气化技术，入炉原料煤为经过干燥、磨细后的干煤粉，干煤粉由气化炉顶部进入，属单烧嘴下行制气。气化炉内有水冷壁内件，目前国外最大的GSP气化炉投煤量为720t/d褐煤。因采用水激冷流程，投资比Shell炉省，适用于煤化工生产。正常时要燃烧液化气或其他可燃气体，以便于点火、防止熄火和确保安全生产。目前世界上采用GSP气化工艺技术的有3家，但是现在都没有用来气化煤炭，其中黑水泵煤气化厂只有6年气化褐煤的业绩，没有长期气化高灰分、高灰熔点煤的业绩。神华宁夏煤业集团有限责任公司已决定采用GSP干煤粉加压气化技术建设83万t/a二甲醚，一期60万t/a甲醇项目，单炉投煤量约2000t/d。 11.两段式干煤粉加压气化技术 西安热工研究院开发成功的具有自主知识产权的煤气化技术。可气化煤种包括褐煤、烟煤、贫煤、无烟煤，以及高灰分、高灰熔点煤，不产生焦油、酚等。其特点是采用两段气化，其缺点是合成气中CH4含量较高，对制合成氨、甲醇、氢气不利。废热锅炉型气化装置适用于联合循环发电，其示范装置投煤量2000t/d级两段式干煤粉加压气化炉（废热锅炉流程）已决定用于华能集团“绿色煤电”项目，另一套示范装置投煤量1000t/d级两段式干煤粉加压气化炉（激冷流程）已决定用于内蒙古世林化工有限公司30万t/a甲醇项目。 12.四喷嘴对置式干粉煤加压气化技术 由华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂（水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心）和中国天辰化学工程公司通力合作开发的具有自主知识产权的煤气化技术。中试装置投煤能力为15～45t/d，建于兖矿鲁南化肥厂。气化炉为热壁炉，内衬耐火砖。干粉煤由气化炉上部经4个烧嘴加入，产生的合成气下行经水激冷后出气化炉。属气流床煤气化炉。以兖矿鲁南化肥厂GE水煤浆气化工业装置生产用煤为原料进行试验。中试装置作了以氮气和CO2为输送载气的试验。气化温度为1300～1400℃，气化压力为2.0～3.0MPa