富氧连续气化技术在应用中存在的问题探讨_李永恒

C+O2 =CO2 +40 808 kJ 2C+O2 =2CO+246.4 kJ C+O2 =2CO-165.7 kJ C+H2 O=CO+H2 -118.8 kJ C+2H2 O=CO2 +2H2 -75.2 kJ
(1) (2) (3) (4) (5)
富氧空气与煤炭可以在氧化层内发生如反应 式 (1)和 (2)的放热反应 , 以获得足够的热量供应 还原层 , 使反应式 (3), (4)和 (5)得以进行 。 提高 燃料层高度有利于反应式 (3)和 (4)的进行 , 有 助于降低半水煤气中的 CO2 含量 。
25 ～ 29
37 ～ 40
18 ～ 20
块煤或焦炭 13.0 ～ 19.7 0.3
34 ～ 45
28 ～ 36
10 ～ 14
煤球
16.0
0.2
30.3
39
14
褐煤
24.8
25.3
38.7
1.2
褐煤
20.51
0.20
29.89
37.64
9.92
褐煤
21
38
41
0.5
水煤浆
17.1
45.4
35.1
0.7
(2)新建制氧系统 目前实用性最广的两种制氧方法是深冷空分 制氧和变压吸附制氧 , 它们的性能比较见表 1。
2 O2 来源
3 对富氧气化炉应用中的问题探讨
(1)企业有多余的 O2
3.1 半水煤气成分
有的企业内部其它工序中有多余的 O2 , 此方
富氧连续气化后所生成的半水煤气成分见表
案最好 , 既经济又实用 , 可直接将 O2 引入原固定
近来有的单位准备试用该技术 , 并把它改称 为单炉富氧双向气化 。 从原理上分析是可行的 。 为了解决连续上吹气化导 致炉上温度偏 高的问 题 , 采用上 、下吹交换气化可降低炉上温度 , 但必 须采取一定的安全措施 , 否则会发生爆炸 。 5.3 双床层双向耦合式气化技术
以 2台固定床气化炉为 1组 , 形成双床层双
65
1 403
87
发气量 / (m3 · h-1 )
9 900 10 300 7 500 9 000 12 000
3.3 煤耗与投资 各种气化方法煤耗与投资费用的对比数据见
表 4。
表 4 年产 200 kt氨的各种气化方法的投 资 与吨氨入炉煤耗对比
气化方法
壳牌粉煤气化 德士古气化 灰熔聚气化 恩德炉气化 富氧空气连续气化 固定层空气间歇气化
(2)淮南化肥厂开 3 台 Υ3 000 mm炉 , 采用 煤球进行富氧连续气化 。吨氨煤耗为 1.8 t, 单炉 小时发气量为 7 000 ～ 8 000 m3 。
(3)湖北双环公司开 2台 Υ3 300 mm炉 , 采 用煤棒富氧气化 。单炉小时发气量为 12 000 m3 。
(4)河南平顶山化肥厂开 3台 Υ3 000 mm富 氧气化炉 , 运行情况不太理想 。
关键词 富氧连续气化 应用 探讨
InquiryintoProblemsinUseofTechnologyfor ContinuousGasificationwithEnrichedAir
LiYongheng (NationalConsultationDivisionofNitrogenousFertilizer PlantTechnicalRenovationofChina Shanghai 200062 )
从表 2可以看出 :富氧连续气化所生成的半 水煤气中 CO2 体积分数高达 13.0% ～ 16.0%, 最 高可达到 19.7%。 由于 CO2 浓度过高 , 不但给脱 碳工序增加了负荷 , 而且影响到合成工序中压缩 机运行效率 (一般降低 10%左右 ), 造成电耗和压 缩机维修费用增加 。
实现富氧连续气化后 , 由于取消了空气吹风 阶段 , 减少了因吹风燃烧碳的损失 , 气体带出物减 少 , 炉渣含碳量降低 , 使碳的利用率得到提高 , 煤 耗有所降低 。另外 , 由于气体空速低 , 可以采用小 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 (原中 氮企业大直径煤气炉下吹煤气的 显热不回收 ); 因副产蒸汽量增加 , 氨系统可以现蒸汽自给 (系理论推算 )。
(5)黑龙江化肥厂以及长山化肥厂的 13 台 Υ3 000 mm富氧炉于 2003年全部停运 。
(6)开封化肥厂于 2008年 12月新建了 4台 Υ2 743 mm炉 , 采用小块煤富 氧气化 , 所 产半水 煤气与原空气间歇气化炉所产的半水煤气并网送 至后工序 。 从炉渣情况看 , 富氧连续气化炉运行 情况并不理想 。
2, 其中 CO和 CO2 含量偏高 , 会给后系统带来麻
层煤气炉 。
烦。
表 1 两种制氧装置性能比较
项目
O2 体积分数 /% 电耗 /(kW· h· m-3 ) 水耗 /(t· h-1) 启动时间 /h 连续运行时间 /h 占地面积 /m2 综合投资 /万元
300 m3 /h
VPSA
深冷
93.0
5 改进方法
5.1 富氧空气间歇气化技术 该技术是由武汉凤飞煤化工有限公司研制的
一种新技术 , 是在原有空气间歇气化的条件下 , 加 入适量的富氧空气 (仅下吹阶段不加富氧空气 )。 此技术已在浙江省清华化工有限公司应用 , 据介 绍效果较理想 , 其半水煤气中 CO2 的体积分数在 9.0%以下 , (CO+H2)体积分数为 75.8%。 5.2 上 、下吹富氧交换气化技术
进化肥厂增加 19%, 大竹化肥厂下降 10%。
30%, 有些企业还不如空气间歇式气化炉 。如淮
近年来富氧空气连续气化与固定层空气间歇
南化肥厂增加 30%, 黑龙江化肥厂仅增加 4%, 武
气化的气化强度对比见表 3。
表 3 富氧空气连续气化与固定层空气间歇气化的 气化强度对比
气化炉型
Υ2 650 mm Υ3 000 mm Υ3 000 mm Υ3 000 mm Υ3 300 mm
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 , 炉内消耗掉多少煤 , 随时补充 多少 , 所以炭层高度可按预先设定值保持恒定 。
4 运行情况
(1)三明化工有限公 司于 2007 年采用型煤 (煤球 )进行富氧连续气化 , 运行情况基本正常 。 开 3 ～ 4台 Υ3 000 ～ Υ3 200 mm炉 , O2 由三钢供 给 , 所产半水煤气与老系统并网 。 单炉小时发气 量为 9 000 m3 , 吨氨煤耗为 1.5 t。
表 2 各种气化方法的半水煤气成分 /%(体积分数 )
煤种
CO2
O2
CO
H2
N2
块煤
5～7
0.4
31 ～ 34
36 ～ 41
18 ～ 21
煤棒
12 ～ 13
0.4
23 ～ 32
37 ～ 40
17 ～ 22
碳化煤球
12 ～ 13
0.4
27 ～ 28
38 ～ 39
19 ～ 22
黏结剂煤球
8 ～ 10
0.4
吨氨需氧 量 /m3 750 870 600 755 550 空气
投资金额 / 吨氨入炉
亿元
煤耗 /t
6.88
1.42
6.37
1.47
2.10
1.60
2.40
2.24
1.90
1.40
1.30
1.20
3.4 炉箅 为了使燃料层布风均匀 , 要求设计出性能好
的富氧连续气化专用炉箅 。 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 。多边扇 形炉 箅虽然高度低 , 但炉下 带出物多 , 最好选用 ZL型铸钢炉箅 。 3.5 自动加煤机的应用
Abstract Theauthorputsforwardtheprinciplesandprocessfeaturesofthetechnologyforcontinuousgasificationwithenrichedairandprobesintotheproblemsinthetechnology.Inlinewiththe problemsinitsactualuse, theauthorsuggeststhatitshouldbechosenwithcaution.
根据资料介绍和理论计算 , 富氧空气连续气 化炉比空气间歇式气化炉的气化强度成倍增加 , 按所用原料不同 , 可增加 1.0 ～ 1.5倍 。但从应用
第 37卷 第 1期 化肥工业 2010年 02月
富氧气化炉的众多企 业来看 , 实际仅增加 5% ～
36
8 000
8 000
250
2 400
1 100
1 850
3 500 m3 /h
VPSA
深冷
93.0
99.6
0.40
0.60
120
450
<1
36
8 000
8 000
400
2 700
2 000
2 600
气化方法
固定层空气间歇气化
富氧空气连续气化 鲁奇炉加压气化 恩德炉气化 陶氏两段炉气化 德士古气化 壳牌粉煤气化 灰熔聚气化
粉煤
1.5
63.3
26.7
4.1
无烟煤
23.53
33.49
34.82
6.06
CH4 1.0 2～3 1～3 1.0 ～ 2.5 1～2 0.5 8.7 1.97 0.1 0.1 0.1 1.71
H2S 1 ～ 2 g/m3 0.8 ～ 1.0
2～6 2～5 1～2
0.7 0.16 1 500 ×10 -6 1.1 1.3 289 mg/m3
在固定层煤气炉内 , 当富氧空气与煤炭燃烧
发生放热反应的同时 , 蒸汽与灼热的煤炭发生吸
热反应 , 两反应基本达到平衡时 , 气化过程便可连
续平稳地进行 。为使制取的半水煤气成分符合生
产要求 , 一般将富氧空气中 O2 的体积分数控制在 47% ～ 52%。富氧空气 、蒸汽 、煤炭间发生的化学
反应如下 :
Keywords continuousgasificationwithenrichedair use inquiryinto
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 20世纪 60年代 开始 , 富氧气化技术在我国固定层煤气炉上获得 成功应用 。
1 富氧气化原理与工艺特点
第 37卷 第 1期 化肥工业 2010年 02月
富氧连续气化技术在应用中存在的问题探讨＊
李永恒 (全国氮肥技改咨询部 上海 200062)
摘要 介绍了富氧连续气化技术的原理和工艺特点 , 探讨了该技术存在的问题 。 根据该技术在 实际使用中 存在的问题 , 建议慎重选用 。
99.6
0.43
0.79
10
40
<1
12
8 000
4 000
120
300
360
600
1 000 m3 /h
VPSA
深冷
93.0
99.6
0.42
0.70
50
150
<1
36
8 000
7 500
220
2 000
830
1 390
1 500 m3 /h
VPSA
深冷
93.0
99.6
0.41
0.65
75
300
<1
该技术选用 ZL型自动加煤机 , 可以恒定炭 层高度 , 有利于富氧气化 。 配用不停炉下灰装置 ,
＊本文作者的联系方式 :li.yonghen@
51
第 37卷 第 1期 化肥工业 2010年 02月
可以满足连续气化的要求 。 另外 , 减少了许多自 动阀门 , 简化了工艺流程 , 降低了系统故障率 , 减 少了设备维修费用 。
原 料
块煤 煤棒 煤球 煤球 煤棒
单 位
山西晋丰 湖北三宁 安徽淮化 福建三明 湖北双环
气化方法
空气间歇气化 空气间歇气化 富氧空气连续气化 富氧空气连续气化 富氧空气连续气化
气化强度 /
单炉产氨 /
(m3 · m-2· h-1) (t· d-1)
1 796
72
1 473
75
1 071
54
1 285
空气间歇气化半水煤气中 CO体积分数一般 为 28% ～ 31%, 而富氧气化半水煤气中 CO体积 分数为 38% ～ 44%。 由于 CO含量的增加 , 使变 换工序中变换炉的负荷增加 , 不但会使催化剂使
52
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体积分数每 增加 1%, 变换炉多消耗蒸汽约 1 kg左右 。 按黑 龙江化肥厂富氧炉设计年产合成氨 180 kt计算 , 全年仅因 CO含量高而多支出变换炉蒸汽消耗费 用 40万元以上 。 3.2 气化强度
53
第 37卷 第 1期 化肥工业 2010年 02月