常压固定床纯氧连续气化的优势和节能原理

常压固定床纯氧连续气化的优势和节能原理田守国【摘要】Bases on China's coal resource structure , this paper discusses the existence necessity of fixed bed gasification . According to fixed bed continous gasification , analyzes its saving-energy mechanism , and advantages of its environment protection and automation .%从我国的煤炭资源结构，论述固定床存在的必要性。

根据固定床连续气化的工艺流程，分析其节能的原理，以及在环保、自动化方面的优势。

【期刊名称】《化工设计通讯》【年(卷),期】2013(000)006【总页数】6页(P1-5,9)【关键词】固定床;纯氧连续气化;工艺;特点;操作【作者】田守国【作者单位】江西昌昱实业有限公司，江西南昌 330032【正文语种】中文【中图分类】TQ113.261 煤炭资源结构与煤的合理利用1.1 科学布局煤化工的原料路线，合理配置煤资源粉煤气化技术虽然有政策引导和支持，但是由于许多方面的原因该气化技术在煤化工行业的发展速度并不乐观。

常压固定床气化技术在我国化肥和煤化工行业必定要占据半壁江山，这是我国煤炭资源结构特点和煤化工行业实际需要所决定的。

虽然如此，我们也应该清醒地认识到常压固定床气化技术还存在一定的升级改造、利用的空间。

目前制约常压固定床气化技术进一步提高单位产能和原料转化利用率的主要因素是，有70%的常压固定床煤气炉仍然采用间歇气化工艺，而且间歇气化工艺主要集中在中小型煤化工企业。

将这部分间歇气化煤气炉转型升级为富氧连续气化或纯氧连续气化炉已是当务之急，只有如此才能进一步提高常压固定床气化技术的层次，才能实现进一步降低生产成本，提高应用企业的经济效益和市场竞争力，同时为下一步将“常压固定床连续气化”升级为“加压固定床连续气化”，实现进一步降耗增效奠定扎实的基础。

然而，引导整个行业煤气化技术转型升级并非易事，原因是传统的富氧连续气化运行状况已经在人们心里产生障碍。

虽然新型富氧连续气化技术节能增效的效果已经今非昔比，但该技术目前只在小范围应用，人们对此技术缺乏了解和充分认识。

笔者认为，不能全盘否定常压固定床气化技术，应该看到它的升级空间和潜在效益，毕竟我国的能源结构中有一定的无烟煤存储量，无烟煤是固定床气化的理想原料，而对于气流床或流化床气化则不是理想原料。

必须保留一定数量的固定床煤气炉消化利用无烟煤，让有经济能力的大型煤化工企业采用粉煤加压气化技术，消化利用储量大、分布广的烟煤，使大型生产装置与现有中小型化肥、化工企业的原料煤路线各行其道，互不相争。

这样无烟煤市场供需情况将会更加稳定，不会再出现价格大幅度涨跌的局面，从而减缓无烟煤资源的开采，加快烟煤资源的开采和增值消化利用，使一部分烟煤成为气化原料，有利于我国原料资源的科学转化和合理利用。

实际上适合我国中小型煤化工企业使用的气化技术是以固定床为基础，通过升级改造的新型固定床连续气化技术，既摆脱间歇气化的吹风过程，又投资省，建设周期短，运行成本低，产气量和煤气质量都有较大提高。

富氧连续气化、纯氧连续气化和以无烟煤、焦为原料生产合成气的固定床加压纯氧连续气化技术，将成为今后中小型煤化工企业气化技术的主流。

我国煤炭资源里面烟煤储量占70%以上，无烟煤储量1130×108 t。

2010年无烟煤产量超过5×108 t，占我国煤炭总产量的21%。

因此，应该保留中小型煤化工企业的固定床间歇气化炉，但是必须加快升级改造，同时扩大烟煤气化技术在大型煤化工企业的应用。

1.2 烟煤提质供固定床煤气炉作气化原料从长远战略来讲，为了科学利用烟煤资源，还应该引导煤化工企业采用烟煤提质转化技术，将烟煤干馏提质为符合固定床煤气炉工艺要求的原料煤，用于固定床煤气炉。

褐煤、长焰煤在干馏炉中隔绝空气加热到600℃即可获得低温煤焦油和干馏煤气，同时烟煤提质转化为半焦（兰炭）。

一般情况下，1t褐煤或长焰煤经干馏可获得60kg低温煤焦油和260m3干馏煤气，半焦产率78%。

低温煤焦油是比较紧缺的人造石油重要的基础原料之一，经高压加氢即可制得汽油、柴油等产品，市场售价2800元／t左右。

干馏煤气经过甲烷转化再配入相应数量的由固定床纯氧连续气化炉生产的水煤气即可生产甲醇，或采用合成加氮技术即可生产合成氨，可联产甲醇、纯碱、尿素等。

低温煤焦油和干馏煤气折价冲减成本后半焦（兰炭）的成本在350元／t左右，是最廉价理想的固定床煤气炉连续气化原料。

为了科学综合利用烟煤资源，将价格较低的燃料煤提质利用，本身就是对煤炭资源的科学转化、综合利用、洁净利用，是特具循环经济特点的资源消化利用模式，同时对缓解无烟块煤资源紧缺，回落无烟块煤价格是十分有利的。

2 常压固定床纯氧连续气化工艺发展情况常压固定床纯氧连续气化分为以下两种。

2.1 纯氧＋蒸汽连续气化生产水煤气工艺即“纯氧连续气化生产水煤气技术”。

该气化技术优化了气化条件，提高了气化效率，优化了水煤气质量，为后工序提高生产效率，降低生产成本起到了很大的推动作用。

用于以煤为原料的大、中、小型甲醇、合成氨、多元醇生产装置或新兴煤制油工程项目，以及焦炉煤气、干馏煤气生产氨、醇工程项目，作为补充调节气等。

因为纯氧连续气化生产的水煤气热值高，超过11.0MJ／m3，单位综合成本低，替代天然气作加热气源经济效益十分显著。

有色金属行业已经开始将此作为加热煤气使用。

2.2 纯氧＋还原二氧化碳连续生产一氧化碳工艺即“纯氧连续气化生产一氧化碳技术”。

该气化技术在煤化工行业主要是氨、醇下游产品醋酸、甲酸、甲醛、甲胺、醋酐等产品配套使用，以上产品的生产都需要高纯一氧化碳。

该工艺是回收利用化工生产多余的二氧化碳作为二次能源，通过煤气炉还原生产一氧化碳，真正实现循环经济、节能减排，而且经济效益高，社会效益好，完全符合国家产业政策。

煤化工行业大部分都有过剩的二氧化碳，将二氧化碳在煤气炉的高温条件下还原生产一氧化碳，是特别具有循环经济意义的节能减排技术，一氧化碳在相关行业的工业生产中具有广泛的用途。

（1）用作燃料、还原剂、有机合成的原料。

（2）用于制备羰基金属、光气、氧硫化碳、芳香族醛、甲酸、苯六酚、氯化铝、甲醇等。

（3）通过氢化甲酰化反应，制备合成烃（合成汽油）、合成醇（羧酸、乙醇、醛、酮及碳氢化合物的混合物），锌白颜料，氧化铝成膜，标准气，校正气，在线仪表标准气等等。

下面着重介绍纯氧连续气化生产水煤气技术。

3 纯氧连续气化生产水煤气工艺富氧连续气化相比间歇气化生产半水煤气能够实现气化强度翻番，纯氧连续气化相比间歇气化生产水煤气，能够实现气化强度增加130%，而且水煤气质量有较大幅度的优化，更有利于醇氨生产。

纯氧连续气化生产水煤气工艺，采用特制纯氧连续气化专用的常压固定床煤气炉，山西无烟块煤、焦炭、半焦（兰炭）、型煤和小粒焦作气化原料，以99.6%以上的纯氧和水蒸气为气化剂，连续气化生产高品质水煤气。

纯氧＋蒸汽连续气化，生产的水煤气成分见表1，主要化学反应式如下：碳、氧反应碳、水蒸气反应表1 纯氧＋蒸汽连续气化生产的水煤气成分组分含量／%CO2 12～15 O2 0.2～0.4 CO 38～41 H2 42～43 N2 0.2～0.5 CH4 0.8～1.0 Ar 0.08～0.1 CO＋H2 80～844 纯氧气化生产水煤气技术的节能原理常压固定床纯氧连续气化生产水煤气工艺是科学、先进、节能、环保的生产工艺，并且具有以下显著的特点。

4.1 气化剂纯净，有利于提高煤气炉的热效率该气化工艺采用纯氧＋蒸汽连续气化生产高纯度的水煤气，不像间歇气化或富氧气化工艺有氮气入炉，气化剂纯净没有无用杂质，生产的水煤气有效气体含量高（CO＋H2＞80%），氮气含量远远低于间歇气化生产的水煤气（0.2%～0.5%）。

因为没有氮气入炉，气化过程中反应效率大幅度提高。

从而消除了氮气入炉造成的显热损失和对有效反应的影响，提高了煤气炉的热效率，使水煤气有效成分含量提高，体积得到一定浓缩。

杜绝氮气入炉，提高了气化效率，大幅度减少了以氮气为载体的显热损失。

氮气入炉是有百害而无一利的，氮气由常温入炉加热至高温，载热作用使火层热量分散，促使出气温度升高，氮气载热出炉造成一定数量的显热损失，出炉后降温清洗又消耗冷量。

氮气入炉和出炉都增加生产成本，富氧连续气化半水煤气中氮气含量10%～13%，对节煤降耗具有一定的负面影响。

氮气是惰性气体，进入煤气炉后不进行化学反应而且稀释反应物，降低了氧化、蒸汽分解和二氧化碳还原等有效反应的效率，氮气负载显热造成出气温度升高，产生一定量的显热损失，较为严重地影响了煤气炉的正常操作条件，对优化工艺、节煤降耗产生较为严重的负面影响。

4.2 数量合理的显热载体提高煤气炉的热效率纯氧连续气化生产水煤气显热载体的分项如下。

（1）蒸汽分解。

1.0mol蒸汽分解后，转化成1.5～2.0mol的一氧化碳和氢气，蒸汽分解后体积扩大1.5～2.0倍，占出炉气体的78%左右，是最大的显热载体。

（2）氧化产生物。

氧化产生二氧化碳，使体积高度膨胀，夹带大量的热能，是第二位的显热载体。

（3）未分解蒸汽占出炉气体的20%左右，夹带大量的热能，是第三位的显热载体。

（4）甲烷、氩气、飞灰占比重小，是末位的显热载体。

纯氧连续气化是单向连续制气，气化剂不断进入氧化层，剧烈的氧化反应和快速的分解反应后，上述产出物和未分解物负载显热不断离开氧化层，将部分显热推移到氧化层上部，形成亚高温层（即还原层），上述产出物就是充足而数量合理的显热载体。

由于显热载体数量合理，使氧化层和还原层组成的气化层厚度相对集中，趋于合理，有效杜绝了显热载体过量造成床层内热量过度分散或散乱，导致出气温度和排渣温度高，原料转化利用率低，严重影响煤气炉热效率的问题。

纯氧连续气化蒸汽分解率高，生成物数量大于其他的常压固定床气化工艺，形成数量合理的显热载体，满足了合理分散热量，合理建立各个反应层区的作用，使炉内各属区呈中下部温度高、两端温度低的布局，极有利于强化生产，也形成了蒸汽在高温条件下分解和二氧化碳快速还原的气化条件，同时提高了煤气炉生产效率和热效率。

显热载体的数量极大地影响煤气炉的节能降耗，过量的显热载体会造成床层内热量过度分散或散乱，结果是出气温度和排渣温度高，原料转化利用率低，最终的结果是热效率低，生产成本高，经济效益差。

某些气化工艺就是因为显热载体过多才导致热损失大，经济效益差。