我国合成氨煤制气技术的现状及发展前景

全国中氮情报协作组第２５次技术交流会论文集
行周期不断提高，各项技术参数达到或接本比 原固定床造气降低２３０元左右，年产合成氨最高
达到１０７ ｋｔ，为设计能力的１３４％。 ４技术进展
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近年来我国引进了国外一些先进的煤气化技 术，使我国煤制气技术有了较大的发展。目前在 国内应用较多的是Ｓｈｅｌｌ粉煤气化技术。该技术 的主要特点是煤种适应性强、碳转化率高、氧耗 低、单炉生产能力高、热效率高、维修量小、安 全可靠等。国内相继引进了１５套壳牌粉煤气化技 术的煤气化装置，其中有７套是用于合成氨制气。 由壳牌公司提供基础设计软件包、中国五环 化工工程公司完成工程详细设计的国内第一套用 于合成氨生产的壳牌煤气化装置是湖北双环科技 股份有限公司实施的“油改煤”工程，先后累计 投资７．１９亿元，于２００１年６月动工兴建。双环 公司原产２００ ｋｔ／ａ合成氨所用的原料为价格昂 贵的重油，高投入、高消耗、低产出、低效益。 该装置建成后，用价格便宜的河南粉煤取代了重 油，在原料消耗、碳转化率、热效率等方面与其 他同类技术相比具有明显的优势，该装置于 ２００６年５月１７日下午３：１８点火投料，当天生 产出合格的合成氨原料气。该装置是国内采用壳 牌煤气化技术生产合成氨的７套装置中第一套投 产的，也是世界上首套用于合成氨生产的壳牌煤 气化装置。该装置的建成投产不仅对国内其余几 套同类装置的建设具有积极的推动作用，而且也 成为采用国外先进技术改造国内传统产业的成功 典范。 德国ＧＳＰ干粉气流床煤气化技术是世界上 先进的煤气化技术之一，在煤制气方面兼具 Ｔｅｘａｃｏ和Ｓｈｅｌｌ煤气化技术的特点，自２００５年 初进入我国以来，已引起了业界的广泛关注。目 前在我国已签署了３个技术转让项目，其中江苏 灵谷化工有限公司和安徽淮化集团有限责任公司 用于生产合成气制氨。
２制气原料 在当前全球能源日趋紧缺的情况下，国外在 寻找替代能源方面做了许多卓有成效的工作。出 于对世界范围内能源状况的担忧，发达国家在以 煤、石油和天然气为原料制取合成气方面进行了 很多研究和探讨，开发了多种先进并已实现工业 化的合成氨制气新技术，既促进了现代合成氨能 源技术的多元化发展，又大幅度地降低了合成氨 生产的能源消耗。 目前国内合成氨企业生产合成气所用的原料 结构不尽合理，天然气占２１％，煤焦占６４％， 其余１５％为渣油和石脑油。大氮肥以天然气为
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的局面，使许多厂面临着运费昂贵、碎煤率高、 原料价格高等问题，加之产品尿素又限价，使许 多氮肥厂无法维持生产；第二是随着煤炭的机械 化开采，碎煤率比较高，作为气化原料的块煤产 量相对减少，再加上遍布全国各地的中小型氮肥 厂又远离主要的无烟煤产地，当无烟煤经长途运 输到厂后，其利用率一般只有６０％左右，虽然 一些氮肥厂将１３ ｍｍ以下的碎煤用不同的粘结 剂制成石灰碳化煤球、纸浆粘土煤球、腐殖酸煤 球（棒）来代替块煤气化，但气化温度低，技术 上还有待于进一步改进和提高；第三是吹风气大 量放空，既浪费了可回收的能源，又对周围环境 造成了极大的污染。目前已开发出了采用富氧气 化的常压固定层气化炉，工业上使用效果较好， 有效地改善了生产环境。 在可能的条件下以重油、原油和天然气制合 成氨原料气可使流程和设备大为简化，从而减少 原料运输量，提高自动化程度，节省基建投资， 降低生产成本。特别是天然气这种清洁能源，只 需经过１～２段转化即可制得洁净的符合氨合成 要求的原料气。而煤炭生产合成氨原料气的工艺 流程比天然气复杂，合成氨煤制气气化技术主要 有固定床工艺、流化床工艺和气流床工艺三种， 这些技术目前在国内的合成氨企业中大多得到了 应用，其工艺技术特点的比较见表１。
年的进展情况及前景展望。
原料的有１５套，占大氮肥生产总能力的５２％， 以渣油为原料的有７套，占２４％，以石脑油为 原料的有５套，占１７％，以煤为原料的有２套， 占７％。中氮肥以煤焦为原料的占生产总能力的 ６２％，以渣油为原料的占２０％，以天然气为原 料的占１８％。小氮肥主要以煤焦为原料，以天 然气为原料的不足１０％。因此，氮肥生产企业 面临以下困境：一是煤炭、天然气、原料油价格 和电力价格的不断上涨；二是生产装备和管理技 术落后，节能型设备少，能源利用率低，环境污 染严重。这造成国内一些氮肥企业开工率不足，
经济效益差。
在２９套大氮肥装置中，有１２套是以渣油和 石脑油为原料的，占４１％，这些企业都面临着 原料结构的调整和改造。有大约８７％的以煤为 原料的中小型氮肥企业采用的是山西晋城地区的 无烟煤，由于产地集中，用户分散，特别是离原 料煤产地较远的企业，由于原料供应不能保证， 运输困难，价格高，使生产陷入困境。此外，天 然气供应不足也使很多企业不能满负荷生产和发 挥装置的规模效益。 ２０世纪８０年代以来，以渣油为原料的中型 氮肥厂纷纷采用国内已经成熟的水煤浆加压气化 技术进行“油改煤”。但当时仍规划建设了几套 以渣油为原料的大型合成氨装置，因原料供应困 难，油价高，致使这几套装置建成后严重亏损而 被迫停产。 我国煤炭资源十分丰富，已探明的储量有１ 万亿吨，煤炭在我国能源生产和消费结构中一直 占据主要地位，也为合成氨生产提供了充足的 资源。尽管近年来国内合成氨产量增长较快， 但合成氨工业的原料仍以煤炭为主（占６２％～
焦炭和无烟煤，来源有限，技术经济指标也差。 为了大规模发展化肥工业，必须开辟增产廉价氢 的途径，寻找合成氨新的原料来源，同时应抓紧 小粒度煤的气化试验。 对于目前采用ＵＧＩ固定床制气的合成氨企 业，应尽量创造条件，加快技术改造的步伐，应 用型煤制气技术、过热蒸汽制气技术、吹风气潜 热和显热回收技术、微机集成油压控制技术等先 进技术对老装置进行技术改造。同时还可以在原 有改进型ＵＧＩ炉的基础上，采用富氧连续气化 制气技术，以节省原料和燃料，使合成氨生产成 本进一步降低。富氧连续气化技术将是今后逐步 替代固定床间歇气化的合成氨制气技术。 在合成氨制气原料路线和气化方法的选择 上．要有科学性、前瞻性、合理性和综合性。当
５前景展望
我国在２０世纪６０年代就开始了煤制合成气 方面的大量研究工作，２０世纪７０年代，西北化 工研究院开发了水煤浆气化技术并建成了中试装 置。“九五”期间，华东理工大学、兖矿鲁南化 肥厂、中国天辰化学工程公司进行了新型多喷嘴 水煤浆气化炉的开发。“十五”期间，建设了日
处理１ １５０ ｔ煤炭、气化压力４ ＭＰａ的四喷嘴对
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前发展势头较好的是用烟煤、褐煤等粉煤和水煤 浆制合成气的技术，其发展的总趋势是加压气化 （以减少净化压缩费用），原料以劣质粉煤为主， 通过调整工艺指标提高煤种的适应能力和单炉生 产能力，降低原料消耗，提高热能回收率，排渣 方式采用液态，减少环境污染。从国外引进的壳 牌粉煤气化技术、德士古水煤浆气化技术和 ＧＳＰ煤气化技术等先进煤气化工艺，在国内的 应用已取得了一些成果。这三种气化技术均采用 气流床工艺，其工艺性能比较见表２。从装置的 建设规模来看，Ｓｈｅｌｌ技术建有的现代化工业生 产装置的能力最大，Ｔｅｘａｃｏ和ＧＳＰ次之。从制 取的合成气成本来看，ＧＳＰ的制气成本比Ｓｈｅｌｌ 低１３％左右，比Ｔｅｘａｃｏ低２０％。同规模装置 ＧＳＰ的电耗比Ｓｈｅｌｌ低６０％。
６５％），预计今后一段时间内，以煤炭为原料 生产合成氨原料气的比例不会有太大的变化。 虽然煤炭价格近年来也在不断攀升，但相对于 价格成倍增加的天然气和原料油来说，煤炭仍 是最为经济合理的合成氨制气原料。
３生产现状
１９４９年到２０世纪６０年代，我国氮肥工业 亟待发展，但当时所掌握的制合成气技术有限， 主要以焦炭、焦炉气、无烟煤和褐煤等为原料， 认为采用劣质褐煤为原料制取合成气是发展方 向。通过实践发现，用沸腾炉气化褐煤对环境污 染严重。之后调整为主要以焦炭为原料制取合成 气，但是由于当时焦炭资源有限，于是又开发了 以无烟煤代替焦炭为原料，从而为合成氨工业的 发展开辟了广阔的前景。 从现在来看，当时以无烟煤为原料采用固定 床间歇式煤气炉制取合成气的方法是合理的，解 决了我国氮肥工业发展不足的问题。但是随着时 间的推移和科技的进步，这一技术出现了三大问 题：第一是原料供应问题，当时的设想是工厂利 用当地的焦炭或无烟煤制合成气，但后来发现只 有山西有丰富的无烟煤资源（以后又陆续在贵州 和宁夏发现了无烟煤资源），这就造成了我国中 小型氮肥厂的生产原料主要依靠山西晋城无烟煤
型和环境友好型现代化企业的有效途径。
［关键词］合成氨；煤制气；技术现状；发展前景
１概述 我国合成氨工业历经５０余年的发展，目前 已拥有６００多家生产企业，生产工艺技术已达世 界先进水平，成为具有一定生产能力和技术装备 综合实力的行业。根据我国现有富煤、缺油、少 气的资源状况，煤炭仍是合成氨工业的主要制气 原料。我国大多数合成氨企业的煤制气技术仍沿 用固定床水煤气炉，面临炉型老化、技术落后、 能源利用率低、原料价格高等问题，急需进行技 术改造。目前合成氨工业的发展方向是优化原料 路线，实现制氨原料的多元化，通过引进先进的 煤气化工艺，降低生产成本，改善生产环境；同 时，研究、开发简单可行又可就地取得原料的洁 净煤气化技术也是目前我国中、小型氮肥企业 （占氮肥生产总量６０％左右）亟待解决的问题。 本文简要介绍国内合成氨煤制气技术的现状和近
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ｒａｍ轴径向气流合成塔制氨
一水溶液全循环法生产尿素，并落实了煤磨机、 气化炉、洗涤塔等主要设备的设计和制造任务。 １９９３年４月我国第一套Ｔｅｘａｃｏ水煤浆气化装置 在兖矿鲁南化肥厂建成投产，同年６月通过国家 技术鉴定。通过这样改造后，该套装置的总投资 远低于成套引进的费用。１９９４年４月，有关方 面对装置进行了性能考核，考核结论指出：“水 煤浆加压气化工程设计是成功的，在德士古技术 的基础上有所创新，运行稳定，表明这种引进方 式值得推广。净化装置缩短了工艺流程，操作稳 定，工艺技术达到国际同类技术的先进水平，是 配水煤浆气化工艺的极佳净化方法，可因地制宜 推广应用。合成氨一尿素装置运行稳定，操作灵 活，具有极大的生产潜力。三废治理实现了三同 时，达到了排放标准，有很好的环境效益，整个 工程具有较好的经济效益”。这一套水煤浆气化 和净化流程新工艺的成功，对我国在煤炭资源特 别丰富而煤种比较复杂条件下发展合成氨工业具 有十分重要的意义。