合成氨不同工艺能耗对比

10万吨/年合成氨工艺技术比较

工艺技术的选择

1、造气工段

煤气化工艺过程的发展已有百余年的历史，迄今为止已开发的气化方法不下数百种，按照煤在气化炉的运行和接触方式，可以分为（1）流化床气化、（2）气流床气化、（3）熔融床气化、（4）移动床气化（固定床）

·流化床气化技术

煤的流化床气化是指气化反应在以气化剂与煤形成的流化床内进行的。流化床气化炉采用粉碎了的煤作为原料，用氧化剂（氧气或空气）来进行床体流化，其温度保持在1000℃以下，以预防灰熔化后与炉床里的物质发生结聚。氧化剂的有限流量意味着大多数煤粒不会充分燃烧，而是收缩成碳素粒，被合成气带出气化炉。这就需要大量的碳素粒循环，或被传送到分离燃烧室中燃烧。流化床气化技术主要有温克勒（winkler）、高温温克勒（HTW）、U-Gas、恩德炉、灰熔聚等流化床粉煤气化技术。现我国应用较多的是恩德炉、灰熔聚。

目前在朝鲜和我国共有十多台恩德气化炉在运行中，运行最好的是通辽梅花生物科技有限公司，现有2台发气量20000NM3/h的炉子，2006年11月投产，运行正常。最关键的问题仍然是煤种，该炉要求煤种为褐煤、长焰煤、弱粘结煤，具体数据为灰熔点1250℃以上；煤活性950℃时大于65％，原则上控制在87％以上；粘结性、F.S.N ≤21/2。另外内外水要干燥到12％以下，目前为止，恩德炉工艺最适宜的煤种是褐煤。

中科院山西煤化学研究所开发的灰熔聚流化床粉煤气化技术，该

技术可用多种煤质作原料，如烟煤、焦炭、焦粉等，使用粉煤在1100℃下气化，固体排渣，无废气排放。该技术工业示范装置已于2001年在陕西城固氮肥厂建成，小时投煤量4.2吨。其煤种适应性广，操作温度约为1000～1080℃，反应压力为0.03～0.05MPa(G)。气化炉是一个单段流化床，结构简单，可在流化床内一次实现煤的破粘、脱挥发份、气化、灰团聚及分离、焦油及酚类的裂解。带出细粉经除尘系统捕集后返回气化炉，再次参加反应，有利于碳利用率的进一步提高。产品气中不含焦油，含酚量低。碳转化率为90%。有效气体成分较低。目前山西丰喜集团有一套加压灰熔聚气化炉正在开车，设计压力1.0MPa，但运行压力最高到过0.6MPa，仅持续了几天，目前在0.3MPa运行，仍然问题多多，连续运行时间短，而且气体成分较差，运行成本较高。

·气流床气化技术

气流床气化炉属第三代先进的煤气化技术，是最清洁，也是效率最高的煤气化技术。粉煤（水煤浆）在1200-1700℃时被部分氧化，高温保证了煤的完全气化，煤中的矿物质成为熔渣后离开气化炉。气流床所使用的煤种要比移动床和流化床的范围更广泛。使用纯氧做气化剂可以使气化更有效，并可避免合成气被氮气稀释，合成气的热值也高于空气气化炉所产生的合成气的热值。

目前以煤为原料生产合成气的气流床气化工艺的典型代表有：

德士古（GE）水煤浆加压气化工艺；

壳牌（SHELL）干粉煤加压气化工艺（SCGP）；

德国未来能源公司的GSP、或者科林公司干粉煤加压气化工艺；

国内的新型对置式多喷嘴水煤浆加压气化；

(1) 水煤浆加压气化工艺

水煤浆气化工艺采用水煤浆进料，煤首先制成60～65%浓度的水煤

浆，在气流床中加压气化，水煤浆和氧气在高温高压下反应生成合成气，液态排渣。使用气化压力在 2.7～8.7MPa,气化温度在1300～1400℃，CO+H2达到80%。气化过程对环境污染影响较小。德士古水煤浆气化在上世纪80年代投入工业生产，中国已在渭河、鲁南、上海焦化、淮南、黑龙江浩良河化肥厂及中石化金陵化肥等引进该技术。

德士古水煤浆加压气化工艺的特点如下：

1) 煤种适应性广：年轻烟煤，粉煤皆可作原料，灰融点要求不超过1350℃，煤可磨性和成浆性好，制得煤浆浓度要高于60%为宜。

2)气化压力范围大：从2.5～8.7MPa皆有工业化装置，以4.0MPa 较为普遍，气化压力高可节省合成气压缩功。

3)气化炉热量利用：有激冷工艺制得含蒸汽量高的合成气如用于生产合成氨，在变换工序不需再外加蒸汽。也可采用废锅流程回收热量副产高压蒸汽，但废锅设备价格较高，可择优选用。

4)气化炉内无传动装置，结构比较简单。

5)单位体积产气量大，一台直径2800mm，4.0MPa气化炉产生的合成气，可满足日产氨400吨的需要。

6)有效气成分高，CO+H2≥80%，排渣无污染，污水污染小易处理。因高温气化，气体中含甲烷很低（CH4≤0.1%），无焦油，气化炉排渣无污染可用作铺路路渣，污水含氰化物少易处理。

7)产品气中有效气（CO+H2）含量高，是碳一化学最好的合成原料气，可作为生产合成氨，甲醇，制氢，羰基合成的原料气，用途广泛。

8)碳转化率高：最高可达98%。

经测算，德士古技术在10万Ｔ/a合成氨规模下是不经济的，德士古技术的最小经济规模为30万吨／年合成氨。

（2）德国未来能源公司的GSP干粉煤加压气化工艺

未来能源公司位于德国来比锡附近的弗来堡市（Freibarg），原为东德黑水泵煤气联合企业弗来堡燃料研究所。1980年建成两套粉煤加压气化装置：W100（处理煤量100－250kg/h），W500（处理煤量5－25t/h），1983年12月又建成一套大型粉煤加压气化装置，W30处理煤量30t/h称为GSP工艺。2004年从巴伯考克电力公司分离出来，并由瑞士SH公司收购以原东德煤炭工业学院为依托加强开发煤的气化技术。公司1956年成立以来，最初开发固定床气化技术，70年代末开始流化床的研究工作，原料煤主要是含硫的褐煤。

GSP流化床煤气化工艺技术特点：

1)能高效生产富氢和一氧化碳的合成气，甲烷含量少。

2)燃料可完全气化，不生成冷凝副产品，气体不含焦油、酚等污染物。

3)液态排渣，熔融淬冷成透明状，硬度大对环境无污染

4)能气化劣质褐煤，也可气化烟煤和焦煤，煤种适应范围广。

5)煤气化碳转化率高于99％。

6)可处理高Cl-的物料，原料适应性强。

7)水管冷壁型气化炉，寿命长，维修工作量小。

8)新型水冷气化喷咀，寿命长，效率高。

目前该技术还没有工业化运行装置。

（3）壳牌干煤粉加压气化法

壳牌干粉煤气化是Shell公司开发的第三代煤气化工艺，于1972年开始在壳牌公司阿姆斯特丹研究院（KSLA）进行煤气化研究，1976年应用于一台6t/d煤气化炉，1978年第一套中试装置在德国汉堡郊区哈尔堡炼油厂建成并投入运行日处理煤量150吨，1987年在美国休斯顿迪尔·帕克炼油厂建成日投煤量250～400吨的示范装置投产称作