关于水煤浆气化技术应用开发的介绍

水煤浆水冷壁气化炉应用情况
所处地点 山西运城 产品规模 合成氨 炉台数 1 2 2 2 2 2 现 状 已投运 已投运 建设中 建设中 建设中 建设中
阳煤丰喜集团临猗分公司 大唐呼伦贝尔化肥公司 中盐集团德邦（江苏）公司 阳煤正元化工集团有限公司 中海油天野化工有限公司
内蒙古呼伦贝尔 18万吨/年合成氨
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二次污染。没有根本解决对环境保护的问题。 （3）废水处理的成本高。 由于处理的能耗大、加上排放尾气处理，故成本较高， 国家物价局批准，吨危废物处置价格为2800元。 （二）水煤浆技术焚烧高浓度废水联产合成氨技术开发成功
浙江丰登化工股份有限公司（原为兰溪化肥厂），建于 1965年是以重油为原料的小氮肥企业，现合成氨生产能力仅 4万吨/年，产品为碳铵、液氨。2011年康恩贝集团有限公司 收购了该企业。
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4
5
（二）目前我国水煤浆气化技术应用情况 我国合成氨行业自二十世纪八十年代鲁南化肥厂引进美 国德士古公司第一套投煤量（干基） 318 吨 / 日水煤浆加压 （ P=3.0MPa ）气化技术以来，随着能源（煤、油、气）价 格的变化与原料结构调整的需要，目前水煤浆气化技术应用 不断在扩大，各种水煤浆技术应用情况如下： （1）德士古水煤浆气化技术：见表1。 （2）多喷嘴对置式水煤浆气化技术：见表2。 （3）多元料浆气化技术：见表3。 （4）水冷壁水煤浆气化技术：见表4。 从表1-1~表1-4中可见水煤浆气化炉的应用已达242台。
合 计（33个企业）
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表3
序号 1 企 业 名 称
多元料浆气化炉应用情况
所处地点 浙江兰溪 产品规模 3万吨/年合成氨 炉台数 2 现 状 已投产
兰溪丰登化工股份公司
2
3
浙江巨化集团合成氨厂
华鲁恒升化工股份有限公司
浙江衢州
山东德州
6万吨/年合成氨
30万吨/年合成氨
2
2
已投产
已投产
4
5 6
淮南化工集团有限公司
（2）气化炉设计P=3.0MPa适合现有P=2.1~2.5MPa变换 系统的企业。
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我们在进行的二个企业技改技术项目其工艺流程见图2、 图3。 该二项目均是在工业园区内，都是采用水煤浆气化治理 高浓度COD废水技术，一个是制合成氨、碳铵、另一个是制 H2与合成气、都是老厂改造类型，一是合成氨5万吨/年能力， 另一是1万m3/年H2与1.1万m3/年合成气。 该二项目都属原料结构调整与转型升级类。
镇排水系统。
（2）排出的废渣（灰渣）中二恶英、呋喃含量很低，重金 属量完全达到国家城镇污水处理厂污染物排放标准 （GB18918-2002）对污泥农用时污染物控制标准。
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（3）该处置技术对合成氨生产线正常生产没有显著影响，
气化产品的成分没有明显变化，排放的大气污染物完全符合 国家危险废物焚烧污染控制标准（GB18484-2001）。
*不包括空分投资，氧气由园区提供
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（二）技术应用的经济性 通过对二个工程方案设计的研究，结合各企业合成氨成 本原材料价格不同的情况，对中小型合成氨厂采用水煤浆加 压气化技术使用烟煤制合成氨的经济性作一个产品制造成本 的分析： （1）无烟煤为原料（固定床）制合成氨制造成本见表7。 （2）烟煤为原料（水煤浆）制合成氨制造成本见表8。
设计规模 2
3 4 5 6 7
Nm3/h t/a
Kg Kg 万元 万元 万元
合成气11000 73000
265（吨氨水） — 16478/14350 18553 3276
主要原料烟煤
产品能耗（标煤） 产品能耗（标煤） 总投资/建设投资 年均销售收入 年均净利润
128832
692（Km3 H2） 656（Km3 合成气） 15953/11891* 30480 2496
通过改造，企业可以从化肥生产型转向园区的废危处理 中心与供气（H2、O2、N2、合成气）中心。因此，这一技术 特别适合搬迁至化工园区的氮肥企业。 该二个工程项目的主要技术经济指见表6。
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
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表6
序号 1 项目名称 设计规模 设计规模
主要技术经济指标
单位 t/a Nm3/h 工程A厂 处理废水33300 20%氨水250000t/a 工程B厂 处理废水50000 工业氢气10000
2004年丰登公司与西北化工研究院共同开发多元料浆水煤 浆气化技术，对原有重油气化装置进行技术改造并取得成功。
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2007年丰登公司在水煤浆气化的基础上自主研发了焚烧 高浓度废水联产合成氨技术，多年来对高浓度COD、氨氮等 有机废水综合处理、资源利用等方面的生产工艺、安全运行 进行研究与探索，取得了成功。 2010年该技术通过了浙江省经信委组织的“工业新技术 认证”，评定该技术属国内首创，处于国内领先水平。该技 术已取得国家发明专利2项，实用新型专利10项。 2012 年 5 月丰登公司获得了中国氮肥工业协会、中国环 保产业协会共同赋予的“高浓度废水制水煤浆资源化利用实 验中心”，为拓展工业废水、废渣的试验范围提供平台。 2012年8月丰登公司取得了浙江省环保厅颁发的危险废物
关于水煤浆气化技术应用开发的介绍
於子方
上海达门化工工程技术有限公司
二0一四年元月
一、水煤浆气化技术概况
（一）水煤浆气流床气化是指煤或石油焦等固体碳氢 化合物以水煤浆或水碳浆的形式与气化剂一起通过喷嘴， 气化剂高速喷出与料浆并流混合雾化，在气化炉内进行火 焰型非催化部分氧化反应的工艺过程。具有代表性的工艺 技术有美国德士古发展公司开发的水煤浆加压气化技术、 道化学公司开发的两段式水煤浆气化技术、中国开发的多 喷嘴水煤浆气化技术、多元料浆气化技术、水冷壁水煤浆 气化技术，这些技术以德士古发展公司水煤浆加压气化技 术开发最早、在世界范围内的工业化应用最为广泛。
1367
1323 1256 1315 1241 1315
2122
2464 2190 2258 2030 2231
3621.1
3860.3 2735.7 10217.1 1468.7 116858
109.4
384.5 257.7 751.6 154.8 906.4
1~10月累计 25418
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三、水煤浆气化在中小型氮肥厂 应用的探讨
华鲁恒升化工股份有限公司 山东德州 新疆锦江化工有限公司 新疆奎屯
中海油华鹤煤化有限公司 黑龙江鹤岗 30万吨/年合成氨
7
合
其
他
甲醇、丁辛醇等
61
78
7
计（28个企业）
表2
序号
1 2 3 4 5
四喷嘴对置式水煤浆气化炉应用情况
企业名称 所处地点
山东德州 山东德州 江苏宜兴 江苏昆山
产品规模
30万t/年合成氨 合成氨 45万t/年合成氨 26万t/年合成氨 30万t/年合成氨 30万t/年合成氨 45万t/年合成氨 36万t/年合成氨 甲醇、发电、醋酸等
兴茂侏罗纪镁业煤电集团
安徽淮南
陕西榆林
30万吨/年合成氨
30万吨/年合成氨
1
2 2
已投产
建设中 建设中
夸伦集团天润化肥有限公司 内蒙古准格尔旗 30万吨/年合成氨
7 8
中盐安徽红四方股份有限公司
安徽合肥
30万吨/年合成氨 甲醇、二甲醚等
2 30
41
已投产
其 他
合 计（26个企业）
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表4
序号 1 2 3 4 5 6 企 业 名 称
江苏连云港 河北石家庄
内蒙古呼和浩特
合成氨 合成氨 合成氨 合成氨 甲醇、制氢、 丁辛醇等
内蒙古乌兰泰安源化工有限公司 内蒙古兴安盟
7
合
其
他
17
28
计（17个企业）
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二、水煤浆气化治理高浓度 COD废水的开发与应用
（一）现有高浓度 COD、氨氮有机废水一般都交有专业 污水处理厂进行处理，目前都是采用焚烧处理技术加以处理， 该处理方法存在如下问题： （1）处理废水的能耗大。 在焚烧炉内需用柴油、天然气、液化气或煤作燃料，将 废水焚烧至 1000℃左右进行裂解，据了解处理每吨 COD 废 水需耗100多公斤（标煤）的能源。 （2）存在二次污染的问题。 在焚烧处理过程中，容易产生二恶咽等致癌物质，造成
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表1
序号 1
2 3 4 5 6
德士古水煤浆气化炉应用情况
企 业 名 称 兖矿集团鲁南化肥厂
渭河煤化工集团公司 贵州金赤化工有限公司
所处地点 山东滕州
陕西渭南 贵州桐梓
产品规模 合成氨、甲醇
合成氨、甲醇 合成氨、甲醇 合成氨 45万吨/年合成氨
炉台数 3
5 3 1 3 2
现状 已投产
已投产 已投产 已投产 已投产 建设中
生产时间 合成氨
1~3月累计 7967
4~6月累计 7574 7~9月累计 7093 1~9月累计 22634 10月 2784
31175
29790 27092 88057 10620 98677
1175
1132 1077 1130 1062 1127
1563
1557 1461 1529 1460 1522
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（1）设计选择的气化炉压力与能力要适应中小型老厂技 改需求。 （2）要充分考虑企业原有变换净化系统的工艺匹配问题。 （3）生产操作与控制要简单、可靠、使用、减少建设投 资。 按以上思路暂设计二个压力等级与二种生产规模，可供 各企业选用：
（1）气化炉设计P=2.0MPa适合现有P≤1.3~1.5MPa变换 系统的企业。
炉台数
1 2 2 2 3 2 3 2 78 95
现状
已投产 已投产 已投产 建设中 建设中 建设中 已投产 建设中
华鲁恒升化工股份有限公司
兖矿集团鲁南化肥厂 江苏灵谷化工有限公司 中盐集团昆山有限公司
兖矿新疆煤化工有限公司 新疆乌鲁木齐 新疆
6 新疆心连心能源化工有限公司
7 河南心连心化肥股份有限公司 河南新乡 8 9 中盈化肥有限 其 他 河南滑县
（一）技术应用的可能性 从表1~4中可见全国现应用水煤浆气化的除浙江兰溪丰登 化工与巨化集团合成氨厂二家是小型外，其余均是大型合成 氨的。 结合国内现有中小型合成氨的实际生产技术情况与兰溪 丰登化工股份公司的应用实践，设计小型实用型水煤浆气化 技术供现有中小型合成氨厂调整原料结构、转型提升是有可 能的。 小规模实用型水煤浆气化技术的设计指导思想：
这项新技术的成功为氮肥企业的转型提升、提高企业效益 及社会效益提供了一条十分有效的途径。其主要特点： ▲开拓了一条处理高浓度 COD 、氨氮有机废水的新技术， 与现有焚烧处理方法相比，既没有二次污染，又大幅度降低 处理成本。 ▲将废水中COD、氨氮有机组分转化为有效的CO、H2的 原料气，可获得资源综合利用、变废为宝、节能节水的明显 效果。
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经营许可证，可以经营涵盖 7大类14小项的范围，目前已为 浙江省内多家医药、化工企业提供危废处理服务。 2012 年9月丰登公司委托浙江大学热能化工研究所对该 项目生产过程中产生的废水、废气、废渣进行对照监测，其 结论是： （ 1 ）排出的废水全部达到国家污水排放标准（ GB89761996）三级标准要求，可直接排入设置二级污水处理厂的城
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▲使氮肥企业调整原料结构与转型提升中取得明显经济 效益（见表5）。 ▲社会效益显著，每年减排COD可观（丰登企业年减排 COD4000～5000吨），可为地方的环境保护做出贡献。
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表5
兰溪丰登2013年主要经济技术指标完成情况
产量（吨） 综合能耗 氨制造成本 现价产值 企业利润 / 碳 铵 原料煤(kg) 电(kwh) Kg(标)/t氨 （元 吨） （万元） （万元） 合成氨单耗
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水煤浆气化反应是一个很复杂的物理和化学反应过程， 水煤浆和氧气喷入气化炉后瞬间经历煤浆升温及水分蒸发、 煤热解挥发、残炭气化和气体间的化学反应等过程，最终生 成以CO、H2为主要组分的粗煤气（或称水煤气、合成气）。 灰渣采用液态排渣。 水煤浆气化制粗煤气技术有如下优点： （1）气化的原料范围比较宽。大部分煤种都可采用该项 技术进行气化，还可气化石油焦、煤液化残渣、半焦、沥青 等原料。 （2）水煤浆进料与干粉进料比较，具有安全并容易控制 的特点。
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（3）工艺技术成熟、流程简单，过程控制安全可靠，运 转率高。 （4）操作弹性大，气化过程碳转化率比较高。碳转化率 一般可达95%~99%，负荷调整范围为50%~105%。 （5）粗煤气质量好，用途广。煤气中有效成分(CO+H2) 可达80%左右，粗煤气后续过程无须特殊处理而可采用传统 气体净化技术。 （6）气化压力范围宽。气化压力可根据工艺需要进行选 择，目前生产装置的操作压力等级在2.6~8.5MPa范围。 （7）单炉的投煤量选择范围大。在450~3000t/d（干煤） 之间。 （8）气化过程污染少，环保性能好。 水煤浆气化工艺示意见图1。