2006年第27卷第3期小氮肥設(shè)計(jì)技術(shù)溫和氣化爐制合成氨原料煤應(yīng)用總結(jié)劉文珍邊定華衛(wèi)憲宏(山西五臺(tái)山化工有限公司035500)摘要簡(jiǎn)要敘述了采用“溫和氣化技術(shù)”將弱粘結(jié)性煤轉(zhuǎn)化為干餾煤,用作合成氣原料煤的工藝過程成本及效益。關(guān)鍵詞溫和氣化技術(shù) 弱粘結(jié)煤干餾煤1前言粉煤和煤氣爐爐渣的混合物。山西五臺(tái)山化工有限公司成立于煤氣爐造氣原用無(wú)煙塊煤或焦炭。由于我國(guó)2005-06-25,其前身山西省五臺(tái)縣化肥廠,原設(shè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,無(wú)煙塊煤供應(yīng)緊張、價(jià)格直線計(jì)能力為年產(chǎn)合成氨500碳銨2000?，F(xiàn)已上升,焦炭?jī)r(jià)格同樣長(zhǎng)期居高不下,原料價(jià)格的.發(fā)展為年產(chǎn)合成氨13x10t.尿素21x 10+、碳銨暴漲對(duì)化肥工業(yè)造成了極大的影響。為此通過考2x 104、編織袋500萬(wàn)條、速效螺栓松動(dòng)劑18萬(wàn)察論證,決定采用鞍山熱能研究院開發(fā)的弱粘結(jié)桶,副產(chǎn)焦油0.5x 10Vao企業(yè)總資產(chǎn)4.5億元，性塊煤溫和氣化、脫除揮發(fā)份、生產(chǎn)合成氨原料固定資產(chǎn)3.5億元。2005年完成產(chǎn)值2.5億元,實(shí)煤技術(shù),即用寧武(或陜西府谷)礦區(qū)價(jià)格低廉的現(xiàn)銷售收入3.2億元。我公司現(xiàn)有11臺(tái)煤氣爐,弱粘結(jié)性塊煤,經(jīng)“溫和氣化”技術(shù)生產(chǎn)造氣原料其中φ2 400煤氣爐10臺(tái),中2 610煤氣爐1臺(tái)。煤,用于合成氨制氣,同時(shí)副產(chǎn)干餾煤氣和焦油。煤氣爐造氣曾利用無(wú)煙塊煤或焦炭作為原料,年干餾煤氣用于鍋爐生產(chǎn)蒸汽,不但節(jié)約大量動(dòng)力需求量約20x 104。生產(chǎn)用鍋爐共10臺(tái),其中10t煤還能改善操作環(huán)境,減少粉塵污染。焦油是寶燃煤鍋爐(SHL10-25/400A)4 臺(tái),6.5t燃煤鍋爐貴的化工原料,全部外銷。原料煤中篩出的粉煤(SHL6.5-25)4臺(tái),25t循環(huán)流化床鍋爐與造氣爐渣混合用于循環(huán)流化床鍋爐燃燒。該技(SHFX- -25/400P)2臺(tái)。8臺(tái)燃煤鍋爐用動(dòng)力粉煤,術(shù)可謂集節(jié)能、環(huán)保、資源合理利用于一身,可以年需求量約12 x 104。循環(huán)流化床鍋爐燃用動(dòng)力降低合成氨生產(chǎn)成本、改善操作條件、提高企業(yè)改造前,造氣爐每30min加煤--次,每次時(shí)變化范圍,制氣效率大大提高,蒸汽分解率與氣間約為1min( 停微機(jī)、開蓋、加煤、關(guān)蓋、開微機(jī)),質(zhì)都有大幅度好轉(zhuǎn);造氣爐產(chǎn)氣量增加。每臺(tái)造氣爐每天由此造成的停爐時(shí)間:1 x3.4新技術(shù)的成功使用 ,使人力資源得以合理分60/30 x 24-48min/d。若每臺(tái)φ2 610mm造氣爐配,造氣由原來(lái)的一人一機(jī)發(fā)展為一人兩機(jī)或三產(chǎn)氣量按6 00Nm3/h計(jì)(理想),正常生產(chǎn)時(shí)按其機(jī),人工效益大大提高。0.90倍計(jì)，則一臺(tái)造氣爐改造后每天多產(chǎn)氣量:4結(jié)束語(yǔ)48/60 x6 00 x 0.9=4320Nm)，如果噸氨耗氣3恒炭層自動(dòng)加焦機(jī),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,投資少,爐況300Nm計(jì)，則單爐每天增產(chǎn)氨量為:4 320/3穩(wěn)定,易于操作,產(chǎn)氣量有較大提高,給企業(yè)帶來(lái)300=1.31t 氨若按噸氨利潤(rùn)為300元計(jì),則每月增了明顯的效益,但是也存在不足,例如更換爐柵加利潤(rùn)為:1.31 x 300 x 30=11 790元,則每臺(tái)造氣時(shí)吊裝不便,須拆卸帶來(lái)的工作量較大;燒大塊爐的投入用5個(gè)月時(shí)間就收回投資。煤昧”中國(guó)煤化工這需要使用單位3.3爐頂溫 度的相對(duì)穩(wěn)定三解決。改造后,上氣道溫度基本保持在一-個(gè)較小的YHC NMH GE:2006-03-29)28小氮肥設(shè)計(jì)技術(shù)2006年第27卷競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力,是合成氨原料本地化技術(shù)路線的有益煤低灰低硫、粘結(jié)性較好,是生產(chǎn)冶金焦的原料探索。煤;所產(chǎn)石炭紀(jì)煤的灰、硫較高,粘結(jié)性低,現(xiàn)用2建設(shè)規(guī)模及原料來(lái)源作動(dòng)力煤。石炭紀(jì)的5*層塊煤，揮發(fā)份28%~我公司規(guī)劃干餾煤產(chǎn)量為35 x 10*/a,- -期工35%,灰份8%~15%,硫份0.5%~2.0%，可用作程按年產(chǎn)造氣原料煤10x10t、煤氣1.545 x生產(chǎn)化肥造氣專用焦炭的原料。寧武礦區(qū)石炭紀(jì)10*m'(STP).焦油0.645 x 10t設(shè)計(jì),采用一組(兩煤年產(chǎn)量500x 10+,其中塊煤產(chǎn)率20%以上,約座)直立爐。備煤、篩焦、煤氣輸送及各項(xiàng)輔助設(shè)100x 10t,完全可以滿足我廠需要。該工程所需施按此規(guī)模相應(yīng)配備。塊煤由煤礦直接供給。由國(guó)家焦化產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督山西省寧武礦區(qū)煤炭資源豐富,所產(chǎn)侏羅紀(jì)檢測(cè)中心分析的我廠提供的煤樣分析報(bào)告見表1。表1五臺(tái)山化工有限公 司直立爐擬用塊煤(5°煤)化驗(yàn)結(jié)果(%)煤樣1.V焦渣特征DT( C)Y( mm)X( mm)千樹梁原煤D 1.5324.2037.551.72>1 41015.4千樹梁煤四3.568.6635.061.25>141017.08.544.5注:①由國(guó)家焦化產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督中心分析化驗(yàn)。千樹梁原煤塊煤矸石較多,煤質(zhì)分析灰硫高。②由國(guó)家焦化產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督中心分析化驗(yàn),千樹梁煤塊煤經(jīng)簡(jiǎn)單手揀矸石煤質(zhì)分析灰、硫較低。對(duì)溫和氣化爐用煤的煤質(zhì)要求如下:級(jí)4 000ta, < 10mm粒級(jí)10 000t/a。水分≤7% .本技術(shù)產(chǎn)品干餾煤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)硫分≤1.5%灰分(A.)%為20灰分≤15%硫(S)% .》1.5揮發(fā)分28% ~ 38%水分(H20)力10熱穩(wěn)定性良好揮發(fā)分(Va)%》8粒度25 ~ 80mm干餾煤≥20mm粒級(jí)供合成氨造氣，干餾3產(chǎn)品規(guī)格、數(shù)量及質(zhì)t煤<20mm粒級(jí)供循環(huán)流化床鍋爐燃用或外銷。3.1干餾煤3.2煤焦油干餾煤產(chǎn)量10x 104/a煤焦油的產(chǎn)量6 450ta,其主要性質(zhì)見表2。其中:≥20mm粒級(jí)86 00ta, 10 ~ 20mm粒煤焦油屬低溫焦油,含有輕油、雜酚油及瀝青表2煤焦油的主要性質(zhì)密度(g/cm2)灰份(%)水份(%)酚(%)游離碳(%)粘度°E煤焦油1.04~ 1.05 0.02 ~ 0.202~10 .≤102° ~ 10° [(11.47~ 72.47) x 10*m/8]等餾分,主要用于生產(chǎn)燃料油、油氈紙、炭黑及一C.O.1.0般碳素制品,可銷往國(guó)內(nèi)外。CO27.83.3干餾煤氣N54.5日產(chǎn)千餾煤氣47 x 10*m'(STP)/d0.2干餾煤氣質(zhì)量:4工藝技術(shù)方案熱值~ 7 826kJ/Nm34.1 工藝技術(shù)方案的選擇成分(%)溫和氣化爐制合成氨原料煤的生產(chǎn)工藝流H216.9程包中國(guó)煤化工產(chǎn)品分級(jí)工段、CH,12.0煤氣MH主要供合成氨造CO7.6cNMHG溫和氣化爐加第3期劉文珍,等:溫和氣化爐制合成氨原料煤應(yīng)用總結(jié)_29熱和生產(chǎn)鍋爐燃用。在生產(chǎn)工藝流程和設(shè)備選型反應(yīng),增加煤氣含水量;蒸汽冷卻方案中蒸汽需上，充分考慮了煤炭資源和本項(xiàng)目的資金籌集、鍋爐提供,增加運(yùn)行費(fèi)用;蒸汽冷卻方案中水煤投入等情況,選擇了工藝成熟技術(shù)先進(jìn)、操作可氣反應(yīng)量較大,千餾煤產(chǎn)量略有降低。靠裝備水平較高的工藝流程及設(shè)備。通過兩個(gè)千餾煤冷卻工藝方案的比較可以4.1.1爐型的選擇看出:蒸汽冷卻較水冷卻方案投資較大、運(yùn)行費(fèi)本項(xiàng)目所用原料為寧武弱粘結(jié)性塊煤,采用用高、煤氣含水量略有增加、產(chǎn)量略有下降,因此爐頂加煤、爐底排除造氣原料的溫和氣化爐生產(chǎn)水冷卻方案優(yōu)于蒸汽冷卻方案,且水冷卻工藝操造氣原料煤。作簡(jiǎn)單,運(yùn)行可靠,不污染環(huán)境,因此本技術(shù)選用現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)上所應(yīng)用的溫和氣化爐爐型主水冷卻工藝。要為:內(nèi)熱式溫和氣化爐和外熱式溫和氣化爐,4.2 工藝流程說(shuō)明溫和氣化爐的燃燒室又分為水平火道和立火道，4.2.1備煤工段相互比較區(qū)別如下:內(nèi)熱式溫和氣化爐生產(chǎn)干餾煤所用的原料(1)內(nèi)熱式溫和氣化爐由燃燒室產(chǎn)生的熱廢煤要求為25 ~ 80mm的塊煤，所需塊煤直接由煤氣直接與塊煤接觸進(jìn)行加熱,與外熱式溫和氣化礦 供給,本技術(shù)適當(dāng)考慮原料煤的篩分。備煤設(shè)爐相比加熱速度快、加熱均勻,因而單位容積生施要保證為溫和氣化爐提供10x10Va干餾用產(chǎn)能力大。煤,每日需要煤量為515t。(2)內(nèi)熱式溫和氣化爐燃燒室溫度較外熱式根據(jù)溫和氣化爐生產(chǎn)用煤和外來(lái)煤情況,備溫和氣化爐溫度低,因此在加熱段采用高鋁磚砌煤部分采用機(jī)械化運(yùn)煤、篩分布料,減少操作人筑即可滿足要求,與外熱式溫和氣化爐主要部分員數(shù)量,改善操作條件。整個(gè)工段由貯煤場(chǎng)、皮帶采用的硅磚相比，高鋁磚比硅磚抗熱震穩(wěn)定性輸送機(jī)和篩分站組成。貯煤場(chǎng)面積約15 000m",貯好,且價(jià)格便宜。煤量28 00t,能保證溫和氣化爐50天的用煤量。(3)內(nèi)熱式溫和氣化爐熱廢氣直接與塊煤接原料煤由鏟車鏟人煤坑,均勻加至M1皮帶觸，主要靠燃燒廢氣對(duì)流進(jìn)行加熱,燃燒廢氣與運(yùn)輸機(jī),將煤倒運(yùn)至M2皮帶機(jī),然后輸送至篩物料溫差較小。而外熱式溫和氣化爐主要靠傳導(dǎo)分裝置篩分。篩下粉煤經(jīng)移動(dòng)式皮帶機(jī)直接進(jìn)入進(jìn)行加熱,燃燒廢氣與物料溫差較大。因而內(nèi)熱粉煤倉(cāng),然后由汽車運(yùn)至鍋爐粉煤場(chǎng);篩上的合式溫和氣化爐傳熱效果好,熱效率高。格塊煤經(jīng)由M3皮帶機(jī)倒運(yùn)至大傾角皮帶機(jī)運(yùn)(4)水平火道的燃燒室沿其溫和氣化爐高至立式爐爐頂煤倉(cāng)。煤倉(cāng)有兩個(gè)下料口,塊煤經(jīng)度方向的溫度可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，而立火道由放料閥放入裝料小車，分別供應(yīng)14 孔溫和氣的燃燒室,頂部溫度高,溫和氣化室溫度不易調(diào)化爐。節(jié)。爐頂裝料小車操作區(qū)設(shè)置輕型結(jié)構(gòu)通廊,解因此,此工程設(shè)計(jì)所選爐型為內(nèi)熱式水平火決防風(fēng)、防雨 、防塵問題。道溫和氣化爐。4.2.2溫和氣化工段4.1.2干餾煤冷 卻方式選擇由備煤工段運(yùn)來(lái)的合格的裝爐煤首先裝入溫和氣化爐產(chǎn)品(干餾煤)冷卻方式有水冷爐頂最上部的煤槽內(nèi),再經(jīng)放煤旋塞和輔助煤箱卻和蒸汽冷卻等多種方案，水冷卻為濕法冷卻,裝入溫和氣化室內(nèi)。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求,定時(shí)打蒸汽冷卻為千法冷卻。開放煤旋塞向溫和氣化室加煤。加人溫和氣化室水冷卻工藝是赤熱干餾煤通過水套部分冷的塊煤自上而下移動(dòng),與燃燒室送人溫和氣化室卻后,落入水封槽,與水封槽內(nèi)的水換熱,同時(shí)產(chǎn)的高溫氣體逆流接觸。溫和氣化室的上部為預(yù)熱生部分蒸汽與干餾煤發(fā)生水煤氣反應(yīng)、進(jìn)行干餾段,塊煤在此段被加熱到350C左右;塊煤繼續(xù)向煤冷卻。下移動(dòng)進(jìn)入溫和氣化室中部的干餾段,塊煤通過水冷卻方案投資約為蒸汽冷卻方案的一半，此段中國(guó)煤化工和氣化為干餾兩方案產(chǎn)品質(zhì)量相同。蒸汽冷卻方案由于蒸汽與煤;的冷卻段時(shí),被赤熱的干餾煤反應(yīng)過程中,有少量的蒸汽未參與通)TYTHC NM H. G右,用刮板機(jī)連30小氮肥設(shè)計(jì)技術(shù)2006年第27卷續(xù)排出后,通過溜槽落到烘干機(jī)上。(1)從過去購(gòu)兩種煤即動(dòng)力煙煤、無(wú)煙塊煤煤料在溫和氣化過程中產(chǎn)生的煤氣與燃燒或焦炭,改為現(xiàn)在只購(gòu)當(dāng)?shù)厝跽辰Y(jié)性塊煤,簡(jiǎn)化室進(jìn)人溫和氣化室的高溫廢氣和冷卻干餾煤產(chǎn)了原料的采購(gòu)管理;生的煤氣的混合氣(荒煤氣),經(jīng)上升管、橋管進(jìn)(2)從氣化直立爐生產(chǎn)的干餾煤通過皮帶輸人集氣槽,200 ~ 300C左右的混和氣(荒煤氣)在送直接送入造氣料倉(cāng),減少中間環(huán)節(jié),提高了干橋管和集氣槽內(nèi)經(jīng)循環(huán)水噴灑被冷卻至80C左餾煤的利用率;右。冷卻后的煤氣經(jīng)吸氣管與冷凝下來(lái)的循環(huán)水(3)產(chǎn)生的煤氣通過管道直接送入鍋爐,鍋焦油一起進(jìn)人煤氣凈化工段。溫和氣化爐加熱用的煤氣是經(jīng)過煤氣凈化爐從原來(lái)的燃煤改為燃?xì)?，改善了操作條件,減工段進(jìn)- -步冷 卻和凈化后的煤氣。溫和氣化爐加少了煙塵排放,節(jié)約了大量動(dòng)力煤?，F(xiàn)在有2臺(tái)熱用的空氣由空氣鼓風(fēng)機(jī)加壓后供給。煤氣和空10t燃煤鍋爐使用煤氣,代替了原燃料煤,達(dá)到設(shè)氣經(jīng)燒嘴混合,在水平火道內(nèi)燃燒,燃燒產(chǎn)生的計(jì)能力; .(4)有較好的經(jīng)濟(jì)效益,降低了合成氨原料高溫廢氣通過在溫和氣化室側(cè)墻上均勻分布的煤的價(jià)格,當(dāng)?shù)厝跽辰Y(jié)性煤噸價(jià)370元,出焦率進(jìn)氣孔進(jìn)人溫和氣化室,利用高溫廢氣的熱量將按70%計(jì)算,人爐干餾煤價(jià)為:煤料進(jìn)行溫和氣化。4.2.3產(chǎn) 品分級(jí)工段370元+(1-15%煤面) + 70% +(1-10%焦因干餾煤水分較高,在溫和氣化爐兩端分別面)=690.94元設(shè)置了G、G2干燥機(jī)。干燥機(jī)內(nèi)通熱風(fēng)，熱風(fēng)來(lái)自副產(chǎn)品:煤面0.15x300元=45元干燥機(jī)旁的加熱爐。干餾煤面0.06 x210元=12.6元從兩座溫和氣化爐下部刮板機(jī)刮出的干餾焦油0.05x I 700=85元煤,分別經(jīng)溜槽落到G1、G2干燥機(jī)上,干燥機(jī)內(nèi)燃節(jié)約動(dòng)力煤0.1 x 240=24元燒煤氣烘干干餾煤中的水份然后通過J小、J2皮帶本工段噸干餾煤費(fèi)用10元機(jī)，送至多層振動(dòng)篩篩分,不同粒級(jí)干餾煤經(jīng)J3.最終入爐干餾煤噸價(jià)在534.34元皮帶機(jī)和移動(dòng)式皮帶機(jī)分別送人各自料場(chǎng)。(5)該項(xiàng)目基本上是零排放。4.2.4煤氣凈化工段存在的問題:(1)該項(xiàng)目已成為合成氨工藝自溫和氣化爐出來(lái)的荒煤氣,在集氣管被循的一個(gè)配套工段,千餾煤生產(chǎn)的波動(dòng)會(huì)影響合成環(huán)水噴灑冷卻至80 ~ 90C后,煤氣、焦油循環(huán)水氨生產(chǎn)的穩(wěn)定,需進(jìn)-步加強(qiáng)該工段的管理;(2)進(jìn)入氣液分離器,分離后的煤氣進(jìn)人串聯(lián)的兩座千餾煤工段生產(chǎn)環(huán)境需進(jìn)一步改善。洗滌塔(分別為空塔和填料塔),煤氣由洗滌塔下總之,我公司從合成氨原料上游路線的產(chǎn)品部進(jìn)人,由洗滌塔上部排出;煤氣由75~80貯冷開發(fā)為突破口,開發(fā)替代無(wú)煙塊煤和冶金焦的干卻到45 ~ 65C。煤氣經(jīng)冷卻后進(jìn)人羅茨鼓風(fēng)機(jī)送餾煤，利用鞍山熱能研究院開發(fā)的溫和氣化技至溫和氣化爐加熱及蒸汽鍋爐燃燒用。術(shù),用當(dāng)?shù)貙幬涞V區(qū)弱粘結(jié)煤制取干餾煤,從而經(jīng)氣液分離、洗滌塔分離后的焦油、循環(huán)水實(shí)現(xiàn)合成氨原料本地化。所產(chǎn)干餾煤反應(yīng)活性進(jìn)入循環(huán)水貯池,循環(huán)使用,底部焦油用泵送至高、價(jià)格低,完全能滿足合成氨造氣的要求，與無(wú)焦油貯槽脫水,然后裝車外運(yùn)。煙塊煤和冶金焦相比更具競(jìng)爭(zhēng)力。該技術(shù)的應(yīng)用5應(yīng)用狀況可以解決我公司長(zhǎng)期存在的合成氨原料供應(yīng)緊該項(xiàng)目預(yù)計(jì)總投資為1 117萬(wàn)元，其中固定張的局面,充分利用當(dāng)?shù)刎S富的不能煉焦的煤炭資產(chǎn)1015萬(wàn)元，銷售收入2766萬(wàn)元，盈利資源作為合成氨的原料來(lái)源,并實(shí)現(xiàn)了單- -煤種1 184 萬(wàn)元。的采購(gòu)和管理,降低了采購(gòu)和管理成本。因此,溫該項(xiàng)目從2003年6月動(dòng)工,2004年元月15和氣化技術(shù)制取法氣原料性也是實(shí)現(xiàn)合成氨原日竣工投產(chǎn),生產(chǎn)合格的干餾煤。通過- -年多的料中國(guó)煤化工試運(yùn)行,該項(xiàng)目有幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn):.TYHC N M H G明:2006-05-08)