煤化工合成氨的工藝

1、煤化工合成氨的工藝 氣化工藝各有千秋常壓固定床間歇式無煙煤（或焦炭）氣化技術(shù)目前我國氮肥產(chǎn)業(yè)主要采用的煤氣化技術(shù)之一，其特點(diǎn)是采用常壓固定床空氣、蒸汽間歇 制氣，要求原料為?準(zhǔn)25 75mm的塊狀無煙煤或焦炭，進(jìn)廠原料利用率低，單耗高、操 作繁雜、單爐發(fā)氣量低、吹風(fēng)放空氣對大氣污染嚴(yán)重，屬于將逐步淘汰的工藝。常壓固定床無煙煤（或焦炭）富氧連續(xù)氣化技術(shù)其特點(diǎn)是采用富氧為氣化劑、連續(xù)氣化、原料可采用?準(zhǔn)8 10mm粒度的無煙煤或焦炭， 提高了進(jìn)廠原料利用率，對大氣無污染、設(shè)備維修工作量小、維修費(fèi)用低，適合用于有無 煙煤的地方，對已有常壓固定層間歇式氣化技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。魯奇固定床煤加壓氣化技術(shù)主要用于

2、氣化褐煤、不粘結(jié)性或弱粘結(jié)性的煤，要求原料煤熱穩(wěn)定性高、化學(xué)活性好、灰 熔點(diǎn)高、機(jī)械強(qiáng)度高、不粘結(jié)性或弱粘結(jié)性，適用于生產(chǎn)城市煤氣和燃料氣。其產(chǎn)生的煤 氣中焦油、碳?xì)浠衔锖考s1%左右，甲烷含量約10%左右。焦油分離、含酚污水處理 復(fù)雜，不推薦用以生產(chǎn)合成氣?；胰劬勖簹饣夹g(shù)中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所技術(shù)。其特點(diǎn)是煤種適應(yīng)性寬，屬流化床氣化爐，煤灰不 發(fā)生熔融，而只是使灰渣熔聚成球狀或塊狀灰渣排出。可以氣化褐煤、低化學(xué)活性的煙煤 和無煙煤、石油焦，投資比較少，生產(chǎn)成本低。缺點(diǎn)是操作壓力偏低，對環(huán)境污染及飛灰 堆存和綜合利用問題有待進(jìn)一步解決。此技術(shù)適合于中小型氮肥廠利用就地或就近的煤炭 資

3、源改變原料路線。恩德粉煤氣化技術(shù)屬于改進(jìn)后的溫克勒沸騰床煤氣化爐，適用于氣化褐煤和長焰煤，要求原料煤不粘結(jié)或弱 粘結(jié)性，灰分25%30%，灰熔點(diǎn)高、低溫化學(xué)活性好。在國內(nèi)已建和在建的裝置共有 13套22臺氣化爐，已投產(chǎn)的有16臺。屬流化床氣化爐，床層中部溫度1000 - 1050C。 目前最大的氣化爐產(chǎn)氣量為4萬m3/h半水煤氣。缺點(diǎn)是氣化壓力為常壓，單爐氣化能力 低，產(chǎn)品氣中CH4含量高達(dá)1.5% 2.0%，飛灰量大、對環(huán)境污染及飛灰堆存和綜合利用 問題有待解決。此技術(shù)適合于就近有褐煤的中小型氮肥廠改變原料路線。GE水煤漿加壓氣化技術(shù)屬氣流床加壓氣化技術(shù)，原料煤運(yùn)輸、制漿、泵送入爐系統(tǒng)比干粉

4、煤加壓氣化簡單，安全 可靠、投資省。單爐生產(chǎn)能力大，目前國際上最大的氣化爐投煤量為2000t/d，國內(nèi)已投 產(chǎn)的氣化爐能力最大為1000t/d。設(shè)計中的氣化爐能力最大為1600t/d。對原料煤適應(yīng)性較 廣，氣煤、煙煤、次煙煤、無煙煤、高硫煤及低灰熔點(diǎn)的劣質(zhì)煤、石油焦等均能用作氣化 原料。但要求原料煤含灰量較低、還原性氣氛下的灰熔點(diǎn)低于1300C，灰渣粘溫特性好。 氣化系統(tǒng)不需要外供過熱蒸汽及輸送氣化用原料煤的N2或CO2。氣化系統(tǒng)總熱效率高達(dá) 94% 96%，高于Shell干粉煤氣化熱效率（91%93% ）和GSP干粉煤氣化熱效率（88%92% ）。氣化爐結(jié)構(gòu)簡單，為耐火磚襯里，制造方便、造價

5、低。煤氣除塵簡單， 無需價格昂貴的高溫高壓飛灰過濾器，投資省。國外已建成投產(chǎn)6套裝置15臺氣化爐； 國內(nèi)已建成投產(chǎn)7套裝置21臺氣化爐，正在建設(shè)、設(shè)計的還有4套裝置13臺氣化爐。已 建成投產(chǎn)的裝置最終產(chǎn)品有合成氨、甲醇、醋酸、醋酐、氫氣、CO、燃料氣、聯(lián)合循環(huán)發(fā) 電，各裝置建成投產(chǎn)后，一直連續(xù)穩(wěn)定長周期運(yùn)行。裝備國產(chǎn)化率已達(dá)90%以上，由于國 產(chǎn)化率高、裝置投資較其他加壓氣化裝置都低，有備用氣化爐的水煤漿加壓氣化與不設(shè)備 用氣化爐的干煤粉加壓氣化裝置建設(shè)費(fèi)用的比例大致為Shell法:GSP法：多噴嘴水煤漿加 壓氣化法:GE水煤漿法=(2.0 2.5 ) : ( 1.4-1.6 ) :1.2:1

6、.0。缺點(diǎn)是氣化用原料煤受氣 化爐耐火磚襯里的限制，適宜于氣化低灰熔點(diǎn)的煤；碳轉(zhuǎn)化率較低；比氧耗和比煤耗較高； 氣化爐耐火磚使用壽命較短，一般為12年；氣化爐燒嘴使用壽命較短。多元料漿加壓氣化技術(shù)西北化工研究院開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的煤氣化技術(shù)，屬氣流床單燒嘴下行制氣。典型 的多元料漿組成為含煤60% 65%，油料10% 15%，水20% 30%。筆者認(rèn)為在制備 多元料漿時摻入油類的辦法不符合當(dāng)前我國氮肥工業(yè)以煤代油改變原料路線的方針，有待 改進(jìn)。多噴嘴(四燒嘴)水煤漿加壓氣化技術(shù)由華東理工大學(xué)、兗礦魯南化肥廠、中國天辰化學(xué)工程公司共同開發(fā)。屬氣流床多燒嘴下 行制氣，氣化爐內(nèi)用耐火磚襯里。在山

7、東德州華魯恒生化工股份有限公司建設(shè)1套氣化壓 力為6.5MPa、處理煤750t/d的氣化爐系統(tǒng)，于2005年6月正式投入運(yùn)行，至今運(yùn)轉(zhuǎn)良好。 在山東滕州兗礦國泰化工有限公司建設(shè)2套氣化壓力為4.0MPa、處理煤1150t/d的氣化爐 系統(tǒng)，于2005年7月21日一次投料成功，運(yùn)行至今。9.Shell干煤粉加壓氣化技術(shù)屬于氣流床加壓氣化技術(shù)?？蓺饣置骸熋?、無煙煤、石油焦及高灰熔點(diǎn)的煤。入爐原 料煤為經(jīng)過干燥、磨細(xì)后的干煤粉。干煤粉由氣化爐下部進(jìn)入，屬多燒嘴上行制氣。目前 國外最大的氣化爐處理量為2000t/d煤，氣化壓力為3.0MPa。這種氣化爐采用水冷壁，無 耐火磚襯里?？梢詺饣呋胰埸c(diǎn)的

8、煤，但仍需在原料煤中添加石灰石做助熔劑。國內(nèi)2000 年以來已引進(jìn)19臺，其目標(biāo)產(chǎn)品有合成氨、甲醇，氣化壓力3.04.0MPa。我國引進(jìn)的 Shell煤氣化裝置只設(shè)1臺氣化爐單系列生產(chǎn)，沒有備用爐，在煤化工生產(chǎn)中能否常年連續(xù) 穩(wěn)定運(yùn)行尚待檢驗。1套不設(shè)備用爐的裝置投資相當(dāng)于設(shè)備用爐的GE氣化裝置或多噴嘴水 煤漿氣化裝置的投資的2 2.5倍，排出氣化爐的高溫煤氣用龐大的、投資高的廢熱回收鍋 爐回收顯熱副產(chǎn)蒸汽后，如用于煤化工，尚需將蒸汽返回后續(xù)CO變換系統(tǒng)，如用于制合 成氨和氫氣，副產(chǎn)的蒸汽量還不夠用。同時還需要另設(shè)中壓過熱蒸汽系統(tǒng)用于氣化爐的過 熱蒸汽。筆者認(rèn)為目前Shell帶廢熱鍋爐的干煤粉

9、加壓氣化技術(shù)并不適用于煤化工生產(chǎn)， 有待改進(jìn)。10.GSP干煤粉加壓氣化技術(shù)屬于氣流床加壓氣化技術(shù)，入爐原料煤為經(jīng)過干燥、磨細(xì)后的干煤粉，干煤粉由氣化爐頂 部進(jìn)入，屬單燒嘴下行制氣。氣化爐內(nèi)有水冷壁內(nèi)件，目前國外最大的GSP氣化爐投煤量 為720t/d褐煤。因采用水激冷流程，投資比Shell爐省，適用于煤化工生產(chǎn)。正常時要燃 燒液化氣或其他可燃?xì)怏w，以便于點(diǎn)火、防止熄火和確保安全生產(chǎn)。目前世界上采用GSP 氣化工藝技術(shù)的有3家，但是現(xiàn)在都沒有用來氣化煤炭，其中黑水泵煤氣化廠只有6年氣 化褐煤的業(yè)績，沒有長期氣化高灰分、高灰熔點(diǎn)煤的業(yè)績。神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公 司已決定采用GSP干煤粉加壓氣

10、化技術(shù)建設(shè)83萬t/a二甲醚，一期60萬t/a甲醇項目， 單爐投煤量約2000t/d。兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)西安熱工研究院開發(fā)成功的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的煤氣化技術(shù)?？蓺饣悍N包括褐煤、煙煤、 貧煤、無煙煤，以及高灰分、高灰熔點(diǎn)煤，不產(chǎn)生焦油、酚等。其特點(diǎn)是采用兩段氣化， 其缺點(diǎn)是合成氣中CH4含量較高，對制合成氨、甲醇、氫氣不利。廢熱鍋爐型氣化裝置適 用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，其示范裝置投煤量2000t/d級兩段式干煤粉加壓氣化爐（廢熱鍋爐流 程）已決定用于華能集團(tuán)綠色煤電”項目，另一套示范裝置投煤量1000t/d級兩段式干煤 粉加壓氣化爐（激冷流程）已決定用于內(nèi)蒙古世林化工有限公司30萬t/a甲醇項目。四噴嘴對置式干粉煤加壓氣化技術(shù)由華東理工大學(xué)、兗礦魯南化肥廠（水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心）和中國天辰 化學(xué)工程公司通力合作開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的煤氣化技術(shù)。中試裝置投煤能力為15 45