中氮肥煤气化技术研讨

第4期中氮肥No.42007年7月M-Sized Nitrogenous Fertilizer ProgressJul. 2007中氮肥煤气化技术研讨唐宏青(中国石化宁波工程有限公司,浙江宁波315207)[摘要] 提出未来中氮企业的发展方向和规模;介绍了适用于中氮企业的几种煤气化技术;对.中氮企业选择何种煤气化技术做了讨论。[关键词]中氮肥;煤气化技术;研讨[中图分类号] TQ 546[文献标识码] A [文章编号] 10-93200)0009-05Deliberating on Coal Gasification Technologies forM-sized Nitrogenous Fertilizer PlantsTANG Hong qing(Sinopec Ningbo Engineering Co., Ltd, Ningbo 315207, China)Abstract: In this paper, the author puts forward the development orientation and scale of M-sized nitroge-nous fertilizer plants, presents several suitable coal gasification technologies, and discusses some points thatshould be considered by M sized nitrogenous fertilizer plants when selecting.Key words: M-sized nitrogenous fertilizer plant, coal gasification technology, deliberating0引言[收稿日期] 2007-01-30[作者简介]唐宏青(1941- ).男,上海人,教授级高工,中国几十年来，随着技术的进步，经济的发展，石化集团兰州设计院原副总工程师。国内中型氮肥装置(简称中氮肥，下同)的规模焦炉气甲醇补碳流程方案见图5。气化炉压力NHD 脱碳;双甲工艺采用安淳公司最新技术。1.0 MPa (或0.5 MPa);直接低压耐硫变换(补碳流程不需耐硫变换);选用离心压缩机(人口压[ CACCM ] -[耐硫究温中变] +[ 脱碗脱碳力0.8 MPa); 3.0 MPa脱碳脱硫;低压合成。↓氨合成，H双甲压缩▼氨i副产:甲醇CAGGTM耐硫抗硫离心压缩醚烃燃料宽温中变图6配套方案五甲醇◆-H离心压缩+t脱硫脱碳补碳4结束语图5配套方案四随着国家化肥政策的调整以及企业原料煤价3.2.5配套方案五格、由价的不断L业化明由本不断增加，企业新建80~ 120 kt/a和120~ 180 kt/a合成氨效益H中国煤化工合企业承受能力，双甲工艺配套方案如图6。气化炉压力1.0 MPa选择C N M H G术进行气头改造，(或0.5 MPa); Co-Mo系宽温变换催化剂;脱硫将使企业的原材料成本大幅下降，为企业带来巨脱碳考虑原料硫含量可选用NHD或栲胶脱硫、大的经济效益，大大提高企业的市场生存能力。●10●中氮肥第4期也在变大。回顾20世纪60年代初中期，50 kt/a流程的工业化装置用于IGCC。迄今国内已经与合成氨装置已经是大型装置了; 70 年代初开始Shell签订的15个合同19台炉子中，已经有2建设300 kt/a合成氨装置;至90年代中期，国套1000t/d和3套2000t/d的气化炉加废热锅内已有31套300kt/a合成氨装置,55套100炉流程的工业化装置投产。从目前开车的情况来kt/a合成氨装置;到90年代后期，在建单套装看，还需要- -段时间才能稳定成熟。置的规模已达450 kt/a,原300 kt/a 装置也相继(2) Texaco水煤浆加压气化[2]改造为450 kt/a规模。德士古水煤浆加压气化工艺是美国德士古石近年来，在- -股甲醇热中，正在建设的甲醇油公司Texaco在重油气化的基础上发展起来的。单系列装置从100 kt/a快速飙升到210 kt/a。装1945年德士古公司在洛杉矶近郊蒙特贝洛建成置大型化成为提高企业经济效益的主要手段。第1套中试装置。20世纪70年代开发的加压水.氮肥和甲醇的情况有所区别。主要是氮肥工煤浆气化工艺已于 80年代初完成示范工作并实艺流程比较长，产品要后加工等原因，其规模还现工业化生产，成为具有代表性的第二代煤气化不能“疯长”。但是可以预计未来10a内，大氮技术。德士古水煤浆气化技术包括煤浆制备、灰肥装置的规模将变为450~900 kt/a合成氨，而渣排除、水煤浆气化等,其核心和关键设备是气中氮肥装置的规模会变成200~ 400 kt/a合成化炉。经国内多年的运行实践证明，德士古加压氨。如果从煤化工的角度考虑，中氮肥煤气化的水煤浆气化技术是先进并成熟可靠的。总投煤量为700~1 800t/d,采用(2+1) 台气国外已经实现了单线2000 t/d的气化炉加化炉。激冷流程的工业化运行。国内最大规模为单线大型煤气化技术在中氮企业使用是可能的，1 000 t/d,技术成熟。这是因为未来的中氮肥规模就是现在的大氮肥规(3) GSP粉煤气化[3]模。曾经有人提出用现在的小氮肥技术，通过并GSP煤气化过程是在高温加压下进行的,联方式(例如采用几十台UGI炉并联和低压多是原民 主德国开发的较为先进的第二代煤气化工次脱硫脱碳技术等)直接将小氮装置变成中氮装艺之一，属气流床气化。与其他煤气化工艺一置。很明显，这是不可取的，不仅投资高，而且样，GSP气化工艺过程主要是由给料系统、气能耗高、污染大，不利于高度自动化控制。化炉、粗煤气洗涤组成，即由备煤、气化、除渣由此可见，随着规模的增长，氮肥技术要与3部分组成。时俱进，中氨肥的技术也要相应变化。我们曾经支持过GSP技术，原因是GSP气化炉的设计理念比较合理，这种技术比较容易实1煤气化技术现，能出现比较好的效果。但是，由于外商欠缺世界上煤气化技术有上百种，不是任何一-种在工程方面的经验，也不了解中国的国情，使这都可以随便拿来使用。考虑国内具体情况，适合种技术在国内推广的速度变慢了。国内如果能自未来中氮肥使用的只有几种。己开发这种炉型，也许比引进还省事。1.1 国外引进技术国外有1套720 t/d的气化炉加激冷流程的(1) Shell粉煤气化[}装置在工业化运行。国内有3家企业与德国未来Shell煤气化过程是在高温加压下进行的，能源公司签定了GSP引进合同。是目前世界上较为先进的第二代煤气化工艺之1.2 国内开发技术一，属气流床气化。在国外开发和生产的Shell20世纪70年代的石油危机促进了寻求替代工艺中，只有废锅流程一种，是用于IGCC的。能源和洁净煤技 术的开发。在煤化工发展低潮但这并不意味着Shell 工艺就是废锅流程。在化时，国内还是有一些研究机构抓住了这个机遇，工上应用，应该采用激冷流程。对于中氮肥，毫在中国煤化工还是取得了不少的无疑问地要采用激冷流程，因此要求壳牌工艺改成就|YHCNMHG激冷流程是合理的。(1) 西安热工研究院干煤粉加压气化[4]国外有1套2000t/d的气化炉加废热锅炉西安热工研究院开发出两段式干煤粉加压气第4期唐宏青:中氮肥煤气化技术研讨●11●化技术，建成日处理36 t煤的干煤粉加压气化气化后工艺3个部分。国内引进的煤气化技术已中试装置，其核心技术和整体工艺获得国家发明经很多了，如果您还要引进，我们应该考虑是否专利。该技术成功以后可以大中型化，因此是用可以采用以下办法:仅仅引进气化炉工艺包,备于大中型煤气化工艺的技术。煤和气化后工艺由国内根据用户的实际情况进行该院正在进行1 000 t/d的气化炉加激冷流国产化配置。我们可以自信地说，国内在这方面程的工业化装置设计，用于内蒙古世林化工有限已经有成熟的经验，希望大家不要瞧不起国内公司300 kt/a合成氨装置;同时，也在进行2的工程公司!000 t/d的工业化装置设计，用于华能集团的绿在我国煤气化事业大力发展的同时，我们推色煤电项目。荐SGTC技术组合模式。它体现了现代煤化工的(2)华东理工大学多喷嘴水煤浆气化[5]优化流程，能充分展示国内化工设计行业的实多喷嘴对置式水煤浆气化技术是对Texaco力，可以加快建设进度,满足近期国内化工发展气化的改进。有5项主要技术，包括: (a) 多喷的需要。这就是新的适宜工艺。嘴对置式气化炉; (b) 预膜式水煤浆气化喷嘴;SGTC技术组合模式= Shell煤粉输送工艺(c)复合床洗涤冷却室; (d) 分级式合成气初步包+ GSP炉工艺包+ Texaco激冷流程工艺包+净化工艺; (e) 直接换热式含渣水处理工艺。原化工部各设计院的工程设计能力(基础设计+该技术已经实现单线500 t/d的气化炉加激详细设计)冷流程的工业化运行。上面7种技术是向中氮肥推荐的。其中(3)西北化工研究院多元料浆气化[6]SGTC是- -种新的形式,还没有实践过。实现这多元料浆的基本原理是在水煤浆中加入一定个流程的问题在那儿?答案:体制问题一工程的石油焦或油等其他可燃碳质原料，替代水煤浆公司能否协调好!中的一部分水，使气化过程所需的水分更接近于也许国内工程公司的经营部门不欣赏这个流气化反应工艺条件所需要的水蒸气量,增加入炉程，因为他们崇尚的是“套计”而不是设计。谁料浆中的含碳有效反应物浓度，提高所生成煤气都明白，对已经做过的设计进行“套计",是投中CO、H2的含量,减少氧气和原料煤的消耗，人少、产出高、风险小的短平快措施。但是，我从而降低能耗和生产成本，提高经济效益。们应该想-想，如果大家都不把自己放在风口浪该技术也已实现单线500 t/d 的气化炉加激尖上搏一下，何谈技术创新?何谈自主知识产权?何谈建设创新社会?1.3其他以上6种气化技术是国内正在使用或将要使3推广国内技术的困难用的技术。此外还有- -些技术，如灰熔聚煤气推广国内技术的第-步是研究单位要将自己化、恩德炉技术、鲁奇炉及其改进型，也是有一的研究成果变成“工艺包”。尽管现在已经有行业定成效的，只是由于各种原因，在未来中氮肥规规定了工艺包的内容，但是研究人员去完成工艺模上推广存在- -定的困难。我国的化肥行业历来包存在- -定的困难，中试的工程问题与大装置的大中小三分天下，未来的小氮肥规模在50~ 180工程问题不尽相同，要摸索许多新的事物。这个kt/a合成氨,这些技术用于这个范围是比较理想问题对于研究单位来说，做第一版是 比较吃力的。的。这里特别推荐灰熔聚煤气化技术,在这个范另一方面，现在的设计院由于多年不重视新围内很有希望。技术的开发，接触的是国外成熟的工艺包,对于国内研究单位尚不够成熟的工艺包，如何与之衔2推荐新的适宜工艺[7]接，也存在- -定的困难。对于中氮企业，我们应该推出一个新的适宜中国煤化工术层面上的大困的工艺，使它投资少- -些,能耗低- -些，环保好难，[HCNMHG.一些。这是大家所希望的。陈此之外，还有经价上相知识产权归属方面煤气化技术，实际上是包括备煤、气化炉、的原因。.12●中氮肥第4期人太少。其实，这几种技术都很有前途，都有一4讨论定的市场。与Texaco、GSP和Shell相比，国内(1)何种技术最好技术在设计理念上不比它们差，并且国内技术和何种技术最好?这是大家比较关心的问题，国外的技术都有成效，也都有不足(表1)。.许多人都问过这个问题，总希望说出一个“最”两段式气化炉的设计理念也不错，目前正在字，可是，这是一个很难回答的问题，因为它不做示范厂的设计，尚不具备大批量推广的条件。是一个唯- -解的问题。全心全意地做好示范厂的建设，来日防长。多年来，国内对于煤气化技术的讨论都集中我们曾经论述过某种国内技术的不足，但是在Texaco和Shell之间优缺点的比较。这些比较“不足”不等于否定，研究者不要将其视为洪水不见得有多大的说服力，因为比较不是在相同的猛兽。现将这几种技术并列，希望我们的研究人平台下进行的(原料不同，产物的组成、温度、员你追我赶。 客观的看法是，这7种技术应该并压力不同)。现在加入几种国内技术的讨论，我存。国内的市场容量远远大于科研成果的提供们应该有自信心与国外技术比- - 比。量，根本满足不了用户的要求，没有互相竞争的对于国内开发的煤气化技术，关心略少，投势态。表1几种中氮肥煤气化工艺的比较 (非定比较)原料工艺主要问题电投资经验干煤粉Shell工艺要改激冷流程★**★★★★★★★★GSP外商工程经验欠缺★★★★★★两段炉正在做放大的示范工程**★SGTC组合组合中的衔接★★**水煤浆Texaco★★★*★四喷嘴原料煤的ST3要低于1 250 c,多元料浆收到基中的灰含量<10%中氮肥技术是碳-化工的- 一个分支，应该尽国内的煤化工企业希望从国外大量引进新技量采用有效的新技术，有关这方面的发展，有比术,有的把希望寄托在外商的“新技术”上,大较系统的介绍(8]。目前，国内和国外技术产生批量地引进国外技术，以Shell炉的引进最为代表。的问题都是“工程问题”。我们应该区分这些工但是经过仔细了解，国外的“先进技术”以试验或程问题是属于“煤气化技术”问题，还是属于硬示范为多,不是想象的那么成熟，引进以后等于替件质量问题。区分这两类不同性质的问题，有利他们做工程放大试验或批量试验。Shell 炉的这种引于推进国内开发的煤气化技术的进步。进方法是建国以来化工行业从来没有过的。(2)关于水煤浆气化技术把发电上用的工艺直接搬到化工上，没有充水煤浆气化技术适用于低灰低熔点的双低分的科学根据。煤，并且采用2开1备的气化炉配置,这是大家(a)用于发电的合成气(CO+H2) 中，水已经达成共识的。蒸气含量要尽量少(Shell 废锅工艺的H2O/CO一种现在流行的观点:当你的原料煤种适合约为0.2)，而用于化工的合成气中,水蒸气含于水煤浆气化时，3种水煤浆气化技术是首选,量要有一定的比例(激冷工艺的H2O/C0约为因为它比较稳妥，国内已经有成熟的设计、制2.0)，这就是废锅流程和激冷流程的区别。造、采购和生产经验，建设速度比较快。(b)用于发电上的煤气化用煤是靠氮气输送(3)发电上的煤气化和化工上的煤气化不同的，用于合成氨还可以，用于制氢、甲醇、合成煤气化技术开发的周期很长，进展缓慢。以油就不合适了 ，应该用二氧化碳气输送。后者还Shell为例，从1972年开发起到宣称可以商业化没有中国煤化工的2001年，29 a时间只建了1套用于发电的废CNMHG热锅炉流程，在化工上根本没有实践经验。煤化自前对粉煤气化的设计，认为可以用于灰熔工的技术比较复杂，工程问题比较多。点1500C以上、灰含量达到30%的煤种，不要第4期唐宏青:中氰肥煤气化技术研讨●.13●备用炉。这个标准正在受到质疑。由于我国的煤业化的数据。我们应该理智地想一想，这可能种中高含灰量的煤种占的比例比较大，因此这个吗?商业化的数据是一种宣传，往往反映了一种问题更令人关注。特殊情况~下的优化值或瞬间值,它们的对比数据虽然粉煤气化炉“可以”使用高含灰量的煤是在不同平台下得到的，不是长周期下的保证种，但是“可以”不应理解为“应该”，“高”也值，因此商业化的数据是一-种商业手法的体现。不是无限的。含灰量8% ~ 15%是可取的，再高外商不会愿意因不能长周期达到这些指标而承担对工艺并不利。含灰量越高，后续设备越大，运赔偿责任，愿我们的企业家对此泰然处之。行越困难。我们很难设想进料中25% ~ 30%的(6)认真处理投资与质量的关系灰能够让后续工艺长周期运转。5a前，在批量引进Shell 炉时，砍投资成为上述4种干煤粉气化技术的共同问题是:双时尚，投资压得很低，甚至与Texaco工艺- -样。高煤(高灰分含量、高灰熔点)是否能够实现长现在算- -算账, 结果怎样?据网上公布，中氮肥周期运行?增加助熔剂的量只降低一“高”，却改造煤气化总投资超过7亿元人民币(文献[9]使另一“高”更高!即使采用激冷流程,并不是报导7.19亿元)。正确估计投资,是市场经济中非常有把握解决这个问题，希望国内从事这方面设计方和业主的共同利益所在，对于推广新技术技术的科研单位，不要把这个问题轻量化。是至关重要的。我们的祖先早就说过，便宜没有在最近-一次美国煤气化国际会议上公布的有好货!要质量还是要放弃质量的低投资?“百年关资料说明，他们的Shell炉的年停车率为大计,质量第-”一这是- -代人在基本建设上12%，其中计划停车6%，非计划停车6%。这带血带汗的经验!说明国外单台气流床粉煤气化炉的开工率为(7)认真思考采用什么技术88%。该资料还提出以3x 50%的方式安排气化我们的企业在采用煤气化技术时，可以根据炉的能力为最佳，可以达到开工率99%。这预国内已经有的经验，从企业自身的条件出发，认示一个化肥企业单台气化炉的配置方法是不适合真研究每- -种煤气化技术的优缺点，重视评判商的。这份报告对国内花巨额投资建立了19台业数据的真假，选择- -种适合本企业的气化方Shell气化炉的企业带来的不是利好消息。式。“人云亦云”的“套式”思维不是企业家应其实，要提高单台气流床粉煤气化炉的连续该具备的素质。选好所需要的工艺，提高经济效运转期的办法有两个: (a) 采用低灰分煤种，或益，才能不断提升企业的实力和形象。者掺用低灰分煤种; (b) 在排渣工艺上进行科研[参考文献]创新。这个课题难度比较大，需要国家的支持、企业和科研机构的共同努力，靠各个企业的单打[1]郑振安. Shell 煤气化技术(SCGP) 的特点[J]. 煤化工，.独斗是很困难的。2003(2): 7-11[2]王会民.对德士古水煤浆加压气化工艺的认识[J].大氮(5)商业数据与传统科学观的分歧肥，2002, 25(5): 297-302随着市场经济的建立，国外大批商业集团向[3]唐宏青. GSP工艺技术[J]. 中氮肥, 2005(2): 14-18国内推荐技术，采用了商业化的手段。他们向用[4]许世森，任永强.两段式干粉煤加压气化技术的研究开发户出示的技术指标，事后不能完全实现。“只说[J].氮肥与甲醇，2006， 1(3): 1-5有利的，不说不利的”，这是典型的商业观，与[s]于广锁，龚欣，等.多喷嘴水煤浆对暨式气化技术[J].现代化工，2004, 24(10): 46-49我国建国以来传统的实事求是科学观是格格不人[6]门长贵.多元料浆气化制合成气技术[J]. 煤化工, 1998的。从事严肃科学的人士不能适应这个情况。因(2): 4-6此，许多老一代的专家难以接受外商的这种宜[7]唐宏青.新一代煤化工的探讨[C].全国中氮情报协作组传。然而，当我们从计划经济转向时，也应该认第25次技术交流会论文集，2007: 1识和适应这样的潮流，做到“采纳实的，洞察虚中国煤化工].氮肥与甲醇，2006的”。后四个字只有自己去努力追求。[9YH. CN M H G化技术在合成氨工业例如，宣称Shell炉能够节省15% ~25%氧中的应用[C].全国中氮情报协作组第25次技术交流会论耗，可以用于含灰量30%的煤种等等，就是商文集，2007: 83 .