氮肥行业煤气化技术经济评述

第35卷第1期化肥工业2008年2月氮肥行业煤气化技术经济评述於子方' ,郑伟中”(1.上海达门化工工程技术有限公司200063; 2. 全国化肥工业信息总站上海200062)摘要就国内合成氨等生产 已使用的各种堞气化工艺进行技术经济评述，以供各企业在进行原料结构调整与技术改造中作参考。特别是对我国于1935年引进的固定床间歇气化工艺经技术改进与研发创新而发展起来的提升型固定床间歇气化以及恩德、灰熔聚、水煤浆和壳牌5种气化工艺从煤种适应范围与对煤质要求、气化形式与工艺条件、气体组分、消耗指标与气化效率、单台设备生产能力、生产运转可靠性与技术成熟性、环境影响进行技术评论和经济分析,得出的结论为:各种煤气化工艺都有其一定的适用煤种与对煤的各项要求;从各方面综合比较并结合中国国情,采用无烟煤为原料的气化工艺应首选提升型固定床间歇气化工艺。根据现代煤气化技术发展趋势的要求(加压与大型化),国内引进和正在开发的加压煤气化技术应尽快实现长周期稳定运行并总结相关经验,以促进我国煤气化技术的不断发展。关键词煤气化技术经济评述Techno-Economic Review on Coal Gasificationin Nitrogenous Fertilizer IndustryYu Zifang' , Zheng Weizhong'(1. Shanghai Diamond Chemical Engineering Technology Co., Ltd. 200063;2. National Technical Information of Fertilizer Industry Shanghai 200062)Abstract A techno-economic review is given on the various coal gasification processes used inthe domestic production of ammonia and other chemicals, so as to offer a reference for the producers intheir readjustment of feedstock structure and technical renovation. A technical review and economic 8-nalysis are made especially of the upgraded fixed-bed intermitent gasification process, which has beenimproved technically , developed and innovated after its introduction into China in 1935, as well as ofthe Ende , ash fusion, coal-water slurry , and Shell gasification processes in terms of coal adaptability,coal quality requirement, gasification mode, process conditions, gas composition, consumption fig-ures, gasification efficiency , capacity of a single gasifier, realability in productive operation, technicalmaturity and environmental impact. The conclusion derived is that each coal gasification process has itsown adaptable kind of coal and requirements of coal, and after a comprehensive comparison in variousrespects and in line with the domestic conditions, for gasification based on anthracite the upgradedfixed-bed intemittent gasification process should be chosen in the first place. Based on the require-ments of the modemn thchnical development trend in coal gasification ( under pressure and scale up tolarge size), it is necessary to realize long-cycle stable operation as soon as possible for the importedand the coal gasification technologies under pressure under development, and relevaht experiencesshould be summed up, so as to promote the continual development of the domestic coal gasificationtechnology.中国煤化工Keywords coal gasifcation techno-economicMHCNMHG由于我国化石能源富煤、缺油、少气的具体条件(表1) ,因此我国合成氨生产的原料结构是以第35卷第1期化肥工业2008年2月表1我国能源生产总量 与构成"称移动床),流化床(亦称沸腾床) ,气流床,熔融项目20012002 20032004 2005床。能源生产总量(3)按床层压力等级分类:低压( <0.3 MPa),(标准煤)/Mu1 374.45 1 438. 101638.42 1 873.41 2 060.68中压(0.3 ~4.5 MPa) ,高压( >4.5 MPa)。原煤占生产总量比例/%71.80 72.30 75.10 76.00 76. 40(4)按排渣状态分类:干法(固态) ,熔聚和融渣(液态)。原油占生产17.00 16.60 14.80 13.40 12. 6.1 国外主要的煤气化技术自第1台常压固定床空气间歇气化炉(又称天然气占生产总量比例/%2.903.00 2. 802.90 3. 30UGI炉)于1882年设计、1913年工业化后,煤气水电占生产化工艺发展至今已有100多年的历史。8. 208.10 7.307.707. 70德国于20世纪30年代至50年代研究开发注:1)摘自2006年<中国统计年鉴》。成功了固定床碎煤加压气化的鲁奇炉.流化床的煤为主,2006年产量中以煤为原料的占76. 3%。常压温克勒炉和气流床的常压K-T炉等.均以纯煤气化在合成氨生产过程中是关键工序,它氧为气化剂，实行连续操作,大大提高了气化强度所消耗的能源占全部生产能耗的70%左右,是直和冷煤气效率。接影响产品成本与企业经济效益的主要因素.因鲁奇炉为固定床加压气化、干式排渣,气化压此对煤气化技术的研究已成为大家十分重视与关力1.8~3.0 MPa,氧气-蒸汽作气化剂。鲁奇炉注的课题。要求原料煤有较高的活性、较弱的粘结性和一定我国煤气化技术发展起步较晚,但在合成氨的粒度,能使用含水分和灰分很高的煤。其缺点行业,煤气化技术的开发与应用已取得很大进展。是煤气中甲烷含量高,用于化工合成时需专门加从1935年引进UGI常压固定床间歇气化技术起以处理;煤气中夹带焦油和酚等杂质,给煤气的净步,20世纪50年代引进加压固定床连续气化技化和污水处理带来复杂性。术,20世纪80年代引进德士古水煤浆加压气化常压温克勒炉属于流化床气化工艺,使用原技术,2001年又引进Shell干粉煤加压气化技术,料最好为褐煤,也可用次烟煤、烟煤和低温焦。要加上我国自行研究开发的固定床无烟煤富氧气化求原料粒度为2 ~8 mm,含水质量分数< 10%。技术、灰熔聚流化床粉煤气化技术、恩德炉粉煤气其特点是能处理含高灰分的原料煤,生成的煤气化技术、多喷嘴水煤浆加压气化技术、多原料煤加中基本不含焦油和酚等杂质,所含甲烷体积分数压气化技术、二段式干煤粉加压气化技术、多喷嘴为1.5%~2.0%;炉内结构简单,故障少,运转率对置式干粉煤加压气化技术、航天炉气化技术等,可达95%。其缺点是碳效率低,飞灰含碳高,原可以说我国是世界上研究与应用煤气化技术种类料煤单耗高。最多的国家之一。常压K-T炉属于气流床气化工艺,1950年首本文对合成氨生产已使用的各种煤气化工艺次在芬兰实现工业化,至今已在世界20多个国家进行技术经济评述,以供各企业在进行原料结构建设了8万多台K-T炉装置,单炉最大生产能力调整与技术改造中作参考。.已达9x10' m'/d(标态)。该工艺以干粉煤作原料,氧气-蒸汽作气化剂,其生产的气体不含酚与1，国内、外主要的煤气化技术焦油等杂质,甲烷体积分数<0.1% ,CO2体积分按装置的不同进料状态、床层中燃料运动状数为10.0% ~20. 0%,冷煤气效率可达73% ~态、床层压力等级及排渣状态,煤气化技术可分为76% .热效率可达91% ~94% ,碳效率为99%。如下几种类型。中国煤化工出现了能源危机，(1)按进料状态分类:干块进料,干粉进料，供应前景的预测，煤浆进料。MC NMH G原重新提到议事日巴发爬体(几仪个11 /百比原!(2)按床层中燃料运动状态分类:固定床(亦程,并加快了煤气化新工艺研究的步伐。20 世纪2第35卷第1期化肥工业2008年2月80年代中期完成示范工厂或实现工业化的煤气发展到目前的DCS油压自动控制与炉况寻优控化技术有熔渣鲁奇炉(BCG/Lurgi)、高温加压温制。克勒炉( HTW)、西屋流化床气化炉(KRW)以及.⑤流程与设备:从传统的一-炉(造气炉)一锅U_Gas灰熔聚流化床气化炉等,主要提高了气化(废热锅炉)- -塔(洗气塔)流程(分散式工艺)发炉压力和气化温度,从而改善了技术经济指标,扩展到多炉一锅一塔流程(也称集中式工艺),并采大了煤种的适应范围。用了高效余热锅炉(热管式)与高效洗气塔等设20世纪80年代后期,为了提高燃煤电厂热备,从而使工艺流程与设备配置更合理,降低了系效率减少环境污染,国外不少单位对煤气化联合统阻力,提高了余热回收效率,减少了冷却水与污循环发电技术做了大量工作,促进了煤气化技术水处理量。的开发。目前已经成功开发出对煤种适应性广、⑥蒸汽分解率:由于采用过热蒸汽制气,使气化压力高、生产能力大、气化效率高、污染少的蒸汽分解率从30%左右提高至50%以上,蒸汽消新一代煤气化工艺,主要有荷兰壳牌( Shell)的耗大幅下降。SCCP工艺、美国道(DOW)化学公司的DOW气⑦气化强度:从500 m'/(m2●h,标态)左右化工艺、美国德士古(Texaco)的水煤浆气化工艺、提高至1300~1 500 m'/(m2●h,标态),即提高德国的GSP气化工艺等。新一代煤气化技术主了2~3倍。要特点是:气化炉的生产强度更高,单炉处理量更⑧废气利用:从仅回收吹风气显热发展到吹大;能使用多种煤和尽量多的细粉煤,更能满足环风气显热和潜热集中回收与热电联产,实现废气.境要求;氧耗煤耗下降,煤气成分明显改善,提高可燃物的超低排放。了煤气化的经济性和综合效率。⑨炉渣利用:从作废渣处理发展到能将炉渣1.2 国内主要的煤气化技术回收供低热值循环流化床锅炉或三废混燃炉作燃我国是继德国之后研究开发与应用煤气化技料,使原料煤的碳转化率大幅提高;而且炉渣经燃术最多的国家,几乎涉及到固定床、流化床、气流烧回收热量后产生的灰渣还可以制水泥或粉煤灰床的各种方法,国内已工业化的各种煤气化技术砖,使资源得到综合利用,获取最大效益。简介如下。➊污水处理:从造气冷却水直接排放发展到1.2.1固定床对煤气冷却水与洗涤水的分流技术,使冷却水闭(1)提升型固定床空气间歇气化路循环使用,实现污水零排放。以块状无烟煤(型煤)或焦炭为原料,以空气因此,可将此全面改造后的气化技术称为和水蒸气为气化剂,在常压下生产合成原料气或(中国式)提升型固定床间歇气化技术,目前已被燃料气。该技术设备制造容易,生产操作简单,运.500余家合成氨企业采用,2006年的合成氨产量行稳定可靠,建设投资少。我国于1935年引进该占全国氨产量的70. 5% ,是我国目前煤气化应用技术,主要用于生产合成氨。经几十年的使用及最广泛的技术。几代人坚持不懈地进行技术改进与研发创新,使提升型固定床间歇气化技术的工艺系统流程该技术提升至一个新的水平阶段,主要表现在以见图1。下几个方面。(2)常压固定床富氧连续气化①使用原料:从焦炭、无烟块煤延伸至各种该技术是利用UG1炉采用富氧-蒸汽连续粉煤加工成的型煤(碳化煤球、粘土煤球、腐植酸上吹,取代空气间歇气化而制取合成氨原料气。煤棒及腐植酸煤球等)与高硫无烟煤。20世纪60年代,太原化肥厂和长春第一汽车制②加煤、出灰方式:从停炉加煤与出灰到目造厂分别在03 600 mm和03 000 mm煤气炉上前的机械上煤与不停炉自动加煤、出灰。进中国煤化工试验,然后吉化③炉子本体:从体型.出气口方位、炉箅的形公二南化肥厂先后在CNMH(式方面都作了很大的变动与改进。02 T14u Tmm煤(r⊥述1土试验。试验证明，④生产控制方式:从四通阀门与水压自动机与空气间歇气化相比.该技术可大大延长有效制3第35卷第1期化肥工业2008年2月原料煤过热蒸汽冷却水4[4气化炉除尘氽热回收洗涤冷却I煤气吹风4炉渍.软水I混燃炉系统汽轮发电机细闭路冷却确环烟气灰渣(作水泥或制砖原料)外供电富余燕汽图1提升型 固定床间歇气化技术工艺系统流程示意图气时间，使气化强度及单炉制气能力大幅提高,且气。鲁奇炉直径(内径)03 800 mm,有废锅流程,无废气排放,可有效控制对环境的污染,是环境友属第3代鲁奇炉技术,工艺流程见图2。好型工艺。目前采用该气化技术的企业有安徽淮④黑龙江省哈尔滨气化厂,20 世纪90年代化集团公司化肥厂(5台02 745 mm炉)、黑龙江初从原德意志民主共和国引进,用于生产城市煤化肥厂[7台03 000 mm炉与12 000 m'/h(标态)气并联产甲醇。鲁奇炉内径03 800 mm,有废锅.制氧装置]、河南平顶山化肥厂[3台03 000 mm .流程,属第3代鲁奇炉技术。炉与6000 m'/h(标态)制氧装置]、吉化公司化⑤河南省义马气化厂,20 世纪90年代末从肥厂、江苏新亚集团化肥厂[2台02 400 mm炉与澳大利亚引进,用于生产城市煤气并联产甲醇。1 500 m'/h(标态)制氧装置]等。I期工程建03800mm鲁奇炉2台,采用鲁奇公(3)碎煤固定床加压气化司专利技术,除灰锁、炉箅引进外,其余设备均由该技术系德国鲁奇公司所开发,故又称为鲁国内制造。该工艺流程与山西省天脊煤化工(集奇加压气化技术。自1936年第1代工业化的鲁团)公司基本相同,只是作了局部改进。奇炉以褐煤为原料生产城市煤气至今,经过几十1.2.2 流化床年不断研究开发,相继开发出了第2代、第3代和(1)恩德炉粉煤气化第4代鲁奇炉。第4代鲁奇炉的直径(内径)已该技术是在德国常压温克勒( Winkler)煤气达5 000 mm,其单炉产气量可达75 000m'/h(标化技术基础上,针对存在的问题进行了3项重大态) ,鲁奇公司还在继续研究开发新的炉型。改进完善之后逐步形成的实用新型技术。改进的目前我国应用该技术的企业有:主要内容是:气化炉底的炉算改为喷嘴布风,解决①云南解放军化肥厂,20世纪50年代由原了炉箅易结渣的问题,有利于提高气化温度和气苏联转口,主要用于气化褐煤生产合成氨原料气。化炉运转率;气化炉中上部增设二次进风喷嘴,出鲁奇炉内径为02 600 mm,无废锅流程,属第1代口增设干式旋风除尘器回收煤气夹带的细煤粒和鲁奇炉技术。热灰并返回气化炉内,再次流化气化,形成热物料②甘肃省兰州煤气厂,20世纪80年代末以循环,降低飞灰中含碳量,使碳转化率有所提高;易货贸易方式从原捷克斯洛伐克民主共和国引废热锅炉布置于旋风除尘器之后.除尘后煤气通进,用于生产城市煤气。鲁奇炉内径02 700 mm,中国煤化工争低，同时避免了有废锅流程,属第2代鲁奇炉技术。YHCNMHGF使用寿命和检修③山西省天脊煤化工(集团)公司,20世纪周期80年代初从鲁奇公司引进.用于生产合成氨原料我国抚顺恩德机械有限公司引进了该技术并逐4第35卷第1期化肥工业2008年2月充填燃气高压喷射燃气 集汽土饱和蒸汽系统粗煤气去梦热拌放心空气煤牢旋风气势火烘儒喷射器!医热锅划l分寓场兄气化炉开火炬洗漾冲却器中压帽炉水鹊光洗海冷却器Ik如煤七‘(+氟轧青尖煤"(水影胀煤气圉2第3代鲁奇加压气化技术工艺流程图表2恩德粉煤气化炉应用情况单炉产气量/企业名称数量/台产品投产日期设计单位(m' .h-1 ,标态)江西景德镇焦化总厂10 000空气煤气2001 01鞍小焦耐设计研究院吉林长山化肥集团40 000合成气2003-12鞍山焦耐设计研究院黑龙江黑化集团安徽淮化集团20 000200404企业自行设计葫芦岛锌厂燃料气试气江西景德镇傲化总厂建设末期鞍山焦耐设计研兖院黑龙江宁安化肥厂2006-03山东化[规划设计院通辽梅花生物科技有限公司2006-07山东化工规划设计院河南郸城财鑫实业化I有限责任公司2007 09山东化I.规划设计院步推广应用,目前应用企业见表2,工艺流程见图3。在建的装置见表3,工艺流程见图4。(2)灰熔聚流化床粉煤气化1.2.3 气流床灰熔聚流化床粉煤气化技术由中科院山西煤(1)水煤浆加压气化.化研究所于20世纪90年代开发成功并获得中国该法属湿法进料的气流床加压气化工艺,是专利(ZL94.1. 0678.5)。在01 000 mm中间试验世界上先进的煤气化技术之- -。该技术系美国德装置(投煤量24Vd)对几种煤进行试验的基础士古发展公司的专利技术,我国西北化工研究院上,与陕西秦晋煤气工程设备公司、中西部煤气化从20世纪70年代就研究开发水煤浆制备与气化工程技术中心等单位共同在陕西城化股份有限公技术,积累了大量的基础数据。20世纪80年代司进行投煤量100Vd(02400mm炉)灰熔聚流末,山东鲁南化肥厂第1家从德士古发展公司引化床粉煤气化制合成气的工业示范装置试验，进该专利技术,投资1.6亿元建设1套德士古水2002年3月至2003年6月累计运行8000 h以煤浆加压气化制合成气的生产示范装置(包括空上,所产煤气送人原合成氨系统,能满足生产要分装置),于1993年3月建成投运。该装置采用求。在2004年12月国家发改委批准的第1批氮激冷中国煤化工(1开1备),操肥行业原料及动力结构调整专项项目中,有山东.作压=煤)量360 V/d;肥城、山西丰喜、河南平顶山、天津碱厂等企业采2000TYHCNMH(800 mm炉1台)用了灰熔聚流化床气化技术.采用该技术运行与水煤浆气化试验装置.此后,我国相继引进了多.5第35卷第1期化肥工业2008年2月施风分离暴除氧水煤气安全气过热蒸汽新鲜水循环水安创t水封净排水氧气-糖环*图3 恩德炉粉煤气化工艺流程图原料煤]-路]+Jh循环物料气化炉冷却器门剩家风第2能风门去胶锅。--软水.L一排灰空气-渣斗t-排渣蒸汽白第2旋风[广软水分离器来成热%预热器气柜0.50MD%软水一10M0冷却水排水去水处理團4灰熔聚流化床粉煤气化工艺流程示意圉表3灰熔聚流化床气化装置 -览表气化炉数喊及规格设计压力/MPa设计温度/心 产氨能/(t.a1)产品陕西城化1台,02400mm0.051 05020 00合成氨2002年3月投运天津贼厂2台,03000mm80 0002005年6月投运山西太化1台,03000mm0.01 15040 0002007年1月投运河南平顶山4台,03000 mm0.061150160 0002007年7月投运山西潞化0.08I 1.50中国煤化工:预计2008年投运套德土古(GE)气化装置.德士古( GE)水煤浆加术是由华东理工压气化装置- -览见表4.德士古( GE)水煤浆加压大学JYHCN MH G我国自主知识产气化工艺流程见图5。权的气化技术。采用该技术建成的第I套工业化6.第35卷第1期化肥工业2008年2月表4德士古(CE)水煤浆加压气化装置- -览表企业名称气化炉数量及规格'化炉压力/MPa投煤量/(t.d-)产品备注2.71993年投产兖矿鲁南3台,02 800 mm360合成氨.甲醇8.32000年投产上海焦化4台.02800mm4.1 500甲醇,CO1995年投产陕西渭河4台,02800m.6.合成氨1996年投产00安徽淮南3台,02800mm4.01 000浩良河化肥合成氦2004 年投产金陵石化3台,03200mm2 000安装阶段陕西神木900甲醇南化合成氨2台.03200mm8.1 6002006年9月投产电保气去变换.变换高灌冷发液酸性气去变员冷凝液气提塔20↓s高压树燕换热器Do厂中。新鲜水水冷凝液滤饼去界区外B」p9f去康水处理粗渣去除造贮运系统圉5德士古(CE) 水煤浆加压气化工艺流程示意图生产装置(02 800 mm炉3台,操作压力6.5 MPa)2台,操作压力4.0 MPa)于2005年10月正式投于2004年12月在山东德州华鲁恒升化工股份有人运行。限公司投人运行,此后山东兖矿国泰化工有限公目前采用该技术运行与在建的装置见表5,司采用该技术建设的生产装置( 03400 mm炉工艺流程见图6。表5多喷嘴对置式水煤浆气化技术运行与在建装置建设单位压力/MPa投煤量/(.d-)生产产品.华鲁恒升1台,02800mm6.5750氨,甲醇2004年12月投产兖矿国秦2台,03400mm1 150甲醇,发电2005年10月投产兖矿国桊1台,03400mm1150.甲醇,乙酸2007年底投产兖矿鲁化滕州凤胍2台.03 400 mm氨,甲酶2008年底投产江苏灵谷2台,03880mm1 8002009年初投产江苏索臀3台,03400mm2009年3月投产神佧宁煤3台.03 880 mm1 960甲醇,二甲能2009年底投产(2)壳牌粉煤加压气化1993年在荷兰布根伦市发电量为250MW的煤该煤气化工艺简称SCGP,是荷兰Shell国际中国煤化工厂中建成第1套石油公司开发的-种加压气流床粉煤气化技术。大用事MHCNMH(二年后转交当地公从20世纪70年代开始,该技术经历了小试，中试网亚几起110以及工业示范装置等不同阶段的研究试验,并于进人21世纪来,我国不少大、中型合成氨等7第35卷第1期化肥工业2008年2月新鲜水案门行网眼代气去火堂0重水滤饼太除凑冲地*Y贮运系统冷助水|上康水处局粗造土除资扩运系统圉6多喷嘴对置式水煤浆气化工艺流程示意圉企业为了以煤代油生产合成气,已陆续向Shell 公表6国内引进SCCP装置建设及投产情况司引进该气化技术。2001 年,中石化与Shell公企业名称投煤量/产品签约 计划开司在岳阳市合资建设投煤量2000Vd的气体厂,(t.d州)名称口期 车时间向中石化所属巴陵公司化肥厂(300 kUa合成氨)湖北双环化工集团有900合成氨 20014062006-05限公司(已投产)提供合成气;2001年,湖北双环化工集团公司(油改煤工程)与广西柳州化工集团公司的技术改造中石化安庆分公司2000合成氦 20032006-11分别引进投煤量1 000V/d与1200 V/d壳牌粉煤中石化岳阳壳牌煤气2000合成氨 2001-112006-12加压气化技术;2003年,中石化湖北分公司与安化有限公司庆分公司(均为300 kt/a合成氨)的油改煤工程、中石化湖北化肥分公司2000 合成氨 2001云南云天化股份公司及云南沾化集团公司新建的500 kt/a合成氨装置分别引进投煤量2000 Vd广西柳州化C股份有1300合成氨 20012007-01与2 700 Vd该气化技术;2004年,辽宁大化集团云天化集团天安有限2800合成氨 2003 ，2007甲醇项目引进投煤量1 200 Vd该气化技术,河南公司省永城煤炭电力集团与中原大化集团甲醇项目分云南沾化有限责任公司2900 合成氨 2003 2007别引进投煤量2 200 vd与2 000 V/d该气化技大化集团有限责任公司1100 甲醇 2004-022007术,中国神华集团公司煤制油制氢装置引进投煤永城煤电(集团)有2000甲醇 200402 2007量4 400 Vd该气化技术。引进装置建设与投产限责任公司河南中原大化有限公司2000 甲醇 200402. 2007情况见表6,工艺流程见图7。河南开祥化工有限公司1100 . 甲醇200402 20072技术评论河南新乡中新化工集1000甲醇 200402 2007团有限公司现选择提升型固定床间歇气化、恩德、灰熔中国神华内蒙古煤制2x制氢200404 2007聚、水煤浆及壳牌等5种气化工艺进行技术评论。油有限公司20002.1煤种适 应范围与对煤质要求天祚泐御化 集团天2x_合成氮，甲醇，2006-03 2009(1)提升型固定床间歇气化法2 000T辛醇适用无烟煤与焦炭,要求灰分质量分数<222006-07 2012中国煤化工25% ,灰熔点>1 200 C ,粒度15 ~75 mm;也能使用各种无烟粉煤加工成型的型煤(煤球与煤棒)cTYHC N M H G粘结性煤,要求(2)恩德法具有较高的活性;外水质量分数<8% .灰分质量8第35卷第1期化肥工业2008年2月最冷气e重种气压峰机制粉系统|过热燕汽國返煤粉仓煤粉镇斗工一中国燕汽|化翱煤气| r@回T灰系统*4破渣机嘉汽干灰外用或返网国遭地]圉7壳牌粉煤加压气化工艺(SCCP)流程示意图分数<25%，挥发分质量分数30%~32%,固定.(5)壳牌法碳质量分数>36% ,ST>1 250 C ,活性(950 C) >煤种适应性广泛，褐煤至无烟煤等都适用,对65%;粒度< 10 mm,其中6~10 mm占20%(质煤的粘结性、机械强度、水分、灰分、挥发分等关键量分数) ,4~6 mm占40% ~60% (质量分数),<理化特性无严格要求。但从技术角度考虑,对煤仍4 mm占20%(质量分数),4~6 mm所占比例越有一定要求:褐煤收到基水分质量分数6% ~ 10%，大越好。其它煤种1% ~6% ;灰分干基质量分数<24% ,灰(3)灰熔聚法.熔点FT<1 350 C;粒度<0.15 mm(100目)占适用褐煤、烟煤、无烟煤,气化温度随先后而90% (质量分数)以上。降低,要求具有较高的活性;外水质量分数<5%,从对煤种适应性角度考虑,壳牌法相对最宽，灰分质量分数<25%;粒度<6 mm,定量控制<水煤浆法较宽,其次是灰熔聚法与恩德法,提升型0.1 mm的比例越少越好。固定床间歇法只适用无烟煤或焦炭。从对人炉煤(4)水煤浆法粒度要求看,壳牌法最细(100目所占质量分数>目前适合气化反应活性较高的年青烟煤,最90%),水煤浆法其次(200目所占质量分数>适宜的是长焰煤、气煤;内水质量分数≤8% ,总水70%) ,第3是灰熔聚法( <6 mm) ,第4是恩德法分越低越好;灰分质量分数<15% ,最好在12%( < 10 mm) ,第5是提升型固定床间歇气化法( >(包括加人的助熔剂CaO);挥发分质量分数<10 mm)。由于壳牌法要求煤的粒度最细,故粉煤25% , 发热量>25 MJ/kg(越高越好) ,灰熔点< .制备投资大,能耗相对较高。1 250 C ;煤浆质量分数>60%,粒度>200目占2.2气化工艺 条件与形式70% (质量分数)以上。5种煤气化工艺的气化工艺条件与形式见表7。表75 种煤气化工艺的气化工艺条件与形式气化方法气化形式排渣形式 气化压力/MPa 气化温度/心气化剂进料形式提升唧固定床阿歇气化法固定床固态排濟0.03-1000空气+蒸汽块煤,机械输送恩德法流化床固态排滋0.04950-1 050宵氧或纯铽+燕汽85固定床间歇气化法.如制水煤气时,其有效气体体水煤浆法104195 ~96积分数也能达90%以上。其余是灰熔聚法与恩2033098-99德法，而且此两种工艺的气体中CH含量偏高.注1):如把炉液、飞灰问收至流化床作燃料-起计,则综合碳转CO2含量也很高,将增加后系统脱碳、合成的消化率>96%。耗。、(CO+H2)的消耗指标以壳牌法、提升型固定床2.4消耗指标与气化效率法、恩德法依次递5种煤气化工艺的消耗指标与气化效率见表;法:CH中国煤化工恩德法、灰熔聚9。C NM H C味计回收炉渣、飞从表9可知，生产1 000 m'(标态)有效气体灰的碳转化率)依次递减:第35卷第1期化肥工业2008年2月2.5 单台设备生产能力规模提升型固定床间歇气化装置(包括贮运、气(1)提升型固定床间歇法:常压(0.03 MPa)化吹风气余热回收等)的建设投资相比较为例，最大气化炉( 0内3 600 mm)单炉生产能力是投煤壳牌气化装置建设投资约4.2亿元,提升型固定量180 Vd。床间歇气化装置建设投资约3 900万元,两种方(2)恩德法:最大气化炉( 06 000 mm)单炉生法的建设投资相差3.81亿元。产能力是投煤量500 Vd。3.2产品成本(3)灰熔聚法:常压(0.03 MPa)最大气化炉对年产200 kt合成氨项目气化装置,以提升(0内3000 mm)单炉生产能力是投煤量300 Vd。型固定床间歇气化工艺与壳牌气化工艺相比较,(4)水煤浆法:02400 mm标准气化炉单炉:其气化成本见表11。在3.0,4.0和6.5 MPa下的生产能力分别是投煤表11吨氨产品气化成本估算表"量450 ,600和900 V/d。.单价/提升型固定壳牌气化(5)壳牌法:其气化炉的单炉生产能力分别项月床间歇气化是投煤量900( 03 600 mm),1 250( 03 900 mm)单耗金额/元 单耗金额/元 ，和2 000 Vd( 04 400 mm)。.原材料1 033.20692.69原料无烟煤/t750 1.350 1 012.50因此,气化炉单炉生产能力由大至小依次为烟煤/501.582 553.70壳牌炉、水煤浆炉、恩德炉、灰熔聚炉和提升型固氧气(体积分定床炉。806.3 129.01敷99.5%)2.6生产运转可靠 性与技术成熟性冷却水(2 C)/m' 0.304 13.20 14.1 4.23从生产运行可靠性看,壳牌法因引进技术不脱盐水/m’2.50 .7.50 2.3 5.75久,在无备炉情况下,据了解至今最长连续运行时动力-51.00-43.94间为65 d,尚未实现长周期稳定运行,其它几种方电/(kW.h)24.0053 48.96法都较可靠,灰熔聚法则还需进- -步完善。蒸汽/t00 2.1 210.00 0.467 46.70从技术成熟性看,提升型固定床间歇法最成副产蒸汽100 -2.85 -285.00 -1.396 -139.60熟,水煤浆法与恩德法、灰熔聚法较成熟,壳牌法工资及附加/元18. 2012.60制造费用20.48220. s0技术还存在一定问题。折旧费用/元11.70126.002.7对环境的影响维修费用/元6.8373.50只要采取相应技术措施、配套到位,这5种气其它费用/元1.9521.00化工艺技术对环境的影响都较低。制造成本/元1 020. 88881.85财务费用(增加3经济分析144.78 .利息)/元3.1建设投资合计/元1 020.881 026.635种煤气化工艺现有气化装置的建设投资分注1):仅对气化成本作对比,没有考虑后系统的成本。析见表10。从表I1中可见,采用壳牌气化工艺,当其原表105种煤气化工艺装置的建设投资料烟煤价格在350元/t时,与提升型固定床间歇气化方法吨氨建设投资/元气化工艺原料煤价格750元/t时的气化成本相提升型固定床间歇气化法195 -225当。恩德法930~1 100从成本分析的各项组成可见:虽然壳牌气化灰熔聚法1070-1 250工艺采用的烟煤价格较低.吨氨原料煤成本一项水煤浆法I 430-1560壳牌法1 920~2 100要比中国煤化工 48.80元,但由于用比固定床间以年产200 kt合成氨项目的壳牌气化装置部款气CH.CN.MH工艺投资大，分(包括贮运、空分、气化等)的建设投资与相同故每年多支付贷款利息达2 895.6万元，折吨氨1第35卷第1期化肥工业2008年2月的财务费用达144. 78元;壳牌气化工艺使用氧气(由表12可见,当原料烟煤到厂价200元/1的费用吨氨为129. 01元,三项共计为473.81元, .时,采用壳牌气化工艺比提升型固定床间歇气化已全部抵消了原料煤下降的成本。由此可见,壳工艺全年节省成本4631万元。就是在这种情况牌气化工艺要取得好的经济效益,只有设法采用下,也要8年左右才能将多投资的费用收回，如考廉价的原料煤。在不同烟煤价格情况下,壳牌气虑开工率低的因素,则回收期更长。化工艺的吨氨气化成本的变化见表12。4结语表12壳牌气化工艺在不同烟煤价 下气化成本的变化烟煤价/吨氨成本/气化成本比较根据上述技术评论与经济分析加以综合,各(元州)元吨氨成本/元年成本/万元种煤气化工艺综合比较见表13。200789.33-231.55-4 631(1)各种煤气化工艺都有其- -定的适用煤250868.43 .- 152.45300947.53-73.35-1 467 .种,对煤的各项指标有一定的要求,不可能有万能351 026.635.7515炉取代所有工艺。我国煤炭资源分布范围宽,煤401 105.7384.851 697种广，各企业应按就近不同煤炭资源条件(产量、451 184. 83163.953 279煤种煤价运距等) ,根据本企业的生产规模、产注:提升型固定床间歇气化工艺吨氨气化成本按1 020.88元计t。品要求,选择不同的气化工艺作详细的技术经济表13各种煤气化工艺综合比较表提升塑固定床鲁 奇加压恩德炉灰熔聚流多喷嘴水煤 德十古水煤 壳牌 粉煤项目.间歇气化气化粉媒气化化床气化浆加压气化 浆加压气化 加压气化床层形式固定床流化床气流床排渣形式固态被态液态进料形式块煤、型煤央煤粉煤粉水煤浆干粉煤适合的煤种无烟煤、焦炭褐煤、烟煤褐煤烟煤年青烟煤年青烟煤次烟煤、禍煤气化剂空气+蒸汽氧气+蒸汽 氧气+燕汽 氧气+蒸汽氧气气化压力/MPa0.032.00 -3.000.040.03-0.05 4.00-6.50 2.50-8.50 2.00~4.00气化温度/心900-1000 800-900 950-1050 1000-1050 1300-1400 1300~1 400 1400-1 600煤的粒度要求/mm15-50 .6-50<6200日>70% 200目>70% 100 目>90%煤的灰分要求(质量分数)/%<251 200>1 200 .>1 250<1 250<1 250.<1 350单炉最大投煤量/(1.d-1)1801505001 1502000煤气中(CO+ H2 )体积分数/%70~7253 -5670~7168~718278 -82-90煤气中CH,体积分数/%0.6-1.510.0~12.52.0-2.52.0-2.3<0.11 000 m'煤气(标态)消耗指标原料煤/kg550~5901 270-1500781 -79770965547 -638氧气/m'(标态)240 -280330 -34062412-425330蒸汽Vkg1 700-2000498 ~521-4720碳转化率/%80-871)88 -969190-92979盹氨能耗最着高商低有备炉，无备炉，运转可崭性可可靠开工率最长不太可霸技术成熟性最成熟成熟不太成熟对环境肜晌较低污水处理复杂较低.建设投资小中大最大让1);如把炉液、飞屑同收至流化床作燃料-一起计,则综合碳转化率为>96%。中国煤化工比较,然后再从中择优选择。:的有13个省市，(2)我国无烟煤储量I 130亿t,2005年无烟MH这为口城如大心小竹中地几证共JCNMHG了有利条件。按煤产量超过4.87亿t，占全国煤炭总产量的国家发改委“无烟块煤优先用于化肥工业“通知12.第35卷第1期化肥工业2008年2月的原则,结合我国国情,从各方面综合比较,采用的多喷嘴水煤浆加压气化技术具有气化效率高、无烟煤为原料的气化工艺应首选提升型固定床间技术指标先进、负荷可调节范围大、有利装置大型歇气化工艺,该工艺在今后一段时期内不会被其化、专利实施许可费低等优势,与德士古水煤浆气它工艺所取代，同时在现有基础上还要不断对其化技术- -样,适用年青的烟气,对灰熔点与灰分要存在的问题加以改造与创新,使该工艺技术更有求较高,在煤种选择性有-定范围,大型合成氨装效地发挥作用。置选用较为合适。灰熔聚流化床气化技术与恩德(3)鲁奇加压气化技术较适合于生产城市煤炉粉煤气化技术具有原料适应范围较宽(适用烟气,不宜用于合成氨生产。德士古水煤浆加压气煤、褐煤)、技术成熟、气化炉结构简单、运行稳化技术与壳牌粉煤加压气化技术主要适用于以烟定操作弹性大、建设投资较少(与引进技术相煤与褐煤为原料的大型装置。德士古技术比较成比)等优势,较适合中、小型合成氨企业实施原料熟,我国积累了不少使用经验。对现有5套投产煤本地化改造,但目前还存在原料煤耗较高、操作的壳牌气化装置运行情况来看,存在不少问题,尤压力偏低、废水处理还需加大力度等问题,有待进其突出的是装置连续运转率较低,还有待不断摸一步改进与提高。索与完善;对于无备炉的单炉配置的装置,其生产(5)根据现代煤气化技术发展趋势的要求风险太大,如再建备炉,则建设投资与生产成本又(加压与大型化),国内正在开发的加压灰熔聚流会有所增加,这一问题应引起在建的其它十几套化床气化技术、二段式加压粉煤气化技术、航天炉装置的重视,否则其经济损失太大,因此在还未完干粉煤加压气化技术、多喷嘴干粉煤加压气化技全掌握此技术之前,不应再引进。术应尽早投运并总结经验,以促进我国煤气化技(4)与引进的德士古水煤浆气化技术相比, .术的不断发展。由华东理工大学、水煤浆气化与煤化工国家工程中心和中国天辰化学工程公司合作自行研发成功(收稿日期2007-12-06)料增效和经济、社会、环境效益显著的目标。中国农大“包膜控释肥产业化技术开发与(冯元琦)评价”项目通过鉴定2007年5月17日,由国家教育部组织的技山西丰喜华瑞焦炉煤气制氨装置建成投产术鉴定委员会对中国农业大学主持的“包膜控释山西丰喜华瑞煤化工有限公司由山西丰喜肥.肥产业化技术开发和评价”项目进行了技术成果业(集团)股份有限公司联合瑞士拉索有限公司鉴定。以及国内黑龙江、安徽、山东和陕西4省的优势化技术鉴定委员会通过的鉴定意见为:①项目肥农资流通企业共同出资组建。近日,该公司总研制出的高分子材料为主体的复合型包膜材料具投资7亿元的“18●30”工程一次投产成功。有良好的加工性能,与国外同类产品相比,价格.该项目是丰喜华瑞公司实施年产360 kt合成低膜控释性能稳定。②项目采用的喷雾沉淀法氨.600 kt尿素项目的一期工程,建设在新绛县煤制膜工艺流程设计合理;设计和研制出年产2 000化工业园区内,利用该园区内焦化企业排放的焦t包膜控释肥料流化床中试设备及所含的制冷回炉煤气为生产原料。建成投产后.年可实现销售收系统和雾化包膜系统,可控性能好、溶剂回收率收入5亿元年利税总额2亿元。二期工程计划.高,为产业化应用奠定了基础。③项目建立和完于2008年底建成投产,届时将形成年产360kt合善了包膜控释肥释放特性测试和评价方法.主要成氨中国煤化工内容被中国包膜控释肥料行业标准所采用。④THCNMHG项目系统研究了玉米、小麦、草坪草、蔬菜和花卉\川几末凶内以页责任公司 成都等作物包膜控释肥施用技术,实现了作物增产.肥610300汪家 铭)13