合成氨煤气化工艺评述及工艺方案的选择

2022-09-11

在工业生产的过程中, 煤是合成氨工艺生产中的主要原料。煤气化工所消耗的能源在合成氨原料中占有70%的比例。因此, 在选择化工生产工艺的过程中, 结合企业情况以及当地的能源情况, 进行合理的选择。煤气化工艺是一种常见的生产的工艺。化工企业在选择煤气化工艺时, 需要对我国各种煤气化工艺进行考察对比, 选择最为合适的煤气化工艺技术。

一、煤气化工艺技术

煤气化工艺的选择对其后期的生产具有重要的影响。但是, 在选择煤气化工艺中需要结合多方面的因素。全面的考察是选择煤气化工艺的必备工作。煤气化工艺技术对煤气化工艺的选择就有重要的作用。

1. 固定床煤气化工艺技术

在床煤气化工艺中, 常采用鲁奇加压气化技术、常压固定床间歇气化和常压固定床富氧连续气化技术。这三种技术在实际运用中其技术各不相同。首先是鲁奇加压气化技术。这种技术主要采用移动床, 使得气体固体逆流相互接触, 炉体就会采用水夹套式, 在这其中就会产生蒸汽作为气化剂的一部分流回气化炉。气化剂通常包括氧气和蒸汽。其原料使用褐煤、不粘接煤和弱粘结煤, 炉底的半径通常要达到5000mm。在工艺生产中使用这种技术的主要原因是其稳定性高、灰熔点高、焦油和杂质含量高以及化学活性较好、煤气发热量也很高。在整个工艺化生产的过程中, 甲烷的质量分数在10%左右[1]。但是, 该技术废水处理技术较为复杂, 并不适合在实际生产中制合成气。城市煤气和燃料气通常采用这种技术。国内运用这种技术的也较少。其次是常压固定床间歇气化技术。这种技术目前在我国大范围使用。但是, 这种技术对于原料的条件较为苛刻。其通常要求块状或者焦炭为原料, 在常压的条件下, 将水蒸气和空气生成为原料气。由于这种技术在使用的过程中, 建设投资较少、运行的稳定性也较高, 整个工艺控制较为简单这些优点, 但是该技术使用中原料利用率极低、能量消耗的较高、造成严重环境污染的同时单炉产量低, 已经在实际生产中遭到淘汰。同时, 国家也不主张使用这种煤气化技术。最后是常压固定床富氧连续气化技术。这种技术是在常压固定床间歇气化技术的基础上发展过来的。这种技术的主要特点就是采用富氧为其气化剂, 使用焦炭和7.9mm-10mm小粒度无烟煤以及各种粉煤, 将其加工声场劣质煤和型煤。这种技术可以有效提高原料的利用率。操作中具有流程简单、设备维修低大气污染小生产稳定等优点而被国家提倡使用的一种煤气化技术。据相关资料显示, 使用富氧连续气化的“18·30”工程, 其单炉产量提升了1倍多[2]。但是, 这种技术在实际运用中由于投资性高, 电能消耗较高, 我国只有少数化工企业使用这种技术。

2. 流化床煤气化工艺技术

在流化床煤气化工艺技术中, 常使用两种技术, 即恩德炉粉煤气化技术和灰熔聚流化床粉煤气化技术。在实际使用中, 这两种技术使用各具特点。灰熔聚流化床粉煤气化技术由我国山西化学研究开发, 这一项知识产权归属于山西化学科技研究院。灰熔聚流化床设备总体上而言结构较为简单。在生产炉内将相关的原料相分离, 在化工产品生产的过程中气化强度较高、炭利用率较高生成的产品不含焦油和酚。该技术整体上而言使用的范围较广, 可以气化低化学活性的烟煤以及无烟煤、6mm-8mm的碎煤、褐煤和石油焦, 但是使用这种技术生成的产品CH4含量较高。而恩德炉粉煤气化技术在德国煤气化技术的基础上改进而来, 进而对其进行完善。该装置在使用的过程中, 氧化强度非常大, 将炉箅取消, 使用喷嘴技术代替了喷入气化剂。在操作的过程中粉煤沸腾流化, 流化的气体与机床接触性较好, 强化了传质过程和传热的过程。对于煤的大小没有挑剔, 适合各种大小的煤。同时这种装置也可气化褐煤和长焰煤, 使用的原料不黏结或者是弱黏结, 将高灰熔点的煤气化, 在这过程中气化的温度可高达1050摄氏度。虽然操作过程中的温度较高, 但是在炉内温度处于均匀分布的状态。当温度达到900-950摄氏度时, 原料受到温度的影响就会迅速的分解, 各种原料裂解完全。我国目前已经由几家企业在使用在这种技术。

3. 气流床煤气化工艺技术

在气流床煤气化工艺技术中包含了多种技术, 其主要包括德士古粉煤气化技术、四喷嘴对置式干粉煤和两段式干粉煤加压气化技术、多喷嘴对置式水煤浆气化技术、GSP干煤粉加压气化技术以及壳牌干煤粉加压气化技术[3]。各种技术在使用的过程中各有各的特色, 为企业生产带来的经济效益也各不相同。因此, 企业在生产的过程中根据自身的特点选择合适的技术应用于生产中。

二、煤气化工技术的选择

煤气化工艺技术具有多样性, 因而在对其选择的过程中需要根据生产的实际情况来进行。找我国目前经济发展的状况以及国家对环保节能的要求, 任何煤气化工艺技术的选择必须是建立在洁净煤气化技术的基础上。根据上文叙述的几种技术, 目前还没有哪一种技术具有的优点具有极强的适用性。因此, 企业应当根据所在地的妹纸情况以及工艺流程, 结合节能、投资、环保、可操作性以及技术熟练性等方面进行合理的选择。根据实际运用的情况, 流化床煤气化技术和富氧连续气化技术更适合于高灰熔点的煤。流化床气化技术常见使用在联合循环发电和工业燃气中。但是, 由于受我国合成氨装置的影响, 使用率较低。