固定床间歇气化与纯氧连续气化技术对比分析.pdf
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1、固定床间歇气化与纯氧连续气化技术对比分析郭彦江(晋能控股装备制造集团煤化工事业部,山西晋城 048006)传统固定床间歇气化技术由于环保、产能、能耗等方面的原因,在 产业结构调整指导目录(2019 年本)中被列为限制类技术。2021 年 10 月,生态环境部、国家发展改革委、国家能源局等十部委和相关七省(市)人民政府联合印发 20212022 年秋冬季大气污染综合治理攻坚方案,要求全面淘汰达不到环保要求的间歇式固定床煤气发生炉。山东省、河南省已明确全面淘汰固定床间歇式气化炉,山西省要求逐步淘汰化肥行业固定床间歇式煤气化炉,其他省份暂无明确淘汰要求。在固定床间歇气化技术基础上,以纯氧代替空气作为
2、气化剂的纯氧连续气化技术受到重点关注,该技术因具备投资小、建设周期短、产气量较大、工艺匹配性好、自动化程度高、安全环保等优势,具有一定的市场竞争力1。本文通过对两种气化技术的运行参数进行调研和分析,分别从工艺技术、吨氨成本、综合能耗等方面进行分析比较,旨在为固定床间歇气化技术升级改造提供参考。1政策动态及导向分析固定床间歇气化改纯氧连续气化主要面临两个问题:一是气化技术是否为先进技术被国家支持肯定;二是新建项目能否符合国家相关的能耗标准要求。截至目前,纯氧连续气化技术仍不属于 产业结构调整指导目录 中的限制类和淘汰类项目,但也不属于推荐类,定位尚不明确。2022 年 10 月,山西省工信厅联合
3、省发改委、生态环境厅、应急厅、能源局发布 关于加快推进我省传统固定层间歇式煤气化技术升级改造的通知,鼓励在原址实施常压纯氧连续煤气化清洁型固定床气化技术改造项目,只要不新增产品产能、不新增污染物排放、不新增能源消费量,即可按照环保、节能改造项目办理相关审批手续。山西省区域固定床间歇式煤气化技术升级改造纯氧连续气化,符合山西省的煤化工产业实际。2工艺技术分析2.1纯氧连续气化工艺流程原料小块煤由煤仓进入自动加煤机,自动定时、定量加入炉中,纯氧(体积分数为 99.6%)和过热蒸汽混合后(180 200),从底部进入造气炉,与小粒焦或小块煤进行氧化还原反应,连续生产水煤气,气化炉出口煤气温度 450
4、 550,自炉顶排出2。煤气处理的后续流程与固定床间歇气化基本相同,煤气从炉顶出来经旋风分离器除尘后进入余热回摘要固定床间歇气化技术受到环保、能耗等因素的影响,正在逐年淘汰关停,作为同源替代的连续纯氧气化技术受到关注。从政策导向、工厂实际运行参数、吨氨综合成本、吨氨综合能耗等方面对两种气化技术进行了分析比较,可为相关固定床间歇气化技术改造提供参考。关键词固定床间歇气化;纯氧连续气化;技术分析;成本分析;综合能耗文章编号:1005-9598(2023)-03-0038-04中图分类号:TQ546文献标识码:B收稿日期:2023-01-18第一作者:郭彦江(1988),男,汉族,山西晋城人,工程师
5、,硕士,2015 年研究生毕业于太原理工大学化学专业,现从事煤化工技术研发与管理工作,E-mail:。DOI:10.19889/ki.10059598.2023.03.009引用格式:郭彦江.固定床间歇气化与纯氧连续气化技术对比分析J.煤化工,2023,51(3):38-41.第 51 卷第 3 期2023 年 6 月煤 化 工Coal Chemical IndustryVol.51No.3Jun.2023第 51 卷第 3 期收器,将煤气温度由 550 降至 145 左右,出余热回收器的煤气进入煤气冷却器进行冷却、洗涤,将煤气冷却至 40 后汇入总管,通过总管送往一次脱硫装置。2.2技术参数
6、对比山西晋丰煤化工有限责任公司(以下简称晋丰公司)总氨醇产能 36 万 t/a(液氨 30 万 t/a、甲醇 6 万t/a),尿素产能 52 万 t/a。现运行 32 台 椎2 650 mm 固定床常压间歇造气炉,拟投资建设造气节能环保提升及配套改造项目,新建 12 台 椎3 600 mm 纯氧连续气化炉替代全部固定床间歇气化炉。山西喜丰航化工有限公司(以下简称喜丰航公司)原有 2 套合成氨生产装置,总氨产能 24 万 t/a,尿素产能 30 万 t/a。1#合成氨系统于 2019 年完成造气工艺改造,淘汰 5 台 椎2 610 mm 固定床间歇气化炉,新建 4 台 椎3 000 mm 纯氧连
7、续气化炉,设计总氨醇产能9 万 t/a(液氨 6 万 t/a、甲醇 3 万 t/a)。2#合成氨系统于 2022 年完成造气工艺改造,淘汰 10 台椎2 650 m 固定床间歇气化炉,新建 5 台 椎3 600 mm 纯氧连续气化炉,设计总氨醇产能 15 万 t/a(液氨 12 万t/a、甲醇 3 万 t/a)。固定床间歇气化技术以晋丰公司正常运行参数为依据,纯氧连续气化技术以喜丰航公司正常运行参数为依据,两种技术的参数对比见表 1。表 1固定床间歇气化与纯氧连续气化技术的运行参数比较气化技术固定床间歇气化纯氧连续气化公司名称晋丰公司喜丰航公司原料煤粒径/mm30802040气化剂空气+蒸汽纯
8、氧+蒸汽吨氨原料煤耗/kg11101050吨氨燃料煤耗/kg60100吨氨氧耗/m3460480吨氨电耗/(kW h)117315001550吨氨水耗/t10.512.1蒸汽分解率/%47.566有效气体积分数/%71.582.583.0气体组分/%渍(CO)30.839.0渍(H2)40.743.1渍(CO2)7.915.5渍(CH4)1.01.0渍(N2)19.30.2单炉发气量/(m3 h-1)8000940015000灰渣残碳量/%185液氨产量/(t d-1)1485694甲醇产量/(t d-1)18090煤气带出物上、下行都有带出物,带出物多仅上行有带出物,带出物少现场环境阀门动作
9、频繁,漏点多,噪音大阀门动作少,漏点少,噪音小2.3技术优势综上,纯氧连续气化相比于固定床间歇气化有以下技术优势3:(1)有效气比例高。喜丰航公司 椎3 000 mm 纯氧炉单炉产气量约 9 400 m3/h,椎3 600 mm 纯氧炉单炉产气量约 15 000 m3/h,有效气占比达到 82.5%83.0%,比固定床间歇气化高约 12 个百分点。(2)原料煤耗低。纯氧连续气化吨氨煤耗比固定床间歇气化低约 60 kg。(3)灰渣残碳量低。纯氧连续气化灰渣残碳量约5%,明显低于固定床间歇气化的 18%。(4)蒸汽分解率高。纯氧连续气化蒸汽分解率达66%以上,比间歇气化高 18 个百分点左右,后工
10、段间接冷却水增量减少。(5)自动化程度高。人员配置少,维护量少,维修费用低,操作简单,只需根据煤质情况调节汽氧比即可。(6)环保性较好。无废气排放,可减轻三废炉运行压力,取消了吹风气回收系统。3两种气化技术吨氨成本对比分析以晋丰公司固定床改造纯氧气化炉为例,总投资费用约 6.5 亿元,主要改造内容:新建 12 台 椎3 600 mm纯氧气化炉及配套设施,一套 30 000 m3/h 空分装置及配套设施。由于煤气量与气体组分的改变,需要对后续净化、变换、脱硫、脱碳装置及压缩装置进行适应性改造,根据晋丰公司固定床气化、喜丰航公司纯氧炉气化的运行参数,对改造前后全过程的吨氨综合成本进行理论分析,结果
11、如表 2 所示。由表 2 可以看出:采用纯氧连续气化技术进行改造之后,气化工段需要补充高纯氧气和氮气,电耗增加 320 kW h/t;工艺物耗、人工工资等基本相同;固定床间歇气化炉基本没有折旧费用,纯氧连续气化的固定成本折旧、财务费用较高。因此,当原料煤价格为2 000 元/t、燃料煤价格为 1 000 元/t 时,变动成本增加约 100 元/t(-100+40+160),固定成本增加约130 元/t,完全成本增加约 230 元/t。郭彦江:固定床间歇气化与纯氧连续气化技术对比分析气化技术固定床间歇气化纯氧连续气化公司名称晋丰公司喜丰航公司气化技术固定床间歇气化纯氧连续气化公司名称晋丰公司喜丰
12、航公司39-2023 年煤 化 工4综合能耗分析以晋丰公司固定床间歇气化运行平均数据,喜丰航公司纯氧连续气化平均消耗数据为依据,按照电力折算的“当量值”和“等价值”,分两种情况分别测算固定床间歇气化和纯氧连续气化的综合能耗,结果见表3。表 3 中的有关取值说明:(1)原料煤热值按27.21 MJ/kg,燃料煤热值按 18.84 MJ/kg 计算;(2)纯氧连续气化较固定床间歇气化原料煤实物减少量为50 kg100 kg,本文按 50 kg 计算;(3)吨氨增加电耗按320 kW h 计算(喜丰航公司实际运行数据吨氨增加电耗约 400 kW h);(4)原料煤折标系数为 0.93,燃料煤折标系数
13、为 0.64,电力“当量值”折标取 0.122 9 kgce/(kW h)(数据来自 GB/T 25892020 综合能耗计算通则),电力“等价值”折标取 0.302 5 kgce/(kW h)(数据为 2021 年全国供电标准煤耗)。表 2改造前后全过程的吨氨综合成本理论分析变动成本吨氨原料煤耗/kg固定床1100纯氧炉1050原料煤单价/(元 t-1)2000成本变化/(元 t-1)-100燃料煤单价/(元 t-1)1000成本变化/(元 t-1)40吨氨燃料煤耗/kg固定床60纯氧炉100电价/元(kW h)-10.5成本变化/(元 t-1)160吨氨电耗/(kW h)固定床1180纯氧
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