郑洁
大唐呼伦贝尔化肥有限公司
摘要：合成氨工业是氮肥工业的基础, 在国民经济发展中发挥重要作用。我国能源结构具有“富煤、少油、缺气”的特征，合成氨技术得到了快速的发展，在我国化肥生产中占有重要的地位，显现出的良好的经济效益和社会效益。本文简要介绍国内目前合成氨煤制气技术现状和发展前景。
关键词：合成氨煤制气；技术现状；发展
1前言
小氮肥行业经过几十年的发展, 其生产技术日趋成熟, 在我国化肥生产中占有重要的地位。长期以来, 小氮肥的原料煤用的是块煤。但是随着国家对煤矿生产安全和煤炭运输安全管理力度的加大, 氮肥用煤价格上涨, 合成氨生产成本增加, 可利用的相对廉价的粉煤成型及型煤制气技术日益得到重视, 部分小氮肥企业对型煤制气技术做了长期的开发和应用, 积累了大量经验, 许多企业取得了显著效果。
2 合成氨煤制气原料现状
在当前世界范围内能源日趋紧缺的情况下, 国外在寻找替代能源方面作了许多卓有成效的工作, 出于对世界范围内能源状况的担忧, 发达国家在以煤、石油和天然气为原料制取合成气方面进行了很多研究和探讨, 开发了多种先进的并已实现工业化的合成氨制气新技术, 既促进了现代合成氨能源技术的多元化发展, 又大幅度地降低了合成氨生产的能源消耗。
国内目前合成氨企业生产合成气所用的原料结构不尽合理, 天然气占21 %、煤焦占64 %, 其余15 %为渣油和石脑油。企业的生产受到原料供应的制约,缺乏市场竞争力。一方面由于煤炭、天然气、原料油价格和电力价格的不断上涨; 另一方面是生产装备和管理技术落后,节能型设备少, 能源利用率低, 环境污染严重, 造成国内一些氮肥企业开工率不足, 经济效益差。
20 世纪80 年代以来, 以渣油为原料的中型氮肥厂已经承受到了渣油供应困难、原料价格高、工厂面临亏损的巨大压力, 纷纷提出把油改为煤, 采用国内工艺已经成熟的水煤浆加压气化制合成气技术的方案, 但当时在这种情况下仍规划建设几套以渣油为原料的大型合成氨装置, 致使这几套装置建成后, 因原料供应困难, 油价高, 造成严重亏损而被迫停产。我国的能源资源状况是富煤缺油少气, 煤炭资源十分丰富, 煤炭远景储量达4 万亿t, 已探明的储量有1 万亿t, 煤炭在我国能源生产和消费结构中一直占据主要地位, 也为合成氨生产提供了充足的资源。尽管近年来国内合成氨产量增长较快, 但合成氨工业的原料仍以煤炭为主, 以煤炭为原料的占62%～65%, 预计今后一段时间内, 用煤炭为原料生产合成氨的比例不会有太大的变化。虽相对于价格成倍增加的天然气和原料油来说,煤炭仍是最为经济合理的合成氨制气原料, 煤基合成氨是符合我国国情和国家产业政策及能源战略的发展方向。
3 型煤制气技术现状
3.1型煤制气技术的发展
最早用型煤制气并获得成功的是福建省永春化肥厂。该厂用石灰粘制煤球, 再用变换气进行碳化, 制成石灰碳化煤球。这一技术成功后, 当时在小氮肥行业广为推广, 有的小氮肥企业至今仍在采用此技术。
但因石灰碳化煤球加人了石灰,降低了固定碳有效含量, 单炉发气量不高, 且生产石灰碳化煤球受变换工序开车的限制, 故该技术不很完美。之后在此基础上又产生了石灰窑气碳化煤球, 但在没有石灰石的地方还不能推广。后来, 浙江桐乡化肥厂、上海嘉定化肥厂先后开发了白泥煤球。
型煤技术的关键是耐高温的粉煤粘结剂的选择, 经过长期生产实践, 许多小氮肥厂将黄粘土、白粘土、腐植酸等使用到粉煤粘结剂中, 发现有些褐煤、泥煤中的腐植酸用烧碱溶液在一定的温度下反应生成的腐植酸钠盐溶液具有良好的粘结性能, 制成的型煤具有很好的热稳定性, 可达1360℃ , 且成本低。
3.2型煤制气技术特点
型煤制气技术是一项系统工程, 主要分选煤定矿、型煤制作、设备配套、工艺优化等步骤。煤矿的选择要达到粉煤中固定碳含量高、硫含量低、储量大的要求, 能够保证稳定供应, 同时要考虑到本地煤和山西煤的比例。型煤制作的关键是粘结剂, 粘结剂既要保证型煤强度满足制气要求, 又要保证型煤的物理、化学活性。做好型煤是烧好型煤的前提, 很多厂家在初上型煤时可能会出现山西粉煤粘结性能差, 可塑性差的难题, 通过添加一些助剂, 改善粘结性、可塑性。型煤机和造气炉是型煤制气技术的关键设备, 要搞好型煤机的设计和保证其制造质量。制气由块煤改成型煤后, 原有的造气炉不适应煤型的变化, 给稳定造气炉况带来了一定的困难, 气质、气量受到了较大影响,必须对造气炉进行改造, 改造的重点是炉算。工艺操作优化是保证半水煤气产量和质量的重点,
改烧型煤后, 要在人炉风压、循环时间、蒸汽用量和炉温等工艺指标上进行优化, 以达到理想效果。型煤制气技术有如下特点: 可用粉煤生产, 充分利用了粉煤资源降低了成本, 与碳化煤球相比,不需掺石灰, 提高了煤的产气量; 投资少、占地少;热能消耗低, 操作简便。
3.3 型煤制气的重要意义
型煤是用一种或数种煤与一定比例的粘合剂、固硫剂、助燃剂经加工成一定形状和有一定的理化性能(冷强度、热强度、热稳定性、防水性等)的块状燃料或原料。型煤成型过程中, 通过加入不同的添加剂, 改变原料煤的某些特性, 增加反应活性、易燃性、热稳定性, 提高灰熔点, 同时具有部分固硫功能。型煤使不能用于气化炉的粘结性煤, 变成适用的造气型煤, 从而扩大了气化用煤炭的范围。型煤气化在合成氨生产中的重要意义还在于:
(1)型煤技术能够解决采煤机械化后煤炭资源粉化严重问题。在煤炭相对过剩年代, 许多煤矿块煤供不应求, 而粉煤积压严重, 煤矿效益受到严重影响, 通过制造型煤可以很好解决这一问题;
(2)气化型煤可以显著降低煤气中硫化物含量。生产实践表明, 石灰碳化型煤对煤气中硫化物的吸收可达30% ～ 50%, 从而使脱硫系统负荷也相应减少;
(3)由于型煤结构和尺寸具有良好的均匀性,采用型煤能提高燃烧效率, 气化型煤和块煤比较灰渣中残碳量可由15% ～ 20%减少到8%以下, 从而可以节煤7%～12%;
(4)通过配煤来生产型煤, 可以改变单一煤种的性能缺陷。例如, 能够利用较多的弱粘结煤生产出性能优于焦炭的型焦, 利用非无烟煤生产出煤炭气化用型煤等。
4 结束语
型煤技术是发展洁净煤技术产业化的重要技术之一, 它投资少、建厂周期短、见效快、节能和环保效益显著, 近30年来在中国合成氨行业得到了大力推广。在“富煤、少油、缺气”的中国能源结构背景下, 使中国煤头合成氨技术又焕发出青春, 这确实是一项了不起的成就。由于目前型煤制气显现出的良好的经济效益和社会效益, 并且随着今后造气上新技术、新设备的不断应用, 造气炉设备的不断更新, 工艺条件的不断优化和完善, 型煤制气的技术也将不断地提高。
参考文献：
[1] 赵乐群. 型煤气化造气工程设计中的若干问题[J] , 小氮肥, 2008, (2).