一、概述
型煤富氧連續(xù)氣化技術(shù)是一項綜合了粉煤成型技術(shù)、固定床煤氣爐技術(shù)和空氣分離制氧技術(shù)為一體的系統(tǒng)工程技術(shù)。它把粉煤成型用于氣化，使煤氣化工業(yè)企業(yè)避開了以優(yōu)質(zhì)塊煤焦為原料的獨(dú)木橋，走上了以本地粉煤為氣化原料，成本低、資源豐富的廣闊大道。同時，也避開了采用國外粉煤氣化技術(shù)，投資大、消化期長、見效慢的曲折道路。走上了投資少、見效快、節(jié)能減排效果好的寬廣道路。
我們中國的能源結(jié)構(gòu)是比較特殊的，原煤生產(chǎn)占能源生產(chǎn)總量的77%，原油生產(chǎn)占能源總量的12%，天然氣生產(chǎn)占能源生產(chǎn)總量的3%，水電生產(chǎn)占能源生產(chǎn)總量的7%，其它占1%。中國國情決定了國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展必須以煤為主要能源。
目前，我國氮肥企業(yè)合成氨年總產(chǎn)達(dá)到5000萬噸，在世界上占第一位。生產(chǎn)合成氨以煤為原料的比例達(dá)到了76%以上。煤氣化是我國合成氨生產(chǎn)的主力軍。在煤氣化企業(yè)的生產(chǎn)中，以固定床間歇?dú)饣癄t生產(chǎn)的占全部生產(chǎn)能力的70%以上。由此可見，固定床間歇?dú)饣癄t在我國煤氣化工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要地位。
我國以固定床間歇?dú)饣癁楣に嚿a(chǎn)的企業(yè)約500家左右，擁有固定床間歇?dú)饣癄t約5000余臺。其中Φ3.6m爐約110臺，Φ3.0m系列600臺，Φ2.6系列3500臺，其它煤氣爐300臺。固定床間歇?dú)饣に嚹芎母�，污染較重，注定要退出歷史舞臺。但是，我國國情決定了，上述落后的工藝技術(shù)與國際上選進(jìn)技術(shù)必須有對接和過渡，這就是型煤富氧氣化的歷史使命。型煤富氧連續(xù)氣化技術(shù)，它是一項可以在眾多煤氣化企業(yè)現(xiàn)有裝置的基礎(chǔ)上，進(jìn)行設(shè)備改造和技術(shù)提升后即可實現(xiàn)的技術(shù)。它是由多項已經(jīng)用于生產(chǎn)實踐的成熟技術(shù)的組合，是一種零風(fēng)險的技術(shù)。
在二00七年召開的“巴厘島”會議之后，世界各國把治理溫室氣體排放問題做為工業(yè)發(fā)展的首要問題。我國更是以積極態(tài)度走在發(fā)展中國家的前列。我國目前用于煤氣化的近5000臺常壓間歇?dú)饣簹鉅t，每年向大氣排放CO2達(dá)到6000萬噸以上，是我國治理溫室氣體排放的重點(diǎn)問題。而型煤富氧連續(xù)氣化技術(shù)，正是治理我國現(xiàn)有5000臺常壓間歇?dú)饣簹鉅t排放CO2和其它有害氣體的金鑰匙。它完全可以做到現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展所要求的零排放。
綜上所述，型煤富氧連續(xù)氣化技術(shù)，是符合中國國情、適應(yīng)我國產(chǎn)業(yè)政策，順應(yīng)世界潮流的一項綜合技術(shù)，是具有中國特色和強(qiáng)大生命力的技術(shù)。
我國富氧連續(xù)氣化（固定床煤氣爐）始于60年代末，是在固定床間歇?dú)饣癄t的基礎(chǔ)上發(fā)展的。主要用于UGI型煤氣爐。發(fā)展四十余年，爐型沒有大的技術(shù)進(jìn)步，仍然是UGI煤氣爐的基本設(shè)計，流程沒有大的變化，自控技術(shù)發(fā)展到今天，老的工藝也沒有明顯的變化。主要原因：歷史上這種富氧氣化生產(chǎn)成本偏高，與其它氣化技術(shù)相比，沒有生命力，因此一直沒有得到明顯的發(fā)展。它的主要缺點(diǎn)：1、裝置不合理，熱損失大，有效氣體成份達(dá)不到要求；2、煤價較低，而制氧成本偏高，用價格偏高的氧來節(jié)約用煤，生產(chǎn)成本不合算；3、富氧氣化CO2偏高，脫C系統(tǒng)成本升高。而隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，現(xiàn)在出現(xiàn)了一系列變化：1、裝置技術(shù)含量大幅度提高，煤氣爐、爐箅、自控水平、余熱回收技術(shù)、自動下灰技術(shù)、變壓吸附脫C技術(shù)等；2、制氧成本大幅度下降，由0.6元/m3下降到0.3元/m3；3、煤價翻了兩番，中塊煤由原來的200元/T升至800元/T，粉煤由100元/T升至450元/T；4、型煤制造技術(shù)飛速發(fā)展。
新的歷史條件和歷史使命注定了型煤富氧氣化技術(shù)的誕生和發(fā)展。
二、型煤富氧連續(xù)氣化技術(shù)的組成
1、型煤技術(shù)
富氧連續(xù)氣化要求型煤要具備如下特性：
熱穩(wěn)定性≥80%，熱強(qiáng)度≥50kg/cm2，固定C≥60%，化學(xué)活性較好。
目前，腐植酸型煤，復(fù)合粘結(jié)劑型煤都可以達(dá)到上述要求。并且，無論型煤加工成球還是棒，都實現(xiàn)了自動加煤機(jī)連續(xù)自動控制。
2、固定床間歇?dú)饣簹鉅t技術(shù)
以型煤為原料進(jìn)行富氧連續(xù)氣化，煤氣爐的設(shè)計要解決如下問題：
A、高徑比問題
型煤富氧氣化的CO2必然偏高，只有靠提高氣化層中的還原層才能降低CO2。但是型煤的灰熔點(diǎn)偏低夾套鍋爐的高度設(shè)計必須考慮壁免掛疤，因此，煤氣爐要綜合考慮解決上述問題�，F(xiàn)在經(jīng)過實踐，已經(jīng)很好地解決了高徑比設(shè)計問題。
B、爐箅問題
型煤富氧氣化的氣化劑中O2濃度達(dá)到58%左右。O2與高溫炭的反應(yīng)是非常劇烈的。用常規(guī)的塔形爐箅環(huán)形布風(fēng)，必然造成環(huán)中心區(qū)溫度高，而環(huán)邊緣區(qū)溫度低，特別是兩個環(huán)帶之間，形成氣化劑死角，炭反應(yīng)薄弱，燒不透；而環(huán)中心區(qū)溫度高，超過灰熔點(diǎn)，結(jié)疤結(jié)塊。實際生產(chǎn)中，的確出現(xiàn)了這種現(xiàn)象。如：有兩個企業(yè)五臺爐的型煤富氧氣化，出現(xiàn)上述情況后，只能靠降低生產(chǎn)負(fù)荷來適應(yīng)。
型煤富氧氣化的爐箅，要求每個布風(fēng)單元盡量小，單元之間的間隙盡量小，整個布風(fēng)要求盡可能均勻，但通風(fēng)面積要適當(dāng)加大。同時，破碴能力要強(qiáng)，否則富氧氣化中達(dá)到T2點(diǎn)溫度以上的碴是硬度較高的熔融后的碴，破碴強(qiáng)度較大。
對于爐箅材質(zhì)的要求：（1）耐高溫，因為富氧氣化中局部溫升很容易達(dá)到600℃以上。（2）材質(zhì)硬度高、耐磨損。熔融冷卻后灰碴硬度很高，對爐箅的磨損會很嚴(yán)重，要求爐箅用特殊材質(zhì)。
目前，專門用于型煤富氧連續(xù)氣化的爐箅已經(jīng)成功投運(yùn)。
C、不停車下灰和自動連續(xù)下灰
富氧氣化是連續(xù)的，不宜停車下灰，因為每停一次爐，氣汽比的調(diào)整和氣化層的調(diào)整都要有一個過程，調(diào)整中，最容易出現(xiàn)不平衡而造成工藝波動。
不停車下灰和自動連續(xù)下灰裝置要求：第一必須安全，嚴(yán)格切斷氣化劑與灰斗內(nèi)的灰碴的接觸，不允許漏氣。第二要快捷靈活，下灰時間不能太長，要求在5分鐘之內(nèi)操作完畢。自動下灰則要求連續(xù)、均衡、穩(wěn)定，可調(diào)性好。最后，裝置運(yùn)行周期要長，連續(xù)運(yùn)行確保一年以上。
D、自動加煤機(jī)
型煤富氧連續(xù)氣化的自動加煤機(jī)與間歇?dú)饣旱淖詣蛹用簷C(jī)是有嚴(yán)格區(qū)別的。間歇?dú)饣癄t的加煤時間可以放在下行時加入爐內(nèi)，此時即便加煤機(jī)漏氣，也是蒸汽外漏，不會出現(xiàn)著火、爆炸等事故。而型煤富氧連續(xù)氣化爐的自動加煤機(jī)，必須確保：
（1）兩道閥都不能漏氣，否則，會出現(xiàn)煤氣直接與空氣接觸，形成燃燒或爆炸。
（2）型煤與蒸汽接觸，會降低機(jī)械強(qiáng)度，形成破碎率升高。
（3）富氧氣化，爐上溫度較高，自動加煤機(jī)部分部件要耐高溫。
E、連續(xù)富氧氣化與間歇?dú)饣杂汕袚Q裝置。
連續(xù)富氧氣化時，氣化劑富氧空氣和蒸氣混合后，是從煤氣爐的下部入爐，經(jīng)過固定的碳層氣化，半水煤氣從煤氣爐的上部出來，進(jìn)入旋風(fēng)除塵器等設(shè)備。由于氣化劑一直是自下而上流動，爐膛內(nèi)的碳層溫度很容易上移，造成爐上溫度逐步升高，經(jīng)常高達(dá)650℃-750℃。上部的高溫危害較大，第一造成熱損失增加；第二造成原料的破碎率升高，氣體中帶出物增加；第三造成設(shè)備在高溫下使用壽命降低。
為了有效解決上述問題，對富氧連續(xù)氣化的工藝流程設(shè)計，可以自由切換為上下行制氣，把較高的爐上溫度降下來，再恢復(fù)富氧連續(xù)氣化。這種工藝，不但可以較好地利用熱量，還可以保護(hù)設(shè)備和平衡氣體質(zhì)量，增加氣化原料利用率和選擇范圍。當(dāng)然，前提是確保安全，因為富氧空氣和煤氣的交替切換，是極易出現(xiàn)爆炸的。因此，自由切換裝置的管道、閥門、油壓程控系統(tǒng)、安全聯(lián)鎖等裝置，要求很高，必須達(dá)到萬無一失。
3、工藝流程
型煤富氧氣化的工藝流程不同于一般富氧氣化工藝流程。因為型煤的熱穩(wěn)定性，熱強(qiáng)度都較差，氣化中如果造成爐上部溫度過高，爐內(nèi)炭層表面會形成粉狀或爛泥狀料層，造成氣化阻力升高，工藝迅速惡化。
為了解決連續(xù)上行氣化易造成上部溫度過高的問題，特別設(shè)計了切換為間歇?dú)饣某绦�。即沒有吹風(fēng)階段的間歇?dú)饣绦颉Ｉ闲小祪簟滦小闲�，待到爐上部溫度降低后，再切換為富氧連續(xù)氣化。也可以設(shè)計為自動程序重復(fù)：上行連續(xù)氣化——吹凈——下行——上行——吹凈——下行——上行連續(xù)氣化。根據(jù)工藝流程配備工藝管道和工藝閥門，應(yīng)特別注意工藝閥門不能出現(xiàn)漏氣。密封面應(yīng)避免氧化。型煤富氧連續(xù)氣化半水煤氣主要?dú)怏w成份：CO2 14~16%, CO 36~40, H2 31~34%, O2 0.3%, CH4 1.5%, N2 10~12% ;在氣體凈化脫碳后，有效氣體成份百分比含量會高于合成氨工藝要求，適合用于合成氨和甲醇的生產(chǎn)。
4、系統(tǒng)配套設(shè)備
型煤富氧連續(xù)氣化的系統(tǒng)配套設(shè)備有旋風(fēng)除塵器，兩段余熱回收鍋爐，即高溫段、低溫段。根據(jù)不同的位置，設(shè)計不同的換熱方式和換熱面積。也可以按一廢鍋、二廢鍋設(shè)計。
富氧氣體和蒸汽、CO2，在型煤氣化中要求的壓力差別較大，必須要有特殊的加入裝置和混合器，否則會形成不安全因素和工藝惡化。
5、CO2氣化爐
型煤富氧連續(xù)氣化原料氣中的CO2較高，一般會達(dá)到14~15%，在后序工序脫除CO2后，應(yīng)返回造氣工段進(jìn)行CO2氣化，轉(zhuǎn)變?yōu)?/SPAN>CO和部分CO2，再進(jìn)入系統(tǒng)。這樣既避免了CO2放空，造成污染大氣環(huán)境，又提高了C轉(zhuǎn)化率，降低生產(chǎn)成本。CO2氣化爐是專用爐，視系統(tǒng)工程規(guī)模情況，確定建CO2氣化爐的型號和數(shù)量。
三、空氣分離設(shè)備
一般而言，空氣分離工程的選型，應(yīng)根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)的實際情況，選擇深冷空分制氧或者變壓吸附制氧。
空分的生產(chǎn)規(guī)模，可以根據(jù)合成氨（甲醇可折氨）規(guī)模的情況選取。每噸合成氨按需要純O2500 m3—550m3/TNH3，來配套考慮，優(yōu)質(zhì)煤生產(chǎn)負(fù)荷較高，氧耗較低；劣質(zhì)煤則相反。
深冷空分制氧的優(yōu)點(diǎn)：氧的純度較高，副產(chǎn)品較多，液氧、液氮、液氬，副產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益好。壓縮機(jī)可以用透平技術(shù)代替電機(jī)達(dá)到節(jié)約成本的目的。
缺點(diǎn)：工藝流程復(fù)雜，操作技術(shù)性強(qiáng)，系統(tǒng)啟動后出產(chǎn)品所需時間較長，要三個小時。變工況速度慢，要90分鐘。
變壓吸附制氧的優(yōu)點(diǎn)：工藝流程簡單，便于操作，生產(chǎn)彈性大，可在正常工況的40-110%操作，變工況速度快，10分鐘即可。運(yùn)行中電耗低。
缺點(diǎn)：副產(chǎn)品少。
各企業(yè)可根據(jù)自身要求選擇空分。
四、后工序的要求
型煤富氧連續(xù)氣化技術(shù) 配套的原料氣凈化系統(tǒng)的脫C方法，最好使用變壓吸附脫C�？梢愿m應(yīng)CO2較高的原料氣體，脫C成本較低。
五、型煤富氧連續(xù)氣化技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益
富氧連續(xù)氣化的固定床煤氣爐目前在國內(nèi)有約20臺，歷史上沒有得到進(jìn)一步發(fā)展，主要原因：
1、制O2成本高，達(dá)到0.6元/m3以上，而1995年前煤價較低，塊煤僅有300元/T，優(yōu)質(zhì)焦僅有450元/T，粉煤僅有110元/T，企業(yè)不愿用成本較高的O2，而節(jié)約成本較低的煤焦。
2、富氧氣化的煤氣爐是借用固定床間歇?dú)饣癄t，設(shè)備落后，幾十年一貫制，沒有進(jìn)行技術(shù)改造。一直到目前，富氧氣化爐的專用爐箅還沒有采用。
3、工藝流程落后，中能進(jìn)行連續(xù)上行氣化，易造成上部溫度過高，熱損失大，經(jīng)濟(jì)效益差。
而今天，歷史發(fā)生了較大變化：
（1）、制O2成本大幅度下降，由原來的0.6元/m3降到目前的0.25元/m3。煤焦價格上漲了數(shù)倍：焦1200元/T，塊煤800元/T，粉煤450元/T。
用550m3 O2生產(chǎn)一噸合成氨，多投入了165元/TNH3，而可以節(jié)約：煤300元，蒸汽50元，共節(jié)約成本350元/TNH3，350元—165元=185元。每噸合成氨成本下降185元。
（2）、富氧氣化工藝流程更加成熟靈活�？梢郧袚Q上、下吹制氣，有效地控制爐上溫度。使富氧氣化工藝應(yīng)用劣質(zhì)煤成為現(xiàn)實。
（3）、富氧氣化煤氣爐及其關(guān)鍵部件技術(shù)含量大幅度提高，進(jìn)而可靠性，經(jīng)濟(jì)性得到根本改善。
（4）、制O2技術(shù)、裝備發(fā)展，使空分大型化，單位成本大幅度下降。
（5）、脫C技術(shù)發(fā)展，使原料氣中較高的CO2可以順利脫除，并且回收利用，得到二次氣化。
（6）、型煤富氧氣化對煤的適應(yīng)性非常強(qiáng)，只要是無煙煤幾乎都可以有效利用。并且爐渣中殘?zhí)己艿�。一是可以“吃光、燒盡”，二是爐渣做為工業(yè)原料，在市場上很受歡迎。
綜合上述原因，型煤富氧連續(xù)氣化目前各方面條件已經(jīng)成熟，應(yīng)該得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，為社會創(chuàng)造效益。目前，已經(jīng)有幾個新建工程采用型煤富氧氣化技術(shù)，這種新技術(shù)很快會在全國遍地開花結(jié)果。
