【正文】 壓力 的氣化爐于 2022 年8 月 22 日一次化工投料成功，截止 2022 年 1 月 9 日，已累計運行了140 天，創(chuàng)造水煤漿氣化爐一次投料運行時間最長紀錄。盈德清大水煤漿水冷壁加壓氣化技術是國家“九五”和“863 ”重點科技攻關項目，通過國家技術測定和鑒定，是國家重點推廣的三種煤氣化之一。④ 西北化工研究院水煤漿加壓氣化技術簡介西北院化工研究院（原上海化工研究院煤氣化研發(fā)工作班子與原陜西臨潼化肥研究所組合）在 60 年代開始水煤漿氣化工藝的研究開發(fā)，1969 年第一套日投煤量 噸的多元料漿中試裝置在浙江巨州化肥廠建成投料，1985 年繼續(xù)承擔國家“六五”重點科技攻關任務，在陜西臨潼又建成一套日投煤量 2436 噸的多元料漿中試裝置。（3）氣流床氣化爐的比較與選擇年產(chǎn) 30 萬噸尿素裝置退城進園等量搬遷改造升級項目 33 氣流床氣化爐根據(jù)進料形式的不同，可分為兩大類：一類是干煤粉（干法）進料的氣化技術；一類是水煤漿（濕法）進料的氣化技術。干煤粉進料的氣化技術在工業(yè)化過程中遇到的問題尚未完全解決，還不能做到長周期運行。水煤漿氣化在上世紀 80 年代投入工業(yè)生產(chǎn)，中國已在魯南、上海焦化、渭河、淮南、黑龍江浩良河、德州、神木、惠生、金陵石化、南化、齊魯石化、靈谷化肥、豐喜化肥、神華包頭等化工、化肥多個項目中成功應用。GE、兗礦華東理工大學、清華大學、西北化工研究院等擁有的水煤漿加壓氣化技術，采用水煤漿進料，制成 58～ 65%濃度的水煤漿，在氣流床中加壓氣化，水煤漿和氧氣在高溫高壓下反應生成合成氣，液態(tài)排渣。使用氣化壓力在 ～，氣化溫度在 1300～1400℃，CO+H2達到 80%。氣化過程對環(huán)境污染影響較小。該氣化技術的氣化壓力分別有 、都具有商業(yè)化成功運行的經(jīng)驗。 幾種國內(nèi)外氣化工藝技術方案對比表如下：項 目 盈德清大水煤漿氣化爐Shell Lurgi(傳統(tǒng)) GSP氣化氣化壓力 MPa ～ ～ ～氣化溫度 ℃ 1200～1600 1400～1600 850 1400～1600單爐最大能力噸煤/天 500～2022 2022 600 500～2022氣化爐型式 冷壁爐、單噴嘴 冷壁爐、四噴嘴 熱壁爐 冷壁爐、單噴嘴進煤方式 水煤漿濃度52% 泵送 煤粉用氮氣輸送粒度 90%90μm 碎煤干法加料 煤粉用氮氣或二 氧化碳輸送熱回收方式 激冷、廢鍋 廢鍋 廢 鍋 激冷排 渣 液態(tài)排渣 液態(tài)排渣 固態(tài)排渣 液態(tài)排渣年產(chǎn) 30 萬噸尿素裝置退城進園等量搬遷改造升級項目 34 項 目 盈德清大水煤漿氣化爐Shell Lurgi(傳統(tǒng) ) GSP氣化碳轉(zhuǎn)化率% 96—98 99 90 99%有效成份（CO+H2） 較高 83% 85～92% 68%85～92%凈化氣中惰性氣含量% 5% 10%(N2+CH4+Ar) 5%噸甲醇耗煤量（干, 弛放氣氫回收時） 電（KWh/噸甲醇） ～105 ～366 ～ ～366氧氣用量 較高 較低 低 較低工業(yè)化裝置數(shù) 40 10 多 1在中國已投產(chǎn)/在建的工業(yè)裝置 30/10 10/0 14/4 1/3環(huán)境影響 友好 友好 有污染治理問題 友好投資(含空分) 較低 高(比水煤漿約高 80%) 較低 較高(比水煤漿約 高 30%)國產(chǎn)化率 高 低 高 較高建設周期 較短 長(比水煤漿爐至少長 1年以上) 較短 較長(比水煤漿爐至少長半年以上)風險分析運行經(jīng)驗 多 較少 較多 少風險程度 小 較大 小 較大從以上兩表中可以看出：①煤耗 本工程用于生產(chǎn)合成氨、尿素，氣流床氣化氣中由于含甲烷低，有效氣體成分高，煤耗低于移動床氣化。這也是為什么近年來所建煤化工裝置絕大多數(shù)采用水煤漿氣化與干粉氣化的主要原因之一。②氧耗 濕法進料的水煤漿氣化法氧耗較高，其次是干粉煤氣化，消耗最低的是 lurgi 爐。③公用工程消耗電消耗 干粉氣化法最多 lurgi 爐最少年產(chǎn) 30 萬噸尿素裝置退城進園等量搬遷改造升級項目 35 循環(huán)水消耗 SHell 氣化消耗最多 lurgi 爐最少鍋爐給水消耗 水煤漿法消耗最少 干粉氣化最多蒸汽消耗 水煤漿法消耗最少 lurgi 爐最多燃料氣消耗 水煤漿法不消耗 干粉氣化最多CO2氣消耗 水煤漿法不消耗 lurgi 爐最多鎖斗氣消耗 水煤漿法不消耗 lurgi 爐最多新鮮水消耗 水煤漿法消耗最多 lurgi 爐最少從公用工程消耗上看，水煤漿水冷壁使用的公用工程種類少，不需要 CO2氣，鎖斗加壓氣，吹掃 N蒸汽等， Lurgi 爐，由于是間歇加料及間歇排渣，因而需要 CO2氣、吹掃 N2等、蒸汽消耗是魯奇爐最高。對于電耗，由于干粉氣化需要 N2或者 CO2氣體作為輸送氣，同水煤漿氣化相比，需增加 N2或 CO2壓縮機，由于氣化氣水汽比低，需要在變換工段補充蒸汽提高水汽比，由于干粉氣氣化壓力低甲醇合成壓縮機增壓機功率大幅提高。所以干粉氣，GSP 電耗最高。三廢排放幾種工藝中，水煤漿水冷壁氣化三廢最少，且排出的廢水量少，污染物濃度低，種類少，主要是 NH3N 較高，易于處理。特別是由于濕法進料，可以處理部分廢水。如變換冷凝液汽提氣凝液，其中含NH3約 %；MTO 排出凝液等均可以作為磨煤水。三廢排放最多的是魯奇爐，廢氣排放點多，廢水排放量大，且其中污染物種類多，濃度高。這種廢水處理非常困難，要想達標排放，年產(chǎn) 30 萬噸尿素裝置退城進園等量搬遷改造升級項目 36 處理工藝復雜，流程長，投資高，處理 1m3魯奇爐廢水投資是水煤漿氣化廢水 5~6 倍，再加上排放量大，其污水處理費用是水煤漿水冷壁氣化的 15 倍以上。④投資比較 干法氣化法最高，其次是 GSP 氣化，投資最少是 lurgi 爐。比較結論 通過以上比較可看出，作為生產(chǎn)合成氨合成氣的氣化技術，氣流床氣化氣中由于含甲烷低，有效氣體成分高，更有利于生產(chǎn)。水煤漿水冷壁氣化工藝是目前使用的先進的煤氣化工藝中最成熟可靠，經(jīng)驗最多，國產(chǎn)化最高的工藝，從生產(chǎn)經(jīng)驗、設備制造、施工、投資等各方面綜合考慮均具有優(yōu)勢?？紤]到本項目氣化用煤的灰熔點較高，但采用盈德清大水煤漿水冷壁氣化工藝，完全可以解決。根據(jù)我們氣化裝置的特點：規(guī)模大，投資較大，裝置運行時間長。我們采用最成熟可靠，經(jīng)驗最多，國產(chǎn)化最高的工藝，從生產(chǎn)經(jīng)驗、設備制造、施工、投資等各方面綜合考慮均具有優(yōu)勢的氣化技術。因此采用清華大學水煤漿水冷壁氣化專利技術較適宜。 變換工藝方案選擇變換裝置采用目前先進而又成熟的寬溫耐硫變換流程。該裝置主要作用是將一部分粗合成氣中 CO 變換成 H2，即利用 CO 和 H2O 反應生成 H2和 CO2。變換裝置另一任務就是利用廢熱鍋爐回收合成氣中的熱量，同時分離合成氣中的冷凝液。出變換裝置的合成氣與熱回收的粗煤氣混合后，溫度降至 40℃左右進入下一工序。年產(chǎn) 30 萬噸尿素裝置退城進園等量搬遷改造升級項目 37 凈化工藝方案選擇目前，合成氣中脫除 H2S 的方法有改良 法、栲膠法、GV法、NHD 法。脫除 CO2的方法主要有改良熱鉀堿法， NHD 法、MDEA 法、低溫甲醇洗法（同時脫除 H2S）等，但對于現(xiàn)代煤化工加壓氣化所產(chǎn)生的水煤氣，可供選擇的凈化方法主要有以下兩種選擇：低溫甲醇洗；NHD 脫硫脫碳。低溫甲醇洗法屬于物理吸收，在低溫（50℃～60℃下） ，溶劑吸收能力大，溶液循環(huán)量小，氣體凈化度高，再生熱耗少，操作費用低，能綜合脫除氣體中的 H2S、COS、CO 2，溶液不起泡、不腐蝕， H2S 濃縮簡單，在原料煤硫含量波動較大的情況下，H 2S 的濃度也可滿足硫回收的要求。上述工藝雖然存在部分設備和工藝管道需要采用低溫鋼材，需要引進歐洲或日本的材料，所以基建投資較高，但其最大優(yōu)點是溶劑價格便宜，消耗指標和能耗均低于其它凈化工藝，在大型合成氨廠和甲醇生產(chǎn)廠中普遍采用。 NHD 脫硫脫碳工藝在常溫條件下操作，溶劑無毒，飽和蒸汽壓低，溶劑損失小，再生熱耗低，設備材質(zhì)大部分為碳鋼，取材范圍廣，價格也便宜，相對低溫甲醇洗而言，溶液循環(huán)量大，電耗高，另外，NHD 溶劑對有機硫的吸收能力差，對高硫煤要增加有機硫水解設備。該工藝的主要優(yōu)點是投資少，能耗低于除低溫甲醇洗以外的其它凈化方法。 對于本項目，從項目規(guī)模、工藝先進性、降低能耗等方面考慮，采用低溫甲醇洗工藝專利技術。年產(chǎn) 30 萬噸尿素裝置退城進園等量搬遷改造升級項目 38 硫回收工藝方案選擇 目前硫回收工藝技術主要有以下三種：一是生產(chǎn)硫磺的傳統(tǒng)工藝技術：改良克勞斯工藝和低溫克勞斯工藝。這兩種硫回收工藝的硫回收率低，只達 9495%，且尾氣需再處理，已很少使用。二是托普索WSA 制酸工藝技術，可產(chǎn)高品質(zhì)的濃硫酸，在世界上已有相當數(shù)量的工業(yè)化裝置。三是超優(yōu)克勞斯硫回收技術 ，該技術的核心是將克勞斯尾氣中的 SO2通過克勞斯反應器內(nèi)的催化加氫反原段反原成 H2S，然后只將含 H2S 的尾氣經(jīng)超級克勞斯反應器選擇性催化氧化反原成硫元素。加氫不需單獨的反應器，且氫氣由反應過程本身產(chǎn)生。本項目選擇超優(yōu)克勞斯硫回收工藝專利技術，因它有以下優(yōu)點：一是硫黃回收率高 ，可達 99%或 %以上水品。二是裝置適應性強，H2S 濃度可在 23%至 93%之間，且無三廢處理問題。三是投資和操作費用，投資只有托普索 WSA 制酸工藝的一半，是克勞斯工藝的 75%50%，且不需要尾氣處理裝置。四是操作靈活方便。 合成氣壓縮及氨合成 中小型合成氨廠由于生產(chǎn)能力小，合成壓力高，因而都是采用往復式壓縮機，但是隨著生產(chǎn)能力的增加，往復機的單機打氣量小，易損件多等缺點日益明顯，而離心式壓縮機具有單機氣量大，泄漏少，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)無脈沖，維修少無需備用等優(yōu)點。 根據(jù)氨合成工段的要求，需設置合成氣和循環(huán)氣壓縮機組。合成氣/循環(huán)氣壓縮機是合成氨廠的關鍵設備，壓縮機可以采用離心壓縮機，也可以采用往復式壓縮機，其組合方案為：年產(chǎn) 30 萬噸尿素裝置退城進園等量搬遷改造升級項目 39 離心式 往復式 合成氣壓縮機 一開無備機 六開一備 循環(huán)氣壓縮機 可以和合成氣壓縮機合并 單獨設置循環(huán)機 從以上組合來看，要滿足生產(chǎn)需要，往復式壓縮機的臺數(shù)比較多，而離心壓縮機每種僅一臺就可以滿足，兩種壓縮機方案進行比較。 離心式壓縮機和往復式壓縮機方案比較 序號 項 目 離心壓縮機方案 往復壓縮機方案 1 壓縮機數(shù)量(臺) 1 4+1/1 2 單機吸入氣量(Nm3/h) 合成氣：103731 30116 3 吸入壓力(MPa(A)) 4 排出壓力(MPa(A)) 5 單臺軸功率(kW) 7000 7000年產(chǎn) 30 萬噸尿素裝置退城進園等量搬遷改造升級項目 40 6 總軸功率(kW) 11000(包括循環(huán)氣) 9200/950 7 驅(qū)動方式 同步電機驅(qū)動 同步電機驅(qū)動 8 運行方式 全開無備用 6 開 1 備 9 設備投資，萬元 ～2400 ～2600 其中循環(huán)壓縮機的流量大，而壓比又比較小，如果采用往復式壓縮機，所需臺數(shù)多，壓縮機的體積大，占地面積大，而且需要設置備機，總體價格要比采用單臺離心式壓縮機高，故一般不采用。離心壓縮機和往復式壓縮機相比，具有下列特點： 易損件少，連續(xù)運行周期長，操作成本較低。 占地面積?。欢鶑褪綁嚎s機體積大、笨重，占地面積大。 出口氣體不含油；往復式壓縮機填料函和氣缸的潤滑均使用油潤滑，使一部分油以油氣的形式存在于介質(zhì)中，直接危害系統(tǒng)的安全；離心壓縮機的潤滑油和密封油不會進入壓縮介質(zhì)，特別是采用干氣密封時，介質(zhì)不會受到任何污染。 流量均勻無脈動；往復式壓縮機的出口流量和壓力是瞬時變化的，這種變化，會造成連接管道的振動，即使進出口安裝緩沖器也無法完全消除。 可以采用同步電機驅(qū)動，通過調(diào)節(jié)閥能夠方便調(diào)節(jié)離心式壓縮年產(chǎn) 30 萬噸尿素裝置退城進園等量搬遷改造升級項目 41 機的流量。從以上比較可以看出，離心壓縮機與往復式壓縮機相比，設備投資相當( 均按國產(chǎn)化考慮)；如加上安裝費用，則往復式壓縮機方案總投資費用要高于離心式壓縮機方案。雖然離心壓縮機控制要求高，但運行成本低，連續(xù)運行時間長，對于連續(xù)操作的合成氨廠來說，是比較有利的。同時，只要加強對制造廠質(zhì)量控制，該壓縮機可以實現(xiàn)國產(chǎn)化。因此在本工程中，合成/循環(huán)氣壓縮機推薦采用同步電