【導讀】能源是發(fā)展國民經濟和提高人民生活水平的重要物質基礎。2021年上半年，我國能源生產和消費結構中煤炭的比例分別為。煤炭的比例仍高居%和69%。電力是現代社會使用最廣、增長最快的能源。而在電力工業(yè)中，仍以煤炭為燃料的火電為主，目前，火。電約占全國總裝機容量的70%。今后在相當長的時期內，將繼續(xù)保。持以煤電為主的格局。能源資源，也將是化學工業(yè)唯一可靠的基本原料來源。碳一化學含氧化合物，煤化工更具有競爭力。以大氣環(huán)境為例，我國大氣污染屬煤煙型污染，主要污。2021年全國煙塵和二氧化硫。煙塵造成大氣總懸浮微粒超標，尤其使城鎮(zhèn)的大氣環(huán)。求的能力構成危害的發(fā)展”。將面臨更嚴重的挑戰(zhàn)。污染嚴重的落后技術，尋求開發(fā)出適于可持續(xù)發(fā)展經濟的能源系統。而且煤炭運輸距離僅130公里。州發(fā)展多產品聯合生產系統的初步規(guī)劃。是一項雙贏的舉措。貴州省國有大型骨干企業(yè)。省人民政府批準，改制為國有獨資公司。億元，凈資產額億元。自1994年獲自營進出口權后，各

　　

【正文】 壓精餾塔回流液，其余部分在過冷器中過冷后分為幾部分： 一部分送入低壓精餾塔塔頂作回流液； 一部分 經液氮泵加壓 進入主換熱器復熱后（ (G)），作為產品送出界區(qū)使用； 一部分進入 液氮儲罐 ，作為產品送出界區(qū)； 過冷器的冷源為來自低壓精餾塔的純氮氣和污氮氣。 低壓精餾塔產生如下產品： 底部產生液氧 中上部產生污氮 頂部產生純氮氣 從低壓精餾塔的底部抽出液氧。大 部分液氧通過高壓液氧泵增壓至 (G)后進入中壓主換熱器，在其中被氣化并復熱至大氣溫度作為產品高壓氧氣送出。 另一部分經過冷器過冷后進入液氧貯罐，然后由液氧產品泵加壓后送出。 低壓精餾塔頂部產生純氮氣 ，送到氮壓機分別壓到 (G)、 (G) (G)送到用戶。 低壓精餾塔中上部的污氮進入過冷器以過冷來自中壓精餾塔的液體，然后進入低壓主換熱器復熱，然后分成兩路，其中一路用于對空氣純化器中的分子篩進行再生，另一股進入水冷塔用于冷凍水的降溫。 低壓精餾塔頂部得到高純度常壓氮氣。 該氣氮送入過冷器以過冷來自中壓精餾塔的液體，然后部分去送管網；其余部分進入水冷塔或放空。 為了提取氬，從低壓精餾塔中部抽出的氬餾分送入粗氬塔，以除去氧氣成份。該塔的回流液由粗氬塔冷凝器中的液態(tài)富氧空氣蒸發(fā)而產生，該富氧空氣來自中壓精餾塔塔底，并在過冷器中過冷。 粗氬流進入精氬塔分離除去氮成份，塔底的產品液氬進入液氬貯罐，再由液氬泵加壓后送出。 液氬貯罐中蒸發(fā)的氬氣送回冷箱，經蒸發(fā)氬再冷凝器冷凝后與產品液氬一起返回貯罐。精氬塔底部的蒸發(fā)熱量由精氬塔蒸發(fā)器冷凝來自中壓精餾塔（的少量中壓氮氣而產生。冷凝下的液氮進 入低壓精餾塔塔頂作回流液。精氬塔冷凝器的冷量由來自中壓精餾塔的液氮經過冷器過冷后的部分液氮在精氬塔冷凝器中蒸發(fā)獲得。產生的純氮氣與低壓精餾塔中上部出來的污氮混合后進入過冷器。 （ 2）冷量的制取 裝置所需的大部分冷量由透平膨脹機和壓縮空氣節(jié)流膨脹所提 供。 從空氣純化系統來的部分空氣，進入增壓透平膨脹機增壓端增壓冷卻后，進入冷箱內的液氧換熱器，冷卻至一定溫度后進入透平膨脹機。這股膨脹空氣經膨脹機膨脹制冷后進入下塔，參與精餾。 主要設備的選擇 1）空氣冷卻塔、水冷卻塔 采用填料塔，壓降低、能耗低、傳 熱和傳質效果好。操作彈性范圍大，對水質的適應能力強。與篩板塔相比可大大地縮小塔徑、減小占地面積。 2）純化器采用雙層床結構，下層裝填活性氧化鋁，上層裝填分子篩。 3） 膨脹機 （ 1）增壓透平膨脹機組由主機和供油系統兩個撬裝塊組成。 （ 2）膨脹機和增壓機采用 NREC 設計軟件進行設計和分析，使其效率達到最佳設計值，氣動性能和流場分布更加合理。 4） 分餾塔 （ 1）下塔結構采用了對流式篩板塔，具有有效流通面積大，精餾效果好的特點。 （ 2）上塔采用填料塔結構，具有阻力小，空壓機排壓低，節(jié)能。 （ 3）主換熱器采用了大截面 真空釬焊的鋁制板翅式換熱器。 （ 4）采用氧氣內壓縮，另有部分液氧產品從主冷抽出，可使主 冷中的液氧抽出量增加 ,充分防止碳氫化合物在主冷中積聚 ,更好地保證空分裝置的安全運行。 5） 空氣壓縮機 空氣壓縮機是本裝置的關鍵設備，該壓縮機采用單臺單軸型多級離心式壓縮機，帶進口可調導葉，由蒸汽透平驅動。該壓縮機具有等溫效率高，可靠性高，轉子穩(wěn)定性好，可操作范圍寬，制造方便，成本低等優(yōu)點。 6）氮 氣壓縮機 氮 氣壓縮機是本裝置的關鍵設備，該壓縮機采用單臺單軸型多級離心式壓縮機，帶進口可調導葉，由蒸汽透平驅動。 氣化 氣化工藝方案的確定 氣化工藝技術簡介 氣化工藝一般分為三種類型：移動床（有時也被稱為固定床），流化床和氣流床。 1）移動床氣化爐是最老的氣化爐，它很長時間在煤氣化工藝中占主要地位。移動床氣化爐中的氧化劑與煤的流動方向相反，通過由煤變?yōu)榻褂停俚交业纫幌盗蟹磻獏^(qū)。當空氣被作為氧化劑時，溫度通常不會超過灰熔點，而純氧氣流床氣化爐既可以是干灰也可以是熔渣。由于合成氣出口溫度（ 400500℃ ）相對較低，粗合成氣中通常會有液態(tài)碳氫化合物。 富養(yǎng)氣化的特點是投資少，操作簡單， 在中型氮肥 廠中具有豐富的操作經驗，是國家重點推薦的中氮廠造氣技術。 由于國家大力整治小煤窯和國家經濟發(fā)展和重化工業(yè)的強力拉動，貴州省無煙煤價格隨著需求的增加正在節(jié)節(jié)上揚。加之，貴州西部煤炭出省通道逐漸通暢，通過瀘州走水運的路徑已經打通，通過高速運往廣西、湖南、湖北已經非常便捷，無煙塊煤價格幾年來一直在上漲。目前已經漲到 500 元 /噸，使合成氨成本大幅上升，項目的技經評價指標比項目建議書時下降很多， 繼續(xù)沿用原定工藝技術方案中富氧連續(xù)氣化方式，項目的投資利潤率僅 ％ ,凈現值為負 ,已經不具有經濟可行性， 所 以可研報告決定不 采用富氧氣化工藝。 2）流化床氣化爐采用粉碎了的煤作為原料，用氧化劑（氧氣或空氣）來進行床體流化，其溫度保持在 1000℃ 以下，以預防灰熔化后與爐床里的物質發(fā)生結聚。氧化劑的有限流量意味著大多數煤粒不會充分燃燒，而是收縮成碳素粒，被合成氣帶出氣化爐。這就需要大量的碳素粒循環(huán)，或被傳送到分離燃燒室中燃燒。在我國具有典型代表的有： 恩德煤氣化技術：恩德粉煤常壓氣化技術是在德國溫克勒粉煤常壓氣化技術的基礎上改進發(fā)展形成的。在我國 已 有成功的工業(yè)生產運行裝置。 中科院山西煤化所 也 開發(fā)了先進的灰熔聚流化床粉煤氣化，并實現 了工業(yè)化裝置生產。 3） BGL 加壓熔渣氣化爐是固定床和氣流床相結合的工藝，其操作工藝和爐體結構與魯奇爐相似，主要差別在于爐底排渣部分，通過調節(jié)供入燃燒區(qū)蒸汽和氧氣的量來控制燃燒區(qū)的溫度，以實現液態(tài)排渣。氣化蒸汽消耗量與魯奇爐相比大大降低，同時提高了氣化溫度，減少了氣化產生的廢水量，減輕了環(huán)境保護負擔。當使用煤的灰熔點較高時，則可以加入一定助熔劑，以確?；以鲃有?，使它能順利的從灰渣流到淬冷器中，被水淬冷成為粒狀燒結物，然后通過過灰渣的閉鎖斗排出氣化爐。 4）氣流床氣化爐屬第三代先進的煤氣化技術，是最清潔，也 是效率最高的煤氣化類型。粉煤在 12001700℃ 時被氧化，高溫保證了煤的完全氣化，煤中的礦物質成為熔渣后離開氣化爐。氣流床所使用的煤種要比移動床和流化床的范圍更廣泛。使用氧氣可以使氣化更有效，并可避免合成氣被氮氣稀釋，合成氣的熱值也高于空氣氧化爐所產生的合成氣的熱值。 目前以煤為原料生產合成氣的氣流床氣化工藝 具有典型代表的有： 德士古 (TGP)水煤漿加壓氣化工藝； 新型對置式多噴嘴 水煤漿加壓氣化 ； 殼牌（ SHELL）干粉煤加壓氣化工藝 （ SCGP） ； 德國未來能源公司的 GSP 干粉煤加壓氣化工藝； 國內的多噴 嘴對置粉煤加壓氣化技術； 先進的煤氣化技術的工藝特點 1）德士古 (TGP)水煤漿加壓氣化 ： 水煤漿氣化可列為第三代煤氣化技術。該工藝采用水煤漿進料，制成 60～ 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。 煤種適應性廣年輕煙煤，粉煤皆可作原料，除褐煤、泥煤及熱值低于 22940kJ/kg 煤以外，灰融點要求不超過 1350℃ （否則必須添加助熔劑），煤可磨性和成漿性好，制得煤漿濃度要高于 60%為宜。 德士古水煤漿氣化在上世紀 80 年代投入工業(yè)生產，中國已在渭河、魯南、上海焦化、淮南、黑龍江浩良河化肥廠中石化金陵化肥等引進該技術 。 由于本工程是采用的煤質（白煤）灰熔點較高， 成漿性差， 不能作為 德士古水煤漿加壓氣化的 原料。因此本項目不宜采用水煤漿加壓氣化技術。 2）新型（對置式多噴嘴）水煤漿加壓氣化技術也是最先進煤氣化技術之一。是在德士古水煤漿加壓氣化法的基礎上發(fā)展起來。該項目是被科技部列入了 ―九五 ‖國家重點科技攻關項目，由華東理工大學、原魯南化 肥廠（水煤漿工程國家中心的依托單位）、 某某 化學工程公司共同承擔開發(fā)完成。 新型（對置式多噴嘴）水煤漿加壓氣化技術在 2021 年 11 月在德州投入工業(yè)生產；由于 和德士古水煤漿加壓氣化相同的原因， 本項目不宜采用此技術。 3）殼牌干粉煤加壓氣化工藝 (SCGP) 殼牌干粉煤氣化是 Shell公司開發(fā)的具有特色的第三代煤氣化工藝，于 1972 年開始在殼牌公司阿姆斯特丹研究院（ KSLA）進行煤氣化研究， 1976 年應用于一臺 6t/d 煤氣化爐， 1978 年第一套中試裝置在德國漢堡郊區(qū)哈爾堡煉油廠建成并投入運行日處理煤量 150噸， 1987 年在美國休斯頓迪爾 帕克煉油廠建成日投煤量 250～ 400噸的示范裝置投產稱作 SCGP－ 1 示范裝置。 1993 年在荷蘭的德姆克勒 (Demkolec)電廠建成投煤量 2021 噸 /日的大型煤氣化裝置，用于聯合循環(huán)發(fā)電，稱作 SCGP 工業(yè)生產裝置。裝置開工率最高達 73%。該套裝置的成功投運表明 SCGP 氣化技術是先進可行的。 （ 1） SCGP 煤氣化工藝過程 Shell 粉煤氣化工序由以下主要單元組成： ① 磨煤及干燥、 ② 煤加壓及進煤、 ③ 氣化及合成氣冷卻、 ④ 除渣、 ⑤ 除灰、 ⑥ 洗滌、 ⑦廢水汽提及澄清、 ⑧ 氣化公用工程系統等。 （ 2） SCGP 氣化爐 SHELL 氣化爐為立式圓筒形氣化爐，爐膛周圍安裝有由沸水冷卻管組成的膜式水冷壁，其內壁襯有耐熱涂層，氣化時熔融 灰渣在水冷壁內壁涂層上形成液膜，沿壁順流而下進行分 離，采用以渣 抗 渣的防腐辦法 ，基本解決了高溫耐火材料損壞嚴重和檢修頻繁的難題。水冷壁與簡體外殼之間留有環(huán)形空間，便于輸入集水管和輸出集汽管的布置，便于水冷壁的檢查和維修；環(huán)形空間內充滿250~300℃ 溫度的有壓合成氣。爐體設有對稱的四個煤粉燒嘴，燒嘴使用壽命保證期為一年，美國休斯頓示范廠燒嘴使用壽命據說已達9500h 以上。 （ 3） SCGP 技術的特點 ① 適合于氣化原料煤的范圍較寬 采用高溫加壓干粉煤氣流床 SCGP 氣化方法，拓寬了適應制取合成氣原料煤的煤種，如褐煤、煙煤、無煙煤等各種煤均可使用，對煤的性質如：粒度、結焦性、灰分、水分、硫分、氧分等含量均不敏感。 ② 成功地設計了膜式水冷壁氣化爐 采用水冷壁氣化爐，基本消除了頻繁檢修、更換爐內耐火襯里和耗費昂貴的弊端。同時單爐產氣能力大，具有高效、大型化和長周期運行的顯著特點。 ③ SCGP 技術具有較高的熱效率 煤炭利用率高，碳轉化率可達 99％，其原料煤能量回收率高， 80％ ~83％以 合成氣形式回收 (即冷煤氣效率 )， 14％ ~16％以蒸汽形式回收。 ④ 環(huán)境質量高 SCGP 氣化工藝，殼牌公司稱它為 ―潔凈煤 ‖工藝，其生產的合成氣是含甲烷量很低的高潔凈合成氣。在煤氣化過程中，煤粉制備采用密閉系統，無粉塵排放；煤中灰分在氣化爐排出時被轉化為玻璃體顆粒，可作為道路建筑材料，不污染環(huán)境；合 成氣水洗排放液經汽提冷卻后循環(huán)使用，汽提逐出的 H2S 氣體送硫回收裝置。 3）德國未來能源公司的 GSP 干粉煤加壓氣化工藝 未來能源公司位于德國來比錫附近的弗來堡市（ Freibarg），原為東德黑水泵煤氣聯合企業(yè)弗 來堡燃料研究所。 1980 年建成兩套粉煤加壓氣化裝置： W100（處理煤量100－ 250kg/h）， W500（處理煤量 5－ 25t/h）， 1983 年 12 月又建成一套大型粉煤加壓氣化裝置， W30 處理煤量30t/h 稱為 GSP 工藝。 2021 年從巴高克電力公司分離出來，并由瑞士 SH公司收購以東德煤炭工業(yè)學院為依托加強開發(fā)煤的氣化技術。公司 1956年成立以來，最初開發(fā)固定床氣化技術， 70 年代末開始流化床的研究工作，原料煤主要是含硫的褐煤。 （ 1） GSP 干粉煤加壓氣化工藝流程 GSP 氣化工藝流程由 ① 磨煤及干燥、 ② 煤加壓及進煤 、 ③ 煤氣化及合成氣激冷、 ④ 渣水處理等幾個工序組成。 出口點火燃料氣氧氣 + 蒸汽燃料燒嘴冷壁進口壓力水壓力水冷卻夾套合成氣溢流水?；だ渌? GSP 氣化工藝的磨煤及干燥、煤加壓及進煤工序和 SCGP 工藝相同；渣水處理工序和 TGP 水煤漿加壓氣化工藝相同；煤氣化工序也和 TGP 工藝相似，不同之處在于它獨特的氣化爐設計。 （ 2） GSP 氣化爐 GSP 氣化爐為圓柱形結構（見右圖），粉煤、蒸汽和氧氣從爐頂噴嘴進入氣化爐反應室，氣化爐內周圍裝有水冷壁管，水壓高于反應室壓力。冷卻盤管內側裝有密集的銷釘，用以固定碳化硅涂層，涂層厚度約 20mm。耐火涂層用水冷卻，其表面溫度低于液渣的流動溫度，形成渣膜可以保護耐火層。 GSP 水冷壁氣化爐的特點： 環(huán)模水冷壁 無耐火磚 盤管內有溫度達 285℃ 冷卻水 內涂薄耐火材料層 隨著水冷壁降溫，灰渣會固化在爐壁上，渣厚約 該技術可以將爐壁溫度控制在 500 度以下 可以