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增氧间歇式气化”的应用实践

2014-8-13 13:38:20      点击:

增氧间歇式气化的应用实践

概述

间歇式气化合成氨原料气,是一种放热和吸热间歇式循环平衡的过程,是利用以空气和蒸汽作为气化剂,在固定床层造气炉内进行固相燃烧气化、气相燃烧、气相热裂解反应的系列过程。“吹风”是氧化升温的阶段,但只有一部分热量能贮蓄在炉子内,这部分热量支持“上吹、“下吹”等制气阶段进行蒸汽与煤生成煤气的气化反应。因此造气实际上是一种间接恢复制气(蒸汽分解)消耗的热量的工艺过程,其生产半水煤气的质和量受到入炉空气中21%的氧气含量的影响,现行的生产过程不容易发挥生产装置制气的效率,能耗高,产气量低,污染严重。

针对原间歇式气化工艺生产过程存在的弊病,为了充分发挥原料煤氧化产生的热量,采用“增氧间歇式气化”技术。在吹风时(包括吹净、吹风)增加入炉空气的氧含量,可减少吹风时间,增加制气时间,减少能量的消耗。在制气时(包括上行和下行制气)增加炉加氮空气中的氧气量,可直接弥补蒸汽在碳层分解消耗的热量,给优化生成半水煤气需要的热量创造条件,充分发挥有效碳和蒸汽的利用,达到增产节能的目的。

“增氧间歇式气化”,主要是充分发挥氧气、碳、蒸汽在炉膛内固相燃烧气化、气相燃烧、气相热裂解有效反应的技改,减少吹风产生的有效碳的损失,增加制气时间,提高半水煤气产量和质量,实现降低原料煤的的消耗,减少CO2温室气及硫化物的排放。

增氧间歇式气化运行效果

采用“增氧间歇式气化”,先后在浙江清华化工有限公司、江苏华昌化工有限公司、湖北新生源有限公司三个企业投入运行。经长期运行,都很明显取得一定节能减排的效果。

2008年初浙江开化县清华化工有限公司,首先迫切要求采用,当年6月初用于 造气炉1台∮2400mm2台∮2600mm至今;20094月又在江苏华昌化工有限公司采用于7台∮2650mm造气炉,后来扩大到所有的35台∮2650mm造气炉中至今(其中7台已停用);20098月份在湖北省科技厅关心安排下,于201041日又在湖北公安县新生源化工有限公司采用于5台∮2400mm造气炉中运行至20107月底(因厂方要进行搬迁,先在老车间进行试运行)。现将三个公司共36台造气炉采用增氧空气间歇式气化节能减排的情况,分别总结如下:

2.1 开化清华技改前后比较的效果

该公司造气工段主要生产装置:

造气炉:∮2600mm三台,∮2400mm一台;

空气鼓风机:CD500一台、9#10#风机各一台。

该公司为了迫切证实增氧气化的效果,采用瓶装纯氧试生产认定效果后,确定增设300m3()/VPSA变压吸附制氧装置,制氧浓度9093%。将技改前运行的三台∮2600mm造气炉,改为∮2600mm两台和∮2400mm一台造气炉运行。运行效果分别列入表215中:

2设备运行表

序号

  

数量

技改前开

技改后开

单位

 

1

造气炉

Ø2600mm

3

3

2

 

Ø2400mm

1

 

1

 

2

鼓风机

CD500

1

1

 

 

910#

 

 

2

各一台

2台串联

3

制氧装置

150m3()/h

1

 

2

氧浓度90%

 

2—2  半水煤气成分比较

成分(%)

N2

CO

CO2

O2

H2

H2S

CH4+Ar

备注

技改前(%)

19.4

27.8

8.8

0.4

43.6

 

 

%(干基)

技改后(%)

14.9

30.3

9.2

0.4

45.8

 

 

比较结果(%)

-5.5

2.5

-0.4

0.0

2.2

 

 

 

2—3  技改前后吹风气量对比

序号

成分

项目名称

N2

CO

CO2

O2

H2

H2S

CH4+Ar

备注

1

百分比

74.68

5.8

16.4

0.6

1.0

0.02

1.5

V%(干基)

2

技改前吹风气量

3279

254.6

720

26.30

43.9

0.88

65.802

m3/tNH3

3

技改后吹风气量

1967

152.8

432

15.8

26.34

0.53

39.51

m3/tNH3

 

比较结果

-1312

-101

-288

-10.5

-17.6

-0.35

-26.289

m3()/tNH3

24  技改前后生产对比表

序号

项 目 内 

技改前

技改后

结果

 

造气炉制气总面积

14.727

14.342

0.385

m2

造气炉产气量

16937.9

21961.5

205.6

m3()/

产氨量

5.14

5.75

0.61

tNH3/h

制气强度

994.1

1327.3

333.2

m3()/m2.h

原料煤消耗量

1.52

1.35

0.170

t/tNH3

蒸汽消耗量

2.40

2.24

0.160

t/tNH3

CO2排放量

 

 

2756138

m3()/a

H2S排放量

 

 

46166

m3()/a

从表24中可以看出:合成氨产量由技改前3(2600mm造气炉) 5.14tNH3/h,技改后3(2台∮2600mm炉和1台∮2600mm) 5.75tNH3/h;节省煤棒量>170 kg/ tNH3、节省蒸汽量160 kg/ tNH3,动力电耗未统计。该公司2009年还获得了浙江省节煤奖300万元。

2.2江苏华昌化工有限公司技改后生产效果

      该公司是年产60万吨合成氨较大的企业,由于理解了“增氧间歇式气化”合成氨原料气(半水煤气)的节能原理,又有浙江开化县清华化工有限公司长期生产实践的明显节能效果。迫切急需采用“增氧间歇式气化”技术,直接外购液氧(价格:600/ t)现场气化,200911月在一号糸统(七台∮2650mm造气炉)运行,目前逐步扩大到2835台炉全部采用增氧间歇式气化,现吨氨耗纯氧量仅只有30m3左右,节能减排效果非常明显。

现将最近江苏华昌提供的201111月份生产统计表,可看出其节能效果

 

 

25 十一月份生产统计表

十 一

日期/   

耗块(t/d)

耗煤棒(t/d)

产氨量(t/d)

煤耗(t/tNH3)

煤棒比例%

块煤开炉台数

煤棒开炉台数

煤棒

产氨(t/d

块煤

产氨(t/d)

单炉产

(tNH3/·d)

1

876.89

828.4

1332.6

1.280

48.58%

14

13

571.28

761.36

49.36

2

880.62

804.4

1373.4

1.227

47.74%

15

12

554.77

818.64

50.87

3

1004.2

723.3

1392.9

1.240

41.87%

15

12

692.58

700.35

51.59

4

962.77

728.9

1376.2

1.229

43.09%

15

12

502.71

873.49

50.97

5

968.98

733.7

1365

1.247

43.09%

15

12

506.01

859.02

50.56

6

937.43

744.8

1360.6

1.236

44.27%

15

12

513.63

847.01

50.39

7

965.19

740.7

1360.1

1.254

43.42%

15

12

510.86

849.27

50.38

8

957.96

755.2

1390.5

1.232

44.08%

15.4

12

520.82

869.63

50.75

9

965.95

715.5

1294.6

1.299

42.55%

16

12

493.46

801.11

46.23

10

1128.2

564.3

1416.5

1.195

33.34%

19

9

389.14

1027.4

50.59

11

1203.3

509.5

1427.1

1.200

29.75%

19

9

351.4

1075.7

50.97

12

1117.1

595.7

1380.3

1.241

34.78%

17.7

10.3

410.86

969.4

49.30

13

910.38

776.5

1378.7

1.223

46.03%

15

13

535.49

843.25

49.24

14

847.83

885.8

1329.2

1.304

51.10%

14

14

610.9

718.3

47.47

15

904.31

881.3

1364.8

1.308

49.36%

14

14

607.78

756.99

48.74

16

922.24

885.2

1394.6

1.296

48.97%

14

14

610.45

784.16

49.81

17

874.87

884.4

1377

1.278

50.27%

14

14

609.96

767.02

49.18

18

878.06

884.8

1370.9

1.286

50.19%

14

14

610.23

760.66

48.96

19

873.77

876.5

1352.4

1.294

50.08%

14

14

604.48

747.9

48.30

20

844.38

882.7

1370.2

1.261

51.11%

14

14

608.77

761.38

48.93

21

880.17

883.6

1358.6

1.298

50.10%

14

14

609.41

749.16

48.52

22

880.66

883.8

1355.2

1.302

50.09%

14

14

609.53

745.65

48.4

23

823.68

904.6

1326.1

1.303

52.34%

14

14

623.87

702.24

47.36

24

888.57

892.4

1369.5

1.300

50.11%

14

14

615.43

754.09

48.91

25

872.05

908.2

1353.2

1.316

51.02%

14

14

626.35

726.8

48.33

26

892.13

897.6

1382.8

1.294

50.15%

14

14

619.01

763.75

49.38

27

866.05

895.4

1362.6

1.293

50.83%

14

14

617.54

745.04

48.66

28

882.32

914.9

1366.2

1.316

50.91%

14

14

630.99

735.22

48.79

29

878.68

877.0

1347

1.303

49.95%

14.3

13.4

604.8

742.16

48.61

30

915.5

836.2

1368.2

1.280

47.74%

16

13

576.69

791.46

47.18

日均

926.81

809.8

1366.6

1.271

46.63%

14.9

12.89

564.97

801.59

49.22

 

26 十一采用增氧气化生产效果分析表

序号

技改前

技改后

 

 

1

吨氨增氧量

 

29.571

 

m3()/tNH3

2

吨氨棒煤量

1.630

1.450

0.180

t/tNH3

3

吨氨块煤量

1.280

1.156

0.124

t/tNH3

4

块煤和煤棒综合消耗

1.443

1.271

0.172

t/tNH3

5

开炉数量

 

 

27.79

6

平均单炉产氨量

 

 

49.18

tNH3/

7

根据11月份计算年氨产量

 

491962

 

tNH3/

8

技改后块煤和煤棒综合年节煤量

709901

625284

84617

t/

9

造气炉制气强度

1264

1311

47

m3()/hm2

10

造气炉炉气化效率

75.13

84.24

9.12

%

11

CO2排放量

241373907

170058889

71315018

m3()/

12

硫化物排放量

12401743

8737591

3664151

m3()/tNH3

13

入炉块煤价格

 

 

1450

/t

14

入炉煤棒价格

 

 

1050

/t

15

块煤和煤棒综合价格

 

 

1297.31

/t

16

氧耗成本

 

 

311.73

万元/

17

一年的经济效益

 

 

10665.72

万元/

18

蒸汽及电耗未统计

 

 

 

 

根据表26分析可看出:吨氨仅消耗了29.571 m3()/tNH3的纯氧量,块煤消耗由技改前的1.28 t块煤/tNH3降至1.156 t块煤/tNH3,节省块煤量:124kg 块煤/tNH3。煤棒消耗由技改前的1.63t煤棒/tNH3降至1.45 t煤棒/tNH3,吨氨节省煤棒量:180kg煤棒/tNH3。主要是由于该公司严格的管理及熟练的生产操作和采用了我公司物料在炉膛内均匀分布专用技术,效果非常显著。

目前因外购液氧成本较高和原造气生产装置的限制,增氧量不足,还未达到更理想状态,还有待采用我公司第二方案改进,使制气过程增氧量达到>70m3()/tNH3节能减排效果将更加理想。

2.3 湖北新生源生物工程股份有限公司技改效果

该公司造气工段原具有Φ2400mm造气炉五台、CD600CD500型空气鼓风机各一台,常开CD600风机,年产合成氨65000tNH3/a左右,吨氨原料煤耗量:1.48吨。

该公司搬迁工程后,合成氨生产能力由原五台Φ2400mm造气炉,更换为八台Φ2800mm造气炉。为了为搬迁工程作准备,决定一次性采用VPSA变压吸附制氧装置,制氧能力1000m3()/h。于201041,正式投运“增氧空气间歇式气化”。在搬迁前试运行了四个月,现将运行效果总结如下:

27  2009-10122010-13月技改前氨产量、耗煤月平均数

 

合成氨产量

实物煤耗量

吨氨实物煤耗量

tNH3/

t/

t/tNH3

200910

5743.235

8570.52

1.492

200911

5850.545

8602.44

1.470

200912

4995.536

7477.62

1.497

20101

5138.082

7849.06

1.528

20102

5612.125

8457.47

1.507

20103

5988.487

9058.23

1.513

技改前平均量

5554.67

8335.89

1.501

 

28  2010-14技改后氨产量、耗煤量月平均数

 

合成氨产量

实物煤耗量

吨氨实物煤耗量

tNH3/

t/

t/tNH3

20104

5765.939

7849.03

1.361

20105

5897.478

8095.54

1.373

20106

5578.473

7828.86

1.403

20107

5586.23

7871.00

1.409

技改后平均数

5707.030

7911.11

1.386

             表2-9  技改前后生产数据

   

氨产量

(tNH3/)

煤消耗量

(t/)

吨氨煤耗量

(t/tNH3)

技改前平均数

5554.670

8335.89

1.501

技改后平均数

5707.030

7911.11

1.386

技改后效果

152.360

424.78

0.115

从表27~29可以看出,技改前合成氨产量:66656tNH3/a,技改前合成氨产量:68484 tNH3/a

  合成氨增产量:5707.035554.67152.36 tNH3/月;

  增产合成氨折煤量:152.36×1.501228.69 t煤棒/月;

增氨折成煤棒量:228.69/5554.670.0411 t煤棒/tNH3

技改后节煤量0.1150.0410.156 t煤棒/tNH3

一年节省煤量:(424.78228.69)×127841.64 t煤棒/年。

本次技改增设1000m3()/h变压吸附制氧装置,因原生产入炉蒸汽压力及蒸汽喷射抽引强度影响,还有40%左右制氧装置能力没有发挥,影响了更理想的节能减排的效果。即使如此,采用“增氧气化”生产仍然获得了如下的效果:

210  采用增氧气化生产效果分析表

序号

技改前

技改后

 

 

1

吨氨增氧量

 

77.7

 

m3()/tNH3

2

吨氨棒煤量

1.501

1.345

0.156

t/tNH3

5

开炉数量

 

 

5

6

平均产氨量

66656

68484

152.36

tNH3/

7

节省原料煤量(包括增氨折煤量)

100030.7

92189.06

7841.64

t/

8

造气炉制气强度

1019.08

1132

112.92

m3()/hm2

9

造气炉炉气化效率

74.02

80.24

6.22

%

10

CO2排放量

156522364

146548016

9974348

m3()/

11

硫化物排放量

3092066.6

2905048

187019.0

m3()/tNH3

12

入炉煤棒价格

 

 

900

/t

13

氧耗成本

 

 

93.23

万元/

14

一年的经济效益

 

 

612.6

万元/

15

蒸汽及电耗未统计

 

 

 

 

 

3 “增氧间歇式气化”的效果

在间歇式气化蒸汽分解半水煤气时,为了及时弥补消耗的热量,经计算分析,在保证半水煤气中氢氮比的基础上,在上、下行蒸汽分解时,直接加入氧气与炽热的炭层氧化反应,增加产生的热量供蒸汽分解。每增加1个公斤分子(22.4Nm3)其效果列入表3-1

3-1 增加1个公斤分子(22.4Nm3)效果

序号

效 果 内 容

增氧量及效果

单 位

1

制气时增氧量

1.00

kmol/tNH3

2

制气时可增加氧化反应热量

56600

kdal/tNH3

2

增加蒸汽分解量

34.77

kg/kcal

3

提高蒸汽分解率

1.74%

 

4

增加半水煤气产量

108.72

Nm3/kcal

5

增加合成氨产量

0.0329

kg/kcal

6

增氨折成原料煤量

44.806

kg/kcal

7

一个循环可减少吹风时间

0.72

8

吹风空气消耗煤量

17.14

kg/kcal

9

可减少加氮空气消耗量

198.80

Nm3/kcal

10

可减少吹风气生成量

91.60

Nm3/kcal

11

降低鼓风机负荷

4.77%

 

12

可增加造气炉气化强度

27.61

Nm3/m2.h

13

可增加制气过程总效率

3.08%

 

 

4 增氧气化技术特点

、节约煤与蒸汽

增氧间歇式气化,提高了煤炭和蒸汽的利用率,与传统的工艺比较,可节省可观的原料煤和蒸汽;

、提高制气产能

增氧间歇式气化,缩短了吹风补充热量的时间,制气时间相对增加,制气产能提高;

、提高制气品质

增氧间歇式气化,制气时气化层炉温提高,一氧化碳和氢等有效气体成分含量增加,二氧化碳生成量减少,提高了半水煤气质量;

、减少废气排放

增氧间歇式气化,缩短了吹风加热的时间,吹风气生成量减少,大幅降低了CO2温室气和硫化物等废气排放量;

、扩大资源利用范围

增氧间歇式气化,原料煤可采用相对廉价的劣质煤,加工为人工型煤,可大幅度降低产品成本;

、技改不停产

氧气化技术可以在不停产、不改动现有工艺流程的情况下对原有造气工段进行技改,不影响正常生产,时间短,见效快。

、可适应煤种变化等多种干扰

可适应多种工况的变化,如可根据入炉煤种的变化,调整循环比各阶段的时间、调节入炉增氧空气流量及氧浓度以优化稳定炉温,优化稳定气化过程,可不必改变原有操作规程,仅根据生产情况调节上述几项操作即可,生产管理方便,操作简单。

、操作简单、便于推广

采用增氧气化新工艺后,原来的操作基本上没有变化,主要变化的只是循环比、增氧空气的流量及其氧浓度,利用配套的专用控制器可以方便的进行自动调节或人工设定。

 

4 结束语

所有采用固定床层间歇式气化合成氨原料气的企业,完全可以不改变原有的生产装置,都能适应采用“增氧间歇式气化”技术,肯定都会有明显的节能减排效果。如果想更充分发挥“增氧间歇式气化”合成氨原料气的效果,必需要解决目前存在的物料在炉膛内的偏流现象,否则在“增氧气化”时,会造成局部过氧烧结碳层,破坏造气炉正常运行。

江苏华昌化工有限公司,吨氨消耗氧量较少,28台造气炉采用“增氧间歇式气化”技术生产,一直较稳定的得到较理想的节能减排效果,是因为除了增氧气化新工艺外采用了我公司解决物料在炉膛里偏流的四项专用技术。

为了更进一步提高增加氧气量,充分实现增氧间歇式气化更理想的效果,关键问题必需要解决物料在炉膛内偏流现象,即气化时实现氧气在炉膛碳层的均匀分布,

以上三个企业都采用我公司增氧间歇式气化技术,虽然都能取得非常明显节能减排的效果,但是,由于各企业生产装置及生产管理和操作水平各有差异,很明显看出三个企业增加单位氧气量的有效利用也有所不同,节能减排效果也有所不同。

近五十年来我国所有以“间歇式气化”生产合成氨原料气为工艺所采用的任何节能减排技改,还没有一项技改能实现以上三企业这样理想的节能减排的效果。特别是当前煤价在上涨,CO2温室气排放将要实行花钱购买,在国家确定的300/吨煤和各地方政府还有附加节煤奖励的政策形势下,采用增氧间歇式气化技术,对企业经济和社会环境效益都是有利的,又能节省原料煤,又能实现低碳生产,是完全符合国家发展和改革委员会办公厅及财政部办公厅于2011-12-20颁发的:发改环资〔20112873号“关于印发万家企业节能低碳行动实施方案的通知”文件的精神的。

 

武汉世纪凤飞节能环保工程有限公司

 

                                         2014-8

增氧气化技术开发者:张凤葵

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