常压固定床富氧连续气化技术及成本分析

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摘要近几年我国正在大力推行节能降耗，减少污染。富氧燃烧和富氧气化已在该领域显现出它非常美好的前景。目前富氧气化的应用领域大多是在合成氨、炼钢和冶金等部门，并且技术应用已经很成熟，的确富氧燃烧和富氧气化有许多优势，没有推广的主要原因主要是制氧设备的投资成本和运行稳定性、安全性。但随着科技的进步和社会的发展，相信在不久的将来，更多的行业都会见到它的出现。

关键词富氧气化 制氧技术 成本分析 气化工艺

中图分类号：F406文献标识码： A

一、引言

20世纪60年代开始，中国的一些化肥厂相继对其常压固定水煤气发生炉进行技术改造，成功开发出常压固定床富氧连续气化技术。随气化剂中氧浓度的增加，气化炉的气化强度、气化效率、煤气有效成分得以大幅度提高。最早尝试性进行富氧连续气化改造试验的厂家，一般都是利用本厂深冷空分富余的氧气，在老的间歇造气炉上进行“富氧空气—水蒸气”连续气化制取合成氨原料气，但是利用深冷空分制氧，系统投资和制氧成本都比较高，受制氧技术发展的影响，常压固定床富氧连续气化技术推广较慢，目前随着变压吸附制氧技术的发展和推广，降低了制氧设备的造价，同时制氧成本也随之降低，大大推动了连续富氧气化技术的发展。

二、技术可行性分析

富氧气化和空气气化的相比的工艺特点

灰渣含碳量大大降低（含碳量大约在10％左右），转化率大大提高;

带出物减少，碳利用率提高;

气化效率明显提高;

适用煤种更广;

煤气质量显著提高（热值的提高和灰份的减少）;

富氧气化炉的生产能力高，气化过程中，燃料在炉内停留时间短。（对煤粒度要求应尽可能均匀。

三、富氧气化工艺及成本分析

1、富氧连续气化工艺流程 （以半水煤气富氧气化工艺为例）

原料焦炭经破碎、筛分后，由皮带运输机送到煤气发生炉顶部焦炭料仓里，由加料斗经自动加焦机定时连续加入固定层煤气发生炉。蒸汽和富氧空气连续进入炉中，焦炭和富氧空气进行不完全燃烧产生大量的热量，温度升高，供蒸汽在炽热的炭中分解，制得半水煤气。

自空气鼓气机来的空气与空分系统来的99%以上氧气同时进入混合罐混合成50～55%左右的富氧空气，混合后的富氧空气与来自蒸汽过热器的蒸汽再次混合进入煤气发生炉炉底，混合气温度110—140℃从煤气发生炉底部来的富氧空气，蒸汽与炉中的碳反应生成半水煤气从炉顶出来进入废热锅炉，将半水煤气由约700℃（

造气用蒸汽除夹套付产汽外，由空分空压机透平背压汽供给，这样节省电耗，蒸汽利用合理，制氧成本降低。

图1-2-1富氧连续气化工艺流程图

1 —自动加焦机 2 — 煤气发生炉 3 —鼓风机   4—混合器 5 — 灰斗  6 — 废锅  7 —汽包 8 — 蒸汽过热器 9 — 洗气箱10 —洗气塔   11 —水封       

2、目前国内各种制氧技术及富氧气化的成本分析

众所周知富氧连续气化优点多，只是受制氧技术设备的限制。目前通用的深冷空分制氧，投资较高，氧气成本较高。目前真空变压吸附制氧技术较为成熟，在150-5500m3范围内单位氧投资低于深冷空分法，但就目前来看，对中小企业来说相对投资仍然很高，普遍推广仍需时日。还有就是薄膜分离法，该方法投资较少但氧浓度较低（一般在30％以下）。

据不完全统计，富氧气化在国内大小化肥厂内使用较多，因为富氧气化和间歇气化（水煤气）相比有许多优势。

下表是富氧农度对煤气组成与热值的影响（原料为焦炭）

煤气成分 富氧浓度/％

21 30 40 50 60 70

CO 24.3 29.98 34.55 37.85 40.32 42.25

CO2 8.55 10.83 12.55 13.78 14.72 15.45

H2 14.12 19.92 24.35 27.52 29.92 31.79

CH4 0.25 0.31 0.35 0.39 0.41 0.43

N2 52.76 38.60 27.77 19.99 14.13 9.55

煤气低热值 4673 6079 7157 7931 8514 8970

综合上表可知富氧浓度越高，产生的煤气热值也就越高，但由于富氧的设备制造和运行成本较高，因此在能满足煤气成份（热值）的前提下，应适当降低富氧浓度。

下面是以6台3.2m煤气站为例计算富氧设备的投资：

按富氧浓度为30％-35％，煤气炉产气量按7500m3/h计算，单位煤气炉需要90％以上的纯氧约600m3/h，6台煤气站的需要90％以上的富氧约3600m3/h，制氧设备的投资大约在1500万以上（以实际价格为准）。

按鼓风量不变，富氧浓度为30％-35％，单台煤气炉需要90％以上的氧气800m3/h,6台煤气站共需约4800m3/h,制氧设备投资大约在2000万以上（以实际市场价格为准）。

四、结论

（1）前常压固定床富氧连续气化技术通过国内近些年对固定床的消化吸收，已基本满足实际生产要求，但大规模的应用还需逐渐各累积。

（2）在中小规模的应用领域，富氧连续气化有其独特的优势，但由于制氧价格成本的问题，还不能普及，在需要较高热值的领域可以逐渐利用富氧气化煤气来填补天然气短缺的状况。

（3）随着制氧技术的成熟，比如变压吸附等技术的普遍应用，制氧成本也有了大幅下降。因此常压固定床富氧连续气化技术的春天也即将到来。

参考文献：

[1] 贺永德.现代煤化工技术手册:化学工业出版社.2011年3月

[2] 周孟仁.煤炭常压固定层富氧连续气化技术展望.小氮肥设计技术.2001.3

[3] 杨志臣，赵 强，王中林.富氧气化在煤气站的应用.冶金动力.2003,99(5):39-41

作者简介：

王冬青（1984~ ）女，河北唐山人，助理工程师，现做工程设计工作，主要研究方向为工业煤气的应用及净化。