兖矿鲁南化肥厂德士古与固定床制合成氨的工艺技术应用比较

摘 要：兖矿鲁南化肥厂32Mpa高压氨合成有两套装置，分别采用固定层间歇式制气和德士古水煤浆制气作为气头，本文通过对两套合成氨系统的工艺流程选择、制气工序的主要特点、煤种选择、综合能耗、制造成本、环境保护六个方面进行比较。

关键词：节能先进 清洁生产 综合能耗 环境保护

一、工艺流程选择

原鲁南化肥厂合成氨1972年投产，现已形成年产12万吨合成氨、16万吨尿素的生产能力。该厂以无烟煤为原料，采用固定层间歇式制气，净化工段采用全低温变换、烤胶脱硫、复合热钾碱洗法脱碳、甲烷化脱除微量的CO和CO2，高压氨合成（31.4MPa）、水溶液全循环法生产尿素。

利用德士古技术生产合成氨的系统是甲醇分厂，该厂于1993 年3月份投产，现实际年生产能力为10万吨合成氨、17万吨尿素。 该厂以烟煤为原料，配有KDON-10000/8500空分装置一套，采用德士古水煤浆加压气化 （压力为3.0MPa）制气，全低温耐硫变换，NHD脱硫、 脱碳，甲烷化脱除微量的CO和CO杨斌，高压氨合成，水溶液全循环法生产尿素。

二、制气工序的主要特点

间歇式固定床气化的主要工艺特点是：间歇加料、间歇制气、常压气化，气化温度较低，在800～900℃，操作简便，易于掌握，投资少，见效快。

1.与粉煤气化相比存在很大缺陷：

1.1由于在吹风阶段需要大量空气，吹风末期燃料层温度又较高，须采用焦炭或块状无烟煤为原料，成本高。

1.2由于需要经常切换阀门，构件易损坏，维修频繁。

1.3由于大约四分之一的时间用于吹风和切换阀门上，因而有效制气时间相应减少，同时，由于制气阶段后期燃料层温度下降，蒸汽分解率低，制气能力难以提高。

1.4由于全过程要求较高炉温，吹风时间长，且均要放空，能耗高，空气污染大。

1.5由于低温热源产生多，热损失大，污水排放量大。

1.6自动化水平低。

2.德士古粉煤气化与间歇式固定床制气从工艺特点上比，具有以下优点：

2.1原料适应性强：能处理烟煤和无烟煤粘结性和非粘结的广泛煤种。

2.2碳转化率高：通常约>98%。

2.3压力范围宽：在3.0MPa～8.5MPa不等，高压下操作，可消除或减少下一步加工工艺的压缩功。

2.4有效气体成份高：通常CO+H2>80%，非常适于制氨、甲醇、醋酸等产品。H2/CO有较宽幅度的可调性。

2.5负荷适应性强： 可在设计能力的50～100%负荷下操作，且能在较快时间内把负荷加上去，高低负荷比大，加量快。

2.6自动化水平高：调节、监测、安全系统均采用DCS计算机控制。

2.7维修方便：气化炉内没有运动部件，其操作性能好，可靠程度高，目前国内单炉连续运行周期已达186天。

三、煤种的选择

间歇式固定床制气，为了获得高的气化质量和气化强度，它要求燃料粒度均匀、反应活性好、灰份和挥发份含量小，机械强度大，热稳定性强。因此必须利用焦炭或无烟煤为原料，而且基本利用晋东南无烟块煤，远距离运输，使成本升高，限制了发展。

德士古水煤浆气化，对原料适应性广，可利用含有大量粉煤和表面水分的煤作原料，除褐煤和泥煤不宜使用外，其它粘结性和非粘结性煤及石油焦均可使用，解决了以焦炭和无烟煤为原料生产合成氨的单一途径。

四、综合能耗

1.蒸汽消耗

采用德士古气生产合成氨由于煤气化合成气饱和了水蒸汽，后系统变换过程中无须再加蒸汽，且净化变换反应热、合成余热回收比较充分，系统吨氨副产1.89吨蒸汽。采用固定层间歇式制气生产合成氨，由于煤气为常温干煤气，一氧化碳的变换，吨氨须加入3.5吨蒸汽，则蒸汽消耗较高。

2.综合能耗

两种工艺相比较，在电耗和煤耗上，相差不大，但蒸汽消耗上，相差3706kg/tNH3，在单位产品综合能耗上相差是比较大的。

五、 制造成本

合成氨分厂吨氨成本制造为1380.68元，甲醇分厂吨氨成本为1076.59元，合成氨单位制造成本高304.09 元，从各构成因素看，原材料占主要因素，合成氨分厂的原材料比甲醇分厂高303.89元。

六、环境保护

间歇式固定床气化由于床层温度不稳定，在煤气冷却和洗涤过程中产生废水量，大约20t/ tNH3，产生废气量大，约3000Nm3/ tNH3，且废气中CO和SO2含量都较高，渣产量在0.6t/tNH3，可作为 玻璃制品和水泥制品的原料。

德士古水煤浆气化由于操作炉温高，正常生产中产生的废气为闪蒸汽，主要成份是水，符合排放标准。洗涤冷却水密闭循环，废水排放量小，正常为1.4t/ tNH3，渣产量为0.5t/NH3，废渣可作为制作水泥的原料。

总之，德士古水煤浆气化与间歇式固定床气化相比，从工艺操作特点、原料的合理利用、综合能耗、制造成本、环境保护等方面均有较大的优越性，作为世界上第二代煤气化技术之一，具有很广泛的推广价值。

七、德士古技术的发展方向

水煤浆加压气化技术，具有原料适应性广、气化效率高、气体成份好、环境污染小、便于大型化和实现自动控制等特点，是当今第二代煤气化技术中工业化程度较成熟的煤气化技术，它不仅适应于生产合成氨、甲醇、甲酸，而且可以替代现有的热电装置联合循环发电等等，具有广泛的发展前景。

1.利用德士古技术生产合成氨

利用德士古技术改造以无烟煤为原料的固定层煤气化的氮肥厂是不可行的。主要因为原装置除合成系统已改造扩容的可利用部分外，其余原料输送、煤气化、气体净化、压缩部分均无法利用，这是因为：

1.1压力等级上水煤浆加压气化生产的合成气4.0MPa级比较合理，而现氮肥厂净化部分要么是部分常压、部分2.0MPa压力，要么全是 2.0MPa压力，均无法适应。

1.2氮氢压缩机去掉高压段只保留低压段改造费用很高。

1.3德士古制气利用的是高硫烟煤，合成气中硫含量要比固定层间歇式制气高3～5倍，原净化变换及脱硫装置无法利用。

2.水煤浆加压气化技术用于联合循环发电

水煤浆加压气化技术用于联合循环发电，改造老电厂，只需添加气化器、煤气净化、燃气轮机和废热回收等单元即可，其它设备可以留用。改造后的热效率可以从30%提高到40%，发电能力可提高50～150%，增容的投资低于新建同容量的粉煤电厂。

我国现有电力锅炉4900台，年排放SO2近700万吨，烟尘年排放量450万吨，是最大的污染行业。采用水煤浆加压气化联合循环发电技术改造，扩容一批实力强的大型热电厂，关闭一批实力弱的小型热电厂，既可满足电力需求，又可减少污染，是电力行业提高能源利用率和治理污染的最有效最可行的途径。

3.水煤浆加压气化用于甲醇合成

利用水煤浆加压气化原料气合成甲醇，是以煤为原料最经济、最实用的甲醇生产途径，也是碳一化学发展的主要途径。

总之，通过我厂两种不同制气工艺的比较，可以看出，德士古制气具有明显的科学性，先进性，它必将替代固定床造气，它将成为我国能源化工生产、一碳化学发展的技术核心。