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1利用航天炉对固定床工艺进行改造的构想丁应海（黔西县黔希煤化工投资有限责任公司贵州毕节551500）摘要介绍航天炉经济运行参数，把其与传统的固定床间歇气化炉作比较，作简单的经济性对比分析，通过工艺路线的合理变革，采用航天炉对传统的固定床间歇气化炉煤化工装置进行改造，从而达到用少量投入就可完成对传统煤化工的技术改造升级的目的。关键词航天炉固定床间歇气化炉工艺装置技改1我国传统煤制合成氨，煤制甲醇的工业装置现状由于种种历史原因，我国的传统煤化工，特别是中氮肥，小氮肥，20万吨以下的煤制甲醇装置，80%以上的装置都采用的是固定床间歇气化工艺路线，我国目前运行固定床间歇气化炉，有10000台左右。尽管几十年来，我们进行了很多的技术革新，如造气炉工艺管道改道，新换热设备的应用，吹风气的的余热回收，型煤技术革新，三废混燃炉的掺烧炉渣等等，能耗得到大幅度下降。山东的小氮肥企业是这方面的杰出代表，最好的达到了吨氨入炉实物煤耗1.2吨以下，电耗降到了1200度以下，但用的煤是含碳量大于75%的山西优质煤，煤源少，价格高。固定床间歇气化工艺和先进的水煤浆、粉煤气化工艺相比，煤资源的利用率，环境保护上都还是存在着不小的差距，以淮南化肥厂为例，他们的固定床间歇气化工艺路线生产吨氨的直接成本和水煤浆工艺路线生产吨氨直接成2本相差达800元左右。因此，固定床间歇气化工艺路线被国家发改革列为淘汰工艺。2航天炉的基本情况航天炉又名ＨＴ－Ｌ粉煤加压气化炉，是我开发研发、拥有自主知识产权的高效、洁净、煤种适应性广的煤气化技术，因应用航天科技而得名。航天炉的主要特点是具有较高的热效率和碳转化率；气化炉为水冷壁结构，能承受１５００℃至１７００℃的高温；对煤种要求低，可实现原料的本地化；拥有完全自主知识产权，专利费用低；关键设备已经全部国产化，投资少，生产成本低。航天炉属于“低碳经济炉”，“航天炉”的一大优势是节能、减排，综合能耗可以降低２０％以上，二氧化碳等废物排放量可以减少５０％以上，符合国家提倡的节能减排政策，因而具有良好的应用前景。长期以来，国内煤化工之所以不能大规模地发展，就是因为国内缺乏自主的粉煤加压气化技术。而进口的技术也不能完全满足国内煤化工的需求——如果选用德士古煤气化技术，无法实现原料煤的本地化；选用壳牌煤气化技术的投资又太大，操作维护难度高；选用恩德炉，则产生的气质差，只对内蒙，东北等地的煤来说较为经济；选用灰熔聚，则技术不是太成熟；。所以，开发具有自主知识产权的高效、洁净、煤种适应性广的国内煤气化技术，一直是业界的梦想。２００６年，国家航天部的北京航天万源煤化工工程技术有限公司与昊源化工集团的临化公司签订合作协议，共同启动了具有自主知3识产权的ＨＴ－Ｌ粉煤加压气化示范项目。经过二年左右的建设和不断的技术优化，2008年１０月２３日至２６日，ＨＴ－Ｌ粉煤加压气化示范项目请专家组对采用该技术建成的工业化装置进行了７２小时连续运行考核。运行结果表明，装置各项指标平稳，运行数据与计算结果真实可靠，装置平均生产运行指标均优于设计值，开工率达到９２．９％，装置操作弹性大（５０％至１２０％），煤种适用范围宽。“航天炉”在临化公司示范工程项目中的低成本、长周期稳定运转，标志着该技术成功实现工程化的应用。3航天炉的经济技术特性3．1航天炉与同类气化炉的投资比较航天炉的主要特点是具有较高的热效率（可达95%）和碳转化率（可达99%）；气化炉为水冷壁结构，能承受1500℃至1700℃的高温；对煤种要求低，可实现原料的本地化；拥有完全自主知识产权，专利费用低；关键设备已经全部国产化，投资少，生产成本低。据专家测算，应用航天炉建设年处理原煤25万吨的气化工业装置，一次性投资可比壳牌气化炉少3亿元，比德士古气化炉少5440万元；每年的运行和维修费用比壳牌气化炉少2500万元，比德士古气化炉少500万元。它与壳牌、德士古等国际同类装置相比，有三大优势：一是投资少，比同等规模投资节省三分之一；二是工期短，比壳牌炉建设时间缩短三分之一；三是操作程序简便，适应中国煤化工产业的实际，易于大面积推广。43．2HT-L粉煤气化煤质要求HT-L粉煤气化工艺对煤种的适应性广泛，从较差的褐煤、次烟煤、烟煤到石油焦均可作为气化的原料。即使是高灰分、高水份、高硫的煤种也能使用。但从经济运行角度考虑，并非所有煤种都能够获得好的经济效益。因此，使用者应该认真细致地选择合适的煤种，在满足设计要求的前提下，保证装置的稳定运行。HT-L粉煤气化装置对煤种的一般要求煤种分析项目数据范围总水（AR；%）4.5～30.7灰分（%；MF）5.7～35.0含氧（%；MF）5.3～16.3总硫（%；MF）0.3～5.2总氯（%；MF）0.01～0.41Na2O（%；onAsh）0.1～3.1K2O(%;onAsh)0.1～3.3CaO(%;onAsh)1.2～23.7Fe2O3(onAsh)5.9～27.8SiO2(%;onAsh)24.9～58.9AL2O3(%;onAsh)9.5～32.6高热值（MJ/kg;MF）22.8～33.13．3水分对HT-L粉煤气化装置的影响5煤中水分包括外表水和内存水。外表水是煤粒表面的水分，来源于机械采煤的喷洒水，露天放置或运输中的雨水，防止自然飞灰的洒水。煤的外表水对气化虽然没有影响，但外表水高会增加运输费用。外表水分不稳定还易造成煤干燥系统热能量消耗的波动。外表水突然增大，煤干燥系统为保证如炉中水储量的稳定，就要增大燃料的消耗，造成原料浪费及污染环境。外水的高低与采煤、贮存、运输方式有关，通过人的努力是可以改变的。因此应尽量降低外水表含量，以节省开支且方便操作。内存水是煤的内在水分，即煤的结合水，以化学态形式存在于煤中。煤的内水高，同样会增加运输费用。更重要的是，去除内水要比去除外表水消耗更多的加热燃料。因此，内水越高，送入气化炉的粉煤中含水量会增高，水分气化所消耗的能量增多，粗合成气中的有效气体成份降低，气化效率因此降低，煤耗增加。3．4灰分对HT-L粉煤气化装置的影响灰分是煤中不直接参加气化反应的惰性物质，但灰的熔化却要消耗煤在气化反应过程中的大量热。煤灰分含量高，则气化后的有效气体成分就少，送入气化炉同质量的煤，灰分高的煤产气量少，灰渣量大，能耗高。根据资料介绍。在同样反应条件下，灰分增加1%，氧增大0.7%～0.8%，煤耗增大1.3%～1.5%，灰分越高气化煤耗、氧耗越高，灰渣对炉内构件的冲刷磨蚀越快；另外，灰渣量越大，对输煤，气化炉灰渣水处理系统的影响越大，气化炉及灰渣处理的系统除渣负荷也就越重，对管道和设备的磨蚀也6随之加快。严重时会影响气化炉的正常运行。但由于HT-L粉煤气化装置是采用冷壁结构，以渣抗渣，如果灰分含量太低，气化炉的热损大，且不利于炉壁的抗渣保护，影响气化炉的使用寿命。3．5、灰熔点及灰组成对航天炉排渣的影响HT-L粉煤气化装置采用液态排渣，为保证气化炉排渣顺利。正常操作温度应高于灰熔点FT（流动温度）约200℃。如煤灰熔点过高，势必要求提高气化操作温度。提高操作温度虽然有利于碳转化及气化炉排渣，但操作温度过高，辐射室水冷壁散热量增大，锅炉蒸汽量也大幅提高，使得冷煤气效率下降，从而影响气化炉运行的经济性。因此选择灰熔点低的煤种，可以降低操作温度，提高煤的利用效率。另外，如果煤的灰熔点低，操作温度就可以降低，与高灰熔点煤相比较，无需消耗过多氧与碳反应生成CO2来维持较高的操作温度。有效气体的产率就高。对高灰熔点煤，一般可以通过添加助熔剂来改变煤灰的熔融特性，以保证气化炉的正常运转。煤灰主要是由SiO2、AL2O3、CaO、MgO、TiO2及Na2O、K2O等组成。一般而言，煤灰中酸性组分SiO2、AL2O3、TiO2和碱性组分Fe2O3、CaO、MgO、Na2O等的比值越大，灰熔点越高，煤灰组成一般对气化反应无多大影响，但其中某些组分含量过高会影响煤灰的熔融特性，造成气化炉渣口排渣不畅或渣口堵塞。3．6航天炉煤化工装置的主要消耗情况通过河南永煤集团濮阳龙宇化工和安徽临泉化工的航天炉项目7近一年多的运行表明，航天炉的运行是可靠的，只要工程建设质量没问题，操作维护正确，可以连续运行三个月以上，完全能满足化工生产连续生产的要求。其生成的气质很好，CO＋H2＞90%，CH4＜200PPM，完全能满足传统煤制甲醇，合成氨等传统煤化工对气质的要求。吨甲醇的煤耗在1.35～1.4吨,电耗在350～450度左右,蒸汽耗在1.5～2吨左右。4用航天炉对固定床工艺进行改造的经济性能分析用航天炉对固定床工艺进行改造，各企业最关心是经济效益。下面就以年产20万吨的甲醇为例。一个年产20万吨的甲醇装置，按现在物价，大约需投资料5亿元左右，如用水煤浆气化工艺，大约需8亿元，而用航天炉，大约需7.5亿元。固定床间歇气化工艺路线生产甲醇，固定碳为70%的块煤，入炉消耗一般在1.5吨左右,电耗一般在900度左右,这两项生产甲醇最大的生产成本。吨块煤在产煤地山西、贵州的价格为800元，电费一般为0.5元每度,仅此两项,生产成本就可达1600元,再加上产蒸汽用的燃煤耗,化工生产辅料费用,人工工资,折旧费,企业增值税,财务费用,行政管理费用,甲醇销售费用，吨甲醇的生产成本接近在2300元左右,直接生产成本也在2100元左右,因此,现在甲醇市场价格在2000元左右,大多数甲醇生产企业只得停下等市场。如用航天炉，煤耗按1.4吨算，电耗按450度算,粉煤每吨价格为500元，电价按0.5元每度算，则此两项成本为922.5元，吨甲醇的生产成本可节约677.5元,改用航天炉气化工艺后,蒸汽8用量有所增加,一般来说吨甲醇要增加蒸汽耗0.5～1吨,视管理水平和换热设备的好坏而有所不同,按平平均水平0.7吨算,蒸汽成本按100元/吨,则增加成本70元。经过上面的概算，用航天炉，其吨甲醇的生产成本比固定床间歇气化工艺路线少：1600－922.5－70=607.5（元）则20万吨的甲醇/年的甲醇装置,一年的经济收益为20×607.5=12150(万元)这就意味着,固定床间歇气化工艺路线和航天炉气化工艺路线相比较,多出的2.5亿元投资,在二年多一点的时间即可收回,从投资的角度来说是非常划算的。如已建成的固定床间歇气化工艺路线装置，推掉旧装置，重新上航天炉气化工艺，20万吨的甲醇/年的甲醇装置，大约需增加投资2.5亿元，损失旧装置投资费用0.5亿元,旧装置可折旧买掉当拆除费用,则企业实际损失为3亿元。由于后置工艺的不同，为了能利用固定床间歇气化工艺路线装置的气化后的工艺流程，可把航天炉气化工艺得的2.0Mpa压力以上工艺气上汽轮机发电，这样，固定床间歇气化工艺路线装置的气化后的工艺流程可原封不动的得以利用，不作任何改动。当然，由于工艺装置的配置不同，其电耗不再是吨甲醇450度电了，估计得在700度左右，则吨甲醇电耗成本增加的费用为：（700－450）×0.5=122.5(元)则20万吨的甲醇/年的甲醇装置,改造后的一年的经济收益为20×(607.5－122.5)=9500(万元)9即三年即可收回投资和损失。同时,由于生产成本的降低,企业获得了生存发展的空间。5结语利用具有自主知识产权的航天炉,不论是新建,还是对已建成的固定床间歇气化工艺路线装置进行改造,其经济效益都是可观的,方案也是可行的。其直接生产成本不超过1600元/吨，与中东进口到我国的甲醇到岸码头价1680元/吨相比也是有竞争力的。目前山东鲁西公司正在利用航天炉气化技术对190万吨的尿素生产装置的固定床间歇气化工艺进行改造，其估算改造完成后，每年的经济效益为6亿元。