引 言

自20世纪50年代南京化学工业公司氮肥厂试烧无烟煤开始，国内中小氮肥行业便进入常压固定床（UGI）间歇式造气以无烟煤为主要原料的时代。常压间歇操作工艺复杂，环境条件差，生产强度低，一次碳转化率低，无法适应现代煤化工对气化的要求，面临被淘汰风险，且该技术已被工信部列为落后限制技术。目前国内仍有3 000余台常压固定床气化炉在中小型氮肥厂运行，山西晋煤集团现有常压间歇固定床（UGI）气化炉将近750台，占全国近25%。为响应国家落后产能升级和节能环保的相关要求，实现传统合成氨企业转型脱困，晋煤集团煤化工研究院与大连金重鼎鑫科技有限公司共同开发了固定床加压连续气化技术——JC炉。该技术以6 mm～50 mm晋城无烟煤为原料，气化剂采用纯氧+蒸汽，带有二次转化炉、废锅流程，运行压力2.5 MPa。晋煤集团拟以该气化炉技术替代UGI气化技术，对旗下金象化工公司一套18·30（该企业2011年12月投产试运行，设计年产合成氨18万t，联产2万t甲醇，尿素30万t，设计日产尿素1 200 t，实际平均日产尿素1 350 t）装置进行技改示范，通过对比分析可知，其经济性可行，对当前企业脱困具有指导作用。

生产实践表明，渣中SiO2含量控制在2%～2.5%时对渣流动性影响较小，同时有利于杂质铅的造渣脱除。正常情况下，铜锍夹带的SiO2含量基本稳定在0.3%以下，需要量可在入炉铜锍粉中添加一定粒度的石英砂补充。

1 传统合成氨能耗分析

根据2016年氮肥协会的统计数据，以优质无烟煤为原料的常压固定床合成氨先进企业的消耗为：标杆企业（河南心连心化肥有限公司）综合能耗1 079 kg ce/t氨，原料煤耗947 kg ce/t氨，电耗1 059 kW·h/t氨；先进企业（山西天泽煤化工集团股份有限公司）综合能耗≤1 100 kg ce/t氨，原料煤耗972 kg ce/t氨，电耗1 208 kW·h/t氨；中等企业（安徽晋煤中能化工股份有限公司）综合能耗≤1 122 kg ce/t氨，原料煤耗1 020 kg ce/t氨，电耗1 179 kW·h/t氨。以烟煤为原料的合成氨标杆企业（山东瑞星集团股份有限公司）综合能耗1 116 kg ce/t氨，原料煤耗1 067 kg ce/t氨，电耗396 kW·h/t氨；先进企业（灵谷化工有限公司）综合能耗1 337 kg ce/t氨，原料煤耗1 123 kg ce/t氨，电耗302 kW·h/t氨。从综合能耗和原料煤耗来看，以无烟煤为原料的常压固定床气化合成氨技术不比以烟煤为原料的合成氨技术原料煤消耗高，关键是电耗高，因此要解决其竞争力差的问题，就必须解决原料煤价格高和电耗高的问题，其次是解决环保的问题。

1962年，调水入洪泽湖的时间有8个旬，主要在2月下旬—4月下旬，入洪泽湖泵站装机利用小时为1 000 h，入湖平均流量为51 m3/s；调水出洪泽湖的时间有28个旬，主要在9月—10月上旬、12月—6月，出洪泽湖泵站装机利用小时数为3 400 h，出湖平均流量为137 m3/s。

1.1 常压固定床合成氨系统各工段能耗分布

为便于对常压固定床合成氨系统电耗高进行分析，现将系统中各工段的电耗列于表1。

 

表1 各生产工段月平均电耗分布

  

注：以上数据来源为晋煤集团联盟化工公司。

 

主要工段造气工段半水煤气脱硫工段原料气压缩变换工段变换气脱硫工段脱碳工段低压醇烃化工段合成气压缩合成氨工段冰机工段锅炉工段循环水工段脱盐水工段吹风气工段空压站其他总计主要用电设备鼓风机、罗茨风机半水煤气脱硫泵、富液泵压缩机低压段喷水泵脱硫泵、富液泵脱碳泵、空气风机循环机压缩机高压段循环机氨气压缩机风机、脱盐水泵循环水泵、风扇水泵风机空气压缩机照明、检修等吨氨耗电/kWh 43.24 77.6 523.48 1.06 17.09 38.23 24.40 149.15 46.72 38.88 29.97 22.24 1.86 24.29 5.65 23.68 1 067.54占总电耗百分比/%4.05 7.27 49.04 0.10 1.60 3.58 2.28 13.97 4.38 3.64 2.81 2.08 0.17 2.28 0.53 2.22 100

（4）变换装置 现有变换装置采用无饱和热水塔的全低温变换流程，由于气化装置送来的煤气，压力为2.4 MPa，温度约为 180℃，水气比为0.7，达到了直接进变换炉进行变换反应的水汽比要求，所以原流程中除油器、蒸汽混合器、热交换器、增湿器不需要再使用，可以取消或者他用，同时原有向煤气中添加蒸汽的管线也可以取消。将除油器用途改为煤气气水分离器，气化来的煤气直接从气水分离器进入中间热交换器后，直接进第一变换塔。将增湿器用中压或者低压蒸汽废锅代替，并且副产蒸汽外送。

1.2 压缩机的功耗分析

中小氮肥企业常压固定床合成氨系统大多采用电驱动压缩机，压缩机大多是1～6级往复式压缩机。其中1～3 级为低压端（0.11 MPa～2.80 MPa），压缩功耗占总功耗的 57.7%；4～6 级为高压段（2.8 MPa～25 MPa），压缩功耗占总功耗的42.3%。

常压固定床合成氨系统因采用常压运行，工质密封性差，现场煤气水挥发，导致恶臭气味较大，严重影响环境。而JC炉采用加压气化，去掉低压段，高压段采用蒸汽驱动，可降低能耗和改善环境。

2 固定床加压连续气化技术（JC炉）

（5）出炉煤气（粗煤气）：根据晋煤金石化工公司及天庆化工公司试运行数据，以设计煤种通过计算机模拟计算，单炉干煤气量38 310 m3/h，单炉湿煤气量62742m3/h，总干煤气量153 240 m3/h，总湿气量250 968 m3/h（P=2.5 MPa，T≈550℃），出炉煤气组成见表 3。

  

图1 JC炉结构示意图

 

1—出渣口 2—夹套水进口 3—水夹套 4—进料口5—煤气出口 6—耐热衬里 7—夹套出水口8—气化剂进口 9—减速机

3 改造方案

晋煤金象化工公司现有常压间歇式气化炉24台，设计20开4备用。设计总氨产量为18万t/a（联醇2万t/a），尿素30万t/a。现有装置存在原料煤、电、蒸汽消耗高，环保问题突出等问题，已经严重制约了公司的发展。为改变这种局面，提出以下改造方案。

3.1 改造工艺流程

以JC炉技术对晋煤金象化工公司现有的常压间歇式固定床进行整体改造，采用Φ4 000 mm炉系列5台（4开1备），气化剂为纯氧+蒸汽，利用6 mm～25 mm无烟煤为原料，单炉投煤量为18.58 t/h，年耗煤总量约59.5万t；气化压力为2.5 MPa，出炉热煤气温度约550℃，单炉干气量为38 310 m3/h，煤气直接进甲烷非催化转化炉，将甲烷转化至体积分数1%以下进入废锅，副产过热蒸汽供气化自用，再经洗涤饱和塔水洗除尘后，煤气温度180℃，压力2.4 MPa，水气比0.7，含灰质量浓度≤10 mg/m3直接送到变换装置，无烟煤加压固定床（JC）气化炉工艺流程示意图见图2。新的方案可将产能扩产到40万t/a醇氨，并以此规模提出变换、净化等整套系统改造思路。

  

图2 无烟煤加压固定床（JC）气化炉工艺流程示意图

3.2 原料煤数据分析

由于不同煤种对气化结果影响较大，现将设计煤种（无烟煤）性质列于表2。

 

表2 原料煤数据分析

  

工业分析/%Mar Var Aar St,ar 3.196.9124.4 FCar 68.130.31发热量Qv,ar/MJ·kg-1约26.2

3.3 气化装置参数

（1）原料煤：粒度 6 mm～25 mm；投煤量：小时投煤量74.32 t，日投煤量1 783.68 t，年投煤量约59.5万t。

年轻刑警说，少废话，过来，看看笔录，要是没出入了就签个字。我再警告你一遍，不要跟我们耍滑头，那样只能罪加一等，知道不？

（2）气化炉规格Φ4 000 mm，壳体为半夹套冷却结构；气化压力为2.5 MPa；气化温度为1 150℃～1 350℃；固态排渣。

（6）脱碳装置 改造后，新的气化煤气经变换和脱硫之后，进入脱碳装置的净化总气量约207 890 m3/h，其中CO2体积流量约87 517 m3/h，要求脱碳装置脱碳能力达到87 000 m3/h以上。目前脱碳装置为变压吸附脱碳，脱碳负荷在42 000 m3/h，此负荷基本已达到了脱碳装置的满负荷，但无法满足改造后脱碳装置的能力要求，需新增加一套约45 000 m3/h的脱碳装置。

（5）脱硫装置 原系统中，煤气进行常压半水煤气脱硫和变换气脱硫，在半水煤气脱硫装置中，半水煤气中的硫化氢质量浓度从500 mg/m3左右下降到50 mg/m3左右。在变换气脱硫装置中，变换气中硫化氢质量浓度下降到≤5 mg/m3。从常压固定床气化改为加压固定床气化之后，将不再使用常压半水煤气脱硫，煤气经耐硫变换进入变换气脱硫装置中，变换气脱硫装置入口H2S质量浓度要从50 mg/m3上升到1 100 mg/m3左右，原变换气脱硫装置无法满足脱硫要求。初步考虑变换气脱硫装置中，增加1台脱硫塔，由于现场有一套备用的变换气脱硫塔系统，将其启用，两套变换气脱硫系统同时投用，能够满足脱硫需求，不需要新建或者改、扩建。

JC炉是晋煤集团煤化工研究院与大连金重鼎鑫科技有限公司依据晋城无烟煤气化特性开发的。该技术在鲁奇炉基础上，以晋煤集团天庆化工公司及晋煤金石化工公司运行经验为技术支撑，炉体采用半夹套与半耐火砖结构；煤气出口取消焦油刮刀；取消文丘里激冷洗涤装置；增设甲烷二次转化及配套煤气余热回收装置；煤气洗涤水采用高低压闪蒸技术，取消初焦油分离器、终焦油分离器及过滤装置。该技术主要针对无烟块煤的加工利用及UGI的转型升级，其气化压力为0.1 MPa～4.0 MPa、气化温度为1 100℃～1 350℃、气化炉投煤量为120 t/d～900 t/d、产气量为11 000 m3/h～82 000 m3/h。JC炉结构示意图见图1。

市场经济是人类迄今在资源配置中最为有效的方式，其伴随的竞争机制是经济活力的源泉，也是提高企业效率的最佳途径。市场具有点石成金的魔力，世界上的高收入国家无一例外都拥有发达的市场经济，中国改革以来的经济增长奇迹在本质上得益于市场经济的引入和不断拓展。但是市场的有效运作需要一系列前提条件，包括法律支持、产权保护、公平秩序、充分信息等，这就需要政府提供这些基础性的支撑。同时，市场的作用也不是万能的，市场在面临公共产品、外部性、自然垄断、非对称信息等情形下会出现失灵，往往需要政府发挥相应的作用。政府正当干预与政府监管，是经济社会持续发展的必要条件，能够对市场经济和个人活动起催化、促进和补充作用。

 

表3 出炉煤气组成 %

  

H2N2O2H2S干气湿气39.60 24.18 CO 33.00 20.15 CO2 21.31 13.01 0.54 0.33 CH4 4.61 2.81 0.17 0.10 0.77 0.4738.95 H2O 0

（2）原造气装置设置的气柜全部取消。

再如秦剧《双罗衫》“祥状”一折戏，状元徐继祖向连贤问起自己的身世时，连贤的一大段念白，语调、语气，层层深入，加之打击乐的衬托，舞台气氛紧张，台词句句扣人心弦，把人物的感情变化推向了高潮。

 

表4 二次转化煤气组成 %

  

H2N2∑干气湿气41.18 24.45 CO 34.19 20.30 H2S 0.03 0.1240.53 CO2 23.39 13.88 0.24 0.14 CH4 0.97 0.58 H2O 0 100 100

（7）总灰渣排量：灰中残碳量≤5%，粗干灰量19.04 t/h，全年约排 15.23万 t；总细灰排量：干灰 371.5 kg/h，全年排 2 972 t。

（8）气化消耗总工艺蒸汽124.8 t/h，其中单炉自产蒸汽（夹套产汽）为8.8 t/h，压力3.0 MPa，饱和蒸汽233.89℃，4台炉共生产35.2 t/h；煤气废锅单炉产汽27.2 t/h，压力3.0 MPa，280℃过热蒸汽，4台废锅共生产108.8 t/h。因此，气化系统不但不需要补充外来新鲜蒸汽，而且每小时还外送3.0 MPa、280℃过热蒸汽19.2 t。

（9）煤气经热回收后，进入洗气饱和塔，洗掉细粉并将饱和水汽送出界区至变换工段，煤气（粗煤气）P=2.4 MPa，T≈180℃，总煤气量（湿煤气）267 112 m3/h，煤气水气比为0.7。

（10）氨产量57.97 t/h，年产量约46.4万t。

3.4 后系统装置改造说明

将常压气化改为2.5 MPa固定床加压气化后，气化煤气可直接进入变换工段，省去了气柜和半水煤气脱硫，同时需要增加空分装置提供氧气和氮气；需要增加变换气脱硫、脱碳装置；需要对煤气压缩机进行双高压改造等，改造后流程示意图见图3。

  

图3 后系统的改造流程示意图

（1）空分装置 改造后气化氧气消耗量为37 968 m3/h，纯度≥99.6%，压力3.0 MPa。需要新建空分装置向气化装置提供纯氧（99.6%），空分装置选定为内压缩流程的深冷空分，空分规模为40 000 m3/h纯氧量。改造后的装置需要氮气用量约为35 000 m3/h，纯度≥99.99%，压力为2.5 MPa，送至改造后的压缩机四段入口，与脱硫后的变换气混合后一起，进入压缩机四段。

广东家具业近年受到不少来自越南等一些东南亚国家的冲击，这些国家利用优惠的税收和低廉的人力资源等优势，以低价抢占国际市场，使广东家具的出口受到较大的影响(见表3)。

（6）经二次转化炉后单炉干煤气量39 281 m3/h，单炉湿煤气量66 175 m3/h，总干煤气量157 124 m3/h，总湿煤气量264 700 m3/h，二次转化煤气组成见表4。

（3）原系统半水煤气脱硫装置取消。

 

表5 改造前后经济性对比

  

序号一1 2 3 二1 2 3 4 5 6 7 8 三1 2 3 4 5 四1 2 3 4 5 6 7 五1 2 3 4 六1 2 七八 九十项目空分蒸汽电循环水合计气化煤氧气低压蒸汽中压蒸汽电循环水锅炉水新鲜水合计半脱新鲜水循环水脱盐水电低压蒸汽合计变换/变脱循环水脱盐水电中压蒸汽锅炉水中压蒸汽低压蒸汽合计脱碳/精脱硫电新鲜水低压蒸汽循环水合计压缩机电循环水合计总折旧小时运行费用总计醇氨总产量（设计值）醇氨成本单价160元/t 0.5元/kWh 0.02元/t 850元/t 0.45元/m3 80元/t 120元/t 0.5元/kWh 0.02元/t 6.5元/t 2.1元/t 2.1元/t 0.02元/t 5元/t 0.5元/kWh 70元/t 0.02元/t 5元/t 0.5元/kWh 120元/t 6.5元/t 100元/t 70元/t 0.5元/kWh 2.1元/t 70元/t 0.02元/t 0.5元/kWh 0.02元/t数量改造前总价/元0 0 0 0 0 0 51.25 t 0 45 t 43 562.5 0 3 600 2 931 kWh 5 000 t 30 t 30 t 1 465 100 195 63 48 985.5 10 t 1 400 t 17 t 3 814 kWh 4.5 t 21 28 85 1 907 315 2 356 370 t 226 t 1 600 kWh 13 t 7.4 1 130 800 1 560 0 0 0 0 0 0 3 497.4 6 006 kWh 2 t 2.8 t 222 t 3 003 4.2 196 4.44 3 207.64 31 500 kWh 4 300 t 15 750 86 15 836 73 882.5 37.5 t/h 1 970.2元/t改造后数量 总价/元115 t 1 000 kWh(26 292)3 000 t 18 400 500(13 146)60 18 960(13 146)74.32 t 63 172-19.2 t 850 kWh 700 t 150 t 8 t-2 304 425 14 975 16.8 62 298.8 0 0 0 0 0 0 900 t 0 2 200 kWh 0 35 t-23 t 9 t 0 0 0 0 0 0 1 8 0 1 100 0 227.5-2 300 630-324.5 6 450 kWh 4 t 5 t 500 t 3 225 8.4 350 10 3 593.4 10 500 56 10 556 4 089.3 99 173(93 359)57.97 t/h 1 710.8(1 610.5)元/t 21 000 kWh 2 800 t备注高压蒸汽括号内数据为空分电拖方式水冷在空分计入0.5 MPa，220 ℃过热3.0 MPa，280 ℃过热3.5 MPa，140 ℃0.2 MPa，常温0.5 MPa，饱和蒸汽3.0 MPa，280 ℃过热3.5 MPa，140 ℃3.5 MPa，饱和蒸汽0.5 MPa，饱和蒸汽0.2 MPa，常温14年计括号内为空分电拖条件

由表1可知，压缩机的低、高压段的电耗占总电耗的63.01%，半水煤气脱硫工段和合成氨工段的循环机的电耗占总电耗百分比分别是7.27%和4.38%，造气工段、冰机压缩机和脱碳工段用电量也相对较多，总电耗百分比分别是 4.05%、3.64%、3.58%，这几部分占总电耗的86%。可见，压缩机是主要耗电设备。

（4）装置操作弹性为60%～120%，年操作时间为8 000 h。

（3）氧气压力为3.0 MPa，温度为常温，体积分数99.6%；耗氧量为37968m3/h（单炉气化剂耗氧量6 942 m3/h，二次转化炉耗氧量2 550 m3/h）。

（7）压缩机 现有装置煤气压缩机有7台，6开1备。每台压缩机轴功率为5 250 kW，打气量为333 m3/min，运行功率为31 500 kW。因为甲醇和甲烷化运行压力均为25 MPa，脱碳后的净化气用压缩机直接升压到25 MPa，再送到甲醇工段、甲烷化和氨合成工段，所以系统加氮气要在脱碳后、净化气进入压缩机前进行。经过脱碳后净化气约为120 810 m3/h，加入的氮气量约为35 000 m3/h，经过甲醇、甲烷化后的H2/N2约3.06，混合后的合成气总量约155 810 m3/h，送入煤气压缩机。将原有的煤气压缩机第一、二、三段全部改为对应的高压段（即变为双高压缸形式），使煤气压缩机变为双四、五、六段，打气量翻倍。经过初步估算，单台压缩机改造后，总打气量提高到约40 000 m3/h，那么气量155 810 m3/h需要压缩机为4台，将5台压缩机进行改造，4开1备，总打气量160 000 m3/h，多余2台压缩机不再使用或作他用。改造后，每台压缩机运行功率为21 000 kW，每小时节约的电量为10 500 kWh。

3.5 三废排放及处理

（1）固体灰渣 粗灰渣由煤气化后其中的灰分经气化炉灰锁排出，含残碳5%，温度约280℃，排渣量19.04 t/h（干基），每天排灰渣 457 t，全年排约 15.23万t，粗灰渣可外送作铺路制砖或建筑材料；细灰由旋风除尘器及煤气水分离后所得，排量371.5 kg/h（干基），每天排8.92 t，全年排量2 972 t；细灰可送去锅炉房作燃料处理。

阿东去了学校后，罗四强陪着阿里和罗爹爹去了东湖三天，就不再陪。打电话告诉阿东说，阿里真是太强了。他一到东湖，便抱着录音机去湖边放哀乐。听完哀乐，又回到罗爹爹打拳的树林。然后就坐在那里，一动不动。直到罗爹爹打完拳，跟人闲聊过后，说，阿里，我们回去。他便乖乖推着罗爹爹回家。每天如此，一个动作都不乱。连走的路线，拐弯抹角，都跟头天一模一样。

（1）从问卷调查显示，学习有了更大的自主权，比以前更有乐趣。70.3%的学生认为这种方式能提供自主学习能力的提高。

以往公积金异地转移流程太复杂，如今，随着全国住房公积金异地转移接续平台的上线，职工只需向转入地公积金中心提出转移申请，转入地公积金中心通过全国转移接续平台办理，即可实现“账随人走、钱随账走”，手续简化了很多。

（2）废水 本气化系统是将灰水过滤处理后循环使用，为了防止水系统离子积累、转动设备密封水和仪表冲洗水等外来水源进入系统的水平衡，需要向装置外排少量废水，总废水量约为15 t/h，废水中以氨氮为主，质量浓度为250 mg/L～300 mg/L。

（3）废气 本流程方案中，主要废气排放有以下几处：a.气化炉开停车废气：气化炉开停车不合格废气排放，排放的废气可送入火炬焚烧处理；b.变压锁斗泄放气：变压锁斗在进行降压时，会排放泄放气，泄放气主要为氮气，泄放气经煤锁气冷却洗涤器洗涤降温后，剩下的氮气可直接排放到大气，无污染；c.闪蒸系统闪蒸汽：主要为高压闪蒸汽、真空闪蒸汽和除氧水槽蒸汽，可以集中去酸性气火炬或者三废焚烧炉处理。

4 改造前后经济性对比

以JC炉代替现有常压固定床间歇气化技术，不仅解决环保问题，还解决了煤气低压段能耗高的问题，改造前后经济性对比分析见上页表5。由表5可知，由加压连续气化代替间歇常压气化，单炉气化效率高，当空分装置采用高压汽拖，吨氨醇成本可降低约260元，当电价为0.5元/kWh，可采用电拖动，吨氨醇成本可降低约360元，对企业减亏具有一定的优势。

5 结 论

以加压连续气化技术（JC炉）代替UGI气化技术，对晋煤金象化工公司常压固定床合成氨系统进行改造，可取得良好的效果：在煤耗和电耗两方面，与常压气化炉相比，加压气化技术可以取得原料、消耗上的成本优势，吨氨成本可降低260元～360元，企业可获得明显的经济效益。通过该技术的应用，可以为中小型合成氨企业改造升级提供一条技术选择的路线。