關(guān)于水煤漿氣化技術(shù)應(yīng)用開發(fā)的介紹

關(guān)于水煤漿氣化技術(shù)應(yīng)用開發(fā)的介紹於子方上海達(dá)門化工工程技術(shù)有限公司二0一四年元月一、水煤漿氣化技術(shù)概況（一）水煤漿氣流床氣化是指煤或石油焦等固體碳?xì)浠衔镆运簼{或水碳漿的形式與氣化劑一起通過噴嘴，氣化劑高速噴出與料漿并流混合霧化，在氣化爐內(nèi)進(jìn)行火焰型非催化部分氧化反應(yīng)的工藝過程。具有代表性的工藝技術(shù)有美國德士古發(fā)展公司開發(fā)的水煤漿加壓氣化技術(shù)、道化學(xué)公司開發(fā)的兩段式水煤漿氣化技術(shù)、中國開發(fā)的多噴嘴水煤漿氣化技術(shù)、多元料漿氣化技術(shù)、水冷壁水煤漿氣化技術(shù)，這些技術(shù)以德士古發(fā)展公司水煤漿加壓氣化技術(shù)開發(fā)最早、在世界范圍內(nèi)的工業(yè)化應(yīng)用最為廣泛。1水煤漿氣化反應(yīng)是一個(gè)很復(fù)雜的物理和化學(xué)反應(yīng)過程，水煤漿和氧氣噴入氣化爐后瞬間經(jīng)歷煤漿升溫及水分蒸發(fā)、煤熱解揮發(fā)、殘?zhí)繗饣蜌怏w間的化學(xué)反應(yīng)等過程，最終生成以CO、H2為主要組分的粗煤氣（或稱水煤氣、合成氣）。灰渣采用液態(tài)排渣。水煤漿氣化制粗煤氣技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）氣化的原料范圍比較寬。大部分煤種都可采用該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行氣化，還可氣化石油焦、煤液化殘?jiān)?、半焦、瀝青等原料。（2）水煤漿進(jìn)料與干粉進(jìn)料比較，具有安全并容易控制的特點(diǎn)。2（3）工藝技術(shù)成熟、流程簡(jiǎn)單，過程控制安全可靠，運(yùn)轉(zhuǎn)率高。（4）操作彈性大，氣化過程碳轉(zhuǎn)化率比較高。碳轉(zhuǎn)化率一般可達(dá)95%~99%，負(fù)荷調(diào)整范圍為50%~105%。（5）粗煤氣質(zhì)量好，用途廣。煤氣中有效成分(CO+H2)可達(dá)80%左右，粗煤氣后續(xù)過程無須特殊處理而可采用傳統(tǒng)氣體凈化技術(shù)。（6）氣化壓力范圍寬。氣化壓力可根據(jù)工藝需要進(jìn)行選擇，目前生產(chǎn)裝置的操作壓力等級(jí)在2.6~8.5MPa范圍。（7）單爐的投煤量選擇范圍大。在450~3000t/d（干煤）之間。（8）氣化過程污染少，環(huán)保性能好。水煤漿氣化工藝示意見圖1。345

（二）目前我國水煤漿氣化技術(shù)應(yīng)用情況我國合成氨行業(yè)自二十世紀(jì)八十年代魯南化肥廠引進(jìn)美國德士古公司第一套投煤量（干基）318噸/日水煤漿加壓（P=3.0MPa）氣化技術(shù)以來，隨著能源（煤、油、氣）價(jià)格的變化與原料結(jié)構(gòu)調(diào)整的需要，目前水煤漿氣化技術(shù)應(yīng)用不斷在擴(kuò)大，各種水煤漿技術(shù)應(yīng)用情況如下：（1）德士古水煤漿氣化技術(shù)：見表1。（2）多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)：見表2。（3）多元料漿氣化技術(shù)：見表3。（4）水冷壁水煤漿氣化技術(shù)：見表4。從表1-1~表1-4中可見水煤漿氣化爐的應(yīng)用已達(dá)242臺(tái)。6表1德士古水煤漿氣化爐應(yīng)用情況序號(hào)企業(yè)名稱所處地點(diǎn)產(chǎn)品規(guī)模爐臺(tái)數(shù)現(xiàn)狀1兗礦集團(tuán)魯南化肥廠山東滕州合成氨、甲醇3已投產(chǎn)2渭河煤化工集團(tuán)公司陜西渭南合成氨、甲醇5已投產(chǎn)3貴州金赤化工有限公司貴州桐梓合成氨、甲醇3已投產(chǎn)4華魯恒升化工股份有限公司山東德州合成氨1已投產(chǎn)5新疆錦江化工有限公司新疆奎屯45萬噸/年合成氨3已投產(chǎn)6中海油華鶴煤化有限公司黑龍江鶴崗30萬噸/年合成氨2建設(shè)中7其他甲醇、丁辛醇等61合計(jì)（28個(gè)企業(yè)）787表2四噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐應(yīng)用情況序號(hào)企業(yè)名稱所處地點(diǎn)產(chǎn)品規(guī)模爐臺(tái)數(shù)現(xiàn)狀1華魯恒升化工股份有限公司山東德州30萬t/年合成氨1已投產(chǎn)2兗礦集團(tuán)魯南化肥廠山東德州合成氨2已投產(chǎn)3江蘇靈谷化工有限公司江蘇宜興45萬t/年合成氨2已投產(chǎn)4中鹽集團(tuán)昆山有限公司江蘇昆山26萬t/年合成氨2建設(shè)中5兗礦新疆煤化工有限公司新疆烏魯木齊30萬t/年合成氨3建設(shè)中6新疆心連心能源化工有限公司新疆30萬t/年合成氨2建設(shè)中7河南心連心化肥股份有限公司河南新鄉(xiāng)45萬t/年合成氨3已投產(chǎn)8中盈化肥有限河南滑縣36萬t/年合成氨2建設(shè)中9其他甲醇、發(fā)電、醋酸等78合計(jì)（33個(gè)企業(yè)）958表3多元料漿氣化爐應(yīng)用情況序號(hào)企業(yè)名稱所處地點(diǎn)產(chǎn)品規(guī)模爐臺(tái)數(shù)現(xiàn)狀1蘭溪豐登化工股份公司浙江蘭溪3萬噸/年合成氨2已投產(chǎn)2浙江巨化集團(tuán)合成氨廠浙江衢州6萬噸/年合成氨2已投產(chǎn)3華魯恒升化工股份有限公司山東德州30萬噸/年合成氨2已投產(chǎn)4淮南化工集團(tuán)有限公司安徽淮南30萬噸/年合成氨1已投產(chǎn)5興茂侏羅紀(jì)鎂業(yè)煤電集團(tuán)陜西榆林30萬噸/年合成氨2建設(shè)中6夸倫集團(tuán)天潤(rùn)化肥有限公司內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾旗30萬噸/年合成氨2建設(shè)中7中鹽安徽紅四方股份有限公司安徽合肥30萬噸/年合成氨2已投產(chǎn)8其他甲醇、二甲醚等30合計(jì)（26個(gè)企業(yè)）419表4水煤漿水冷壁氣化爐應(yīng)用情況序號(hào)企業(yè)名稱所處地點(diǎn)產(chǎn)品規(guī)模爐臺(tái)數(shù)現(xiàn)狀1陽煤豐喜集團(tuán)臨猗分公司山西運(yùn)城合成氨1已投運(yùn)2大唐呼倫貝爾化肥公司內(nèi)蒙古呼倫貝爾18萬噸/年合成氨2已投運(yùn)3中鹽集團(tuán)德邦（江蘇）公司江蘇連云港合成氨2建設(shè)中4陽煤正元化工集團(tuán)有限公司河北石家莊合成氨2建設(shè)中5中海油天野化工有限公司內(nèi)蒙古呼和浩特合成氨2建設(shè)中6內(nèi)蒙古烏蘭泰安源化工有限公司內(nèi)蒙古興安盟合成氨2建設(shè)中7其他甲醇、制氫、丁辛醇等17合計(jì)（17個(gè)企業(yè)）2810二、水煤漿氣化治理高濃度

COD廢水的開發(fā)與應(yīng)用

（一）現(xiàn)有高濃度COD、氨氮有機(jī)廢水一般都交有專業(yè)污水處理廠進(jìn)行處理，目前都是采用焚燒處理技術(shù)加以處理，該處理方法存在如下問題：（1）處理廢水的能耗大。在焚燒爐內(nèi)需用柴油、天然氣、液化氣或煤作燃料，將廢水焚燒至1000℃左右進(jìn)行裂解，據(jù)了解處理每噸COD廢水需耗100多公斤（標(biāo)煤）的能源。（2）存在二次污染的問題。在焚燒處理過程中，容易產(chǎn)生二惡咽等致癌物質(zhì)，造成11二次污染。沒有根本解決對(duì)環(huán)境保護(hù)的問題。（3）廢水處理的成本高。由于處理的能耗大、加上排放尾氣處理，故成本較高，國家物價(jià)局批準(zhǔn)，噸危廢物處置價(jià)格為2800元。（二）水煤漿技術(shù)焚燒高濃度廢水聯(lián)產(chǎn)合成氨技術(shù)開發(fā)成功浙江豐登化工股份有限公司（原為蘭溪化肥廠），建于1965年是以重油為原料的小氮肥企業(yè)，現(xiàn)合成氨生產(chǎn)能力僅4萬噸/年，產(chǎn)品為碳銨、液氨。2011年康恩貝集團(tuán)有限公司收購了該企業(yè)。

2004年豐登公司與西北化工研究院共同開發(fā)多元料漿水煤漿氣化技術(shù)，對(duì)原有重油氣化裝置進(jìn)行技術(shù)改造并取得成功。12

2007年豐登公司在水煤漿氣化的基礎(chǔ)上自主研發(fā)了焚燒高濃度廢水聯(lián)產(chǎn)合成氨技術(shù)，多年來對(duì)高濃度COD、氨氮等有機(jī)廢水綜合處理、資源利用等方面的生產(chǎn)工藝、安全運(yùn)行進(jìn)行研究與探索，取得了成功。

2010年該技術(shù)通過了浙江省經(jīng)信委組織的“工業(yè)新技術(shù)認(rèn)證”，評(píng)定該技術(shù)屬國內(nèi)首創(chuàng)，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。該技術(shù)已取得國家發(fā)明專利2項(xiàng)，實(shí)用新型專利10項(xiàng)。

2012年5月豐登公司獲得了中國氮肥工業(yè)協(xié)會(huì)、中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)共同賦予的“高濃度廢水制水煤漿資源化利用實(shí)驗(yàn)中心”，為拓展工業(yè)廢水、廢渣的試驗(yàn)范圍提供平臺(tái)。

2012年8月豐登公司取得了浙江省環(huán)保廳頒發(fā)的危險(xiǎn)廢物13經(jīng)營(yíng)許可證，可以經(jīng)營(yíng)涵蓋7大類14小項(xiàng)的范圍，目前已為浙江省內(nèi)多家醫(yī)藥、化工企業(yè)提供危廢處理服務(wù)。

2012年9月豐登公司委托浙江大學(xué)熱能化工研究所對(duì)該項(xiàng)目生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣進(jìn)行對(duì)照監(jiān)測(cè)，其結(jié)論是：（1）排出的廢水全部達(dá)到國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)（GB8976-1996）三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求，可直接排入設(shè)置二級(jí)污水處理廠的城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)。（2）排出的廢渣（灰渣）中二惡英、呋喃含量很低，重金屬量完全達(dá)到國家城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002）對(duì)污泥農(nóng)用時(shí)污染物控制標(biāo)準(zhǔn)。14

（3）該處置技術(shù)對(duì)合成氨生產(chǎn)線正常生產(chǎn)沒有顯著影響，氣化產(chǎn)品的成分沒有明顯變化，排放的大氣污染物完全符合國家危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)（GB18484-2001）。這項(xiàng)新技術(shù)的成功為氮肥企業(yè)的轉(zhuǎn)型提升、提高企業(yè)效益及社會(huì)效益提供了一條十分有效的途徑。其主要特點(diǎn)：▲開拓了一條處理高濃度COD、氨氮有機(jī)廢水的新技術(shù)，與現(xiàn)有焚燒處理方法相比，既沒有二次污染，又大幅度降低處理成本。▲將廢水中COD、氨氮有機(jī)組分轉(zhuǎn)化為有效的CO、H2的原料氣，可獲得資源綜合利用、變廢為寶、節(jié)能節(jié)水的明顯效果。15

▲使氮肥企業(yè)調(diào)整原料結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)型提升中取得明顯經(jīng)濟(jì)效益（見表5）?！鐣?huì)效益顯著，每年減排COD可觀（豐登企業(yè)年減排COD4000～5000噸），可為地方的環(huán)境保護(hù)做出貢獻(xiàn)。16表5蘭溪豐登2013年主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)完成情況生產(chǎn)時(shí)間產(chǎn)量（噸）合成氨單耗綜合能耗Kg(標(biāo))/t氨氨制造成本（元/噸）現(xiàn)價(jià)產(chǎn)值（萬元）企業(yè)利潤(rùn)（萬元）合成氨碳銨原料煤(kg)電(kwh)1~3月累計(jì)79673117511751563136721223621.1109.44~6月累計(jì)75742979011321557132324643860.3384.57~9月累計(jì)70932709210771461125621902735.7257.71~9月累計(jì)2263488057113015291315225810217.1751.610月27841062010621460124120301468.7154.81~10月累計(jì)25418986771127152213152231116858906.417（一）技術(shù)應(yīng)用的可能性從表1~4中可見全國現(xiàn)應(yīng)用水煤漿氣化的除浙江蘭溪豐登化工與巨化集團(tuán)合成氨廠二家是小型外，其余均是大型合成氨的。結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有中小型合成氨的實(shí)際生產(chǎn)技術(shù)情況與蘭溪豐登化工股份公司的應(yīng)用實(shí)踐，設(shè)計(jì)小型實(shí)用型水煤漿氣化技術(shù)供現(xiàn)有中小型合成氨廠調(diào)整原料結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)型提升是有可能的。小規(guī)模實(shí)用型水煤漿氣化技術(shù)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想：三、水煤漿氣化在中小型氮肥廠

應(yīng)用的探討18（1）設(shè)計(jì)選擇的氣化爐壓力與能力要適應(yīng)中小型老廠技改需求。（2）要充分考慮企業(yè)原有變換凈化系統(tǒng)的工藝匹配問題。（3）生產(chǎn)操作與控制要簡(jiǎn)單、可靠、使用、減少建設(shè)投資。按以上思路暫設(shè)計(jì)二個(gè)壓力等級(jí)與二種生產(chǎn)規(guī)模，可供各企業(yè)選用：（1）氣化爐設(shè)計(jì)P=2.0MPa適合現(xiàn)有P≤1.3~1.5MPa變換系統(tǒng)的企業(yè)。（2）氣化爐設(shè)計(jì)P=3.0MPa適合現(xiàn)有P=2.1~2.5MPa變換系統(tǒng)的企業(yè)。19我們?cè)谶M(jìn)行的二個(gè)企業(yè)技改技術(shù)項(xiàng)目其工藝流程見圖2、圖3。該二項(xiàng)目均是在工業(yè)園區(qū)內(nèi)，都是采用水煤漿氣化治理高濃度COD廢水技術(shù)，一個(gè)是制合成氨、碳銨、另一個(gè)是制H2與合成氣、都是老廠改造類型，一是合成氨5萬噸/年能力，另一是1萬m3/年H2與1.1萬m3/年合成氣。該二項(xiàng)目都屬原料結(jié)構(gòu)調(diào)整與轉(zhuǎn)型升級(jí)類。通過改造，企業(yè)可以從化肥生產(chǎn)型轉(zhuǎn)向園區(qū)的廢危處理中心與供氣（H2、O2、N2、合成氣）中心。因此，這一技術(shù)特別適合搬遷至化工園區(qū)的氮肥企業(yè)。該二個(gè)工程項(xiàng)目的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指見表6。

202122表6主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)序號(hào)項(xiàng)目名稱單位工程A廠工程B廠1設(shè)計(jì)規(guī)模t/a處理廢水33300處理廢水50000設(shè)計(jì)規(guī)模Nm3/h20%氨水250000t/a工業(yè)氫氣10000設(shè)計(jì)規(guī)模Nm3/h合成氣110002主要原料煙煤t/a730001288323產(chǎn)品能耗（標(biāo)煤）Kg265（噸氨水）692（Km3H2）4產(chǎn)品能耗（標(biāo)煤）Kg—656（Km3

合成氣）5總投資/建設(shè)投資萬元16478/1435015953/11891*6年均銷售收入萬均凈利潤(rùn)萬元32762496*不包括空分投資，氧氣由園區(qū)提供23（二）技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性通過對(duì)二個(gè)工程方案設(shè)計(jì)的研究，結(jié)合各企業(yè)合成氨成本原材料價(jià)格不同的情況，對(duì)中小型合成氨廠采用水煤漿加壓氣化技術(shù)使用煙煤制合成氨的經(jīng)濟(jì)性作一個(gè)產(chǎn)品制造成本的分析：（1）無煙煤為原料（固定床）制合成氨制造成本見表7。（2）煙煤為原料（水煤漿）制合成氨制造成本見表8。（3）不同煤價(jià)的合成氨制造成本見圖4。（4）不同原料煤價(jià)合成氨制造成本的差價(jià)見表9。24表7合成氨制造成品估算（無煙塊煤為原料）序號(hào)項(xiàng)目單位單價(jià)單耗金額(1)金額(2)金額(3)金額(4)一原輔材料元1387.501517.501647.501777.501原料煤t10001.3001300.001430.001560.001690.002輔助材料元87.5087.5087.5087.50二蒸汽與動(dòng)力元567.00567.00567.00567.001電kwh0.421350567.00567.00567.00567.002蒸汽t——————三工資及附加元100.80100.80100.80100.80四制造費(fèi)用元250.00250.00250.00250.00制造成本元2305.302435.302565.302695.3025表8合成氨制造成品估算（水煤漿為原料）序號(hào)項(xiàng)目單位單價(jià)單耗金額(1)金額(2)金額(3)金額(4)一原輔材料元1057.501212.501367.501522.501原料煤t6001.550930.001085.001240.001395.002輔助材料元127.50127.50127.50127.50二蒸汽與動(dòng)力元558.60558.60558.60558.601電kwh0.421568658.60658.60658.60658.602蒸汽t100.00-1.0-100.00-100.00-100.00-100.00三工資及附加元96.5096.5096.5096.50四制造費(fèi)用元387.50387.50250.00250.00制造成本元2100.102255.102410.102565.102627表9不同原料煤價(jià)合成氨制造成本的差價(jià)單位:元/噸煤價(jià)600700廢水價(jià)—300400500600—3004005006001000205.20355.20405.20455.20505.2050.20200.20250.20300.20350.201100335.20505.20555.20605.20655.20180.20330.20380.20430.20480.201200465.20655.20705.20755.20805.20310.20460.20510.205