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(兖矿新疆煤化工有限公司，新疆 乌鲁木齐 830011)

贵州开阳500 kt/a合成氨项目是大型煤化工项目。该项目由兖矿集团与贵州开磷集团共同投资建设，是国家批准的贵阳煤磷化工(国家)生态工业示范基地重点项目，总投资43亿元人民币，占地2136亩，于2010年底开工建设，2012年6月完成建设安装，进入试运行阶段。

本项目由中国天辰化学工程公司负责总体设计，多家化建公司参与建设。由于地质条件和原始地貌复杂，场平、地基处理、基础与框架施工难度大，增加了项目投资，对工程项目的进展影响较大。整个厂区生产装置分布在三个台阶上，第一台阶为空分、热电，标高1 178 m，第二个台阶布置气化、净化、合成，标高1 170 m，第三个台阶为公用工程及生产辅助设施，标高1 157 m。

空分装置由法液空成套提供，供氧能力6×104m3/h，气化采用引进科林气化技术基础上再经过开发创新的开阳炉(3+1顶喷式干煤粉加压气流床气化技术)、合成气净化采用耐硫变换、大连理工大学低温甲醇洗，合成气精制采用杭州中泰的液氮洗工艺，氨合成采用瑞士卡萨利中压氨合成技术。硫回收采用荷兰荷丰超级克劳斯工艺。

在煤气化技术的选择上，贵州开阳进行了多方调研。为适应贵州煤灰分高、灰熔点高、煤矿小而分布广的煤种特点，同时也为自主知识产权粉煤气化技术工业示范项目积累工程经验，确定引进原德国科林公司的粉煤气化技术燃烧室部分并进行创新，在引进合同中约定所有创新技术归兖矿集团拥有。在技术调研评估期间，认识到若采用科林气化技术的合成气激冷洗涤及渣水处理单元风险过高，因此选择了具有自主知识产权、已在多喷嘴对置水煤浆气化技术上应用成熟的合成气初步净化及含渣水处理技术。

1 干煤粉气化技术

煤气化装置是合成氨项目的龙头。2007年8月引进德国科林气化技术，兖矿集团和设计单位、科研院校经过长达两年多时间的调研、实验和设计改造，最终确定设计方案。装置于2010年底开工建设，2012年6月完成建设安装。设计年操作时间8 000 h，设计单台气化炉满负荷运行有效气产量为7×104m3/h。

该气化装置包括磨煤干燥、煤粉供料、气化、合成气初步净化、含渣水处理等工序。粉煤制备为常规成熟技术；煤粉供料系统采用兖矿集团干煤粉中试技术；开阳气化炉的上半部分，即气化室，采用科林技术并加以创新改造；气化炉的下半部分，即激冷室及其后面的粗合成气初步净化和渣水处理工序为成熟的自主产权技术。

在设备加工制造方面，气化装置的国产化率很高；除烧嘴为国外制造(现已国产化)，其余设备均国产化。

2 工艺流程

工艺流程如图1。由磨煤干燥单元制备的合格煤粉存于常压粉仓。粉仓内的煤粉通过三个煤粉锁斗向一个发料罐供料。发料罐设有三路煤粉管线，分别对应于气化炉顶部的三个工艺烧嘴，向气化炉供料。在气化炉顶部中心位置还设有一个具有点火、开工及长明火功能的烧嘴。该烧嘴的点火开工原料为LPG和纯氧，在三个工艺烧嘴投用后该烧嘴原料适当减量，但始终保持运行。

高温合成气与熔融灰渣经气化炉渣口进入激冷室洗涤冷却；其中粗渣经锁斗排出气化炉，合成气则进入初步净化单元进一步洗涤除尘后送至合成界区。洗涤除尘后的渣水在渣水处理单元内实现渣水分离及灰水的循环利用，同时回收热量。闪蒸后的黑水进入澄清槽沉淀后送入压滤机，以滤饼形式排出界区。

图1 贵州开阳气化炉装置流程示意图

合成气初步净化工序采用了“分级净化”流程。经洗涤激冷室流出的合成气携带着细灰首先进入混合器和旋风分离器，进行“粗分”。分离了相对较大颗粒的合成气再进入水洗塔进行“精分”，将大部分细颗粒脱除，从而保证洗涤塔洗涤后的合成气灰含量在1 mg/m3以下。与引进技术相比，不仅系统的压力损失小，而且洗涤能力强，操作弹性大，合成气中带灰量很低，无需预变换可直接进入变换工段。

3 煤质数据

装置运行以来，先后气化了很多煤种，主要有青龙煤、大宏煤、回归与玖圆混配煤等。由于贵州煤矿较小，分布广泛，如何获得煤质稳定的煤一直是开阳公司面临的一个难题。

采用贵州当地煤为原料，由于灰熔点较高，根据煤质的不同，加入不同的助熔剂以降低灰熔点。煤质分析如表1所示。可见，有的煤种灰分含量超过25%，并经常波动到29%，最高入炉灰分含量达到36.77%。同时灰熔点FT超过1 400 ℃。另外，贵州煤的一个普遍特点是，挥发分低、氧元素少，属于典型的无烟煤，气化活性也较差。在国内同类气化装置中(合成气激冷流程)，尚没有以如此高灰、高灰熔点的煤为原料。

表1 原料煤煤质分析数据

注：①为添加助熔剂数据。

4 装置运行情况

2012年10月气化炉首次点火开工，2013年1月21日打通整个合成氨流程。由于该气化装置燃烧室部分采用科林气化技术并首次在国内工业生产装置应用，投料开车时正值科林公司宣布破产之际，在没有得到任何技术拥有方的指导和支持下，兖矿集团召集公司内外煤气化专家和技术骨干，组成顾问组进行现场指导。贵州开阳化工公司在兖矿干煤粉中试气化炉试车的基础上结合现场实际情况，同时借鉴兄弟工厂在粉煤气化技术方面的经验，完成了包括煤粉供料系统、气化炉点火开工系统、气化炉烧嘴改造、气化炉渣口衔接、气化炉下降管改造和气化炉水冷壁环隙密封防串气等多项技术难题攻关。特别针对出气化炉合成气细灰含量大的问题，分别对合成气初步净化单元及设备进行了优化和改造，取得了突破性进展。这也是目前国内唯一一套处理高灰分含量煤种(约26%)的初步净化系统。试车具体情况简介如下。

4.1 联动试车

2012年6月转入联动试车阶段，期间主要解决了磨机震动、煤粉流量调控、煤粉流动不畅、固体质量流量计标定、逻辑顺控及安全联锁优化等问题，为后期的化工投料顺利开展奠定了良好的基础。

4.2 投料试车

2012年10月，气化炉转入投料试车阶段。10月25日气化炉点火成功；31日气化炉成功投煤。11月3日，A#气化炉连续运行8 h后，手动停车，检查水冷壁挂渣情况。2013年1月21日，A#炉连续运行109 h，打通全流程，顺利产出产品合成氨。

该阶段主要解决点火开工烧嘴的点火成功率过低、气化炉压力调控、气化炉渣口不合理和气化炉水冷壁环隙串气、灰水水质差等问题。

4.3 试生产

(1)气化炉运行优化

气化装置于2013年2月转入试生产阶段。由于对该气化炉能够承受的温度还处于摸索之中，担心烧损水冷壁，因此操作氧煤比值偏低，热通量约3.5 MW，说明水冷壁渣层较厚，同时渣口压差也明显有增大趋势，表明操作炉温偏低，碳转化率低，导致灰渣比较高，达到7∶3，相关运行参数如表2所示。然而，低氧煤比操作虽然能更好保护水冷壁，但也直接导致气化炉排渣不畅。由于科林气化炉渣口较小，合成气流速高，渣口积渣时更容易发生“偏流”，影响下降管的水膜均布，严重威胁下降管安全运行。

表2 气化炉运行指标比较

意识到上述问题后，贵州开阳化工以原料煤的粘温特性为依据，通过控制氧煤比、甲烷和二氧化碳含量(蒸汽煤比稳定)，同时参考热通量和渣的形态、可燃物含量等参数，逐步提高操作炉温，甲烷含量降低50%，二氧化碳增加了3个百分点，气化炉热通量明显增加，有效降低了灰渣比。为了解决渣口排渣不畅问题，从气化炉烧嘴改造入手，从而改变气化炉的流场，火焰下移解决了渣口排渣不畅问题。停车后检查表明，炉内挂渣情况良好，气化炉经受了较高炉温的考验，对高灰熔点煤有较好的适应性。

(2)合成气初步净化系统优化

通过提高炉温，碳转化率明显增加，细灰量也显著减少，灰渣比降低到3∶7。然而，在目前所有配套水激冷流程的煤气化装置中，原料煤的灰分几乎都在10%左右；对于灰分高达26%的原料煤，即使碳转化率达98%以上，其细灰量仍是其他同等规模气化装置的3倍左右。由于目前所有的水激冷流程气化装置从未有过洗涤如此高细灰含量合成气的工程实践，因此，该工况对合成气初步净化系统是一个全新的考验。运行发现，在100 h左右时，洗涤塔压降明显增大，带水严重，手动停车。拆检洗涤塔后发现塔盘堵塞严重，表明当时的工艺状况不适应高细灰含量合成气的洗涤，需要进一步优化。

综合分析现场现象和运行条件，贵州开阳化工联合华东理工大学调整了初步净化工艺，同时对混合器、旋风分离器和洗涤塔的内件结构尺寸进行了优化和改造，全面强化除尘能力，充分发挥该技术的分级净化功能。改造后的初步净化系统运行及合成气变换炉压降表明，该洗涤净化技术既解决了洗涤塔堵塞问题，又保证了优良的除灰效果，表明贵州开阳化工已掌握了高灰分煤的合成气高效除尘技术，为贵州当地煤的高效清洁利用奠定了重要基础。

随着对该气化技术认识的不断深入，依托自身在煤化工技术上的工程积累，通过大量的改造和优化，贵州开阳化工有限公司目前已基本掌握了该气化装置的运行性能，并积累了大量工程经验。气化炉单炉实现112%负荷下正常运行，气化炉单炉运行情况下平均每小时合成氨产量35 t以上，合成氨日产量达到849.7 t的好成绩，目前气化装置正在做开阳炉72 h性能考核工作。

4.4 操作参数及工艺指标

优化条件下操作参数及工艺指标如下：

(1)气化炉压力 3.8 MPa

(2)煤粉流量 45 t/h

(3)氧气流量 2.3×104m3/h

(4)蒸汽流量 3.9 t/h

(5)热通量 4.8 MW

(6)合成气流量 14×104m3/h(湿基)

(7)气体成分 H227.1%；CO 61.3%；CO24.4%；N26.0%；CH458×10-6；H2S 1.1%

5 总 结

贵州开阳化工有限公司从2009年底开工建设到如今生产基本稳定、达产，走过了较为艰难的路程，气化炉单炉负荷到达112%，合成氨系统能力达到98%，连续运行达到65 d，主要得益于兖矿集团煤化工方面的技术人员优势和中试基地优势，在不断吸取同类型装置经验、教训的同时，通过自主创新和联合国内科研院所不断攻关、优化，基本消除了制约气化炉安全、稳定、长周期运行的主要因素。因气化系统自身原因造成停车的次数不断减少，运行周期不断延长，目前气化装置各项经济技术指标较好，特别是在解决云贵川地区高灰分、高灰熔点煤的气化与洗涤净化方面，积累了宝贵经验。