赖颖峰，王亚龙
（伊犁新天煤化工有限责任公司，新疆 伊宁835000）
［摘 要］伊犁新天煤化工有限责任公司20×108 m3/a煤制天然气装置气化系统采用碎煤加压气化工艺（以块煤为原料），年过剩粉煤量在700 kt以上。经分析与论证，过剩粉煤制尿素项目可充分利用过剩粉煤及系统富余生产能力，大幅降低项目建设投资及后期运维成本。在过剩粉煤制尿素项目之气化工艺选择上，因流化床气化工艺所产粗煤气中CH4含量过高及要求煤的灰熔点（ST）较高等，以及气流床气化工艺之水煤浆加压气化对原料煤水分要求较高和对原料煤的适应性较差、运行周期较短等，均不宜作为其气化工艺，宜选干煤粉加压气化工艺；在干煤粉加压气化工艺之粗煤气冷却流程选择上，因全废锅冷却流程和半废锅冷却流程所产粗煤气水气比过低而副产蒸汽需用于调节水气比，且需增加辐射式废锅投资等，不宜选用。分析认为，过剩粉煤制尿素项目气化工艺宜选择干煤粉加压气化，烧嘴选择相应的气化工艺配套烧嘴，粗煤气冷却流程宜采用激冷流程，综合比较气化项目投资、运行效能、技术成熟度、应用业绩等，现阶段航天炉（或神宁炉）可能是最佳选择，后续尚需进一步论证。
［关键词］煤制天然气装置；过剩粉煤制尿素项目；气化工艺选择；流化床气化；气流床气化；水煤浆加压气化；干煤粉加压气化；激冷流程
［中图分类号］TQ546 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2025）05-0001-04
0 引 言
伊犁新天煤化工有限责任公司（简称新天煤化）20×108 m3/a煤制天然气装置主生产工艺为赛鼎工程（鲁奇）碎煤加压气化（22台气化炉，十八开四备）、宽温耐硫部分变换、林德低温甲醇洗、戴维甲烷化、三甘醇脱水干燥工艺等；配套1座热电站、3套杭氧51 000 m3/h空分装置以及总降压变电所、脱盐水站、污水处理站等公用系统及辅助生产系统。
新天煤化煤制天然气装置气化系统采用碎煤加压气化工艺（以块煤为原料，设计原料煤粒度≥8 mm），原料煤主要采用伊犁矿区4号矿井所产的低变质程度烟煤，其稳定性相对较差，造成开采、输送及筛分过程中粉煤产生量较大（部分粉煤用作粉煤锅炉燃料煤），正常生产时（系统100%负荷计）过剩粉煤量约87.5 t/h，年过剩粉煤量在700 kt以上，过剩粉煤以远低于原料煤的价格外售。鉴于粉煤过剩量较大及新天煤化空分装置、供水装置与水处理装置、供电装置等生产能力富余量较大，据实际生产情况，结合粉煤综合利用项目投资情况，对粉煤综合利用可行性进行论证，并据国家层面对煤化工产业及其产能规模的相关要求，基于不同产品路线（煤制合成氨、煤制尿素、煤制乙二醇）的技术经济分析，宜将煤制尿素作为产品路线，由此可在消耗过剩粉煤的同时提高整套煤制天然气装置设备利用率，提升新天煤化的经济效益[1]。以生产吨尿素消耗原料煤1 t计，完全消纳过剩粉煤匹配的尿素产能约700 kt/a，相应的合成氨产能约400 kt/a。鉴于大中型煤基尿素装置涉及的变换、低温甲醇洗、液氮洗、氨合成、尿素生产工艺等较为成熟且可选择范围较窄，在此暂不予以讨论，仅对各类煤气化技术的成熟度、适宜度、技术经济指标等进行分析与探讨，以初步确定本煤基尿素项目最佳的气化工艺技术方案。
1 过剩粉煤制尿素项目工艺流程初步设想
1.1 过剩粉煤制尿素项目工艺流程
粉煤制尿素工艺属于典型的煤化工范畴，计划以煤制天然气装置过剩粉煤为原料，通过粉煤气化获得粗煤气[有效气（H2+CO）]，粗煤气经深度变换将绝大部分CO转换为H2和CO2，变换气再经低温甲醇洗脱硫脱碳除去CO2、H2S等酸性气，并副产高纯度CO2产品气供尿素装置使用；低温甲醇洗系统出口净化气经液氮洗系统进一步将其中的CO含量降至10×10-6 以下，并配入空分装置所产高纯度N2，使液氮洗系统出口气满足氨合成系统生产所需的氢氮比（3.1），液氮洗系统出口气经氨合成气压缩机加压至13.5 MPa左右后进入氨合成系统进行氨合成反应，出塔气冷凝后产出高纯度液氨，送入液氨储罐。高纯度液氨（压力约2.6 MPa）经高压液氨泵加压至约18.0 MPa经喷射器进入尿素合成系统，同时低温甲醇洗系统CO2产品气经CO2压缩机加压至约14.5 MPa也进入尿素合成系统，在高温高压下进行尿素合成反应，尿素合成液再经分离系统（加热提浓尿液、回收未反应物）、蒸发系统提浓后生成熔融尿液，后经高塔造粒产出合格的小颗粒尿素产品（或经流化床造粒机产出合格的大颗粒尿素产品）。
1.2 气化工艺初步筛选
煤制尿素项目，其气化工艺选择在很大程度上决定着整个项目的投资与运行效能。新天煤化过剩粉煤典型煤质分析数据如下：收到基水分22.70%（质量分数，下同）、空干基水分12.26%，干基灰分23.08%、挥发分32.09%、干基固定碳44.83%、总硫0.50%，灰熔点（ST）约1 190 ℃，干基高位发热量22.76 MJ/kg、收到基低位发热量16.53 MJ/kg。可见，过剩粉煤为低变质程度、中灰、高挥发分、低硫、中低灰熔点烟煤，依据《高钠煤电站煤粉锅炉设计导则》（NB/T 10669—2021），过剩粉煤不属于高钠煤，且经气化试验验证，其气化反应活性较好，有利于粉煤气化。
据气化用煤与气化剂不同的接触方式，可将气化工艺划分为固定床、流化床、气流床和熔融床四种（鲁奇碎煤加压气化炉需采用块煤作为原料），目前应用最广泛的粉煤气化技术为流化床和气流床气化工艺[2]。鉴于固定床气化炉（早已属于淘汰工艺）只适用于块煤气化且单炉产能小、污染严重、自动化程度低等，而熔融床气化少有（几乎没有）工业化应用，故重点对流化床气化和气流床气化工艺进行对比分析。
2 流化床气化工艺
流化床气化因其内部物料（粉煤）呈流化状态，类似沸水，又称为沸腾床气化，是一种成熟的气化工艺，国外应用较多，该工艺可直接使用0～6 mm的碎煤作为原料，备煤工艺简单，气化剂同时作为流化介质，炉内气化温度均匀，其典型代表有德国温克勒气化（HTW）技术、中科院山西煤化所ICC灰熔聚气化技术。
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