秦建党，郭晓燕，王鹏程
（鹤壁宝发能源科技股份有限公司，河南 鹤壁458008）
［摘 要］鹤壁宝发能源科技股份有限公司400 kt/a甲醇装置（2条生产线）气化系统采用固定床间歇气化工艺，为响应有关政策号召，2020年底投资超2亿元实施了纯氧连续气化炉替代固定床间歇气化炉技改——2021年3月开始拆除旧设备（无需新增占地），建设12台Φ3 200 mm纯氧连续气化炉、5台Φ3 000 mm纯氧连续气化炉（十四开三备），2022年5月一次性开车成功后气化系统运行稳定，各类指标均达到了设计要求。简述纯氧连续气化替代固定床间歇气化改造的优缺点、配套空分装置产能的确定，详细阐述技改后气化炉煤耗与锅炉烟煤耗及环保情况、纯氧连续气化系统设计注意事项。鹤壁宝发的应用实践表明，纯氧连续气化炉在传统煤化工企业尤其是中小型氮肥及甲醇企业固定床间歇气化炉的替代技改中有着较为广阔的应用前景。
［关键词］甲醇装置；固定床间歇气化；纯氧连续气化；替代改造；需氧量；煤耗；环保情况；设计注意事项
［中图分类号］TQ546 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2023）03-0018-04
0 引 言
2019年，国家发改委下发《产业结构调整指导目录（2019年本）》，常压固定床气化装置列入限制类目录，之后随着各地环保要求的提升与政策的跟进，固定床间歇气化炉逐步退出历史舞台成为定局。近几年，河南、山西、山东及安徽等地政府出台政策，要求淘汰一批化肥行业固定床间歇气化炉，并提出了时间期限；其中，河南省固定床间歇气化炉于2020年底已全部停运，山西省晋城市要求2024年9月底前固定床间歇气化炉全部淘汰。这对以固定床间歇气化炉为龙头的传统煤化工企业来说，若不进行技改，只能关停，对企业的影响不言而喻，故其技改工作迫在眉睫、刻不容缓。因此，相关企业应明确思路，顺势而为，尽早做好固定床间歇气化炉的替代技改工作，以谋求企业的生存与发展。
鹤壁宝发能源科技股份有限公司（原鹤壁市宝马化肥厂，简称鹤壁宝发）是集新能源研发、生产、销售、服务于一体的创新型国家级“高新技术企业”，主产品产能为300 kt/a二甲醚、10 kt/a LNG；配套甲醇装置（2条生产线）产能为400 kt/a，2条生产线主要生产工艺均为固定床间歇气化（配套Φ3 200 mm固定床间歇气化炉12台、Φ3 000 mm固定床间歇气化炉10台）、湿式氧化法脱硫、全低低变换、变压吸附脱碳、低压甲醇合成，甲醇合成弛放气副产LNG。为响应河南省相关政策号召，鹤壁宝发于2020年底投资超2亿元实施移动床纯氧连续气化炉替代固定床间歇气化炉技改工作。
经调研考察与综合权衡，基于现有生产装置的实际情况，鹤壁宝发决定采用江西昌昱实业有限公司应用较为成熟的纯氧连续气化技术，具体方案如下：甲醇装置产能保持400 kt/a，气化系统有效运行时间8 000 h，Φ3 200 mm纯氧连续气化炉单炉粗煤气产量在11 000～12 000 m3/h（标态，下同）、Φ3 000 mm纯氧连续气化炉单炉粗煤气产量在9 000～10 000 m3/h，所产粗煤气有效气（CO+H2）含量在80%以上，加上需要给周边企业供应一定量的氢气，粗煤气总产量按160 000 m3/h设计，共需建设17台纯氧连续气化炉——Φ3 200 mm纯氧连续气化炉12台、Φ3 000 mm纯氧连续气化炉5台，正常生产时气化炉十四开三备（备用3台Φ3 000 mm纯氧连续气化炉）；原有固定床间歇气化炉及附属设备拆除，利用固定床间歇气化炉厂房框架及附属设备区域（无需新增占地）新建17台纯氧连续气化炉及附属设备（包括旋风除尘器、预蒸发换热器、废热锅炉、洗气塔及单炉水封等）；由于粗煤气成分发生了变化，后续脱硫、变换和脱碳系统进行适应性优化改造。
2021年3月开始拆除旧设备、陆续安装新设备，2022年3月进行“三查四定”，2022年4月完成竣工验收，前后共经历了15个月。2022年5月纯氧连续气化系统一次性开车成功，运行稳定，各类指标均达到设计要求。以下对鹤壁宝发纯氧连续气化替代固定床间歇气化技改之设计及改造思路等有关情况作一简介，供业内参考。
1 纯氧连续气化替代间歇气化改造的优缺点
将固定床间歇气化改为移动床纯氧连续气化，其改造成本相较于水煤浆加压气化、粉煤加压气化之类的气流床气化炉，同产能情况下其投资大大降低，适宜于传统中小型煤化工装置，本项技改主要设备投资为气化炉和空分装置，下游煤气压缩机及净化系统仍可使用。
1.1 优点——节能减排
1.1.1 环保方面
固定床间歇气化改为纯氧连续气化后，环保效益主要表现在减排和降噪这两个方面。减排方面，固定床间歇气化炉产生的吹风气绝大部分是氮气和CO2，经三废混燃炉回收吹风气余热后形成锅炉烟气排放，改为纯氧连续气化炉后，没有这部分烟气排放，依据梅安华主编的《小合成氨厂工艺技术与设计手册》计算，吨氨可减少锅炉烟气排放约4 000 m3/h（标态，下同），若是单醇生产工艺减排量更多——各地有不同的减排奖励政策，在立项时可考虑进行申请。降噪方面，改为纯氧连续气化炉后，去掉了造气鼓风机和脱硫系统罗茨风机，造气系统及脱硫系统现场噪音大大降低。
1.1.2 煤耗方面
纯氧连续气化系统不产生吹风气，相应地吹风气这部分显热及有效气成分可以节约下来，且可避免吹风时气体高速流动而带出煤粉；单醇生产工艺吹风气有效气含量较高，采用纯氧连续气化制气生产甲醇比生产合成氨时降耗效果更明显——吨醇可节约煤耗250 kg左右。
1.1.3 蒸汽方面
固定床间歇气化炉的蒸汽分解率一般在40%左右，纯氧连续气化炉内气化层温度比较恒定，没有固定床间歇气化炉不同造气阶段的温度波动，其蒸汽分解率进一步提高，一般可达60%～70%。
1.2 缺点——电耗增高
更多内容详见《中氮肥》2023年第3期