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關鍵詞：固定床；煤氣化；水煤氣

傳統的固定床間歇氣化技術（UGI）由于其能耗高、環保壓力大、單爐發氣量低等缺陷已漸漸退出歷史舞臺，屬國家《產業結構調整指導目錄》中限制類。在固定床間歇氣化基礎上發展起來的固定床富氧連續氣化、純氧連續氣化相比流化床、氣流床氣化技術，因其投資小、建設快、操作簡單等優勢，具有一定的市場競爭力。筆者設計的國內某化工企業綜合考慮裝置規模、工程投資、建設周期、原料供應等綜合因素，確定采用低壓固定床純氧連續氣化制取水煤氣，再經過后續一系列凈化單元，最終生產99.9%（V%）的工業氫氣。

1裝置概況

氣化裝置為下游凈化裝置提供合格的水煤氣作為制氫原料氣使用。采用固定床低壓純氧連續氣化技術，裝置煤氣生產能力為12000Nm3/h（干基），有效氣體CO+H2≥80%，設計1臺Φ3200mm純氧連續氣化爐，氣化壓力90kPaG，出氣化界區壓力45kPaG，氣化裝置設計年開工時數為7920h。1.1工藝流程（1）原料無煙塊煤由料倉進入自動加煤機，自動定時、定量加入氣化爐頂部煤鎖，煤鎖沖壓至與氣化爐壓力相同時，打開煤鎖下閥，煤通過重力進入氣化爐內。（2）來自空分的氧氣和來自管網及自產的蒸汽，經計量和比例調節進入混合罐中混合，控溫150℃～200℃，從氣化爐底部由爐篦均勻布氣進入爐底灰渣層，經過灰渣層換熱后依次進入氧化層和還原層，進行氧化還原反應產生水煤氣，水煤氣再依次向上經過干餾層和干燥層，降溫至450℃～550℃由氣化爐頂送出。氧化層和還原層中主要化學反應有：（3）灰渣經過氣化劑吸收顯熱后降溫至200℃～250℃，由爐篦周期性排入灰鎖斗。（4）氣化后的水煤氣，經過旋風分離器進行除塵，除塵效果可達85%，再進入廢熱鍋爐，降溫至150℃左右，同時副產低壓蒸汽。150℃的水煤氣經過水洗塔降溫至45℃，送往后續工段。1.2原料及公用工程消耗量氣化單元原料消耗和公用工程消耗，具體如表1～表4。

2原料及產品規格

（1）原料煤規格該企業老廠合成氨裝置UGI氣化爐主要采用河南焦作和永城的無煙塊煤，本次設計主要依據焦作和永城的無煙塊煤指標，具體如表5。（2）產品水煤氣規格氣化裝置的目的是為下游制氫裝置提供合格水煤氣，因而有效氣含量越高越好，該項目設計CO+H2≥80%，具體如表6。

3控制系統

根據煤氣化等工藝過程對自動控制系統的高水平要求，本裝置采用集散控制系統，對生產進行集中操作、數據采集、過程檢測和控制、趨勢記錄、超限報警、信息處理等。根據工藝需要及相關標準規范，又設置安全儀表系統，從現場機柜室到中央控制室的信號傳輸采用冗余光纜。操作管理人員在中央控制室完成生產裝置的控制、監測、報警及報表等操作。現場機柜室設置1套DCS工程師站和SIS工程師站，用于開車前的系統調試和系統維護等工作。中央控制室聯合布置，可實現工廠管理模式的轉變，實現崗位或裝置操作模式變為系統操作的現代化綜合管理模式。氣化油壓系統儀表信號進入DCS儀表系統，安全聯鎖進入SIS系統。主要的控制功能包括：（1）氣化爐過程各工藝閥門的程序邏輯控制（2）加煤自動及炭層高度和加炭量控制（3）進爐氧氣量和蒸汽量的比值控制（4）下灰、加煤前蒸汽置換聯鎖（5）加煤機加料順控邏輯聯鎖汽包液位低位聯鎖（6）汽包液位低位聯鎖（7）氣化出口氧含量高位聯鎖（8）油壓系統油壓低位聯鎖其中較為復雜的控制有：（1）自動加煤及炭層高度和加炭量控制本氣化主裝置采用最新特殊的碳層高度檢測裝置，即特殊的高溫雷達碳層測量儀，該檢測裝置不需要以前探桿測量時的油壓驅動裝置，不會出現探桿測量時泄漏煤氣的隱患，安裝簡單，密封可靠，可以承受800℃～1000℃的高溫，可以連續不間斷進行測量。碳層高度優化控制系統連續不間斷測量煤氣爐的碳層高度，并把碳層高度的數據自動傳回到控制室內的計算機上，用實際測到的數據與理想的設定數據進行比較，根據差值的大小計算出給料時間的調節幅度，自動控制插板閥的開關時間，達到碳層高度的穩定。通過碳層高度測量進行加煤量的自動調整，同時根據所測的氣化層位置變化和生產負荷自動調節每個制氣循環的給煤時間，也就自動控制了碳層高度和每個循環所需的加煤量，保證實際碳層高度與工藝要求高度相符。氣化爐專用加煤機由插板閥、小布料器、大布料器和容煤桶等主要部件組成，還包括防止煤氣泄漏保護加氮閥以及加煤完成后的氮氣排放閥。各閥門通過程序控制，平均動作時間為3分鐘/次，實現自動加煤功能。（2）進爐氧氣量和蒸汽量的比值控制純氧氣化汽氧比一般為2.2～3.0之間，以焦粒作為原料氣化的汽氧比相對較低，一般為2.2～2.4，以白煤為原料氣化的汽氧比相對較高，一般為2.7～2.9。如果入爐混合氣中氧含量變化不定,將直接影響水煤氣的質量，O2濃度過高會使爐子溫度過高，燒壞氣化爐；O2濃度過低會使燃燒溫度過低，CO產量不足，故采用雙閉環比值控制系統，通過蒸汽的流量自動調節氧氣的變化。在單閉環比值控制系統的基礎上，增設了蒸汽流量控制回路，克服了蒸汽流量干擾的影響，提降負荷比較方便，只需提降蒸汽流量的給定，就可以提降蒸汽流量，從而使氧氣流量自動跟蹤提降，并保持比值不變。（3）連續氣化不停爐下灰控制采用新型無泄漏全密封上灰門、下灰門及中央集塵器下灰門，閥門結構設計成座板式，密封安全可靠。控制系統可實現現場和集中兩地控制。現場控制箱采用防爆下灰控制箱（手/自型），可實現與DCS信號的傳送。不停爐下灰主要安全聯鎖控制有1#灰倉、2#灰倉上下灰門油路互鎖，上下灰門不可同時打開；DCS上設置煤氣爐運狀態和中央灰倉下灰門互鎖；下灰時要關閉上灰門，DCS檢測爐底壓力及上灰門的狀態，爐底壓力正常時，關閉上灰門。下灰完成后，下灰門關閉到位，通過人工“下灰完成”確認操作后，爐底壓力正常時，打開上灰門。爐灰就可以通過上灰門下至灰倉，進行下一次的下灰操作。

4結論

低壓固定床純氧連續氣化制水煤氣工藝相對于常壓固定床純氧氣化工藝具有氣化強度高、降低壓縮功、因取消煤氣柜而節省占地和投資等優勢。作為一種改進型的氣化技術，該技術具有一定的市場前景，尤其對于需要小規模氫氣和一氧化碳的生產企業，具有投資省、建設快、操作簡單等諸多優勢。相比甲醇和天然氣制氫，低壓固定床純氧連續氣化制氫更具有經濟性。根據理論計算及工程實踐的數據，低壓固定床純氧連續氣化制水煤氣成本約為0.4～0.5元/標立方米，制氫成本低于1元/標立方米。該工藝通過合理、優化的設計，能為化工生產企業帶來新的經濟增長點。

參考文獻

[1]許祥靜.煤氣化生產技術［M］.北京：化學工業出版社，2010.

[2]徐振剛，步學朋.煤炭氣化的配方及工藝［M］.北京：化學工業出版社，2008.

作者：孫軍 孫俊杰 單位：安徽華東化工醫藥工程有限責任公司