化肥生产合成气技术路线经济分析□邓蜀平 阎亚明 武戈 目前我国化肥企业生产能耗高、设备陈旧、技术落后，化肥生产的后劲严重不足。
目前我国化肥企业生产能耗高、设备陈旧、技术落后，化肥生产的后劲严重不足。针对我国合成氨主要以煤为原料的特点，开发出高效、节能、清洁的新型煤气化技术就愈来愈迫切。 １．传统的化肥厂造气工艺
１．传统的化肥厂造气工艺 中、小型化肥厂的原料气一般由半水煤气生产制得。
中、小型化肥厂的原料气一般由半水煤气生产制得。 其生产过程是在生产水煤气基础上，制气阶段鼓入水蒸汽的同时适量鼓入空气（
其生产过程是在生产水煤气基础上，制气阶段鼓入水蒸汽的同时适量鼓入空气（称加氮空气）。这样制得煤气中Ｎ２的含量增加，其增加量应使煤气的有效成分（Ｈ２和ＣＯ）与Ｎ２的比值在要求范围内。 这种间歇式半水煤气炉是我国目前氮肥行业普遍采用的制气工艺。其优点是制气
这种间歇式半水煤气炉是我国目前氮肥行业普遍采用的制气工艺。其优点是制气工艺投资低廉，技术成熟，上马容易，操作灵活，机动性强。但缺点是碳耗高，热效率低。其次，鼓风气中含有大量的可燃成分，ＣＯ含量约占５％～１０％。其热值为１．２～２ＭＪ／Ｎｍ３，白白排入大气，并且严重污染环境。一台直径３ｍ的间歇式水煤气炉，日产水煤气１３万Ｎｍ３左右，而鼓风排入大气的ＣＯ每天达１１吨之多，数量惊人，危害生态环境。另外，该工艺还需要大量的无烟煤、焦炭（粒度在２５～７５ｍｍ或７５～１００ｍｍ之间），原料供应紧张，成本高。 ２．灰熔聚流化床粉煤气化工艺
２．灰熔聚流化床粉煤气化工艺 灰熔聚流化床粉煤气化工艺技术借助于气化剂空气（氧气或富氧和水蒸汽）的吹
灰熔聚流化床粉煤气化工艺技术借助于气化剂空气（氧气或富氧和水蒸汽）的吹入，使床层中的煤粒沸腾起来，在燃烧产生的高温条件下，气固两相充分混合接触，发生煤的热解和碳的还原反应，最终达到煤的完全气化。 该技术通过改进细煤焦回收循环系统以及灰熔聚分离技术，提高了过程的碳利用
该技术通过改进细煤焦回收循环系统以及灰熔聚分离技术，提高了过程的碳利用率。该工艺具有煤种适应性广、碳转化率高（７０％～９０％）、排灰碳含量低（５％～２５％）、气化炉结构简单、气化温度适中（１０５０～１１００℃）、产品气中不含焦油、可进行炉内脱硫、带出飞灰和排灰可回收等优点。 它可以在空气条件下生产中低压热值的燃料气（３１４０～１００４９ｋＪ／Ｎ
它可以在空气条件下生产中低压热值的燃料气（３１４０～１００４９ｋＪ／Ｎｍ３），也可以在富氧条件下生产化工用的合成原料气。 中国科学院山西煤化所自１９８０年开始进行煤的灰熔聚流化床粉煤气化研究与
中国科学院山西煤化所自１９８０年开始进行煤的灰熔聚流化床粉煤气化研究与开发工作，研制成配套的冷态流化床、小型热态灰熔聚流化床和中试灰熔聚流化床气化装置，并开发出处理量２４吨／日（常压或加压３～５ｋｇｆ／ｃｍ２）的装置，达到了同类设备的国际先进水平。 ３．粉煤循环流化床锅炉（ＣＦＢＣ）
３．粉煤循环流化床锅炉（ＣＦＢＣ） ＣＦＢＣ是洁净、高效的新一代燃煤技术。它可以利用劣质粉煤等燃料生产出符
ＣＦＢＣ是洁净、高效的新一代燃煤技术。它可以利用劣质粉煤等燃料生产出符合工业需要的中、高压蒸汽。在这种装置的燃烧室里，气体流化速度较高，整个燃烧室里固物料的分布比常规鼓泡燃烧室更加均匀。这样，在燃烧室上部空间里，燃烧和脱硫的效率都有提高。此外，这种燃烧系统中还有一个分离装置。它把夹带出燃烧室的大部分细粉颗粒加以分离、收集，通过一个回路再送回燃烧室，这样就增加了细粉物料在燃烧室里的反应时间。由于炉膛上部的传热过程强化，使得有可能把易受磨损的炉内埋管受热面取消，而改用炉膛上部的水冷壁受热面，避免了传热面的过度磨损。循环流化床还采用了分级供气的方法，使分布板邻近区域呈还原气态，从而进一步降低了ＮＯｘ的生成和排放。因此，循环流化床燃烧技术的出现，无论在经济上还是在环境保护方面均是一个进步。 １０ｔ／ｈ循环流化床锅炉性能技术指标见表１。
１０ｔ／ｈ循环流化床锅炉性能技术指标见表１。 ４．粉煤气化－燃料一体化技术
４．粉煤气化－燃料一体化技术 通过大量的基础工作，目前我国已成功地开发了工业规模的灰熔聚流化床和粉煤
通过大量的基础工作，目前我国已成功地开发了工业规模的灰熔聚流化床和粉煤气循环流化床技术。将这种新技术进行集成应用，可以取长补短，优势互补。特别是在化肥生产合成气中的应用，可以取得良好的经济效益和环境效益，促进国民经济的发展。 灰熔聚气化－流化床燃烧技术具有以下优点：（１）提高了碳的综合利用率，一
灰熔聚气化－流化床燃烧技术具有以下优点：（１）提高了碳的综合利用率，一体化后碳利用率可达９５％以上；（２）降低了能耗，提高了整个系统的热效率；（３）可利用劣质煤，原料来源广，成本低廉；（４）对环境污染小，整个系统不产生焦油和酚类，可进行炉内脱硫，可以有效地降低含硫气体以及ＮＯｘ的排放量。 目前国外有多家公司已着手进行加压流化床部分气化和炉内脱硫研究，能将未完
目前国外有多家公司已着手进行加压流化床部分气化和炉内脱硫研究，能将未完全气化的原料送入常压循环流化床锅炉内完全燃烧，只是这种新技术目前大多应用于联合循环发电中。 ５．技术经济分析
５．技术经济分析 半水煤气工艺与气化－燃烧一体化工艺的投资比较见表２。半水煤气工艺与气化
半水煤气工艺与气化－燃烧一体化工艺的投资比较见表２。半水煤气工艺与气化燃烧一体化工艺单位产品成本比较见表３。 该对比方案是将气化－燃烧一体化工艺与现有的半水煤气工艺进行经济分析与比
该对比方案是将气化－燃烧一体化工艺与现有的半水煤气工艺进行经济分析与比较。基础数据以１９９４年的价格为基准：烟煤２５０元／吨，粉煤１５０元／吨，新鲜水０．７元／吨，化学软水２元／吨，电０．５２元／度，中压蒸汽３０元／吨。全部生产按年７２００小时计。 如果按生产１吨合成氨需要２８００ｍ３的半水煤气来计算的话，那么对于一个
如果按生产１吨合成氨需要２８００ｍ３的半水煤气来计算的话，那么对于一个年产６万吨合成氨厂来说，采用气化－燃烧一体化技术，一年可以节约燃料成本６００００×２８００×（０．２１４－０．１９）＝４０３２０００＝４０３．２万元。实际上，在有些地区，优质无烟煤与劣质粉煤的差价要大于１００元／吨。在这些地区若采用气化－燃烧一体化技术，经济效益会更好。 ６．讨论
６．讨论 （１）在生产合成氨时，要将煤气进行压缩。若将煤气从常压压缩到３２ＭＰａ，
（１）在生产合成氨时，要将煤气进行压缩。若将煤气从常压压缩到３２ＭＰａ，每生产１吨合成氨要压缩气体的电耗将近１０００ｋＷｈ。假如我们能将灰熔聚气化炉的压力提高至０．２５ＭＰａ，那么既可节省压缩段的部分煤气电耗，同时煤气的产量与质量也能够改善。而我国目前１００ｔ／ｄ的工业装置的操作压力一般为０．０３ＭＰａ，这主要是从工业装置设备的稳定性上考虑的，今后仍有很大的潜力可挖。 （２）有关粗煤气除尘的问题，目前山西煤化所正与冶金部北京钢铁研究总院合
（２）有关粗煤气除尘的问题，目前山西煤化所正与冶金部北京钢铁研究总院合作，采用其“金属网高温除尘技术”。与其它除尘方法相比，该技术既节省了煤气的部分显热，又大大提高了除尘效率。将这一方法应用到工业化装置中去，会大大减少环境污染。 （３）灰熔聚流化床气化与流化床锅炉燃烧的有关床内脱硫的工作，仍需要做大
（３）灰熔聚流化床气化与流化床锅炉燃烧的有关床内脱硫的工作，仍需要做大量的试验工作，以便真正找到满足工业要求的试验参数。 以上３点是气化－燃烧一体化技术工业化仍需进一步解决的主要问题，这些问题
以上３点是气化－燃烧一体化技术工业化仍需进一步解决的主要问题，这些问题都是依靠我们自己的力量完全能够克服和解决的，相信将这一新技术应用在生产中是指日可待的。 总之，气化－燃烧一体化技术不仅在技术上是可行的，而且在经济上是合理的。
总之，气化－燃烧一体化技术不仅在技术上是可行的，而且在经济上是合理的。作为氮肥生产合成原料气的一条新路线，这具有比其它工艺更加高的经济效益和环境效益。将这种崭新、高效、节能的气化技术尽早地应用在国民经济中，必将给我国的氮肥工业带来一次飞跃。