我国能源结构的特点是“贫油、有气、富煤”,而大型合成氨装置的原料现状为:天然气装置15套、轻油装置7套、渣油装置8套和煤制氨装置2套[1]。很明显,原料结构状况同能源结构特点不对称。为满足我国能源安全、粮食安全和环境安全的需求,应注重煤气化技术研究,大力发展煤制氨及煤化工工业。
1 煤加压气化技术
概括讲,煤加压气化技术已经历了三个发展阶段:70年代的第一代煤气化工艺,其中以鲁奇煤气化装置(LCGP)为代表;80年代后期发展起来的第二代煤气化工艺,以德士古煤气化装置(TCGP)为代表;90年代后期发展起来的第三代煤气化工艺,以谢尔煤气化装置(SCGP)为代表。三代煤加压气化技术对比如表1。
1.1 煤加压气化技术的发展方向
从表1看出,煤加压气化的发展方向是:提高气化温度、增加煤气中合成气(CO+H2)含量、提高气化炉运行率和单炉产气能力,增加原料适用性和清洁生产。
1.2 三种技术的氧耗对比
从表1看出,氧耗顺序为:TCGP>SCGP>LCGP。氧耗的高低取决于气化原料:德士古法系60%水煤浆进料,高温气化,水变成高温蒸汽,耗氧便高;谢尔法的粉煤中需配添加剂并用氮气输送,同是高温气化,氧耗比德士古法低25%;而鲁奇法是块煤进料、中温气化,故氧耗最低。我们知道,氧耗的大小涉及配套设施——空分装置的规模。
1.3 三种技术中有效组分含量对比
煤气中合成气(CO+H2)含量高低顺序为:SCGP>TCGP>LCGP。而其中一氧化碳含量的高低决定着变换装置的投资规模。
从合成气指标看,LCGP明显不及TCGP和SCGP高,但由于它具有热值高的优势,从而在城市煤气领域具有竞争力。
我们知道,合成氨本质上讲是制氢技术,故衡量煤气中有效组分含量的高低用有效氢指标更准确。对于TCGP和SCGP,由于煤气中几乎无甲烷,其有效氢量等同于合成气量,分别为80.06%和90.30%[2];对于LCGP,煤气中甲烷高达7%~8%,因一体积甲烷等同于四体积氢气,这样鲁奇法煤气中的有效氢量为94.37%。尽管LCGP的有效氢含量高于TCGP和SCGP,但只是潜在的,要实现制氢,必须先将甲烷馏分回收、再进行甲烷蒸汽转化、变换。这充分说....