——冶金气基还原工艺上的应用

         辽宁恩德工程建设有限公司  郭俊成

一、     引言

多种煤气化技术和设备在我国工业中大量应用着，并将在今后的相当一段时间内继续并存。因为他们各有优缺点，有其各自的适用范围，对不同的产品需求，只要选择得当，有合理的原料供应距离，工程设计上合理，环境上符合国家和当地环保规定和要求，都会取得较好的技术经济效益。

这样的技术就会取得生存发展空间，恩德粉煤气化技术就是这种得到国内认可的技术之一。它是辽宁恩德工程建设有限公司具有专利权的新型气化技术和设备，俗称为：恩德气化技术和恩德气化炉。

它相较于初始推广的技术和设备有了较大的改进。如气化炉从三个方面有改进：1、反应接触面积扩大，使反应更充分；2、回流分离器的回流量增大，起到循环流化床的作用，使未反应物回流反应次数增加，降低消耗；3、增大全反应器的上部空间，使流速合理，有效降低粉尘带出量，也可以称做改良恩德炉。

纵观恩德气化系统前后配套的技术，如煤干燥技术工艺和设备、水处理系统的技术和设备，干燥后的煤粉（或炉灰等）的输送等问题，都已与国内的技术厂家合作，取得相当好的效果，改变了环境，真正实现了清洁文明生产，对该系统做一简要介绍，供企业参考。

二、     恩德气化技术及设备在制备竖炉还原气上的应用

（一）概述

恩德气化是连续常压流化床气化技术，最适合用褐煤、长焰煤、不粘性烟煤（或弱粘性烟煤）为原料，可以依用户需要而采取不同气化剂制得不同产品，如：以空气和蒸汽为气化剂可以制得热值为4180Kj/m³的燃气；以富氧空气和蒸气为气化剂，可制1200-2000大卡/M³的燃料气或者制取丰水煤气，做氨合成气；以纯氧和蒸汽为气化剂，可制得水煤气，可做为甲醇合成气，还可经进一步加工，做为制取氢气的原料气，冶金上竖炉还原制海绵铁的还原气；亦应用于F-T合成气等做为原料气，获进一步加工成产品。

在燃气行业中，有制1000大卡/M³燃气、1500大卡/M³燃气、1800-2100大卡/M³燃气的10000Nm³/h、20000Nm³/h、40000Nm³/h的恩德炉在运转中。

在合成氨行业中有六万吨氨厂、十万吨氨厂、十八万吨氨厂应20000Nm³/h和40000Nm³/h的恩德炉在运转中。

在甲醇生产中40000Nm³/h恩德炉正试车和建设中。

在制氢行业中，有20000Nm³/h和40000Nm³/h恩德炉已投产和建设中。

这些设备从2003年始陆续投入使用。

由于刚开始推广恩德气化炉是生产燃气和合成氨的，只是用空气和富氧空气做气化剂，给外人造成错觉，认为只适用于富氧气化，这是片面的认识，实际上，恩德气化是以纯氧或富氧加蒸汽为标准气化剂的，今天主要介绍在纯氧气化上的应用。

最先签约和投产的是20000Nm³/h的吉林康乃尔化工有限公司的用于制H₂的纯氧气化的恩德炉，现已投产使用，东能化工的40000Nm³/h恩德炉用于制甲醇，正在试车中，金煤化工制H2炉正在建设中。

纯氧气化制出水煤气也可应用于竖炉还原制海绵铁时做还原气，只不过要将此气进一步加工成符合其要求的还原气而已，具体还原气的要求内容大约是：

还原气中的组份要求：CO+H2≥85%

                    CO₂+H2O≤5%

还有P=5.5-6.0Mpa，分别补入两个竖炉还原制海绵铁工艺循环中。

（二）利用恩德气化加工成还原气的技术方案介绍：

1、 工艺流程大致为：

2、 流程说明：

备煤干燥工段主要是将原料煤筛分、破碎到<10m/m左右，并将煤中水干到<8%以下，存储备用。

用气力输送装置及管道，将煤送到恩德气化炉的入口料斗中，而在恩德炉中，煤、氧气、蒸汽经过反应生产水煤气。

干气大致组成为：CO+H2≥74%；CO₂：22%；CH₄：2.9%；N₂：0.8%；O₂：0.2%；H₂S：0.1%。

高温水煤气经废锅副产蒸汽（自用）。再经除尘器、水洗搭等将煤气温度降到≤45℃，含尘量<100Mg/m³，送入气柜。

罗茨风机加压后送煤气入脱硫塔，使H₂S达到20-50Mg/m³左右，再送入压缩机。气量较大的宜选离心式压机，压到0.78Mpa左右，进入干法脱硫，使总硫<5PPm左右，气体入PSA装置，脱除CO₂和水，使出口处CO₂+H₂O<5%，T≤40℃，P≈0.6Mpa～0.65Mpa，其气体组成大致为：CO+H2=88%；CO₂：2.5%；CH₄：3.0%；N₂：5%； H₂0：1.5%。

此气体可做还原气，分别补入还原循环流程中。

3、 投资及成本估算：

气化单元：从粉煤斗始到入气柜前，4000万元/台·套左右；其中含设计、制造、安装（含管线）、耐材及砌筑、培训、运费等。

还原气成本估算：以自备氧，煤价300元/T，计算：

水煤气的完全成本为0.28元/M³左右；

还原气的完全成本为0.42元/M³ 左右。

当然随着煤价的变化，规模的变化，成本也会随之改变。

4、 上述方案只是还原气制备组合工艺的一种，仅适用了恩德制气后加工成还原气。其他技术的组合也能满足要求，只不过是过程不同，成本不一而已。已给两个企业做过方案，企业如有兴趣可以继续探索。更好为冶金企业服务。

三、     配套技术的进展情况介绍：

人们看到一代恩德炉时，感觉气化部分还可以，就是配套技术差些，污水处理较难，煤干燥也达不到降水10%的要求，输煤过程除尘系统设备不达标，造成前后工序环保状况不尽人意。管理难度加大。经过近几年，有志从事清洁生产，研发新装备的不同厂家的努力，这些问题都迎刃而解。现在可以说流化床气化造气的各工序都已实现清洁化生产，达到真正环保型工艺了。配套的技术装备介绍如下：

(一)     煤干燥系统：

对煤干燥来说：尤是褐煤干燥难度较大，因为其内部结构关系，内水不易逸出，简单的转筒干燥器，降水幅度小，达不到入炉煤的要求。这有四个不足，1、含水量高，易在输送中沾管道，设备上结垢，会使输送存储设备失常；2、高水分入炉，使炉内耗氧耗煤造成的高温热源浪费在水分蒸发上，不划算，增大了煤、氧耗量；3、高水入炉造成快速干燥，水分快速逸出，造成煤的粉碎率加大，代到后工序给后工序造成超负荷，不正常，不仅给粉尘与煤气的分离加大负荷，也给水处理系统增加工作量，易造成水处理不合格。因为水是循环使用的，易造成恶性循环；4、由于入炉气化剂数量的变化，会影响气化过程中效率的提高，会使产品气中有效成份降低。

因此必须给以煤干燥工序的足够重视。经辽宁中田干燥设备公司的不断试验，找出了褐煤水分干燥的内在联系及规律，确定了最佳干燥技术条件，还对设备进行攻关改进，解决了粉体输送，自动控制，传质传热，除尘等关健部位的技术难题，研发了多回程干燥器，一举解决干燥难的问题，可以使煤中的水达<10%以下。并提出新干燥工艺，新设备，环保达标的一套干燥系统。

(二)     煤（灰）的输送系统

过去常用办法是皮带输送，也有斗提机输送。干粉煤输送都有个微米级粉尘飞杨的问题，除尘也不理想，造成现场卫生环境差。如果认真做好除尘系统，也能解决这个问题。第一次设计的设计院都很难准确解决这个问题。现在用气力输送是个很好办法，国外的气力输送技术设备，造价较贵，让人望而确步，而山东章丘气力输送技术研究所用中国方式解决了这些难题，对耐磨管道，输送泵的设计，灰仓设置及装车机等都有独到之处。已有用户选择他们的产品应用在煤和灰的输送上。这就彻底解决现场的灰飞扬的问题，造价也不高，可替代进口产品，此前曾应用于电厂的输灰设计，效果很好。应用气化装置中，会实现真正的环境清洁化生产。

(三)     灰水处理系统

在气化过程，初净化时用水洗煤气是必要的，不仅起到降温除尘作用，还有洗净煤气中的有机杂质的作用，因此这一步是必不可少的，洗水和冲灰水集中后要处理，这个水量较大，必须循环使用。灰水处理系统（含循环系统）有予沉池、絮凝池、泥浆的连续带式压滤机、灰水泵、冷却塔、上水泵等，这种处理也有其内在规律，沉降速度，絮凝速度，泥浆的板结处理与预防等都因厂而异，做的好的工厂即达到清洁生产，平稳气化工艺。做的不好，不仅环境状况不好，水质差，也会影响造气工艺正常运行。

沈阳清井环保工程公司做的项目，体现了环境保护的真谛，即达到灰水分离，又适应环保要求，做到灰水不排放循环使用，保证水质上有他们独到技术水平与努力。

正由于有上述的技术厂商的努力，使流化床气化技术环境上有了质的变化，也是多种技术并存发展的必要条件之一。

四、     结语

在多种气化技术和设备并存的今天，流化床气化技术在其独到领域，有他的生存发展空间，多种组合技术的应用，提升该技术的素质。

恩德粉煤气化技术及设备（二代恩德炉）不仅在空气气化、富氧气化取得很好业绩，在纯氧气化的领域同样会取得新的业绩，今后大力发展纯氧气化业务，应用于甲醇行业、制H₂行业、还原气行业，F-T合成中，都有他的身影，让我们各个专业厂商联合起来，发展出一个流化床气化的新天地。