2011年第3期甘肃石油和化工2011年9月SAGC型煤在我公司合成氨造气的运用
田玉虎
（甘肃金昌化学工业集团有限公司，甘肃金昌737000）
摘要：合成氨工业进入新世纪，由于行业发展迅速，原料市场对行业的制约越来越大，原料成
本越来越高而且不受控；同时，单从制气设备及工艺上挖掘的潜力越来越小。
为达到节能降
耗的目的，在优质块煤资源越来越紧张、致使价格飞涨的情况下，各合成氨生产厂均在探索
原料路线的调整，选择廉价沫煤制型煤生产合成氨，已成为以固定床造气生产合成氨厂家求
得生存发展的途径。
开发并应用一种新型高效且适合本企业实际的型煤黏结剂是合成氨型
煤生产亟待解决的问题。
关键词：合成氨；型煤黏结剂；成型工艺
1前言
我公司是一家从5000t小合成氨发展起来的大型化工企业，历经47年的发展，如今合成氨年生产能力达18万t，公司产品年综合生产能力已达200万t以上，已成为中国化肥百强企业，甘肃省化肥生产企业第一强。
在近几年的发展过程中，企业不断摸索适合自己企业发展的路子，在原料结构方面不断地摸索，寻求生存和发展的空间。
2004年开始尝试建设腐植酸煤棒进行煤棒制气，且煤棒生产能力由2005年的2万t/a，逐渐扩产到2008年的10万t/a，较大幅度地调整了原料的结构，合成氨成本降幅达11%（型煤成本仅为块煤的60%），也为原料的采购争取了主动。
特别是为度过2008～2009年的经济危机做出了贡献。
但是，由于我公司地处西部，冬季气温较低，常常影响腐植酸的提取和煤的沤制，致使煤棒质量差，消耗上升，造气炉能力下降，故此开发并应用一种新型高效的型煤黏结剂是我公司合成氨型煤生产亟待解决的问题。
2开发SAGC型煤的意义
煤炭是我国的主要化石能源，以煤为原料生产合成氨、甲醇等产品的煤化工产业已占化学工业总产量的约50%［1］。
合成氨中水煤气炉造气的理想原料是无烟块煤，据查2007年国内合成氨产能已达5700万t，产量达5159万t，年消耗无烟煤已超过4200万t，占全国无烟煤总产量的22%。
随着工业化体系逐步扩大，煤气化使用的比例也在逐步增加，加上我国能源又是以原煤为主，煤炭消耗要占到能源总量消耗比的70%，从而导致煤炭的需求量越来越大，另外，由于煤炭开采机械化程度的提高，使得无烟粉煤占无烟煤产量的60%，无烟块煤产率有所下降，以上诸多因素造成了目前无烟块煤供不应求，价格一路攀升。
像金化集团这样年产18万t生产能力的合成氨厂，以生产1.0t合成氨需用1.5t优质块煤计算，一年所消耗的优质块煤就达27万t，在优质块煤资源越来越紧张，致使价格飞涨的情况下，合成氨成本倚高导致公司相关产品成本上升缺乏市场竞争力，必须另辟蹊径。
值得关注的是，无烟粉煤价格低廉，虽然无法直接用于合成氨造气，但是只要经过加工生产出合成氨造气用型煤，就可以部分取代制取半水煤气要求采用的优质块煤，从而降低合成氨成本，节
收稿日期：2011-03-08
作者简介：田玉虎（1968-），男，甘肃武威人，工程师，主要从事化工技术管理工作。
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2011年第3期
田玉虎：SAGC型煤在我公司合成氨造气的运用生产工艺约优质块煤资源。
早在20世纪60年代，广州氮肥厂就应用纸浆黏土型煤代替了无烟块煤。
利用价格较低的无烟粉煤生产造气用型煤已成为一种必然趋势，这对于节能降耗、降低生产成本和减轻环境污染都具有重要意义。
我公司在“节能降耗、减排增效”的方针指导下，紧紧依托当地丰富的无烟沫煤资源优势，积极开展技术攻关，于2007年自行设计、安装了一套集洗选为一体的10万t/a规模的腐植酸型煤生产装置，较大幅度地调整了原料的结构，合成氨成本降幅达12%，取得了公司合成氨生产成本历史性的突破。
与此同时，在型煤制造过程中也遇到了一些技术难题。
型煤制造技术中，选用的型煤黏结剂是决定型煤品种及其质量的关键。
优良的黏结剂不仅可提高型煤性能，而且还可简化成型工艺。
3目前我国合成氨造气型煤主要的成型技术
3.1纸浆型煤和纸浆—黏土型煤
用纸浆废液作黏结剂，其用量一般为：酸性纸浆废液为粉煤质量的4%～7%，碱性纸浆为8%～10%，压出的型煤经干燥后，冷强度可达80kg/个以上。
但由于这种黏结剂的有机质在高温时会分解燃烧，因此其强度只有（5～8）kg/个，为了克服这个缺点，添加7%～10%的黏土，形成复合黏结剂，就会大大提高型煤的热强度和热稳定性。
缺点是型煤灰分所占比例较原料煤高，不防水、活性差、气化不完全。
3.2石灰碳酸化型煤
以石灰作为黏结剂，主要是利用其中的CaO,CaO经过消化成为Ca（OH）2，和粉煤混合制成生型球，经碳酸化处理后，Ca（OH）2转化成坚硬的CaCO3，成为型煤骨架，从而使型煤具有一定的机械强度。
其缺点是：①石灰剂量占20%～30%，增加了灰分而降低了发热量；②生产工艺复杂，需解决CO2气源；③石灰量过大，灰熔点降低，易结渣。
3.3腐植酸型煤
腐植酸盐黏结剂是一种水溶性胶体的黏结剂，对煤有较好的亲和力，能很好地湿润煤的表面。
成型时在外压力的作用下，黏结剂能将煤粒很好地黏结在一起，干燥时，随着水分的蒸发，腐植酸盐溶液不断浓缩成胶体，最后收缩固化，使型煤具有较高的机械强度。
其主要缺点是腐植酸盐提取需要较高温度，加入腐植酸盐后的煤沤制温度不宜太低，沤制时间长（48h以上），生产的型煤具有亲水性、易吸潮，不防水。
4SAGC型煤黏结剂的合成技术
高分子黏结剂是合成氨型煤黏结剂的发展方向。
我公司与中南大学合作，成立了型煤高分子黏结剂开发课题组，通过系统研究天然高分子有机化合物和人工合成高分子化合物的结构与黏结性能的关系发现，淀粉和变性淀粉类黏结剂均具有用量大、型煤耐热性和抗水性较差的不足；聚丙烯酸黏结剂性能优良但成本太高。
经过课题组反复研究论证，开发成功了一种新型的淀粉—丙烯酸接枝共聚物（SAGC）型煤黏结剂，兼具淀粉类黏结剂的低廉价格和人工合成类黏结剂的优良性能，该项目还被列为2010年甘肃省科技支撑计划项目。
制备淀粉接枝共聚物反应是自由基型接枝共聚反应。
是利用引发剂（偶氮类、过氧类或氧化还原类）使得淀粉分子上的H被夺走而产生自由基，再引发单体，成为淀粉—单体自由基，然后继续与单体进行链增长聚合，最后发生链终止。
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SAGC 黏结剂的接枝共聚反应式如下：
图1淀粉与丙烯酸接枝反应式
通过系统研究反应过程中水与玉米淀粉的配比、玉米淀粉与丙烯酸的比例、引发剂的品种与用量、反应温度等条件对合成反应的影响，开发出了SAGC 新型型煤黏结剂合成工艺。
5制备型煤的工艺技术
使用SAGC 新型黏结剂后，通过配料、混捏、压团等型煤制作步骤，将粉煤制备成湿球，进一步经过干燥和冷却等步骤制备成干球型煤。
SAGC 型煤黏结剂是一种淀粉类高分子黏结剂，具有价格低廉、经济实惠的特点。
结构上，它又具有人工合成类黏结剂的有效官能团，因此具有优良的防水性能。
具体验收考核指标［2］：①冷机械强度（球）高于或等于6.0MPa ；②热机械强度（球）高于或等于2.5MPa ；③热稳定性强于或等于98%；④防水性能可长期防水。
经科技查新：目前在国内采用SAGC 型新黏结剂技术生产合成氨造气型煤属于首创，具有较高的科技含量。
6使用情况
型煤作为气化原料，当造气炉中炭层下移时，型煤中的水分逐渐蒸发而形成多孔结构，增强了气化反应表面积，提高了煤棒的化学活性，有利于碳的利用率，并使灰渣变得疏松［2］，尤其是SAGC 型煤黏结剂制作的型煤性能最佳。
我公司自2010年8月至2011年4月，通过应用新型SAGC 型煤黏结剂进行试生产的九个月时间表明：型煤质量有了较大提高，造气炉带出物明显减少，合成氨煤耗有了大幅下降，吨氨原料煤成本由原来的1200元/t 下降到现在的980元/t ，降幅达11%。
在试生产过程中，找到了型煤生产的最佳工艺条件，各项指标较以前有了很大的提高，不仅解决了腐植酸煤棒生产中存在的问题，也提高了型煤的性能，尤其是机械强度，而且还简化了型煤成型工艺，缩短了生产周期。
7结束语
我公司与中南大学合作开发的SAGC 型新黏结剂，应用于我公司型煤生产装置，并对现有型煤工艺进行优化改造，型煤质量有了较大突破，型煤产量有了较大幅度的提高，各项主要技术指标均达到设计指标。
参考文献：
［1］
北京华经天众经济咨询中心.2007年中国煤化工产业发展形势调研报告.［2］许东贤.型煤生产新技术新工艺与创新配方设计与型煤质量指标检测方法标准应用手册.北京：中国科技出版
社，2006.
［3］陆军.型煤气化工艺在合成氨厂的运用.化肥设计，2008，（1）：51～54.
生产工艺O H H OH CH 2OH
OH OH O H H
CH 2==CH —COOH 聚合CH 2OH O H H O C CHOH
O H H O ——
—CH 2—CH —CH 2—CH —CH 2
—HOOC —HOOC —COOH
n 32。
