水煤浆气化技术

作者:好运彩 发布时间:2020-08-04 17:43

  常压富氧水煤浆气化技术 我国矿物能源以煤为主,到 2010 年,一次能源消费结构中煤占 60%左右。 大力发展洁净煤技术,高效清洁地利用我国煤炭资源,对于促进能源与环境协 调发展,满足国民经济快速稳定发展需要,具有极其重要的战略意义。 煤气化作为洁净煤技术的重要组成部分,具有龙头地位。它将廉价的煤炭转 化成为清洁煤气,既可用于生产化工产品,如合成氨、甲醇、二甲醚等,还可 用于煤的直接与间接液化、联合循环发电(IGCC)和以煤气化为基础的多联产等 领域。 迄今为止,世界上已经商业化的 IGCC 大型电站,均采用气流床技术,最具 有代表性的是以干煤粉为原料的 Shell 气化技术和以水煤浆为原料的 Texaco 气 化技术。Shell 气化技术即将被引进中国建于洞庭,显现其碳转化率高,冷煤气 效率高的优势。相比之下,水煤浆气化技术在中国引进得早,实践时间长,研 究开发工作也做得更深入。 经过十多年的实践探索,中国在水煤浆气化技术方面,积累了丰富的操作、 运行、管理与制适经验,气化技术日趋成熟与完善。经过长期科技攻关,在水 煤浆气化领域,形成了完整的气化理论体系,研究开发出拥有自主知识产权, 达到国际领先水平的水煤浆气化技术。 一、Texaco 水煤浆气化技术的引进与完善 为了充分利用我国丰富的煤炭资源发展煤化工,自 80 年代至今,我国相继 引进了 4 套 Texaco 水煤浆气化装置,用于生产甲醇与合成氨。该技术具有气化 炉结构简单、煤种适应较广、水煤浆进料易控安全、单炉生产能力大等特点。 基础上,先实施电力、甲醇、合成气联产,以后随着经验的增加和资金改善, 逐步扩大联产内容,这个起步点的选择可以成为开发大西北的一个重要内容, 亦为今后更完善的多联产系统的推广起示范作用;二是在加工高硫原油的石化 企业附近,建立以石油焦或是高含硫渣油为气化原料的多联产系统,以排除高 硫原油炼制所带来的困难。 (5)结合我国在气化方面己取得的、具有自己知识产权的成果 (中国水煤浆气 化与煤化工程研究中心和上海华东理工大学合作),联合我国在煤气化和煤化工 领域的优势单位,在多联产系统方面走出自己的路子。 (6)提高煤的综合清洁利用,减排温室气体是世界关注的大问题,可以设法取 得国际组织(如:UNDP,World Bank,GEF……)的资助。 1 (7)开展国际合作(和国外有经验的大公司和对多联产有较深入研究的大学)。 (8)从现在开始,对多联产系统做详细、深入的软科学方面的研究。 针对引进装置运行中出现的各类问题,国内有关专家和技术人员在实践中积 极探索,完成了多项技术改造。 1.煤种试烧 西北化工研究院、原鲁南化肥厂分别建立了日处理 24—35 吨煤和 15 吨煤、 8.5MPa 的 Texaco 水煤浆气化中试装置, 并在中试装置上进行了多样煤种的试烧 研究,为水煤浆气化技术在国内的成功应用打下了基础。 2.调整煤种 鲁南化肥厂的原料煤由原设计的 “七五” 煤(t3 温度-1510℃)改为落陵、 北宿、 井亭和级索混配煤(t3 温度-1280℃)、渭河化肥厂经过实践摸索,原料煤由原设 计的黄陵煤更换为华亭煤,从而实现了降低气化温度,减少氧耗,延长气化炉 耐火砖使用寿命的目的。 3.解决有关工程技术问题 我国工程技术人员对引进装置中出现的诸如文氏管堵塞、黑水管线堵塞、气 化炉激冷环堵塞、气化炉壳体局部过热、闪蒸系统管道磨损等工程问题,采取 了积极有效的技术对策,使问题得到及时解决,保证了装置长周期、稳定运行。 4.设备国产化 水煤浆气化喷嘴已由国产喷嘴替代美国引进喷嘴,使用寿命约为 2 个月;气 化炉用耐火砖已由国产洛耐砖替代进口法国砖,价格比为 0.5:1。另外,我国 已具备以下一些设备的设计制造能力,如磨煤机、气化炉、激冷环、锁渣斗、 捞渣机、高、低压煤浆泵、灰水泵、文氏管等。兖矿鲁南化肥厂的设备国产化 率达到 90%以上。 总之,通过对引进技术的消化吸收,我国不仅积累了丰富的水煤浆气化技术 工程经验,掌握了先进技术的运作规律,同时在实践中不断进行技术调整与完 善,进一步推动了我国水煤浆气化技术的发展。以兖矿鲁南化肥厂为例,气化 装置的生产能力比设计值提高-20%,氧耗下降-10%,详见表 2。 二、中国水煤浆气化技术的研究与开发 中国的水煤浆气化技术是在对引进技术吸收消化过程中发展起来的,尤其是 通过“七五” 、 “八五” 和“九五”国家重点科技攻关,结合引进技术的工业实 践,逐步形成了一套创新的研究开发方法,建立起系统的水煤浆气化理论,成 2 功地开发出具有中国特色的水煤浆气化技术。 1.水煤浆制备技术 根据中国煤种特点,中国科学院山西煤炭化学研究所从煤化学角度研究了煤 炭成浆性能的影响因素,中国矿业大学通过试验与生产实践,提出了评价烟煤 成浆性难度指标的经验公式。这些研究成果,为中国水煤浆制备技术发展提供 了有益的指导。目前,中国已有多个水煤浆用添加剂和水煤浆生产厂家。根据 煤种不同, 选用不同品种与系列的添加剂制备水煤浆, 气化用水煤浆浓度为 60% —65% 2.研究开发方法与气流床气化理论 水煤浆气化涉及高温、高压、非均相、流动、传递与化学反应等复杂化学物 理过程,难以在实验室中进行工业条件下的过程研究。对此,华东理工大学在 化学工程与工艺相关理论指导下,结合多年研究开发中积累的方法与经验,在 对气化过程进行深刻、全面分析基础上,提出了正确把握各种影响因素间关系 的层次机理模型。对复杂的气化过程进行合理分解,实现了研究课题的命题转 化,开创了一套适用于研究气流床气化过程的科学研究开发方法。即在冷模装 置上研究流体流动规律、雾化与混合规律;借鉴工程经验,在计算机上综合迭 代的一步转化方法。 采用国际先进的三维激光多谱勒粒子动态分析仪 (Dual PDA)和 Marlven 测粒 仪,在大型冷模装置上研究气流床内流体的速度分布、浓度分布、停留时间分 布、雾化粒径及其分布等,分别建立了流动与反应三区模型、速度分布、浓度 分布、停留时间分布、雾化粒径及其分布等数学模型,由此形成了系统的气流 床水煤浆气化理论与专利技术,为该领域的技术创新奠定了基础。 3.新型气化喷嘴与耐磨气化喷嘴 喷嘴是水煤浆气化技术的核心。喷嘴性能好坏,将直接影响气化反应结果、 耐火砖及其喷嘴自身的使用寿命。华东理工大学在多年科技攻关基础上,与原 鲁南化肥厂、水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心合作,研制出新型水煤浆 气化喷嘴,实现了技术创新与工业应用。 新型喷嘴为内旋式喷嘴和预膜式喷嘴,其中内旋式喷嘴已获国家发明专利。 1995 年,新型喷嘴在原鲁南化肥厂 Texaco 气化装置上进行了工业试验考核。新 型喷嘴各项技术指标均超过 Texaco 喷嘴, 比 Texaco 喷嘴节煤-2.6%, 节氧 2%-5%, 碳转化率提高-2 个百分点等,七项指标创当时生产新记录。由原化工部科技司 3 主持的专家鉴定为:填补国内空白,形成了中国水煤浆气化技术特色,达到国 际领先水平。该项目获 1998 年上海市科技进步一等奖。 水煤浆气化喷嘴由于受到煤浆中煤颗粒对材料的快速冲刷,喷嘴材料极易 磨损,引进喷嘴的使用寿命仅为 3 个月,喷嘴的使用寿命直接影响着气化装置 的长周期稳定运行。华东理工大学圆满完成了“九五”国家重点攻关项目《气 化炉关键部件的研究与开发》 ,研究开发出新型耐磨水煤浆气化喷嘴。该喷嘴在 兖矿鲁南化肥厂的工业应用表明,使用寿命达半年以上。 4.新型(多喷嘴对置式)水煤浆气化炉 为了节省外汇,形成自主知识产权的煤气化技术,在原化工部科技司主持 下,1996 年 10 月原国家计委批准立项,由华东理工大学、原鲁南化肥厂、原化 工部第一设计院联合承担“新型(多喷嘴对置式)水煤浆气化炉开发应用基础 研究”国家“九五”重点科技攻关项目,于 2000 年 6 月在兖矿鲁南化肥厂建成 我国第一套自主知识产权,日处理 22 吨煤的新型(多喷嘴对置式)水煤浆气化中 试装置。 新型气化炉为四喷嘴对置结构,通过调整喷嘴配置,优化气化炉结构与尺 寸,以撞击式射流形式,强化了热质传递过程,更有利于进行气化反应和延长 耐火砖的使用寿命。中试装置运行结果表明,主要技术指标全面超过 Texaco 水 煤浆气化水平。比 Texaco 气化炉节煤-7%,节氧-7%,有效气成分提高—2 个百 分点,碳转化率提高 2-3 个百分点。专家鉴定认为: “本项目填补国内空白,是 我国具有自主知识产权,能与国际先进技术竞争的煤气化技术的里程碑。技术 指标显示本项目在水煤浆气化领域达到国际领先水平。 ”该项目荣获国家科技 部、财政部、国家计委、国家经贸委组织的“九五”国家重点科技攻关优秀科 技成果奖,为我国自主知识产权的水煤浆气化技术工业化奠定了扎实的技术基 础。 由此可见,经过十多年的生产实践和研究开发,在水煤浆气化技术方面, 中国已经建立了试验研究、中间试验、工业化生产等科研与应用基地;形成了 一支具有研究开发能力、工程设计与生产实践经验的科技骨干队伍;取得了可 喜的技术进步与科技创新成果。我们相信,这些成果必将为中国传统产业的改 造提升和清洁能源的发展应用提供可靠的技术支撑,同时也将进一步带动洁净 煤技术领域相关技术的进步与发展。 4


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