多喷嘴对置式水煤浆气化技术的产业化应用和对引进煤气化技术的剖析

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1、多喷嘴对置式水煤浆气化技术的产业化应用和对引进煤气化技术的剖析于广锁1，周志杰1，刘海峰1，王亦飞1，王辅臣1，龚欣1，于遵宏1，孙卓庆2，杨树青2，祝庆瑞2，朱敏2，孙永奎2（1.华东理工大学，上海；兖矿国泰化工有限公司，山东滕州）2006-01-11[摘 要]阐述了多喷嘴对置式水煤浆气化技术的工艺特点，介绍了该技术产业化应用于兖矿国泰化工有限公司、山东华鲁恒升化工股份有限公司的运行状况。并剖析了引进煤气化技术的特点和存在的问题。随着多喷嘴对置式水煤浆气化技术实现产业化，将扭转我国煤气化技术长期依赖进口的局面。[关键词

2、]煤气化；水煤浆；多喷嘴对置式；气流床    煤炭气化，即在一定温度、压力条件下利用气化剂(O2、H2O或CO2)与煤炭反应生成洁净合成气(CO、H2的混合物)，是对煤炭进行化学加工的一个重要方法，是实现煤炭洁净利用的关键。气流床煤气化技术代表着发展趋势，是现在最清洁的煤利用技术之一，主要包括：以水煤浆为原料的多喷嘴对置式水煤浆气化技术、GE(Texaco)气化技术、GlobalE-Gas气化技术，以干粉煤为原料的Shell气化技术、Prenflo气化技术、GSP气化技术。   煤气化技术是发展煤基化学品(氨、甲醇、二甲

3、醚等)、煤基液体燃料、先进的IGCC发电、多联产系统、制氢、燃料电池等过程工业的基础，是这些行业的共性技术、关键技术和龙头技术。据专家估计，我国“十一五”末期年气化用煤估计约1×108t。以煤间接液化为例，规模为5Mt/a的生产装置，气化用煤在22~25Mt/a。国内在建的甲醇装置、合成氨装置、煤制油装置和处于筹建中的煤制烯烃装置、煤制油装置、甲醇装置等，已展现了对煤气化技术的强劲需求。   “九五”期间华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂、中国天辰化学工程公司承担了国家重点科技攻关课题“新型(多喷嘴对置)水煤浆气化炉开发”，进

4、行了多喷嘴对置式水煤浆气化炉的中试研究。有关部门组织的鉴定和验收认为“填补了国内空白”和“国际领先”。“十五”期间多喷嘴对置式水煤浆气化技术已进入商业示范阶段。“新型水煤浆气化技术”已获“十五”国家高技术研究发展计划(863计划)立项，由兖矿集团有限公司、华东理工大学承担，在兖矿国泰化工有限公司建设多喷嘴对置式水煤浆气化炉及配套工程，进行多喷嘴对置式水煤浆气化技术的工业示范。在国家发改委的支持下，山东华鲁恒升化工股份有限公司大氮肥国产化工程建设一台多喷嘴对置式水煤浆气化炉(6.5MPa，日处理煤750t)。现两套多喷嘴对

5、置式水煤浆气化工业示范装置均已进入正常工业运行。1多喷嘴对置式水煤浆气化过程及特点   水煤浆气化压力为3.0~6.5MPa，温度约1300℃。在此高温下化学反应速率相对较快，而气化过程速率为传递过程控制。为此，采取的技术对策是：通过喷嘴配置、优化炉型结构及尺寸，在炉内形成撞击流，以强化混合(热质传递)过程并形成合理的流场结构，从而达到良好的工艺与工程效果：有效气成分高、碳转化率高、耐火砖寿命长。1.1气化过程及技术特点   具有自主知识产权的多喷嘴对置式水煤浆气化示范装置的技术特点是：多喷嘴对置的水煤浆气流床气化炉及复

6、合床煤气洗涤冷却设备；分级净化的煤气初步净化工艺；蒸发分离直接换热式含渣水处理及热回收工艺。图1多喷嘴对置式水煤浆气化技术工艺流程1—磨煤机；2—煤浆槽；3—多喷嘴对置式气化炉；4—锁斗；5—水洗塔；6—蒸发热水塔；7—真空闪蒸器；8—澄清槽；9—灰水槽   (1)多喷嘴对置式气化及煤气初步净化   煤浆经隔膜泵加压，通过四个对称布置在气化炉气化室中上部同一水平面的工艺喷嘴，与氧气一起对喷进入气化炉。对置气化炉的流场结构由射流区、撞击区、撞击流股、回流区、折返流区和管流区组成。   煤浆颗粒在气化炉内的气化过程经历以下步

7、骤：颗粒的湍流弥散、颗粒的振荡运动、颗粒的对流加热、颗粒的辐射加热、煤浆蒸发与颗粒中挥发分的析出、挥发产物的气相反应、煤焦的多相反应、灰渣的形成等。   气化反应是串并联反应同时存在的极为复杂的反应体系，可分为一次反应与二次反应：   ①一次反应区(燃烧区)   进入该区的反应物有工艺氧、煤浆以及回流流股和折返流流股中CO、H2等。水煤浆入炉后，首先进行雾化，同时接受来自火焰、炉内壁、高温气体、固体物等的辐射热，以及回流流股及折返流流股的热量。煤浆瞬间蒸发，煤粉发生热裂解并释放出挥发分。裂解产物、挥发分及其他易燃组分在高

8、温、高氧浓度下迅速完全燃烧，放出大量热。这个过程耗时相当短，主要发生在射流区与撞击区中，其结束的标志是氧消耗殆尽。   ②二次反应区   进入二次反应区的组分有煤焦、CO2、CH4、H2O以及CO、H2等组分。这里主要进行的是煤焦、CH4等与H2O、CO2发生的气化反应，生成CO和H2。这是有效气的重要来源。二次反应