新型水煤漿氣化技術(shù)

3/3新型水煤漿氣化技術(shù)新型水煤漿氣化技術(shù)

“新型水煤漿氣化技術(shù)”是基于國家“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)課題“新型(多噴嘴對置)水煤漿氣化爐中試研究”的基礎(chǔ)上，“十五”期間，兗礦集團(tuán)有限公司、華東理工大學(xué)共同承擔(dān)的國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)重大課題，于2006年1月完成了多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化研究，形成的具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的新型煤氣化技術(shù)。

（一）應(yīng)用領(lǐng)域

我國煤炭資源極其豐富，以煤為原料生產(chǎn)油品、烯烴、甲醇、二甲醚等大宗化學(xué)品在國內(nèi)掀起熱潮。其中最為關(guān)鍵和重要的是將煤炭潔凈、高效地轉(zhuǎn)化為合成氣(CO+H2)，即煤的氣化技術(shù)。煤氣化技術(shù)關(guān)系著國計(jì)民生，關(guān)系著我國的能源安全。我國氣化技術(shù)多年來一直依賴引進(jìn)，沒有自己的煤氣化技術(shù)。本成果開發(fā)成功的具有完全自主產(chǎn)權(quán)的、國際首創(chuàng)的多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)，在水煤漿氣化領(lǐng)域居于國際領(lǐng)先水平，建設(shè)的工業(yè)示范裝置成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，使我國第一次擁有了自己的大型化煤氣化技術(shù)，在我國煤氣化史上具有里程碑意義。這標(biāo)志著我國已擁有了完全自主知識產(chǎn)權(quán)的煤氣化技術(shù)，完全具備了與國外氣化技術(shù)競爭的實(shí)力，從此告別了長期依賴進(jìn)口、受制于人的時(shí)代。

本成果作為產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，應(yīng)用于以水煤漿為原料制備合成氣和燃

料氣，是發(fā)展煤基化學(xué)品(如甲醇、氨、二甲醚等)、煤基液體燃料、先進(jìn)的IGCC發(fā)電、多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、制氫、燃料電池等過程工業(yè)的基礎(chǔ)，是這些行業(yè)的共性技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)和龍頭技術(shù)。

本成果屬完全自主創(chuàng)新的技術(shù)，整套技術(shù)均具有知識產(chǎn)權(quán)。創(chuàng)造性包括：多噴嘴對置式氣流床氣化爐；交叉流式洗滌水分布器；復(fù)合床高溫合成氣冷卻洗滌設(shè)備；預(yù)膜式長壽命高效氣化噴嘴；高效、節(jié)能型合成氣初步凈化系統(tǒng)；直接換熱式含渣水處理系統(tǒng)；并已獲得一系列專利。

（二）技術(shù)原理

3.1多噴嘴對置式水煤漿氣化關(guān)鍵技術(shù)

水煤漿氣化壓力～4.0MPa，溫度～1350℃。在此高溫下化學(xué)反應(yīng)速率相對較快，氣化過程由～900℃的化學(xué)反應(yīng)控制、～1100℃的化學(xué)反應(yīng)與傳遞共同控制(900～1100℃為固定床、流化床的通常溫度范圍)躍升為傳遞控制，氣化過程速率為傳遞過程控制。本成果采用受限射流條件下多噴嘴對置形成撞擊流，并優(yōu)化爐型結(jié)構(gòu)及尺寸，旨在加強(qiáng)混合，強(qiáng)化熱質(zhì)傳遞。撞擊流氣化爐流場結(jié)構(gòu)由射流區(qū)、撞擊區(qū)、撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)和管流區(qū)組成，其流場結(jié)構(gòu)及混合尺度、停留時(shí)間分布、濃度分布比較理想，為煤氣化反應(yīng)創(chuàng)造有利條件。

IIII

AAVI

IIIII

V

IV

AA

四噴嘴對置撞擊流氣化爐流場結(jié)構(gòu)

3.2多噴嘴對置式水煤漿氣化工藝原理

多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)工藝原理簡圖

(1)多噴嘴對置式水煤漿氣化工序

水煤漿通過四個(gè)對稱布置在氣化爐中上部同一水平面的預(yù)膜式

噴嘴，與氧氣一起對噴進(jìn)入氣化爐，在爐內(nèi)形成撞擊流，強(qiáng)化熱質(zhì)傳遞，完成霧化和氣化反應(yīng)過程。工業(yè)裝置運(yùn)行已證實(shí)工藝技術(shù)指標(biāo)先

進(jìn)。

(2)合成氣初步凈化工序

本成果采用“分級”的概念，混合器、分離器、水洗塔三單元組合，即先“粗分”再“精分”，屬高效、節(jié)能型。混合器后設(shè)置分離器，除去80~90%的細(xì)灰，使進(jìn)入水洗塔的合成氣較為潔凈；加入水洗塔的洗滌水比加入混合器的潤濕洗滌水更清潔，保證洗滌效果。工業(yè)裝置運(yùn)行已表明具有良好的洗滌效果。

3.3成果的先進(jìn)性

2005年1月8日，中國石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)在北京組織召開了“多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)”科技成果鑒定會(huì)，形成如下主要鑒定意見：

⑴通過理論與實(shí)踐緊密相結(jié)合，開發(fā)了國際首創(chuàng)、具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的大型化多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)，該技術(shù)在多噴嘴對置式氣流床氣化爐、交叉流式洗滌水分布器、復(fù)合床高溫合成氣冷卻洗滌設(shè)備、預(yù)膜式高效氣化噴嘴、高效節(jié)能型合成氣初步凈化系統(tǒng)、直接換熱式含渣水處理系統(tǒng)等設(shè)備及工藝方面均具有創(chuàng)新性，獲得了多項(xiàng)國家專利。

⑵建立了日處理煤1150噸的煤氣化工業(yè)裝置，72小時(shí)連續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)行考核表明：工藝上合理、科學(xué)；工程上安全、可靠，并具有良

好的運(yùn)行性能；技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，比氧耗309Nm3O2/1000Nm3(CO+H2)，比煤耗535kg煤/1000Nm3(CO+H2)，合成氣有效成分(CO+H2)84.9%，碳轉(zhuǎn)化率98.8%。與采用國外水煤漿氣化技術(shù)的兗礦魯南化肥廠同期運(yùn)行結(jié)果相比，合成氣中有效氣成分提高2～3個(gè)百分點(diǎn)，碳轉(zhuǎn)化率提高2～3個(gè)百分點(diǎn)，比氧耗降低7.9%，比煤耗降低2.2%，處于水煤漿氣化技術(shù)的國際領(lǐng)先水平。

⑶該技術(shù)與國外水煤漿氣化技術(shù)相比，既降低了原料煤和氧氣的消耗，又大大減少了專利實(shí)施許可費(fèi)，同時(shí)具有良好的環(huán)保性能。該技術(shù)的開發(fā)成功打破了國外公司在大型煤氣化技術(shù)上的壟斷，實(shí)現(xiàn)了我國大型煤氣化技術(shù)零的突破，為推動(dòng)我國煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整提供了技術(shù)支撐，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益顯著。

（三）應(yīng)用效果

4.1兗礦國泰化工有限公司的甲醇裝置

兩臺日處理1150噸煤的多噴嘴對置式水煤漿氣化裝置，相對于引進(jìn)國外技術(shù)，節(jié)約專利實(shí)施許可費(fèi)、軟件包費(fèi)及技術(shù)服務(wù)

費(fèi)等6000余萬元。

一臺氣化爐配套年產(chǎn)24萬噸甲醇，每噸甲醇利潤以600元計(jì)，年經(jīng)濟(jì)效益約1.44億元；氣化裝置節(jié)煤2.2%、節(jié)氧7.9%，每噸煤價(jià)格以350元計(jì)，每標(biāo)準(zhǔn)立方米氧氣成本以0.6元計(jì)，年節(jié)氧、節(jié)煤約1200萬元；即，年總經(jīng)濟(jì)效益約1.56億元。

4.2規(guī)模為100萬噸/年的煤間接液化生產(chǎn)裝置

●采用本氣化技術(shù)，與引進(jìn)氣化技術(shù)相比，至少節(jié)約專利實(shí)施許

可費(fèi)2億元。

●采用本氣化技術(shù)，氣化裝置按節(jié)煤2.2%、節(jié)氧7.9%計(jì)，年節(jié)

煤、節(jié)氧3億元。

●已迫使引進(jìn)技術(shù)大幅度降低了專利實(shí)施許可費(fèi)。國外氣化技術(shù)

專利實(shí)施許可費(fèi)的單價(jià)(許可費(fèi)總額為單價(jià)乘以一天的合成氣產(chǎn)量)已從2~4美元/Nm3合成氣降至約1.31美元/Nm3合成氣。即使采用引進(jìn)氣化技術(shù)，與以前相比至少節(jié)約專利實(shí)施許可費(fèi)1.5億元。

4.3我國近期引進(jìn)的水煤漿氣化裝置規(guī)模共計(jì)約18000噸煤/天，

考慮到本成果迫使引進(jìn)水煤漿氣化技術(shù)專利實(shí)施許可費(fèi)用降低20%以上，節(jié)省的費(fèi)用約2億元。

4.4據(jù)估計(jì)，我國“十一五”末期年氣化用煤約1億噸。如果新增氣

化用煤的50%運(yùn)用本氣化技術(shù)替代引進(jìn)技術(shù)，則至少節(jié)約專利許可費(fèi)10多億元。

（四）推廣前景

多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)產(chǎn)業(yè)化成功標(biāo)志著我國已經(jīng)擁有了完全自主知識產(chǎn)權(quán)的煤氣化技術(shù)，在我國煤氣化史上具有里程碑意義。該氣化技術(shù)打破了國外公司在大型煤氣化技術(shù)上的壟斷，完全具

備了與國外氣化技術(shù)競爭的實(shí)力，從此告別了長期依賴進(jìn)口、受制于人的時(shí)代。

多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)具有良好的環(huán)保性能。生成的灰渣經(jīng)高溫熔融，不含有毒有害物質(zhì)，故不污染環(huán)境。含渣水經(jīng)能量回收、初步凈化后，大部分循環(huán)使用。少量排放的廢水沒有揮發(fā)性有機(jī)物，微量金屬的濃度也很低，經(jīng)生化處理即可達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。合成氣中硫以H2S形式存在于合成氣中，經(jīng)下游工序處理達(dá)到ppm級，煤中硫轉(zhuǎn)化為元素硫。新型水煤漿氣化爐提高了碳轉(zhuǎn)化率，將有效地降低煤炭的使用量。多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)將保護(hù)環(huán)境中傳統(tǒng)的“末端治理”轉(zhuǎn)化為清潔生產(chǎn)，趨于零排放，屬于環(huán)境友好的綠色技術(shù)，可謂大型、高效、超潔凈，將傳統(tǒng)的煤利用技術(shù)提高到一個(gè)嶄新的水平，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一條重要途徑。

作為技術(shù)途徑之一，多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)為