新型煤气化技术在石化行业的应用前景

第29卷第3期石油化工技术与经济2013年6月Technology & Economics in Petrochemicals●57●国内外行业发展动态新型煤气化技术在石化行业的应用前景汪家铭.(川化集团有限责任公司,成都610301 )摘要:水煤浆水冷壁气化技术是在非熔渣-熔渣分级气化技术基础上进行的技术改进和创新开发的具有自主知识产权的新型煤气化技术。介绍了水煤浆水冷壁气化技术的技术概况、优势特点、工业装置运行情况及目前该技术在石化行业的产业化推广应用的前景。认为该技术已日臻成熟和完善，多项性能和指标足以代表当今国际先进水平,并从传统的煤化工领城开始进入石化领域,为我国丰富的煤炭资源洁净化开发利用开辟了-条创新之路。关键词:煤气化水煤浆水冷壁技术应用文章编号: 1674 - 1099 (2013)03 -0057 -05中图分类号:TQ534.4文献标识码: A我国是一一个煤炭资源丰富的国家,也是世界壁气化技术) ,并在山西阳煤丰喜肥业(集团)有上最大的煤化工生产国家。煤化I行业的关键技限责任公司临猗分公司建成水煤浆水冷壁气化炉术之- -是煤气化技术,即将煤炭洁净、高效地转化投入实际应用获得成功。为由一氧化碳和氢构成的合成气体的技术。该技术是煤炭加工转化成化工产品、煤变油等工业的1水煤浆水冷壁 气化技术基础性技术,也是以煤炭为原料的诸多行业的关1.1工艺流程 .键技术。而煤气化技术的核心便是气化炉,气化山西阳煤丰喜肥业(集团)有限责任公司临炉水平的高低是直接制约煤化工企业经济效益与猗分公司水煤浆水冷壁气化炉与水煤浆耐火砖气安全环保问题的关键性硬件因素"。同时,先进化炉的最大区别在于将炉体的耐火砖改为水冷的煤气化技术对于我国减轻燃煤造成的环境污壁。 整个系统由煤浆槽搅拌器气化炉、破渣机、染,降低我国对进口石油的依赖具有重大意义。高压煤浆泵锁斗循环泵、锅炉水循环泵汽包、工目前石化行业较为流行的粉煤气化技术主要艺烧嘴、氧气放空消音器等组成,工程总投资有两大类别,即水煤浆耐火砖技术与干粉水冷壁7 000余万元,设计单位是西安华陆工程科技有技术,综合分析各项指标表明,上述两种粉煤气化限责任公司(原化工部第六设计院) ,其中气化炉技术都有不尽完美之处。水煤浆水冷壁气化技术由西安核工业公司制造,水冷壁及汽包由太原锅充分发挥了水煤浆耐火砖技术和干粉水冷壁技术炉厂 设计制造,锅炉水系统泵由中国航天科技集的全部优点,同时有效克服了不足之处,既有水煤团公司第六研究院第+- -研究所制造。水煤浆水浆进料的稳定性优势又有水冷壁气化炉煤种适应冷壁气化装置中,水煤浆和氧气分别由气化烧嘴性好的特点,使其技术性能达到了近乎完美的程中间环隙通道和烧嘴外侧环隙进人气化炉,随后度[2。煤化工行业核心技术及相关装备长期以收稿日期:2013 -01 -03。来一直被国外巨头所垄断,但在水煤浆水冷壁气作者简介:汪家铭,男,1949年出生，工程师,1985年毕业于化技术方面这些国外大公司还始终未曾获得成四川广播电视大学机械专业，曾从事大型引进化肥装置设备功。山西阳煤丰喜肥业(集团)有限责任公司与管理和维修工作1002年斤且盲化科姑蜘刊编辑及化工情清华大学、北京达立科科技有限公司历经3年成报信息工作中国煤化工化工科技论文功开发了水煤浆加压气化技术[B1) (即水煤浆水冷240余篇。YHCNMHG.石油化工技术与经济第29卷第3期●58.Technology & Economics in Petrochemicals2013年6月- -起在温度1100~1 400 C、压力4 MPa下的气气化炉。冷却水从入口管经激冷环进入下降管,化炉内进行气化反应,生成主要成分为CO、H2、沿管内壁向下流动,并经出水管口排出气化炉激CO2、H20的高温有效气体,并经下降管进入激冷冷段。炉渣经排渣口排出气化炉4]。水煤浆水段。在激冷段,高温气体在冷却水液面下离开下冷壁气化炉工艺流程见图1,主要技术指标见降管,被冷却至110~280C后通过出气管口排出表1搅拌器.氧气原料煤浆一煤浆槽.高压煤浆泵气化烧嘴气化炉反应段↓冷却水一+入水管口气化炉激冷环下降管有效气体◆气化炉出气口←气化炉激冷段出水管口冷却水排渣口.十炉渣.图1水煤浆水冷壁 气化炉工艺流程表1水煤浆水冷壁 气化炉主要技术指标运行,配套合成氨生产能力为150 kt/a。至2012指标名称数值年1月气化炉计划停车检修,连续运行时间140 d,外形尺寸气化炉直径/mm2 800创造了世界上工业装置原始开车的一个奇迹[5] ,也气化炉高度/m16.3创造了水煤浆气化炉连续运行的世界纪录。水煤水冷壁高度/m7.浆水冷壁气化技术与传统德士古气化技术流程相操作参数日投煤量/175似,但有许多改进之处,其最主要的是将耐火砖改碳转化率,%≥98为水冷壁。水冷壁结构采用热能工程领域成熟的渣中可燃物,%≤悬挂垂直管及本质安全的自然循环设计，既保持运行条件气化温度/C1 700了水循环的安全性又避免了复杂的热膨胀处理问气化压力/MPa4.0有效气体(CO+H2) ,%≥80题，使气化系统能够实现长周期运行。水煤浆水1 000 m' (CO + H2 )耗氧量/m3≤390冷壁气化炉的主要技术特点如下:1 000 m' (CO + H2 )耗煤量/kg≤550(1)系统运转率高。水煤浆气化工艺成熟，气化单元消耗综合能/(GJ.川)33. 034水冷壁挂渣稳定,不需要设置备炉。用水煤浆进煤(干基)/(kg.门)1 333料稳定可靠,避免了粉煤进料不稳定、易燃、易爆、电/(kW●h.))78易磨损、泄漏等难题。装置运行连续稳定,特殊设脱盐水/(.t1)0.34计的工艺烧嘴冷却系统有效延长了烧嘴的使用寿新鲜水/(t.1)0.75命,大大简化了气化系统设计,一次连续运行周期循环水/(t.一)9(可以保证120d以上,每年不再因为换砖而停炉副产气体0.5 MPa高闪气/10.54检修,单炉年运行时间可达到8 000 h。4.5 MPa蒸汽/10. 024(2)启动速度快。水煤浆投料点火采用“火1.3 工艺特点和优势点火"技术,这不同于耐火砖结构气化炉采用的山西阳煤丰喜肥业集团临猗分公司新建水煤“蓄热点火”技术,由干估占ψ升泪过程简化,点浆水冷壁气化炉项目由2009年初开始建设,历经火、投料程序中国煤化工更换的劳动2 a多时间,于2011年8月投料成功并连续稳定强度,可以大MH| CNMH&。水煤浆.第3期(2013)汪家铭.新型煤气化技术在石化行业的应用前景●59●投料点火采用特殊设计的点火技术,气化炉从冷进人大规模产业化推广阶段,目前全国石化行业态到满负荷仅需3 h,启动燃料消耗少。已有8家企业16台水冷璧气化炉在建,国内水煤(3)煤种适应性强。多喷嘴和德士古气化浆水冷壁气化技术推广应用情况见表2。炉要求煤炭灰熔点不超过1 350 C ,水煤浆水表2国内水煤浆水冷壁气化技术推广应用情况冷壁气化炉气化温度不受耐火材料限制,可达1 700 C或更高,目前试烧的煤炭的灰熔点达企业名称原料煤.气化炉气化压工程直径/mm力/MPa进展到1 450 C,气化反应速度快,碳转化率高,煤山西阳煤丰喜肥业(集烟煤2 800.0已投产种适用性相对较宽,能够使用高灰分、高灰熔团)临猗分公司运行点、高硫的煤,易于实现原料煤本地化。但若.新疆克拉玛依石化工业烟煤.0 正在建设长期使用高灰熔点煤,经济性将会较差。园区气化岛工程(4)维修费用少。由于取消了耐火砖,采用江苏华昌化工股份有限混煤3 2006.5 正在建设水冷壁保护,彻底摆脱气化炉耐火砖磨损后的更公司换问题,无需定期停车换砖,既减少了耐火砖采购河北石家庄盈鼎气体有烟煤3 200和筑炉费用,也避免了因更换耐火砖而造成的长限公司达2个月停炉时间,提高了气化炉年度运转时间。山东昌邑滨海(下营)经烟煤2 8004.2 正在建设济开发区另外,水冷壁气化炉的钢壳温度比热壁炉要低50山东金诚化工科技有限烟煤2 6006.5正在建设~100C,可使用较为廉价的15CrMoR型钢材代替SA387型钢材,使水冷壁气化炉的整体造价基本等同于耐火砖气化炉,可以同时达到节省费用、2012年3月北京盈德清大科技公司与北大荒股份公司浩良河化肥分公司(简称:浩化公司)创造效益以及长周期运行的效果。正式签署了《黑龙江北大荒农业股份有限公司浩良河化肥分公司德士古水煤浆气化炉改造技术协2水煤浆水冷壁气化技术的推广 ~应用近年来我国氮肥、甲醇和新型煤化工领域取议》。浩化公司现使用气化炉为2004年7肝始得了一大批重大技术突破,其中最关键的核心技运行的德士古水煤浆耐火砖炉。为改变耐火砖炉术是煤气化技术，在水煤浆气化工艺上除了引进维修、运行费用较高,气化装置年运作周期受限等GE技术外,国内华东理工大学和兖矿集团有限公不利状况,浩化公司经过大量细致的技术调研和司共同开发的大型多喷嘴对置式水煤浆气化技论证,委托盈德清大公司对其在用气化炉进行改术,清华大学、山西阳煤丰喜肥业(集团)股份有限公司和北京盈德清大科技有限责任公司三方合2012年4月初,北京盈德清大科技公司与江作开发推广的水冷璧水煤浆气化炉等自主研发技苏华昌化工股份有限公司在江苏省张家港市金港术目前已经具备了全面推广的条件,正进人大规镇保税区正式签署了《原料结构调整技术改造项模产业化推广阶段。目》技术转让合同。合同明确由北京盈德清大科2011年9月,为促进水煤浆水冷壁气化炉及技有限公司向江苏华昌化工股份有限公司转让水气化技术的完善与发展,清华大学北京达立科科煤浆水冷壁技术，为项目提供330 kV/a 合成氨及技有限公司、山西阳煤丰喜肥业(集团)有限责任2.0x 10* m'/a氢气气化装置工艺设计软件包及公司在山西运城签署清华炉成果共享与研发合作相关技术服务。项目气化装置选用日投混煤为协议书。三方共同约定,水煤浆水冷壁气化炉及2 kt,工作压力6.5 MPa、炉径3 200 mm的水煤气化技术的推广、转让等事宜由北京盈德清大科浆水冷壁气化炉。这些技术转让充分展示了水技公司独家经营,以期实现第二代水煤浆水冷壁煤浆水冷壁气化技术的先进性、可靠性和竞争实“清华炉”产业化。力,标志着具有我国自主知识产权的水煤浆水冷作为针对中国煤种和企业实际情况开发,具壁气化技术在煤气化领域推广应用再- - 次取得了有中国特色的新型煤气化技术,新型水煤浆水冷成功。中国煤化工壁煤气化技术已经具备了全面推广的条件,正在2012年YHCNMH G科技公司、东.石油化工技术与经济第29卷第3期●60.Technology & Economics in Petrochemicals2013年6月华工程科技股份公司、贵州鑫晟煤化工公司、哈尔3前景展望滨锅炉厂、山西阳煤丰喜化工设备公司、北京航天目前水煤浆水冷壁气化技术不仅在传统的煤石化技术装备工程公司、洛阳海特耐火材料公司化工行业显示了良好的应用前景,而且已经开始等7家企业签署合作意向书,计划在半年内,依托进人石化行业。受越来越严重的大气环境污染的贵州鑫晟煤化工公司多元料浆气化炉改造为水煤影响,油品质量问题越来越得到重视。国务院在浆水冷壁气化炉项目,完成全球新型煤气化炉的2013年2月决定加快油品质量升级,并明确了我首例改造。贵州鑫晟煤化工公司的煤气化工程原国油品质量升级的时间表,要求加快国内炼油企采用多元料浆气化工艺,甲醇产能300 kV/a, 于业升级改造,确保按照汽、柴油标准升级实施时间2010年12月投产。由于多元料浆气化炉与煤种如期供应合格油品。由于我国炼油企业加工的的匹配性问题,该工程原料煤- -直使用云南产的原油中硫的质量分数-般都较高,在汽油、航煤炭,运输成本非常高。水煤浆水冷壁气化炉试烧煤溶剂油等炼制过程中,炼油企业普遍采用加的煤种灰熔点可达1 500 C以上,能够使用当地煤氢工艺进行深度脱硫脱杂质处理,因此需要耗实现高温连续生产,可以满足贵州鑫晟煤化工公司用大量的氢气,如中国石化岳阳长炼炼油厂耗实现原料煤本地化的目的。目前贵州鑫晟煤化工氢量达58 000 m'/h,除了极少量用于聚丙烯等公司共有3台多元料浆煤气化炉,如果3台气化小化工用氢外,其余大部分氢气全部用于石油炉全部改造完成,甲醇产能将达到1.2 MU/a,该企炼制。业将发展成为贵州乃至西南地区最大的甲醇生产目前主要的制氢方法是天然气、液态烃、石脑基地，并继续发展烯烃产品,实现高端转型。油制氢和水电解制氢。受资源和技术条件的限2012年12月,北京盈德清大科技公司与山制,在太阳能、风能、地热能和可再生能源实现大东金诚化工科技有限公司正式签署了《MZRCC及规模商业应用之前,煤制氢在经济上具有一定的其配套项目》专利实施许可合同。根据此次签署优势。煤炭是我国矿藏分布最广、资源比较丰富的项目实施许可合同,北京盈德清大科技有限公的一种能源,由于石油和天然气资源量的不足,因司将向山东金诚化工科技有限公司许可使用水煤此我国在较长的时间内以煤炭为主的能源结构不浆水冷壁清华炉技术,为项目提供60 000 m'/h会改变。采用新型煤气化技术制氢可以降低装置(CO +H2 )气化装置工艺设计软件包及相关技术投资和制氢成本,可以更经济、更环保、更安全地,服务。项目气化装置选用日投煤为1 kt,工作压为石化企业提供低成本高品质的氢气,满足炼油力6.5MPa、炉径2600mm的水煤浆水冷壁气化厂日益增加的氢气需求,在我国具有十分广阔的发展前景。2013年1月,北京盈德清大科技公司与中盐随着今后国家实施更严格的油品标准和社会德邦(江苏)化工有限公司在江苏省连云港市进对环保问题的更加关注,在当前原油价格高,利用行兴华科技搬迁改造项目设计暨清华炉技术转让天然气液态烃、石脑油生产氢气面临着资源紧缺合同签字仪式。中盐德邦正全力以赴组织实施兴和成本压力的情况下,水煤浆水冷壁煤气化技术华科技搬迁工作项目(徐圩新区项目)建设。项在石化行业制氢方面的竞争实力将会得到充分显目计划总投资36亿元。项目规划建设350 kt/a现。这对于石化行业实现低碳环保、节能减排目合成氨40000 m'/a空分、600 kUa联碱、300 kt/a标,具有重大的现实意义,正面临着前所未有的发尿素、500 kt/a高效复合肥生产装置,计划2014年展机遇。底建设完成。本次煤气化技术转让合同由北京盈德清大科技有限公司许可中盐德邦(江苏)化工4结束语有限公司使用水煤浆水冷壁煤气化技术,为项目水煤浆水冷壁气化技术作为-种新型煤气化提供110 000 m'/h(CO + H2)气化装置工艺设计技术的成功开发,为以煤为原料制大型化工、石软件包及相关技术服务。项目气化装置选用日投化、液体燃料、城市燃气及多联产领域提供了技术煤为1.1 kt,工作压力6.5 MPa、炉径2 800 mm的支撑。水煤浆|YH中国煤化工计建设、水煤浆水冷壁气化炉。开车和运行就cNMHCx握和提高第3期(2013)汪家铭.新型煤气化技术在石化行业的应用前景.61 .的过程,“十二五”期间,国内在建的煤制气、煤制-个高水 平、低成本的煤气化技术选择。氢、煤制油、煤制烯烃装置及煤发电等,都将对新参考文献型水煤浆气化技术产业化推广有强劲需求。到[1]陈俊蜂. 煤气化技术的发展现状及研究进展[].广州化工,2012 ,40(5):31 -33.2020年,我国煤化工、石化、化肥等行业对煤气化[2]王洪营 ,杨悦敬，杨国栋,等具有自主知识产权的三种煤气炉的需求量将达2250套,从而成为世界上最大化技术对比[J].河南化工,2012(29):26 -29.的煤气化炉市场。未来几年,水煤浆水冷壁气化[3]李宁波, 王胜学,郭理阳.世界首台水煤浆水冷壁气化炉研技术等先进的气化技术正处于产业化关键阶段,发成功[ N].山西日报,011.9.3.有望成为行业发展的未来,为解决我国的能源战[4] 李战学,韩喜民,孟令兵,等.水煤浆水冷壁气化技术综述[J].中氮肥,2012(2):7-10.略安全和生态环境净化做出贡献,也为国内数量[5]金兰. 世界水煤浆水冷壁气化技术“第- -炉" 落子煤都山众多的石化企业的产业升级与技术改造,提供了西[N].香港文汇报,2012.3.12.The Application Prospect of New Type Coal GasificationTechnology in Petrochemical IndustryWang Jjiaming( Sichuan Chemical Works Group Lid. , Chengdu ,610301 )ABSTRACTThe water - coal slurry cold wall gasification technology is a kind of new type coal gasification technologythrough technological improvement and innovation on the basis of non slag - slag staged gasificationtechnology. The general situation ，superior characteristics , and operation situation in industrial plants of thetechnology ,as well as its prospect of commercial application in petrochemical industry were introduced. Thispaper holds that the technology is becoming mature and perfect , and several property indexes can representworld advanced level at present. It is entering into petrochemical industry from traditional coal chemicalindustry , which breaks an innovative path for clean development and utilization of the rich coal resource inChina.Keywords :coal gasification, water - coal slurry cold wall , technology , application福建建设世界最大的己内酰胺- -体化生产基地福建申远新材料有限公司与连江县政府在球所有己内酰胺工艺中最低。帝斯曼同时为新工2013年5月18日福州举办第十五届海峡两岸经厂提供工程设计、采购、试车、开车、运行和维护等贸交易会上正式签署了总投资高达400亿人民币全方位的服务支持。1 MUa己内酰胺项目位于的项目投资协议。福建省连江可门经济开发区,一期工程总投资为该项目将采用荷兰皇家帝斯曼公司的HPO150亿元,固定资产投资100亿元,建设包括两条plus工艺，建设1MVa己内酰胺项目,建成后将200 kV/a己内酰胺和400 kt/a 发烟硫酸生产线,成为世界最大的己内酰胺生产基地。申远新材料预计于2015- -2016 年建成投产。同时,申远还将日前已与荷兰皇家帝斯曼公司签署了一份己内酰通过新建生产设施或外部采购的方式，布局包括胺技术许可协议。根据这一长期协议,帝斯曼将配套环己酮、煤制氢气和合成氨等原材料生产、厂提供其最先进的HPO plus(磷酸羟胺肟)技术,该内外基础设施和公用工程在内的已内酰胺- -体化工艺技术可靠成熟，,在产品质量物耗、能耗、三废生产基地。中国煤化工排放上达到世界一流水平,副产硫酸铵在目前全MHCN MH G家铭)