水煤浆水冷壁气化技术产业化进展与前景

2012年第33卷第4期氮肥技术水煤浆水冷壁气化技术产业化进展与前景汪家铭(川化集团有限责任公司四川成都610301)摘要简要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,目前该技术产业化推广的最新进展及其在国内的应用前景。关键词煤气化水煤浆水冷壁工程应用推广前景我国是一个多煤、缺油、少气的国家,开发提又联合北京航天11所、华陆工程设计院、太原锅高煤炭综合利用技术,是当前的一个重要任务,炉厂、西安核工业设备公司等各个领域多方专而煤气化技术是煤炭高效、洁净利用的核心技家,通过多年不断实践,开发出第一代水煤浆耐术。当前粉煤气化技术主要有水煤浆耐火砖炉气火砖气化炉,继而发展到第二代水煤浆水冷壁气化技术和干粉水冷壁炉气化技术两大类别,但综化炉。合分析各项指标表明,上述两种粉煤气化技术都2011-08-22,由山西阳煤丰喜肥业(集团)有有不尽完美之处。相对而言,水煤浆水冷壁炉气限责任公司临猗分公司与清华大学、北京达力科化技术则充分发挥出了水煤浆耐火砖炉气化技公司联手开发具有自主知识产权的水煤浆水冷术和干粉水冷壁炉气化技术的全部优点,同时还壁气化炉在山西阳煤丰喜肥业集团首次投料成有效克服了其不足之处,既有水煤浆气化炉进料功。技术开发的三方各有所长,在传统工业技术的稳定性优势又有水冷壁气化炉煤种适应性好的开发和应用方面都积累了大量经验,形成了在的特点,使其技术性能达到了近乎完美的程度。开发工业技术上的先天优势。水煤浆水冷壁气化技术概况炉的问世打破了国际煤气化技术传统路径标志煤气化技术,是指将煤炭洁净、高效地“变”着我国自主研发的水煤浆水冷壁气化技术跻身成由一氧化碳和氢构成的合成气体。该技术是煤世界先进行列,为大型煤化工企业的煤气化技术炭加工转化成化工产品、煤变油等工业的基础性提供了新的选型。技术,也是以煤炭为原料的诸多行业的关键技2优势特点术。国家“十二五”规划纲要明确提出,统筹国内非熔渣一熔渣分级气化技术从化学反应过外两种资源,在科学发展石油化工的同时,合理程上与现有气流床煤气化技术有本质区别,是具开发和利用好宝贵的煤炭资源,走高效率、低排有独立知识产权的新型专利技术。与传统气流床放、清洁加工转化利用的现代煤化工发展之路。煤气化技术的不同是非熔渣-熔渣分级气化技作为事关国计民生的重要领域,煤化工行业核心术通过氧气的分级加人,将煤的气化反应过程从技术及相关装备长期以来一直被国外巨头所垄3个阶段变为脱水分和挥发分、燃烧、气化、再燃断,但在水煤浆水冷壁气化技术方面这些大公司烧、再气化5个阶段。还始终未曾获得成功,作为我国自主知识产权的在非熔渣-熔渣分级气化技术基础上,第二水煤浆水冷壁气化技术打破了国际公司在该领代水煤浆水冷壁气化炉将炉体的耐火砖改为特域的垄断。殊的立式水冷壁,布水均匀,使水冷管线单通道2000年国内以清华大学为首的技术研发团长度缩短3倍以上,综合能耗达到世界先进水队开始对水煤浆水冷壁气化技术进行开发研究,平,既有水煤浆进料的稳定性优势又有水冷壁气经专利研究、数学建模、冷态试验、热态试验及工化炉煤种适应性好的优势。水煤浆水冷壁气化炉程化阶段,已经摸索出一条切实可行的模式和道采用本质安全的自然循环设计,既保证了水循环路。在实验成功的基础上,三结合的产学研团队的安全性又避免了复杂的热膨胀处理问题,在设18氮肥技术2012年第33卷计过程中攻克了许多技术难点,如炉膛上下结合所制造部的大法兰密封、水冷壁在炉膛内的定位、保护丰喜肥业集团水冷壁气化炉采用特殊的立环腔缝隙的密封等特殊设计,具有创新性和水煤式水冷壁,水冷璧产汽量仅2th,避免了因水冷壁浆气化技术的全部优势,克服了水煤浆耐火砖炉副产蒸汽量大而带来的不必要的热量损失。水冷气化技术煤种适应性窄,难于处理高灰熔点煤和壁气化炉彻底解决了现有水煤浆气化炉耐火砖单炉年运转率低的问题四磨损、不能长周期运转的问题,减少了每年更换水煤浆水冷壁气化炉采取水煤浆进料方式,耐火砖费用300万元,避免因更换炉砖而造成长气化压力不受原料输送系统影响,可根据后续工达两个月的停炉时间。同时,由于采用独特的组段要求进行更加合理的选择,压力可超过各种非合烧嘴,使系统的点火与投料程序一体化,便于水煤浆进料气化炉50%-100%。排渣设计采用倒输送,易于操作,更加安全快捷。水煤浆水冷壁气锥型排渣结构,解决了1400~1500℃下排渣通畅化炉主要技术指标见表1。问题,减少了熔融状态下渣对设备的磨蚀破坏。表1水煤浆水冷壁气化炉主要技术指标水冷壁产生蒸汽从气化炉吸取的热量与炉外壁指标名称数值温降为气化炉节约的热量平衡,热量转化为蒸气化炉直径/mm2800汽,不仅未多耗氧,还提高气化炉效率。气化炉不气化炉高度/m必每年更换锥底砖和定期更换全部耐火砖,不设水冷壁高度/m置备炉。单炉每年运转达800h以上,为煤气化日投煤量装置的“安稳长满优”运行创造了条件。气化温度/℃1700水煤浆水冷壁气化炉装置设备材料及制造气化压力MPa工艺100%国产化,与引进国外技术相比,节约专有效气(CO+H2)的体积分数/%利实施许可费、软件包费及技术服务费等投资1000m(CO+H2)耗氧量/m320%以上,相对于国内运行的其他加压煤气化技1000m(CO+H2)耗煤量/k≤550术,投资节约30%-50%。并且扩宽了煤种选择碳转化率‰%≥98性,解决高灰熔点煤的使用问题,降低原料成本渣中可燃物的质量分数‰能够消化“高灰分、高灰熔点、高硫”煤,可以采用吨氨气化单元综合能耗/GJ33.034灰熔点1600℃以下的各种原料煤。将制浆浓度吨氨气化单元耗煤(干基)kg1333提高到70%,以这种浆料作为气化原料,可明显提高气化效率,碳转化率高,易于实现气化煤本山西阳煤丰喜肥业集团临猗分公司新建水地化,节约运输成本,为洁净化开发利用丰富的煤浆水冷壁气化炉,由2009年初开始建设,2010三高”煤资源走出了一条创新之路引起了业内年6月设备安装,2011年6月系统安装完成,经的广泛关注。过2个月的系统调试,于2011-08-22T:11:1工程实例投料运转成功,并同时送气供给后系统生产合成山西阳煤丰喜临猗分公司水煤浆水冷壁气氨曰。中国石油和化学工业协会组织专家对该装化炉是山西阳煤丰喜集团与清华大学、北京达立置进行鉴定,专家组认为,该气化装置运行平稳科公司共同开发,通过自主创新,产、学、研相结自动化程度高安全可靠操控性能良好;技术指合,经过3年不懈努力实践和创新,共同开发的标先进,与采用不分级气化装置运行结果相比,水煤浆加压气化技术,其区别于水煤浆气化炉的合成气中有效气成分提高1~2个百分点,碳转化最大之处为将炉体的耐火砖改为水冷壁,水冷壁率、比氧耗、比煤耗均有所改善,整体处于水煤浆产生蒸汽从气化炉吸取的热量与炉外壁温降为气化技术的国际先进水平。气化炉节约的热量平衡。工程总投资9000余万截至2012-01-0T:08:30计划停车检修,该元,由西安华陆设计院进行设计,其中主要设备装置实现第一个运行周期安全、平稳运行140气化炉由西安核工业公司制造,水冷壁及汽包由天,这不仅创造了世界煤气化技术首次投料的新太原锅炉厂设计制造,锅炉水系统泵由航天十一水平,而且创造了水煤浆气化炉连续运行的世界第4期汪家铭:水煤浆水冷壁气化技术产业化进展与前景纪录。表2国内水煤浆水冷壁气化技术推广应用情况4推广进展企业名称原料气化炉气化压工程进展近年来我国氮肥、甲醇和新型煤化工领域取煤直径mm力MPa得了一大批重大技术突破,其中最关键的核心技山西丰喜肥业集团炽煤28040已投产运行公术是煤气化技术,在水煤浆气化工艺上除了引进GE技术外,国内华东理工大学和兖矿集团有限新疆克拉玛依石化工业烟煤280040正在建设园区气化岛工程公司共同开发的大型多喷嘴对置式水煤浆气化江苏华昌化工股份有限公司混煤320065正在建设技术,清华大学、山西阳煤丰喜肥业(集团)股份河北石家出盈鼎气体有限公司烟煤320065正在建设有限公司和北京盈德清大科技有限责任公司三山东B已衡下营)经济烟煤28042正在建设方合作开发推广的“水冷壁水煤浆气化炉”等自主研发技术目前已推广多家企业投入工业化或司德士古水煤浆气化炉改造技术协议》。浩化公示范装置运行。司现使用气化炉为德土古水煤浆耐火砖炉,自从2011年5月起,北京达立科科技有限责2004年7月运行至今。为改变耐火砖炉维修、运任公司退出煤气化领域,不再推广、经营水冷壁行费用较高,气化装置年运作周期受限等不利水煤浆气化技术,并将签约的煤气化项目后续状况,浩化公司经过大量细致的技术调研和论相关工作交由北京盈德清大科技有限责任公司证,委托盈德清大公司对其在用气化炉进行改进行。北京盈德清大科技有限责任公司有权独造。家推广、经营清华炉煤气化技术,并继续完成北2012年4月初,北京盈德清大科技有限责任京达立科科技有限公司已签约的煤气化项目后公司与江苏华昌化工股份有限公司在江苏省张家续相关工作。北京盈德清大科技公司是国内最港市金港镇保税区正式签署了《原料结构调整技大的独立工业气体供应商盈德气体集团有限公术改造项目》技术转让合同。合同明确由北京盈德司与清华炉煤气化技术的发明人组建的合资公清大科技有限公司向江苏华昌化工股份有限公司司,得到清华大学授权,独家经营清华炉煤气化转让水煤浆水冷壁清华炉技术,为项目提供33万技术。盈德清大还与清华大学组建联合工程中ⅶ合成氨及2亿m/aH气化装置工艺设计软件心,为该技术的完善和新技术的研发搭建了更包及相关技术服务。项目气化装置选用日投混煤加广阔的平台,共同进行后续相关技术的研发为2000,工作压力65MPa、炉径3200m的水与推广。煤浆水冷壁气化炉。这些技术转让充分展示了水01109-25,为促进水煤浆水冷壁气化炉及煤浆水冷壁气化技术的先进性、可靠性和竞争实气化技术的完善与发展,清华大学、北京达立科力。科技有限公司、山西阳煤丰喜肥业(集团)有限责5应用前景任公司在山西运城签署清华炉成果共享与研发当今世界的竞争归根结底是对能源的争夺,合作协议书。三方共同约定,水煤浆水冷壁气化随着高价石油时代的到来,尤其是上世纪70年炉及气化技术的推广、转让等事宜由北京盈德清代石油危机出现后,世界各国广泛开展了煤气化大科技公司独家经营,以期实现第二代清华炉产技术的研究。客观上我国现代煤化工产业在经济业化。性方面已经具备较强的竞争力,而少油、贫气、相作为针对中国煤种和企业实际情况,新型水对富煤的自然资源禀赋,更是迫使我国不得不注冷壁水煤浆煤气化技术已经具备了全面推广的重煤炭资源的高效清洁利用。开发提高煤炭综合条件,正在进入大规模产业化推广阶段,目前全利用技术,是我国当前的一个重要任务,而煤气国已有6家企业14台水冷壁气化炉在建,国内化技术是煤炭综合利用的核心水煤浆水冷壁气化技术推广应用情况见表2。作为洁净、高效利用煤炭的主要途径之一的2012-03-28北京盈德清大科技公司与北大煤气化,不仅是煤炭深加工、转化的先导技术,而荒股份公司浩良河化肥分公司正式签署了《黑且还是绿色煤电、煤化工、煤制油过程中,实现煤龙江北大荒农业股份有限公司浩良河化肥分公炭综合利用和无污染排放的关键技术,其应用前氮肥技术2012年第33卷景广阔,先进的煤气化技术对于我国减轻燃煤造部又发布《先进煤气化节能技术推广实施方案》,成的环境污染,降低我国对进口石油依赖具有重预计总投资100亿元,通过技术改造扩大先进煤大意义。但目前国内的煤气化技术市场几乎被国气化技术的应用规模,替代780万t常压固定床外技术垄断,我国企业在引进煤气化技术时,不煤气化能力。这意味着国家再一次明确淘汰和限得不向外国公司支付高额的专利费用,国产煤气制不符合国家节能降耗要求的间歇式固定床煤化技术亟待国家大力培育和支持。气化技术。因此当前企业迫切需要一种投资不在国家863计划等科技计划支持下,我国已大、技术先进的煤气化技术来进行改造,从而实经取得了一批拥有自主知识产权的先进煤气化现原料煤的本地化,以促进我国煤炭的清洁高技术,并成功地实现了工业化应用,我国的煤气效利用。化技术正在步入发展的快车道。据来自国家发改中国的水煤浆气化技术是在对引进技术吸委和能源局的消息称,从国民经济社会发展总体收消化过程中发展起来的。近年来,随着煤化工规划及相关产业规划衔接的角度出发,“十二五”产业的发展,我国拥有自主知识产权的水煤浆气期间,我国煤化工产业将统筹规划,严格产业准化技术快速发展,并推广应用到大型现代化的煤入标准。国家发改委、国家能源局正在加快组织化工装置,技术水平已经处于世界领先地位。同编制《煤炭深加工示范项目规划》和《煤化工产业时国家政策上的扶持将给煤气化技术企业带来政策》。随着上述一系列政策的出台,无论是对以更多的机遇和发展空间,国产化先进煤气化技术水煤浆水冷壁气化技术等为代表的优秀气化技会有更强的市场开拓能力将引领整个行业的发术的产业化推广,还是对我国煤化工产业的有序展。水煤浆气化技术适合不同的煤种,操作简单,健康发展均影响深远、意义重大。也可以长周期运行,有机污染物将完全被分解目前全国采用常压间歇式固定床气化技术是“十二五”期间国家重点推广的先进煤气化技的氨醇年生产能力共3000万t,占以煤为原料术的重要组成部分。的氨醇生产能力的70%,在国内化肥企业中仍水煤浆水冷壁气化技术为洁净化开发利用占主导地位,先进煤气化技术应用的数量还比丰富的“三高”煤资源走出了一条创新之路,极大较少。这种气化炉以块状无烟煤或焦炭为原料,地强化了我国在世界煤气化领域的主动权和话以空气和水蒸汽为气化剂,在常压下生产合成语权。作为清清能源利用技术,水煤浆水冷壁气原料气或燃料气。该技术虽工艺成熟、设备简化技术解决了长期来煤炭利用过程中的环境污单、一次投资较少,但对原料要求较高、单位产染问题和多煤种的选用问题,从而为后石油时代品能耗相对较高、排放污水中有害物质浓度高。的来临做了相当实际的技术准备。不但增强了我随着能源价格的大幅上涨,氮肥企业在面临日国大容量煤气化炉在煤化工应用领域的竞争力,益严峻的煤炭供应形势的同时,还面临生产成为打破国外技术垄断局面提供了利器,也为国内本持续上升的困境,目前该技术已属国家淘汰数量众多的中小型化工及化肥企业的技术升级和限制发展的落后技术,氮肥企业应考虑利用与改造,提供了一个高水平、低成本的煤气化技新型煤气化炉进行原料技术路线改造,改变我术选择国大量依赖传统UCⅠI炉的现状,采用具有节能水冷壁炉的性能肯定比热壁炉优势更多,但环保方面优势的新型气化炉,提升我国煤气化有关专家指出,企业在进行煤气化技术改造时不技术水平,已成当务之急。能盲目,要全面考虑问题。水冷壁炉只适合灰熔2011年,工业和信息化部发布的《先进煤气点高于1300℃的煤,这样的煤制浆性能才好。水化节能技术推广实施方案》提出,在5年(201-冷壁结构只是将气化炉的衬里进行了改变,仍属2015年)内,选择19家左右以煤为原料的大中型于水煤浆气化炉。进人这种气化炉的煤浆含有质合成氨等煤化工企业进行技术改造,形成一定规量分数为35%~40%的水,水要被加热到气化反模的以先进煤气化技术为龙头的煤气化能力,争应温度,就需多消耗煤和氧气,且要把热量传到取替代780万t常压固定床煤气化能力,实现年水冷壁副产蒸汽还要再消耗煤和氧气。氧耗增节约标准煤171万t。2012年3月,工业和信息化加了,相应的二氧化碳也增加了,(下转第40页)氮肥技术2012年第33卷表1三次模拟试验数据表该改造项目在2012年4月大修中予以实次数施,105J1在正常工况下已停运。仿真模拟系统设项目定真实的工艺条件,建立一个扩容模型,模拟了实验开始时间9:0015:0018:00149D改造后的真实的工艺环境,使得149D扩容实验结束时间10:0改造项目在理论和实际运用中有了强有力的支149D初始液位%30.030.030.0持149D终了液位%78.64结束语147D初始液位50.0中海石油化学股份有限公司在建立OTS模147D终了液位%51.0拟仿真系统之初,就考虑不单单作为培训,还应146D初始液位%该应用于工艺分析、工艺优化、技术方案改造等146D终了液位50.551.0498研究性项目,因而考虑应选择主体技术强,即建152D初始液位%50.050.050.0模实力强、硬件设施与化学公司现有生产装置152D终了液位%249.851.0致的单位承建OTS系统,具体的功能模块和系统制是否能满足生产要求,以及参数是否变化较构架可根据要求确定,跟踪实施。建成之后软硬大,从以上实验数据可以看出,新设计的149D容件都能顺利升级,不牵涉到版权和硬件的影响积能满足生产实际,而整个冷冻系统负荷以及泵确保系统的先进性,因而选择了霍尼维尔 Unisim的运行工况均未出现异常,通过三次仿真的模拟仿真系统,随着这套系统的逐步开发和完善,必实验,证实了扩容方案在仿真模拟系统(OT)中将能实现更多的功能,更好地为企业服务。运用的可行性。(收稿日期:2012-05-29)(上接第20页)使有效气体产生量下降,相当于是技术正处于产业化关键阶段,有望成为行业发展用氧气产了蒸汽。不少企业为了扩宽煤种的使用的未来,为解决我国的能源战略安全做出贡献。范围,将耐火砖改造为水冷壁。在这种情况下,实现烧灰熔点高的煤,是以多消耗煤和氧气为代价参考文献的。如果当地有高灰熔点的煤,在煤价较低时可四张伟.新型煤气化技术凸显“中国特色"'EB/OL行,如果价格太高就不划算了。因此,煤化工企业http://wwwcinic.orgcn/site951/schjn2012-05-02/555542.在选用水煤浆水冷壁炉时应结合多种因素并考shtml,201252.虑经济性问题。[2]方金兰世界水煤浆水冷壁气化技术“第一炉”落子煤都山西四N香港文汇报,20123.126结语水煤浆水冷壁气化技术的成功开发为以煤3]李战学韩喜民孟令兵等水煤浆水冷壁气化技术综述中氮肥,2012,(2):7-10.为原料的大型化工、液体燃料、城市燃气及多联(张兴刚新型气化炉担纲氮肥原料技改 Eb/oL].htTp产领域提供了技术支撑。“十二五”期间,国内在//www.ininfo.gov.cn,2012.5.22.建的甲醇、煤制油及筹建中的煤制烯烃装置等,[5李宁波,王胜学郭理阳世界首台水煤浆水冷壁气化都将对新型水煤浆气化技术产业化推广有强劲炉研发成功N山西日报,2019.3.需求。未来几年我国煤化工的发展趋势将以煤张兴刚挑选气化炉:警惕三大误区EBOp:制烯烃、煤制乙二醇、煤制油、煤制天然气等新型www.fert.cn/news2012/5/22/201252210171372800煤化工为发展方向,但这都需要先进的煤气化技shtml20125.22术来支撑,水煤浆水冷壁气化技术等先进的气化(收稿日期:2012-05-29)