撞击式气流床技术在新型气化炉中的应用

第10期马波,等:撞击式气流床技术在新型气化炉中的应用●33.撞击式气流床技术在新型气化炉中的应用马波',张秀云2(1.中国石油工程建设公司华东设计分公司,山东青岛266071;2.山东垦利石化有限公司,山东东营257500)摘要:论述了发展先进气流床气化技术的必要性.介绍了了水煤浆的气化过程、擅击流技术的特点及其在新型气化炉中的应用。关键词:擅击式;气流床气化;气化炉中圈分类号:TQ546.2文献标识码:B文章编号:1008 -0212(2009)10 -0033 -03Application of the Impingping Entrained on Four - nozzles Impingping GasifierMA Bo' ,ZHANG Xiu - yun2(1. CPECC East - China Design Branch , Qingdao 266071 ,China;2. Shandong Kenli Petrochemical Compny , Dongying 257500 , China)Abstract : The importance of advanced impingping entrained development was analysed. The gasificationprocess of slury , impingping entrained and application on four - nozzles impingping gasifier wasintroduced.Key words : impingping;entrained gasification ;gasifier1发展先进气流床气化 技术的重要性C.H. +(m+)02 = mCO2 +号H2O气流床气化技术是以煤粉或水煤浆为原料,采用氧气或氧气和蒸汽为气化剂高速喷入气化炉,物2C + 02 =2C0料在炉内停留时间短,反应温度高,采用液态排渣,C+O2 = CO2因此气化强度高,生产能力大,碳转化率高,而且煤2CO + 02 =2CO2气中不含焦油和酚,对环境污染小。H2+一02 =H20我国是一个多煤少油的国家,随着经济的高速C +H20=CO +H2发展,煤的开发和应用对环境造成的污染也越来越CO+H20=CO2 +H2严重,因此发展环境友好型煤气化技术,对于我国经CH, + H20=CO +3H2济的可持续发展以及建设环境友好型社会是非常必C+CO2 =2CO要的。C +2H2 =CH,目前国际上有代表性的气流床气化技术有以下水煤浆气化是将煤中有效的C、H和部分H20几种":德士古(Texaco)气化技术、Shell气化技术、转变为合成气的过程,该过程是吸热的,为了避开反CSP气化技术等,这些煤气化技术占领了国内煤化应的动力学控制区,使反应过程具有较高的速率,气工技术市场的主要份额,因此发展具有自主知识产化反应必须在较高的温度下进行。对于特定的气化权的先进煤气化技术对发展我国的煤化工业是非常炉而言,所能控制的只有氧碳比和煤浆浓度。R重要的。Govind等[5]认为Texaco气化炉出口气体的成分和2水煤浆的气化过程碳转化率依赖于三个基本参数:燃料的负荷氧燃比水煤浆在气化炉内发生一系列的化学反应过以及中国煤化工为氧燃比对碳转程,其中可能的化学反应有(2-4):化率的YHCNMH C值对碳转化率的影响,水蒸气和燃料的比值能显署地影响出气体收稿日期:2009-07 -10 .作者简介:马波( 1969-) ,男,山东栖霞人,工学硕士,现从事炼油设计工作。U东化工●34.SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2009年第38卷的成分。3撞击流技术的特点撞击流由Elperin'6)最早提出,其基本构思是使两股气体-颗粒或滴粒两相流沿同轴相向流动撞击。由于惯性.颗粒穿过撞击面渗人反向流,并来回做减幅振荡运动,从而延长了颗粒在气流中的停留时间,这种方法对强化热、质传递过程尤其是外扩散控制的传递过程非常有效。在撞击流的撞击区中，下面几个因素强化了传A-A递过程。1)渗透颗粒或液滴与反向气流间的相对速度增大。2)由于颗粒以阻尼振荡方式多次反复渗人反向气流增加了撞击区中颗粒的平均停留时间，从而可以缩小装置的几何尺寸。3)在气-液或液-液体系中,相间或滴粒间碰撞产生的剪切力可导致滴粒破碎,增大其表面积并1.射流区;2. 撞击区;3.摣击流股区;促进表面更新,从而增大传质速率,滴粒破碎还会增4.攮击巍回流区;5.折返流区;6.管流区大传递系数。围1新型(多喷嘴对置)气化炉流场示意 图4)相向流动连续相的碰撞,即射流相互撞击,新型(多喷嘴对置)气化炉流场与德士古或减少压力脉冲,或产生强烈的径向和轴向速度分(Texaco)气化炉流场相比具有如下优越性:量,从而在撞击区造成良好的混合。混合作用还因(1)从流场结构看,每一股射流都形成-一个回颗粒在浓度最高的撞击区中多次往返渗透而得到加流区,四喷嘴对置就有四个回流区。另外撞击之后强的向.上与向下流股各形成一个回流区。即新型(多4撞击流技术在新型(四喷嘴对置)气化炉中喷嘴对置)气化炉共有六个回流区,它们对提高热的应用及其与德士古(Texaco)气化炉的比较质传递与稳定火焰具有极大作用。新型(多啧嘴对置)气化炉是由华东理工大学、(2)新型(多喷嘴对置)气化炉内湍流强度较兖矿鲁南化肥厂、天辰化学工程公司共同开发的,该德士古(Texaco)气化炉有较大提高,表明其热质传炉型采用四喷嘴对置撞击流技术。该技术的开发历递能力增加,有利于提高气化速率和碳转化率。经大型冷模装置测试.小型热模试验、中试装置试验(3)新型(多喷嘴对置)气化炉上段(喷嘴所在以及工业装置的实施阶段'”。平面至炉顶)沿炉壁存在折返流,在其中进行气化1)大型冷模装置测试阶段8)反应,由于吸热有利于保护耐火砖。该装置的大型冷模装置测试工作由华东理工大(4)停留时间分布的测试结果表明新型(多喷学完成。采用Dual PDA ( Dual Particle Dynamics嘴对置)气化炉短路流股比德士古(Texaco)气化炉Analyzer)即激光多普勒三维粒子动态分析仪来实现大为减少,煤渣中可燃物将显著下降。流场内三维速度、颗粒直径和浓度的同时在线测量。2)中试装置试验阶段"这种分析仪具有对流场无千扰、动态响应快、空间分中试装置气化炉的设计规模为日处理煤22t,由辨率高、测量精度高等特点,是测量瞬时运动速度及天辰工程公司完成工程设计。该装置于2000年7粒径分布的有效手段。月开始试车,累计运转700多h,2000年10月通过大型冷模装置的测试结果表明,气化炉内流场中国石油化工协会组织的72h工艺考核。可划分成射流区撞击区、撞击流股区、回流区、折返中试装置采用与鲁南化肥厂德士古(Texaco)气流区、管流区。气化炉流场示意图见图1。化炉中国煤化工，新型(多喷嘴对置)4CNMH G炉相比,整体工艺指标优于德土古( Texaco)气化炉,碳转化率高出其第10期马波,等:撞击式气流床技术在新型气化炉中的应用●5●三个百分点,比氧耗低于其7个百分点,比煤耗低于5结论其6.7个百分点.干气产率高于其7.3个百分点。采用撞击流技术的新型(多喷嘴对置)气化炉中试装置的试验结果说明新型(多喷嘴对置)技术的开发是成功的,该技术是具有自主知识产权气化炉技术先进可行,为新型(多喷嘴对置)气化炉的先进煤气化技术,随着工业示范装置的成功应用，技术工业装置的应用奠定了基础。该技术在国内已得到了广泛的推广。3)工业装置的实施阶段"参考文献从2002年开始，先后在山东华鲁恒升化工有限[1]王辅臣,于广锁,龚欣,等.多喷嘴对置煤气化技术的研公司和兖矿集团国泰化工有限公司建设了两套采用究与工业示范[J].应用化工, 2006, 35(10): 119-新型(多喷嘴对置)气化炉技术的工业示范装置。131.山东华鲁恒升化工有限公司示范装置气化压力为[2]吴韬,龚欣.王辅臣,等.6. SMPa水煤浆气化反应过程6. 5MPa,单炉日处理煤750t,配套生产能力为30万剖析[J].大氮肥, 1997, 20(5): 323 -326.va的合成氨装置,该气化装置于2004底建成,于[3]曹征彦.中国洁净煤技术[M].北京:中国物资出版2004年12月1日一次投料试车成功。兖矿集团国社, 1998.泰化工有限公司示范装置为2台气化压力4. 0MPa,[4]王辅臣,龚欣，吴韬,等.6.5MPa水煤浆气化炉工艺分单炉日处理煤1000t, 配套生产能力为24万Va的析[J].大氮肥,1997, 20(5): 320 -322.甲醇以及80MW的发电装置,该气化装置于2005年[5] Rakesh Govind and Jogen Shan. Modeling and Simulation ofan Entrained Flow Coal Gasifer [J]. AIChE Journal,10月16日- -次投料试车成功,2005年10月17日1984, 30(1): 79-91.打通全部工艺流程,生产出合格甲醇。工业装置的运行数据看:采用同样煤种的兖矿[6] Danckwerts P V. Continous Flow Systems Distibution ofResidence Times[J]. Chem Engng Sci,1953,(2):1-13.集团国泰化工有限公司新型(多喷嘴对置)气化炉[7]马波.撞击式气流床气化炉热态模试及停留时间模型化与鲁南化肥厂德士古(Texaco)气化炉相比,碳转化研究[D].上海:华东理工大学,2004.率提高3个百分点以上,比氧耗降低约8个百分点，[8]韩文,赵东志,祝庆瑞,等.新型(多喷嘴对置)水煤浆比煤耗降低2~3个百分点;采用同样神府煤的华鲁气化炉的开发[J].化肥工业, 2001, 28(3): 18 -20.恒升化工有限公司新型(多喷嘴对置)气化炉与上海焦化厂德士古( Texaco)气化炉相比,碳转化率提(本文文献格式:马波, 张秀云.撞击式气流床技高3个百分点以上,比氧耗降低约2个百分点,比煤术在新型气化炉中的应用[J].山东化工,2009,38耗降低约8个百分点,说明新型(多喷嘴对置)气化(10):33 -35.)炉工艺指标优于德士古( Texaco)气化炉。(上接第32页)(4)原料中总氮总氯严重超标，是造成铵盐在系3结论统中大量产生,以至于堵塞换热器管道并腐蚀设备。由以上分析可知,造成苯塔再沸器泄漏主要原4结束语因如下。通过以上分析,换热器频繁泄漏的原因已基本(1)再沸器长期腐蚀、老化，且没有有效维护保清楚,对症下药,公司采取了相应的措施。比如生产养是造成泄漏的主要原因。厂加强工艺纪律管理，强化操作规程;相关部门对原(2)脱硫系统未按规程操作。MEA控制浓度材料加强监管,杜绝不合格粗苯进厂;严格建立设备偏低,对H2S的吸收效果不好,导致H2S返回系统，检修档案,特别对于容易发生泄漏的高压设备,制定是造成系统硫含量高的主要原因。系统硫含量高又科学的检修周期。通过以上措施,苯精制装置自造成系统设备管道腐蚀,进而造成原料中铁含量升2008年5月开车至目前为止,没有再发现换热器泄高;脱硫塔控制温度有时候低于控制指标范围,对漏现象,取得了良好的效果。脱硫有一定影响。(3)系统废水返人粗苯罐.粗苯罐排水不充分中国煤化工苯塔再沸器泄漏导致粗苯罐内NH,-N和Cl升高,对系统操作带的原|YHCN MH G8(10):31 -32)来一定的影响。