多喷嘴对置式水煤浆气化技术的工程应用及其优势

第5期多喷嘴对式水煤浆气化技术的工程应用及其优势生产与应用多喷嘴对置式水煤浆气化技术的工程应用及其优势李仕超孔艳李杰(兖矿国宏化工有限责任公司,山东鲆城,273512)摘要介绍了华东理工大学和兖矿集团合作开发的具有完全自主知识产权、国际首创的多喷嘴对置式水煤浆气化技术工程应用及其优势,同时对其关键工艺指标与 Texaco水煤浆气化技术进行了对照比较关键词:多噴嘴对暹式水煤浆气化技术工程应用优势1概述煤气化技术在鲁南化肥厂完成了中试研究。中试装置(22吨煤/天)的运行结果表明:有效气成分从上世纪80年代末我国开始引进 Texaco水煤83%,比相同条件下的单喷嘴气化装置高1.5~2个浆气化装置,至今已引进多套,建成投产的有:山东百分点;碳转化率>98%比单喷嘴气化装置高2~鲁南(三台气化炉,单炉日处理450吨煤,28MPa)、3个百分点;比煤耗、比氧耗均比单喷嘴气化装置降上海吴泾(八台气化炉,六开二备,单炉日处理500低7%“十五”期间,在国家科技部国家发改委的吨煤,4OMPa)、陕西渭河(四台气化炉,三开一备,大力支持下,倍受业界人士关注的多喷嘴对置式水单炉日处理750吨煤,6.5MPa)、安徽准南(三台气煤浆气化技术分别于山东鲁南、山东德州建设了工化炉,二开一备单炉日处理500吨煤,40MPa)、黑业示范装置。示范装置的成功运行已充分证实:该龙江伊春(二台气化炉,一开一备,单炉日处理500技术工程上完全可行,工艺指标优于引进的水煤浆吨煤40MPa)、江苏金陵(三台气化炉,二开一备,气化技术操作非常平稳。单炉日处理1000吨煤,4.0MPa)等约30台气化炉。多喷嘴对置式水煤浆气化技术相对于国外引进这些装置均用于生产合成气制氨、甲醇或氢气。的水煤浆气化技术、干煤粉气化技术,在设备投资、Texc气化技术引进初期,暴露了很多不足,通过我运行费用(源于工艺指标的优势)及专利实施许可费国工程技术人员大量的艰辛工作在工程上对其进等方面具有很大的优势。行了完善和优化。该技术许多设备都可以国产化,多喷嘴对置式水煤浆气化技术涉及以纯氧和水如山东鲁南的第一套引进 Texaco装置,设备国产煤浆为原料制合成气的过程装置包括磨煤单元气化率超过90%。 Texaco气化技术在原理上存在着化及初步净化单元及含渣水处理单元。技术特点:制约因素,导致其工艺指标不够理想、大型化有难多喷嘴对置的水煤浆气流床气化炉及复合床煤气洗度涤冷却设备;混合器、旋风分离器、水洗塔三单元组由华东理工大学兖矿集团有限公司拥有自主合煤气初步净化工艺;蒸发分离直接换热式含渣水知识产权的多喷嘴对置式水煤浆气化技术是在多年处理及热回收工艺,其工艺流程示意图见下图1研究国际上大型气流床气化技术基础上进行创新的四川化工第13卷2010年第5期水媒旋风分的冬(3)比煤耗低、发气量大渣中含碳量低。测算表明,多喷嘴对置式气化炉运行一天较单喷嘴气化炉要多产生5万元左右的经济效益。气灰水2.2在兖矿国泰化工有限公司使用情况兖矿集团有限公司在山东鲁南(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kek锁斗排渣水处渣系统理系统工程,利用两台日处理1150吨煤多喷嘴对置式水煤浆气化炉(40MPa)配套生产24万吨甲醇、联产7.8MW发电。空分装置由华陆工程科技有限责2工程应用任公司设计气化装置由中国天辰化学工程公司设计。示范装置于2003年5月1日正式开工建设,由多喷嘴对置式水煤浆气化技术已成功应用于国中国化学工程第三建设公司负责气化装置空分装内多套工业生产装置中,并有多套装置在建,同时该置的建设。气化炉由哈尔滨锅炉厂制造。技术还出口至国外,取得了较好的业绩和成果,填补气化装置于2005年7月21日23:26一次投料了我国在煤气化技术方面的空白。成功,一次打通整个工艺流程,在完成80小时连续、21在山东华鲁恒升化工股份有限公司使用情况稳定运行后,于2005年7月25日8:00计划停车通过专利实施许可的方式并在国家发改委“十(当时兖矿国泰化工有限公司的空分装置尚未具备五”重大技术装备研制项目的支持下,多喷嘴对置式运行条件借用兖矿鲁南化肥厂的氧气进行气化系水煤浆气化技术应用于山东华鲁恒升化工股份有限统试运行)。2005年10月15日,在空分装置具备公司大氮肥国产化工程,建设了一台多喷嘴对置式条件后该装置正式进人工业运行撞击流气化装置(6.5MPa,750t煤/d)。气化装置在开车初期曾经出现拱顶耐火砖烧损冲刷严由华陆工程科技有限责任公司设计,气化炉由哈尔重的问题经过华东理工大学深入研究,并基于兖矿滨锅炉厂制造。集团相关技术人员认真分析,确认气化炉拱顶耐火2004年12月该气化装置投入试运转。2005年砖冲刷严重是由于上部空间偏小、操作过程中喷嘴6月初开始,多喷嘴对置式水煤浆气化炉投人正式出口速度偏大等原因造成。针对这一情况,华东理运行。该气化装置自2005年6月初正式运行至今,工大学仔细研究了气化炉上部空间的速度分布和温累计运行时间超过1500小时。气化炉内耐火砖等度分布提供了在现有装置上的操作负荷和操作压设备构件情况正常。拱顶耐火砖寿命已达到7300力的对应关系以优化流场提高拱顶耐火砖寿命。小时,有望超过8000小时;直筒段耐火砖自从2004这一调整取得了明显的效果,自2006年3月年12月以来未更换17日A#炉开车至2006年6月6日停车大修,整现该气化炉操作负荷为设计值的110%,运转个气化系统连续运行81天,单炉连续运行49天。平稳,运行情况良好。目前多喷嘴对置式气化炉成大修期间进炉检查发现炉内耐火砖情况良好拱顶为生产主力生产周期长。该气化炉的技术特色体耐火砖情况大为改善目前拱顶耐火砖寿命在5000现在:小时左右;直筒段耐火砖自从2005年10月以来未(1)烧嘴及耐火砖使用寿命长;更换。至今,A#、B#气化炉累计运行超过3000(2)负荷调节灵活烧嘴间负荷调节灵活气化小时。2006年,兖矿国泰生产甲醇234万吨。炉整体负荷调节范围宽(可在50%~15负荷范2007年兖矿国泰甲醇产量超过30万吨围内操作);华东理工大学根据研究结果重新确定了气化第5期多喷嘴对置式水煤浆气化技术的工程应用及其优势炉上部空间的高径比,用于兖矿国泰第三台气化炉(2)气化装置安全可靠,自动化程度高操作控的设计,以确保拱顶耐火砖具有更为理想的使用寿制灵活,开车到正常生产过渡期短。采用独特的氧命。大连金州重型机械厂制造的第三台气化炉(C气流量控制技术和带压连投操作技术,增强了抵御炉)已于2007年9月3日15:08投运,运行状况故障的能力使装置运行更加平稳。正常。从目前的情况来看,拱顶加高后的效果已经(3)该技术是自主创新的煤气化技术,装置性能得以体现顶部预热口封堵在运行两个月后只磨损与技术指标达到国际领先水平。与国外水煤浆气化lcm,运行3000多小时后进炉检查,拱顶耐火砖状技术相比,其技术特点和优势(创新点)在于:(I)多况非常理想预计顶部耐火砖使用寿命在8000小时喷嘴对置式气化炉和新型预膜式喷嘴的气化效率以上。C#炉气化工艺指标与未加高的A#、B#炉高技术指标先进。与采用国外水煤浆气化技术的基本相同兖矿鲁南化肥厂同期运行结果相比,有效气成分提3总结高2~3个百分点,CO2含量降低2~3个百分点;碳转化率提高2~3个百分点,比氧耗降低79%比多喷嘴对置式水煤浆气化技术自动化程度高,煤耗降低2.2%。(I多喷嘴对置式气化炉喷嘴之全部采用集散控制系统(DCS)控制特别是氧煤比间的协同作用好气化炉负荷可调节范围大目前为完全可以投自动串级控制。工业运行证实,该装置50%~110%,负荷调节速度快适应能力强,有利于开车方便操作灵活负荷增减自如操作的方便程装置大型化。(ID由于采用四个喷嘴进料,系统运度优于引进水煤浆气化装置。行更为稳定,当一个或一对烧嘴煤浆或者氧气波动带压连投技术的实现是煤气化技术上重大突时,由于有其他喷嘴的互相补充制约因此气化炉破大大降低了气化炉停车几率提高了气化炉的有整体进料稳定,不易产生炉温的瞬间波动。(Ⅳ)复效生产时间合床型洗涤冷却技术的热质传递效果好,液位平稳,多喷嘴对置式水煤浆气化技术已被工程实践证避免了引进技术的带水带灰问题。(V)分级式合成实完全可行,工艺指标也极为先进。该装置200年气初步净化工艺节能高效。表现为系统压降低,分12月通过了由中国石油和化学工业协会组织的168离效果好,合成气中细灰含量低(<1mg/Nm3)。小时现场运行考核确认了该装置工艺指标达到国(VD渣水处理系统采用直接换热技术热回收效率际领先水平。2006年1月8日通过了中国石油和高,克服了设备易结垢和堵塞的缺陷化学工业协会组织的专家鉴定。2006年5月通过(4)从中试到工业示范装置,多喷嘴对置式水煤科技部组织的国家“863”课题验收。兖矿国泰化工浆气化技术成功实现了工程化放大(一次性放大52有限公司的消耗总结报告中指出,与采用同样煤种倍),表明研究与放大方法科学正确,掌握了该技术的兖矿鲁南化肥厂 Texaco装置制备合成气用于合的工程放大规律,奠定了向更大规模跨越的理论与成甲醇的煤耗相比,每吨甲醇的煤耗减少100~工程化基础150kg,这对于大化工装置来说是非常可观的成本(5)该技术与国外水煤浆气化技术相比既降低优势。了原料煤和氧气的消耗又大大减少了专利实施许通过多套气化装置的运行考核来看鉴定的主可费同时具有良好的环保性能。该技术的开发成要结论如下:功打破了国外公司在大型煤气化技术上的垄断,实(1)以北宿煤为原料装置满负荷运行的技术指现了我国大型煤气化技术零的突破为推动我国煤标:(D比氧耗309Nm202/100Nm(C0H2);(ID)化工产业的发展和能源结构调整提供了技术支撑,比煤耗535kg/100|m2(0+H2);(I)成气有经济效益社会效益显著。效气成分(CO+H2)84.9%(ⅣV碳转化率988%。四川化工第13卷2010年第5期参考文献[c]首届多喷嘴对置式煤气化技术推广及应用研讨会论文集[]步学朋折仕河等煤炭气化发展及应用中的热点问题探讨抽[3]龚欣刘海峰王辅臣等新型多喷嘴对量式水煤浆气化炉D净煤技术,2007,13(2)节能与环保,2001(6)[2]于遵宏,王辅臣等多喷嘴对量式水煤浆气化技术研究与开发[于光元李亚东煤气化工艺技术分析洁净煤技术,200,1(4The Engineering Application and Advantages of the Coal-waterSlurry Gasification with Opposed Multi-burnerLi Shichao, Kong Yan, Li jie(YanKuang Guo Hong Chemicals Co, Ltd, Zoucheng 273512, Chinabstract: This ariticle introduces the internationals first engineering application and advantages of the coal-water slurry gasification with opposed multi-burner, which was codeveloped by east China University ofScience and Technology and Yan Kuang Group with independent intellectual property rights, and comparesthe key technic index with Texaco pressurized water coal slurry gasification technology.Key words: multi-burner; opposed; coal-water slurry; gasification technology; engineering application; ad-vantages我国对东盟国家的出口化肥日益增多目前国产化肥已经成功在东盟国家打开市场,250万吨复合肥,远远不能满足国内农业生产用肥我国对东盟国家的出口化肥日益增多。其中,在东的需求,每年都需要进口大量的化肥来填补国内市盟的尿素市场我国尿素产品已成功取代了俄罗斯、场的缺口。其中,尿素进口量大约为150-180万中东等国家在东盟的大部分市场份额而在东盟一吨/年、磷酸二铵进口量大约为70万吨/年、复合肥些附加值较高、竟争相对激烈的复合肥市场也都出进口量大约为20万吨/年。现了我国的化肥产品。常轶智同时指出,由于近年来,越南、柬埔寨等中投顾问化工行业研究员常轶智认为,目前,化东盟国家每年都要从我国进口大量的化肥、农药原产品已成为我国与东盟各国之间贸易往来的重要材料农用机械等产品,相互间本来就有较好的合作货物。而我国对东盟国家的出口化肥日益增多这基础。而自2010年1月1日,中国东盟自由贸易种情况的出现主要受以下三个方面的影响,一是东区成立后,中国与东盟之间大约有7000种商品享受盟国家自身对农资产品有内在的需求;二是中国东“零关税”,这进一步为我国农资产品的出口打开了盟自由贸易区的成立进一步促进了我国同东盟国家市场也使得我国与东盟国家的贸易往来更加频繁的贸易往来;三是我国化肥行业产能过剩情况严重,此外,常轶智还指出,近年来,由于我国化肥工也迫切需要出口来释放国内过剩的产能。业发展迅速,目前我国化肥行业的产能过剩情况严常轶智指出,由于东盟国家大多数都是典型的重产量逐年增加,而东盟国家的化肥产能不足,而农业国家对化肥农药等农资产品的需求量很大。且生产成本较高。这种产能过剩和产能不足的互补而这些国家的农药化肥等工业起步较晚技术水平也促进了我国同东盟国家的贸易往来。据中投顾问相对于其他国家而言普遍比较落后国内化肥产能发布的《2010-2015年中国化肥市场投资分析及前不足,每年都需要从国外进口大量的农资产品。景预测报告》显示,2009年我国化肥产量超过5800例如属于东盟国家的越南据中投顾问发布的万吨而国内工业和农业需要的化肥总量大致在《2010-2015年中国化肥市场投资分析及前景预测5200万吨左右产能过剩情况严重。报告》显示,越南目前每年仅能生产100万吨尿素、(罗乐