第39卷第1期化工設(shè)計通訊2013年2月Chemical Engineering Design Communications合威虱生產(chǎn)抆術(shù)水煤漿加壓氣化技術(shù)的發(fā)展途徑探討劑孝弟1,3,軸勇2,學(xué)穎[1.北京航天動力研究所,北京10006;2.山西陽煤豐喜肥業(yè)(集團)臨猗分公司,山西臨猗044100;3清華大學(xué),北京100084]摘要:介紹了水煤漿加壓氣化技術(shù)的改進(jìn)及發(fā)展,指出了未來進(jìn)一步提高其技術(shù)競爭力的途徑關(guān)鍵詞:水煤漿加壓氣化;工藝燒嘴;改進(jìn)措施中圖分類號:TQ546.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B文章編號:1003-6490(2013)01-0005-04Development of the Cws Pressurized Gasification TechnologyLIU Xiao-di. 3, ZHANG Yong, GU Xue-ying(l Beijing Aerospace Propultion Institute, Beijing 100076, China;2. Linyi Branch of Shanxi Yangmei Fengxi Fertilizer Industry Group, Linyi Shanxi,044100, China3. Qinghua University, Beijing 100084, China)Abstract: Describe improvement and development of the CwS pressurized gasification technologyand point out the ways to further improve the technology competitivenessKey words: CwS coal-water slurry pressurized gasification technology; process nozzlImprovement measures水煤漿加壓氣化技術(shù)是由美國GE公司(原3)開車時利用抽引器使氣化爐形成負(fù)壓,美國 TEXCO公司)在渣油加壓氣化工藝基礎(chǔ)上在工藝燒嘴的位置安裝預(yù)熱點火燒嘴,利用高品開發(fā)的潔凈煤氣化技術(shù),也是我國引進(jìn)并運行的質(zhì)的輕質(zhì)燃料(柴油、液化氣、弛放氣等),對氣第一種運行壓力超過40MPa的煤氣化技術(shù),化爐進(jìn)行預(yù)熱(預(yù)熱期間,所有燃燒氣體排放)。首先應(yīng)用于上海焦化、山東魯南、陜西渭河等工當(dāng)爐膛溫度達(dá)到1000℃以上時,更換工藝燒嘴,程項目。多年來經(jīng)過國內(nèi)技術(shù)人員的共同努力,利用耐火磚的蓄熱能力,將水煤漿與氧氣的混合對該項技術(shù)不斷消化吸收,并針對國內(nèi)的煤種特物點燃。同時關(guān)閉抽引器,使?fàn)t膛逐漸建壓性及應(yīng)用特點,使水煤漿加壓氣化技術(shù)取得了長(4)為了穩(wěn)定生產(chǎn),需要設(shè)置熱備用氣化足的發(fā)展,展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。爐,熱備用氣化爐需要不間斷供應(yīng)輕質(zhì)燃料,以1水煤漿加壓氣化技術(shù)的不足保證氣化爐膛保持一定的溫度,從而利于耐火磚的熱變形及縮短氣化爐的啟動時間美國GE公司水煤漿加壓氣化技術(shù)的原始設(shè)運行中,水煤漿氣化工藝暴露出以下問題。計中,在加壓氣化部分的基本配置如下(1)比起粉煤氣化工藝( SHELL、GSP、(1)立式帶耐火磚的氣化爐(圖1)HTL)的水冷壁結(jié)構(gòu),耐火磚需要定期更換,(2)頂置單臺三通道的氣化工藝燒嘴,內(nèi)通增加了運行費用。同時由于耐火磚,不但需要熱道供應(yīng)中心氧氣,中通道供應(yīng)水煤漿,外通道供備用情況下的啟動條件,而且要限制氣化溫度,應(yīng)外氧氣,燒嘴的冷卻采用了冷卻盤管結(jié)構(gòu)是高灰熔點煤種處理不可逾越的障礙。收稿日期:2012-12-11作者簡介:劉孝弟(1958-),男,陜西富平人,北京航天動力研究所研究員。中國石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會煤氣化專家顧問,中國氮肥工業(yè)協(xié)會技術(shù)委員會委員,中國石油勘查協(xié)會設(shè)計委員會委員·6化工設(shè)計通訊第39卷燒嘴耐火磚2水煤漿技術(shù)的改進(jìn)21煤基多元料漿氣化技術(shù)(1多元料漿氣化技術(shù)的核心改進(jìn)點是在水煤漿的制漿工藝中,加入其他有利于水煤漿流動,改善煤的氣化性能,并且增加氣化后對有效氣體成分有用的添加劑:石油焦、瀝青、油、煤液化殘渣、化工廢液、廢水等。據(jù)報道,在長距離輸送、改善氣化條件、增加有效氣體成分等方面具有一定的成效。但從根本上來說,煤基多元料漿氣化技術(shù)基本上沒有脫離GE水煤漿加壓氣化技術(shù)的總體模原料氣/爐渣式,從流程和設(shè)備結(jié)構(gòu)及布置上沒有原則性的改圖1帶耐火磚的水煤漿加壓氣化爐動,只是從原料的組成上進(jìn)行了改進(jìn)。從運行結(jié)果和廢物利用等方面來說,水煤漿氣化工藝還是(2)由于使用了含固體顆粒的液體燃料,三有很多改進(jìn)之處。通道燒嘴的中噴頭物理磨損非常嚴(yán)重,加上外噴22多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)頭的化學(xué)侵蝕以及冷卻水盤管的結(jié)構(gòu)不盡合理,多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)是華東理工大導(dǎo)致燒嘴的使用壽命不太長,一般情況下,使用學(xué)與國家煤氣化工程技術(shù)中心共同開發(fā)的技術(shù)30~50d就必須更換。加大了維護和使用成本,其根本點在于改進(jìn)了GE水煤漿加壓氣化技術(shù)的而且使熱備用爐成為不可缺少的補充手段。供料方式,采用多噴嘴的對置式布局。對置形式3)開車時的預(yù)熱及熱備用爐所需的輕質(zhì)燃的噴嘴,強化了水煤漿的霧化效果,改善了氣化料,加大了運行成本,浪費了能源。同時,在熱爐內(nèi)的溫度場、速度場等,改善了氣化條件(見狀態(tài)下更換燒嘴,也存在安全隱患。圖2),據(jù)報道,合成氣的有效氣體成分有所提鑒于以上問題,廣大科研人員進(jìn)行了長期的高。該技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)占領(lǐng)了一定的市場,2008探索,實施了一系列改進(jìn),使水煤漿加壓氣化工年該技術(shù)返過去出口到了美國市場,與美國藝技術(shù)在實際生產(chǎn)中煥發(fā)了越來越強大的生命 valero能源公司簽訂了用于石油焦氣化制氫項力,在煤的潔凈利用領(lǐng)域內(nèi)占領(lǐng)了一席之地。目的氣化裝置合同。折返流區(qū)回流區(qū)撞擊流股區(qū)射流區(qū)撞擊區(qū)管流區(qū)圖2四噴嘴對置式水煤漿加壓氣化爐第1期劉孝弟等:水煤漿加壓氣化技術(shù)的發(fā)展途徑探討72.3熔渣一非熔渣水煤漿氣化技術(shù)(分級氣化)蝕的方法,可以將工藝燒嘴的連續(xù)使用壽命提高該技術(shù)由清華大學(xué)與山西豐喜肥業(yè)(集團)共到150d以上(圖5),這些技術(shù)已在上海焦化同開發(fā),其主要原理是將GE水煤漿加壓氣化技陜西渭河、華魯恒升等多家單位成功使用,對于術(shù)的頂置單燒嘴改成為頂置主燒嘴加二次補氧燒降低氣化爐運行和維護費用起到了重要作用,為嘴。利用二次補氧燒嘴,一方面可以降低頂置主提高水煤漿工藝的長周期運行提供了保證條件。燒嘴對水煤漿霧化的苛刻條件,降低主燒嘴內(nèi)水表1水煤漿加壓氣化應(yīng)用裝置情況煤漿的流速(減緩物理磨蝕),提高主燒嘴的使用壽命(連續(xù)使用可達(dá)100d以上);另一方面,由序號技術(shù)名稱合成氨能力/甲醇能力備注于有二次氧氣,主燒嘴出口處的氧氣濃度下降GE技術(shù)1930已投產(chǎn)該區(qū)域內(nèi)的氣體溫度也會下降(理論計算可降低GE技術(shù)未投產(chǎn)200℃左右),這樣就會導(dǎo)致主燒嘴外表面化學(xué)123四噴嘴1200已投產(chǎn)侵蝕的因素有所減緩,這也是提高工藝燒嘴使用四噴嘴31505150未投產(chǎn)壽命的有效措施之一。具體情況見圖3,圖4。5分級氣化已投產(chǎn)工藝燒嘴分級氣化未投產(chǎn)(100%水煤漿,80%氧氣)7多元料漿已投產(chǎn)多元料漿1800未投產(chǎn)二次補氧燒嘴注:摘自2011年“關(guān)于氮肥、甲醇加壓煤氣化技術(shù)發(fā)展和(20%氧氣)應(yīng)用情況的調(diào)研報告”。圖3分級氣化水煤漿氣化爐兩段式氣化連續(xù)氣化5000.40.60.8121.4圖5a改進(jìn)前燒嘴使用一個周期后沿氣化室高度/m圖4分級氣化爐膛內(nèi)溫度分布以上各種措施,均得到了用戶的認(rèn)可,也都有裝置在線運行,形成了多彩的市場格局(表1)。2.4水煤漿氣化工藝燒嘴的延壽措施以上介紹的幾種技術(shù),要么從原料的配備方面改進(jìn),要么從工藝路線上改進(jìn),均沒有工藝燒嘴的延壽措施。實際上,提高工藝燒嘴的壽命,對于水煤漿氣化工藝的技術(shù)競爭力具有非常重要8/5/0E10的現(xiàn)實意義。圖5b表面處理后燒嘴使用一個周期后文獻(xiàn)[4,5]中詳細(xì)介紹了如何利用航天產(chǎn)品表面處理工藝技術(shù),對工藝燒嘴的零件進(jìn)行表面25帶水冷壁的水煤漿氣化爐的技術(shù)突破7處理,提高中噴頭耐物理磨蝕、外噴頭耐化學(xué)侵眾所周知,水煤漿加壓氣化爐從一開始就設(shè)8化工設(shè)計通訊第39卷計成帶有耐火磚內(nèi)襯的形式(圖1)。這是由于水功,可能會將水煤漿氣化工藝帶入一個新的發(fā)展煤漿與氧氣混合物的點火必須要耐火磚的蓄熱才階段。主要表現(xiàn)在以下幾個方面能完成。造成的最大問題有以下。(1)該氣化爐不再為耐火磚的更換不斷地投(1)由于需要耐火磚蓄熱,因此在氣化爐開人資金。車時,必須用輕質(zhì)燃料加熱,而且需要抽引器使(2)可以提高氣化爐的運行溫度,使煤種的爐膛建立負(fù)壓,所有加熱期間的燃燒氣體必須排適應(yīng)性得到進(jìn)一步的放寬?？?造成較大的浪費。同時,耐火磚在使用過程(3)氣化爐不再需要預(yù)熱過程,即實現(xiàn)冷爐中會逐漸損壞,因此,要定期更換,一要停爐耽直接點火,大大縮短啟動過程,直接可以升溫升誤生產(chǎn),二要產(chǎn)生不小的費用。壓,節(jié)省費用。(2)由于耐火磚耐高溫極限的限制,氣化爐到目前為止,該氣化爐已累計運行了279d。的運行溫度一般不能高于1100℃,因此,對于2012年9月3日,中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會處理高灰熔點的煤種就顯得無能為力,這就造成組織了國內(nèi)有關(guān)專家對此工程項目進(jìn)行鑒定。鑒了水煤漿氣化工藝只能使用較低灰熔點煤種的局定結(jié)論為:“……氣化爐水冷壁采用垂直懸掛膜面。式壁結(jié)構(gòu),……特殊設(shè)計的工藝組合燒嘴,使氣山西豐喜肥業(yè)(集團)臨猗分公司,首先提出化爐啟動速度快,節(jié)省了開車成本……煤種適應(yīng)了利用水煤漿工藝處理髙灰熔點煤種的問題,經(jīng)性較好……總體技術(shù)水平處于國際領(lǐng)先水平,和清華大學(xué)商議,試圖采取水冷壁式的氣化爐用建議加快大型化的開發(fā)及推廣應(yīng)用”。于水煤漿的氣化。存在的問題是,由于是水冷水冷壁結(jié)構(gòu)水煤漿氣化爐工藝,由于以上所壁,無法實現(xiàn)蓄熱功能,即需要冷爐點火。如何述的性能優(yōu)勢,很快得到了業(yè)內(nèi)的認(rèn)可。目前實現(xiàn)水煤漿的點火就成了該方案能否實現(xiàn)的最重該工程項目由北京盈德清大科技有限責(zé)任公司全要因素,該課題的重點就集中在此力推廣,用戶情況見表2。北京航天動力研究所具有多年從事氣化爐工表2水冷壁水煤漿加壓氣化爐裝置用戶情況藝燒嘴的研制經(jīng)驗,該項任務(wù)就落在了我們的肩上。為此,我們進(jìn)行了大量的研究工作,設(shè)計出用戶操作壓力MPa媒種狀態(tài)帶點火功能的水煤漿工藝燒嘴”,同時申報了國山西陽煤豐喜肥業(yè)集團家發(fā)明專利。。該燒嘴設(shè)計中考慮了以下因素:臨猗分公司煙煤已投產(chǎn)運行①足夠的能量點燃水煤漿與氧氣的混合物;②克拉瑪依石化工業(yè)園區(qū)氣化島工程項目煙煤正在建設(shè)點火燃?xì)獾墓?yīng)與切斷;③點火能量的提供;④點火裝置的熱保護,即實現(xiàn)多次點火的需求,公少苦昌化工股份有限江蘇煙煤正在建設(shè)⑤點火裝置的安裝與工藝燒嘴性能的匹配;⑥石家莊盈鼎氣體有限公司5煙煤正在建設(shè)燒嘴冷卻結(jié)構(gòu)的改進(jìn),摒棄一貫采用的盤管形山東昌邑濱海(下營)經(jīng)式,采用水冷夾套,提高工作可靠性。濟開發(fā)區(qū)項目煙煤正在建設(shè)2011年8月22日,國際首套帶水冷壁的水煤原耐火磚爐改造為水冷壁爐的裝置漿加壓氣化爐在山西豐喜肥業(yè)(集團)臨猗分公司次點火成功,首次連續(xù)運行時間達(dá)到了140d,煤化工有限公少鑫晟貴州水城礦務(wù)煙煤正在改造帶點火功能的水煤漿工藝燒嘴始終保持了穩(wěn)定的黑龍江北大荒浩良河工作性能,在業(yè)內(nèi)產(chǎn)生了較大的影響。水煤漿氣分公司4,0煙煤正在改造化爐從此不再需要大量的輕質(zhì)燃料預(yù)熱,而且點可以預(yù)見,水冷壁結(jié)構(gòu)的水煤漿氣化爐工藝火過程不再需要抽引器建立負(fù)壓,氣化爐的升溫在未來的煤潔凈氣化市場中將占一席之地。和建壓同步進(jìn)行,點火階段的燃燒氣體直接可以利用,避免了不必要的浪費。同時,工藝燒嘴兼3其他技術(shù)改進(jìn)途徑的思考顧了點火的功能,不需要熱狀態(tài)下替換燒嘴,避3.1工藝燒嘴材料的優(yōu)化免了安全隱患。水冷壁水煤漿氣化爐的運行成(下轉(zhuǎn)第14頁)14化工設(shè)計通訊第39卷脫硫和氧化鐵法脫硫。在活性炭各項研究中,吸硫尚屬于實驗室研究階段)。隨著研究的不斷深附脫硫是當(dāng)前活性炭研究的重點領(lǐng)域,國外的活,復(fù)合氧化鐵脫硫劑具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。性炭吸附脫硫工藝已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。最新發(fā)以上就是筆者對氧化鋅干法脫硫的一些粗淺展的活性炭脫硫新技術(shù),是將金屬Co、Ni、Mg認(rèn)識,僅為一孔之見,若有不詳或不當(dāng)之處,還引人到木質(zhì)或煤表面,浸漬到以碳酸鈉為主的復(fù)望同行、專家提出寶貴的意見。合溶液中制成負(fù)載型活性炭,以更有效地脫除H2S及有機硫參考文獻(xiàn):在氧化鐵法脫硫的研究領(lǐng)域,經(jīng)過近幾十年[]楊水生,張緒平,張世榮,等.油田酸化作業(yè)井硫化氫防國內(nèi)外的多次改進(jìn)和研究,固體復(fù)合氧化鐵脫硫治措施探討[J.安全,2010,(11):劑在高溫下具備很強的脫除有機硫的能力。復(fù)合[2]wker.L. risk management can reduce regulat, enhancesafety [J]. Oil &Gas Journal, 1997, 95(24): 34-37.氧化鐵脫硫劑的研究也是當(dāng)今脫硫研究的熱點方[3]羅杰英,付向民,張國靜.淺析摻煉俄羅斯原油對重油催向,目前國內(nèi)外開發(fā)的復(fù)合氧化鐵脫硫劑物系的化裂化裝置產(chǎn)品分布及質(zhì)量的影響[J.甘肅化工,2004研究重點是Zn-Ti-O系脫硫劑、Fe-Zn-O18(3):30~33.系脫硫劑。國內(nèi)劉壬辰、汪曉梅等從國情出[4]活性炭應(yīng)用正向多領(lǐng)域擴展[J.氣體凈化,2009,9發(fā),開發(fā)了鐵一鋅系,鐵一鈣系脫硫劑,優(yōu)點是(1):28原料來源廣泛,價格低廉,再生能力強,操作溫[5]劉壬辰,汪曉梅.JNT復(fù)合氧化鐵脫硫劑的開發(fā)[冂].甲醇與甲醛,2005,(3):20~21區(qū)寬(應(yīng)用于工業(yè)化的是常溫和中溫脫硫,高溫脫◆舊◆◆舊到舊◆舊命降舊◆◆◆舊◆圖(上接第8頁)水煤漿性能的要求,也是一個值得考慮的方向。提高工藝燒嘴連續(xù)使用壽命的最直接方法是,利用新興的材料技術(shù)發(fā)展成果,選用適合水結(jié)語煤漿氣化工況的噴頭材料,加工噴頭零件,從而在廣大技術(shù)人員的共同努力下,水煤漿加壓使整個工藝燒嘴達(dá)到長周期的運行條件。據(jù)有關(guān)氣化技術(shù)不斷煥發(fā)出新的生命力,取得了一個又報道,兗礦魯南化肥廠已經(jīng)進(jìn)行了利用高溫陶瓷一個進(jìn)步。由于可以實現(xiàn)泵送,氣化爐操作壓力材料作為噴頭鑲嵌內(nèi)襯的試驗,達(dá)到了不錯的效高、操作簡單,煤種有一定的適應(yīng)能力,可以相果信,該技術(shù)的應(yīng)用市場還將有進(jìn)一步的擴展。3.2噴頭零件的表面處理對工藝燒嘴的中噴頭進(jìn)行耐物理磨蝕表面處參考文獻(xiàn):理,對外噴頭進(jìn)行抗高溫化學(xué)侵蝕處理。北京航1]陜西省渭河化肥廠《渭化科技》一美國德士古氣化裝置譯天動力研究所借鑒航天產(chǎn)品的表面處理工藝進(jìn)行文專輯,2000年增刊了有效的嘗試,已經(jīng)取得了可喜的進(jìn)展,進(jìn)一步[2]張曉慧.多元料漿氣化裝置的設(shè)備布置及工藝配管設(shè)計[.化肥設(shè)計,2009,48(1):35~37的研究試驗工作正在進(jìn)行中。[3]朱敏,孫水奎,馬廷衛(wèi),等.多噴嘴對置式水煤漿氣化裝3.3噴頭結(jié)構(gòu)的改進(jìn)置優(yōu)化與改進(jìn)[J].化工設(shè)計通訊,2011,37(4):65~對中噴頭物理磨蝕機理的研究結(jié)果表明,優(yōu)化中噴頭的型面,改善固體顆粒的沖擊角度,會[4劉孝弟,尹潤生.改進(jìn)水煤漿氣化工藝裝置的一些思考進(jìn)一步提升中噴頭的工作壽命。關(guān)于工藝燒嘴[J].大氮肥,2009,32(4):222-227.[5]劉孝弟,王岳,李兵科.水煤漿氣化爐工藝燒嘴有關(guān)問題的冷卻結(jié)構(gòu),北京航天動力研究所已經(jīng)利用夾套的探討[].化肥工業(yè),2009,36(2):20~23式結(jié)構(gòu)替換了盤管式結(jié)構(gòu),取得了一定的進(jìn)展。[6王中剛,韓喜民.水煤漿水冷壁氣化爐建設(shè)及運行總結(jié)3.4工藝條件的優(yōu)化[G].2011年全國氮肥、甲醇行業(yè)技術(shù)經(jīng)驗交流會資料匯熔渣非熔渣氣化工藝中,利用二次補氧,編,9095減緩了中噴頭的物理磨蝕和外噴頭的化學(xué)侵蝕,[7]劉孝弟,張勇,王岳,等.帶點火功能的水煤漿燒嘴及應(yīng)用[J.化工設(shè)計通訊,2011,37(6):15~18,2.對工藝燒嘴工作壽命的提高起到了一定的作用。[8]王岳,劉孝弟,宋曉峰,等.自帶點火裝置的水煤漿加壓如何進(jìn)一步優(yōu)化工藝條件,降低對工藝燒嘴霧化氣化工藝燒嘴裝置:中國,ZL200920219759.3[P]