撞擊式氣流床技術(shù)在新型氣化爐中的應用

第10期馬波,等:撞擊式氣流床技術(shù)在新型氣化爐中的應用●33.撞擊式氣流床技術(shù)在新型氣化爐中的應用馬波',張秀云2(1.中國石油工程建設公司華東設計分公司,山東青島266071;2.山東墾利石化有限公司,山東東營(yíng)257500)摘要:論述了發(fā)展先進(jìn)氣流床氣化技術(shù)的必要性.介紹了了水煤漿的氣化過(guò)程、擅擊流技術(shù)的特點(diǎn)及其在新型氣化爐中的應用。關(guān)鍵詞:擅擊式;氣流床氣化;氣化爐中圈分類(lèi)號:TQ546.2文獻標識碼:B文章編號: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發(fā)展先進(jìn)氣流床氣化 技術(shù)的重要性C.H. +(m+)02 = mCO2 +號H2O氣流床氣化技術(shù)是以煤粉或水煤漿為原料,采用氧氣或氧氣和蒸汽為氣化劑高速?lài)娙霘饣癄t,物2C + 02 =2C0料在爐內停留時(shí)間短,反應溫度高,采用液態(tài)排渣,C+O2 = CO2因此氣化強度高,生產(chǎn)能力大,碳轉化率高,而且煤2CO + 02 =2CO2氣中不含焦油和酚,對環(huán)境污染小。H2+一02 =H20我國是一個(gè)多煤少油的國家,隨著(zhù)經(jīng)濟的高速C +H20=CO +H2發(fā)展,煤的開(kāi)發(fā)和應用對環(huán)境造成的污染也越來(lái)越CO+H20=CO2 +H2嚴重,因此發(fā)展環(huán)境友好型煤氣化技術(shù),對于我國經(jīng)CH, + H20=CO +3H2濟的可持續發(fā)展以及建設環(huán)境友好型社會(huì )是非常必C+CO2 =2CO要的。C +2H2 =CH,目前國際上有代表性的氣流床氣化技術(shù)有以下水煤漿氣化是將煤中有效的C、H和部分H20幾種":德士古(Texaco)氣化技術(shù)、Shell氣化技術(shù)、轉變?yōu)楹铣蓺獾倪^(guò)程,該過(guò)程是吸熱的,為了避開(kāi)反CSP氣化技術(shù)等,這些煤氣化技術(shù)占領(lǐng)了國內煤化應的動(dòng)力學(xué)控制區,使反應過(guò)程具有較高的速率,氣工技術(shù)市場(chǎng)的主要份額,因此發(fā)展具有自主知識產(chǎn)化反應必須在較高的溫度下進(jìn)行。對于特定的氣化權的先進(jìn)煤氣化技術(shù)對發(fā)展我國的煤化工業(yè)是非常爐而言,所能控制的只有氧碳比和煤漿濃度。R重要的。Govind等[5]認為T(mén)exaco氣化爐出口氣體的成分和2水煤漿的氣化過(guò)程碳轉化率依賴(lài)于三個(gè)基本參數:燃料的負荷氧燃比水煤漿在氣化爐內發(fā)生一系列的化學(xué)反應過(guò)以及中國煤化工為氧燃比對碳轉程,其中可能的化學(xué)反應有(2-4):化率的YHCNMH C值對碳轉化率的影響,水蒸氣和燃料的比值能顯署地影響出氣體收稿日期:2009-07 -10 .作者簡(jiǎn)介:馬波( 1969-) ,男,山東棲霞人,工學(xué)碩士,現從事煉油設計工作。U東化工●34.SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2009年第38卷的成分。3撞擊流技術(shù)的特點(diǎn)撞擊流由Elperin'6)最早提出,其基本構思是使兩股氣體-顆?；虻瘟上嗔餮赝S相向流動(dòng)撞擊。由于慣性.顆粒穿過(guò)撞擊面滲人反向流,并來(lái)回做減幅振蕩運動(dòng),從而延長(cháng)了顆粒在氣流中的停留時(shí)間,這種方法對強化熱、質(zhì)傳遞過(guò)程尤其是外擴散控制的傳遞過(guò)程非常有效。在撞擊流的撞擊區中，下面幾個(gè)因素強化了傳A-A遞過(guò)程。1)滲透顆?；蛞旱闻c反向氣流間的相對速度增大。2)由于顆粒以阻尼振蕩方式多次反復滲人反向氣流增加了撞擊區中顆粒的平均停留時(shí)間，從而可以縮小裝置的幾何尺寸。3)在氣-液或液-液體系中,相間或滴粒間碰撞產(chǎn)生的剪切力可導致滴粒破碎,增大其表面積并1.射流區;2. 撞擊區;3.摣擊流股區;促進(jìn)表面更新,從而增大傳質(zhì)速率,滴粒破碎還會(huì )增4.攮擊巍回流區;5.折返流區;6.管流區大傳遞系數。圍1新型(多噴嘴對置)氣化爐流場(chǎng)示意 圖4)相向流動(dòng)連續相的碰撞,即射流相互撞擊,新型(多噴嘴對置)氣化爐流場(chǎng)與德士古或減少壓力脈沖,或產(chǎn)生強烈的徑向和軸向速度分(Texaco)氣化爐流場(chǎng)相比具有如下優(yōu)越性:量,從而在撞擊區造成良好的混合?；旌献饔眠€因(1)從流場(chǎng)結構看,每一股射流都形成-一個(gè)回顆粒在濃度最高的撞擊區中多次往返滲透而得到加流區,四噴嘴對置就有四個(gè)回流區。另外撞擊之后強的向.上與向下流股各形成一個(gè)回流區。即新型(多4撞擊流技術(shù)在新型(四噴嘴對置)氣化爐中噴嘴對置)氣化爐共有六個(gè)回流區,它們對提高熱的應用及其與德士古(Texaco)氣化爐的比較質(zhì)傳遞與穩定火焰具有極大作用。新型(多嘖嘴對置)氣化爐是由華東理工大學(xué)、(2)新型(多噴嘴對置)氣化爐內湍流強度較兗礦魯南化肥廠(chǎng)、天辰化學(xué)工程公司共同開(kāi)發(fā)的,該德士古(Texaco)氣化爐有較大提高,表明其熱質(zhì)傳爐型采用四噴嘴對置撞擊流技術(shù)。該技術(shù)的開(kāi)發(fā)歷遞能力增加,有利于提高氣化速率和碳轉化率。經(jīng)大型冷模裝置測試.小型熱模試驗、中試裝置試驗(3)新型(多噴嘴對置)氣化爐上段(噴嘴所在以及工業(yè)裝置的實(shí)施階段'”。平面至爐頂)沿爐壁存在折返流,在其中進(jìn)行氣化1)大型冷模裝置測試階段8)反應,由于吸熱有利于保護耐火磚。該裝置的大型冷模裝置測試工作由華東理工大(4)停留時(shí)間分布的測試結果表明新型(多噴學(xué)完成。采用Dual PDA ( Dual Particle Dynamics嘴對置)氣化爐短路流股比德士古(Texaco)氣化爐Analyzer)即激光多普勒三維粒子動(dòng)態(tài)分析儀來(lái)實(shí)現大為減少,煤渣中可燃物將顯著(zhù)下降。流場(chǎng)內三維速度、顆粒直徑和濃度的同時(shí)在線(xiàn)測量。2)中試裝置試驗階段"這種分析儀具有對流場(chǎng)無(wú)千擾、動(dòng)態(tài)響應快、空間分中試裝置氣化爐的設計規模為日處理煤22t,由辨率高、測量精度高等特點(diǎn),是測量瞬時(shí)運動(dòng)速度及天辰工程公司完成工程設計。該裝置于2000年7粒徑分布的有效手段。月開(kāi)始試車(chē),累計運轉700多h,2000年10月通過(guò)大型冷模裝置的測試結果表明,氣化爐內流場(chǎng)中國石油化工協(xié)會(huì )組織的72h工藝考核?？蓜澐殖缮淞鲄^撞擊區、撞擊流股區、回流區、折返中試裝置采用與魯南化肥廠(chǎng)德士古(Texaco)氣流區、管流區。氣化爐流場(chǎng)示意圖見(jiàn)圖1?；癄t中國煤化工，新型(多噴嘴對置)4CNMH G爐相比,整體工藝指標優(yōu)于德土古( Texaco)氣化爐,碳轉化率高出其第10期馬波,等:撞擊式氣流床技術(shù)在新型氣化爐中的應用●5●三個(gè)百分點(diǎn),比氧耗低于其7個(gè)百分點(diǎn),比煤耗低于5結論其6.7個(gè)百分點(diǎn).干氣產(chǎn)率高于其7.3個(gè)百分點(diǎn)。采用撞擊流技術(shù)的新型(多噴嘴對置)氣化爐中試裝置的試驗結果說(shuō)明新型(多噴嘴對置)技術(shù)的開(kāi)發(fā)是成功的,該技術(shù)是具有自主知識產(chǎn)權氣化爐技術(shù)先進(jìn)可行,為新型(多噴嘴對置)氣化爐的先進(jìn)煤氣化技術(shù),隨著(zhù)工業(yè)示范裝置的成功應用，技術(shù)工業(yè)裝置的應用奠定了基礎。該技術(shù)在國內已得到了廣泛的推廣。3)工業(yè)裝置的實(shí)施階段"參考文獻從2002年開(kāi)始，先后在山東華魯恒升化工有限[1]王輔臣,于廣鎖,龔欣,等.多噴嘴對置煤氣化技術(shù)的研公司和兗礦集團國泰化工有限公司建設了兩套采用究與工業(yè)示范[J].應用化工, 2006, 35(10): 119-新型(多噴嘴對置)氣化爐技術(shù)的工業(yè)示范裝置。131.山東華魯恒升化工有限公司示范裝置氣化壓力為[2]吳韜,龔欣.王輔臣,等.6. SMPa水煤漿氣化反應過(guò)程6. 5MPa,單爐日處理煤750t,配套生產(chǎn)能力為30萬(wàn)剖析[J].大氮肥, 1997, 20(5): 323 -326.va的合成氨裝置,該氣化裝置于2004底建成,于[3]曹征彥.中國潔凈煤技術(shù)[M].北京:中國物資出版2004年12月1日一次投料試車(chē)成功。兗礦集團國社, 1998.泰化工有限公司示范裝置為2臺氣化壓力4. 0MPa,[4]王輔臣,龔欣，吳韜,等.6.5MPa水煤漿氣化爐工藝分單爐日處理煤1000t, 配套生產(chǎn)能力為24萬(wàn)Va的析[J].大氮肥,1997, 20(5): 320 -322.甲醇以及80MW的發(fā)電裝置,該氣化裝置于2005年[5] Rakesh Govind and Jogen Shan. Modeling and Simulation ofan Entrained Flow Coal Gasifer [J]. AIChE Journal,10月16日- -次投料試車(chē)成功,2005年10月17日1984, 30(1): 79-91.打通全部工藝流程,生產(chǎn)出合格甲醇。工業(yè)裝置的運行數據看:采用同樣煤種的兗礦[6] Danckwerts P V. Continous Flow Systems Distibution ofResidence Times[J]. Chem Engng Sci,1953,(2):1-13.集團國泰化工有限公司新型(多噴嘴對置)氣化爐[7]馬波.撞擊式氣流床氣化爐熱態(tài)模試及停留時(shí)間模型化與魯南化肥廠(chǎng)德士古(Texaco)氣化爐相比,碳轉化研究[D].上海:華東理工大學(xué),2004.率提高3個(gè)百分點(diǎn)以上,比氧耗降低約8個(gè)百分點(diǎn)，[8]韓文,趙東志,祝慶瑞,等.新型(多噴嘴對置)水煤漿比煤耗降低2~3個(gè)百分點(diǎn);采用同樣神府煤的華魯氣化爐的開(kāi)發(fā)[J].化肥工業(yè), 2001, 28(3): 18 -20.恒升化工有限公司新型(多噴嘴對置)氣化爐與上海焦化廠(chǎng)德士古( Texaco)氣化爐相比,碳轉化率提(本文文獻格式:馬波, 張秀云.撞擊式氣流床技高3個(gè)百分點(diǎn)以上,比氧耗降低約2個(gè)百分點(diǎn),比煤術(shù)在新型氣化爐中的應用[J].山東化工,2009,38耗降低約8個(gè)百分點(diǎn),說(shuō)明新型(多噴嘴對置)氣化(10):33 -35.)爐工藝指標優(yōu)于德士古( Texaco)氣化爐。(上接第32頁(yè))(4)原料中總氮總氯嚴重超標，是造成銨鹽在系3結論統中大量產(chǎn)生,以至于堵塞換熱器管道并腐蝕設備。由以上分析可知,造成苯塔再沸器泄漏主要原4結束語(yǔ)因如下。通過(guò)以上分析,換熱器頻繁泄漏的原因已基本(1)再沸器長(cháng)期腐蝕、老化，且沒(méi)有有效維護保清楚,對癥下藥,公司采取了相應的措施。比如生產(chǎn)養是造成泄漏的主要原因。廠(chǎng)加強工藝紀律管理，強化操作規程;相關(guān)部門(mén)對原(2)脫硫系統未按規程操作。MEA控制濃度材料加強監管,杜絕不合格粗苯進(jìn)廠(chǎng);嚴格建立設備偏低,對H2S的吸收效果不好,導致H2S返回系統，檢修檔案,特別對于容易發(fā)生泄漏的高壓設備,制定是造成系統硫含量高的主要原因。系統硫含量高又科學(xué)的檢修周期。通過(guò)以上措施,苯精制裝置自造成系統設備管道腐蝕,進(jìn)而造成原料中鐵含量升2008年5月開(kāi)車(chē)至目前為止,沒(méi)有再發(fā)現換熱器泄高;脫硫塔控制溫度有時(shí)候低于控制指標范圍,對漏現象,取得了良好的效果。脫硫有一定影響。(3)系統廢水返人粗苯罐.粗苯罐排水不充分中國煤化工苯塔再沸器泄漏導致粗苯罐內NH,-N和Cl升高,對系統操作帶的原|YHCN MH G8(10):31 -32)來(lái)一定的影響。