多噴嘴對置煤氣化技術(shù)的研究與工業(yè)示范

第35卷增刊.應用化工Vol. 352006年10月Applied Chemical IndustryOct. 2006多噴嘴對置煤氣化技術(shù)的研究與工業(yè)示范王輔臣,于廣鎖,龔欣,劉海峰,王亦飛，周志杰,陳雪莉,郭曉鐳,代正華,于遵宏(華東理工大學(xué)潔凈煤技術(shù)研究所,上海200237)摘要:煤氣化技術(shù)是發(fā)展煤基化學(xué)品(氨、甲醇、二甲醚等)、煤基液體燃料、先進(jìn)的IGCC發(fā)電、多聯(lián)產(chǎn)系統、制氫、燃料電池等過(guò)程工業(yè)的基礎,是這些行業(yè)的共性技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)和龍頭技術(shù)。本文詳細介紹了多噴嘴對置煤氣化技術(shù)的特點(diǎn),研究開(kāi)發(fā)的方法和過(guò)程,多噴嘴對置的水煤漿和粉煤氣化中試裝置的運行情況,多噴嘴對置的水煤漿氣化技術(shù)工業(yè)示范裝置的運行情況。示范結果表明,同樣采用北宿精煤的國泰化工有限公司多噴嘴對置氣化爐與魯南化肥廠(chǎng)Texaco 氣化爐相比,碳轉化率提高3個(gè)百分點(diǎn)以上,比氧耗降低約8%,比煤耗降低2%~3%;同樣采用神府煤的華魯恒升化工有限公司多噴嘴對置氣化爐與上海焦化廠(chǎng)Texaco 氣化爐相比,碳轉化率提高3個(gè)百分點(diǎn)以上,比氧耗降低約2%,比煤耗降低約8%左右。工業(yè)運行結果表明,多噴嘴對置氣化爐工藝指標先進(jìn),運行穩定可靠。關(guān)鍵詞:多噴嘴對置;煤氣化;研究開(kāi)發(fā);工業(yè)示范中圖分類(lèi)號:TQ 545文獻標識碼:A煤炭是我國的基礎能源和重要原料,在國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展中具有重要的戰略地位,將長(cháng)期是我國的主要能源。煤氣化技術(shù)是煤炭清潔轉化的核心技術(shù)之一,是發(fā)展煤基化學(xué)品(氨、甲醇、二甲醚等)、煤基液體燃料、先進(jìn)的ICCC發(fā)電、多聯(lián)產(chǎn)系統、制氫、燃料電池等過(guò)程工業(yè)的基礎,是這些行業(yè)的共性技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)和龍頭技術(shù)。估計,我國“十一-五”末期年氣化用煤約1億t。以煤間接液化為例,規模為500萬(wàn)t/a的生產(chǎn)裝置,氣化用煤在2200~2500萬(wàn)t/a。國內在建的甲醇裝置、合成氨裝置、煤制油裝置和處于籌建中的煤制烯烴裝置煤制油裝置、甲醇裝置等,已展現了對煤氣化技術(shù)的強勁需求。在流派眾多的煤氣化技術(shù)中,氣流床氣化技術(shù)因煤種適應范圍比較廣、氣化溫度、壓力高、易于大型化,成為煤氣化技術(shù)發(fā)展的主流方向。國際上有代表性的氣流床氣化技術(shù)主要有GE( Texaco)氣化技術(shù)1,2]. Global E-Gas氣化技術(shù),以干粉煤為原料的Shell 氣化技術(shù)[3.4]、Prenflo氣化技術(shù)[5.6]、GSP氣化技術(shù)功。華東理工大學(xué)潔凈煤技術(shù)研究所長(cháng)期從事煤氣化技術(shù)研究,基于對置撞擊射流強化混合的原理,提出了多噴嘴對置的水些“中國煤化芏術(shù)方案,在氣流床煤氣化技術(shù)的應用基礎研究和產(chǎn)業(yè)化方:YHCN MH G后完成了多噴嘴對置水煤漿和粉煤中間試驗,建設了多噴嘴對置水煤漿氣化工業(yè)裝置。實(shí)踐表明,開(kāi)發(fā)的多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)有明顯的優(yōu)勢。本文將對多噴嘴120應用化工2006年第35卷增刊對置式氣化技術(shù)的實(shí)驗研究、中試研究和產(chǎn)業(yè)化示范作簡(jiǎn)要總結。1實(shí)驗研究1.1 過(guò)程分析水煤漿和粉煤氣化過(guò)程涉及高溫、高壓、非均相條件下的流體流動(dòng)以及與之相關(guān)的傳遞過(guò)程規律和復雜的化學(xué)反應過(guò)程。氣化爐內平均溫度高達1350~1450C(火焰前沿溫度更高) ,氣化過(guò)程基本上屬于快反應，與流體流動(dòng)密切相關(guān)的混合過(guò)程在其中起著(zhù)極為重要的作用?；谏鲜龇治?開(kāi)發(fā)者提出了氣化過(guò)程的層次機理模型，見(jiàn)圖1。其中噴嘴和爐體的結構與幾何尺寸、工藝條件(第一層次)決定了爐內的流場(chǎng)結構(速度分布、壓力分布、回流與卷吸一第二層次) ,流場(chǎng)結構又決定了爐內的混合過(guò)程(包括霧化一第 三層次) ,并由此形成了爐內的濃度分布、溫度分布和停留時(shí)間分布(第四層次)。而有效氣成分、有效氣產(chǎn)率、碳轉化率和水蒸氣分解率等氣化反應結果,以及噴嘴壽命、耐火磚壽命、激冷環(huán)壽命和結渣等工程結果(第五層次)則受濃度分布、溫度分布和停留時(shí)間分布的影響。第一層次噴嘴結構工藝條件爐體結構與尺寸二↓第二層次霧化流場(chǎng).第三層次混合第四層次濃度分布溫度分布停留時(shí)間分布氣體成分化第五層次有效氣產(chǎn)率.學(xué)反工耐火磚壽命水蒸氣分解率應噴嘴壽命轉化率中國煤化工MHCNMHG圖1氣化過(guò)程層次機理模型其中第-層次是可控因素,關(guān)鍵是控制依據;第五層次為結果,是被動(dòng)承受增刊王輔臣等:多噴嘴對置煤氣化技術(shù)的研究與工業(yè)示范121的;第二層次第三層次第四層次因素起因于第-層次因素,影響氣化結果,在工業(yè)條件下,是人們無(wú)法看到的,但又是設計第--層次因素的依據,它們與爐內流體流動(dòng)過(guò)程密切相關(guān),鑒于流體流動(dòng)特征以及與之相關(guān)的混合過(guò)程的特殊性,可以將其從復雜的氣化反應中分解出來(lái),通過(guò)大型冷模裝置加以詳盡的研究。由于氣化過(guò)程速率為傳遞過(guò)程控制,為此,我們提出了新的技術(shù)對策,即通過(guò)噴嘴配置、優(yōu)化爐型結構及尺寸,在爐內形成撞擊流,以強化混合(熱質(zhì)傳遞)過(guò)程并形成爐內合理的流場(chǎng)結構,從而達到良好的工藝與工程效果:有效氣成分高,碳轉化率高,耐火磚壽命長(cháng)。1.2大型冷 模實(shí)驗為了研究氣化爐內的流動(dòng)與混合過(guò)程,建立了φ1000mm、高6000mm的大型冷模裝置,采用DualPDA、熱線(xiàn)分速儀、快速氣相色譜,分別研究了單噴嘴和多噴嘴對置時(shí)氣化爐內的流場(chǎng)、冷態(tài)濃度分布、停留時(shí)間分布、壓力分布8-],研究了噴嘴的霧化規律[213)?；诶淠?shí)驗和煤氣化反應的特征,提出了水煤漿氣化過(guò)程的分區模型。1.2.1流動(dòng)特征 流場(chǎng)測試表明 ,4噴嘴對置式爐流場(chǎng)結構示意圖(圖2)可劃分為以下6個(gè)區域:射流區,撞擊區,撞擊流股,回流區,折返流區,管流區。海中二4小.......圖2 4 噴嘴對置撞擊流氣俳中國煤化工射流區(I):流體從噴嘴以較高速度噴出YHCNMH G卷吸帶向下游流動(dòng),射流寬度隨之不斷擴展,其速度也逐漸減弱，直至與相鄰射流邊界相交。撞擊區(I):當射流邊界交匯后,在中心部位形成相向射流的劇烈碰撞運122應用化工2006年第35卷增刊動(dòng),該區域靜壓較高,且在撞擊區中心達到最高。此點(diǎn)即為駐點(diǎn),射流軸線(xiàn)速度為零。由于流體撞擊的作用,射流速度沿徑向發(fā)生偏轉,徑向速度(即沿設備軸向速度)逐漸增大。撞擊區內速度脈動(dòng)劇烈,湍流強度大,混合作用好。撞擊流股(I):4股流體撞擊后,流體沿反應器軸向運動(dòng),分別在撞擊區外的上方和下方形成了流動(dòng)方向相反、特征基本相同的兩個(gè)流股。撞擊流股具有與射流相同的性質(zhì),即流股對周邊流體也有卷吸作用,使該區域寬度沿軸向逐漸增大,軸向速度沿徑向逐漸衰減，軸線(xiàn)處最大。中心軸向速度沿軸向達到-最大值后也逐漸衰減,直至軸向速度沿徑向分布平緩?；亓鲄^(IV):由于射流和撞擊流股都具有卷吸周邊流體的作用,故在射流區邊界和撞擊流股邊界,出現回流區。折返流區(V):沿反應器軸向向上運動(dòng)的流股,對拱頂形成撞擊流,近爐壁沿著(zhù)軸向折返朝下運動(dòng)。管流區(VI):在爐膛下部,射流射流撞擊、撞擊流股、射流撞擊壁面特征消失,軸向速度沿徑向分布基本保持不變，形成管流區。1.2.2混合特征停留時(shí)間分布是氣化爐內微觀(guān)混合過(guò)程在宏觀(guān)上的表現。采用脈沖進(jìn)樣法,分別測定了多噴嘴對置式氣化爐和Texaco氣化爐的無(wú)因次停留時(shí)間分布密度E( 0)與無(wú)因次時(shí)間θ的關(guān)系,見(jiàn)圖3。1.2p1.0-◆Texaco 氣化爐n 0.8一多噴嘴對 置式氣化爐0.60.410.20.02.03.04.0圖3氣化爐停 留時(shí)間分布密度曲線(xiàn)圖3表明,多噴嘴對置式氣化爐與Texaco氣化爐停留時(shí)間分布的差異主要出現在無(wú)因次時(shí)間θ較小時(shí),前者出峰時(shí)間明顯較后者晚。對Texaco氣化爐而言,通過(guò)噴嘴進(jìn)人氣化爐的物料幾乎同時(shí)就有部分物料流出氣化爐,而在多噴嘴對置式氣化爐中,通過(guò)噴嘴進(jìn)人氣化爐的物料一般要 經(jīng)過(guò)0. 18(無(wú)因次時(shí)間)之后才可能流出氣化爐。多噴嘴對置式氣化爐的平均停留時(shí)間約為8.6s,即物料至少要經(jīng)過(guò)1.5s才可能出氣化爐。氣流床煤氣化的工程實(shí)踐表明，經(jīng)過(guò)1 s,煤顆粒的氣化反應已進(jìn)行得相當完全。因此，多中國煤化工約碳轉化率將會(huì )比Texaco氣化爐有顯著(zhù)提高。YHCNMHG1.2.3不對稱(chēng)撞擊射流[14] 在氣化爐 實(shí)際操作中,完全的對稱(chēng)撞擊只是相對增刊王輔臣等:多噴嘴對置煤氣化技術(shù)的研究與工業(yè)示范的，由于流量的波動(dòng),普遍存在不對稱(chēng)撞擊的情況,因此研究流量不均勻時(shí)不對稱(chēng)撞擊流的規律,對指導工業(yè)操作有重要意義。通過(guò)大型冷模實(shí)驗，獲得了重要結論,影響撞擊流駐點(diǎn)偏移的因素有氣量比、噴嘴直徑、噴嘴間距等。氣速比一定時(shí),氣速的絕對大小對軸線(xiàn)上撞擊面駐點(diǎn)影響可以忽略。通過(guò)曲線(xiàn)擬合可以得出無(wú)因次的偏移量Ox/L隨操作條件的變化關(guān)系為:Ox0. 0831L*=0. 8086 x(1-a)1.338 >(號)°4個(gè)噴嘴氣速相等時(shí),流場(chǎng)是對稱(chēng)的;駐點(diǎn)只有一個(gè),都出現在正交的交點(diǎn)上;對其速度分布曲線(xiàn)無(wú)因次化后,曲線(xiàn)重合,即各工況按相同規律衰減。4個(gè)噴嘴中有3個(gè)噴嘴氣速相等時(shí),發(fā)現兩個(gè)駐點(diǎn)，駐點(diǎn)基本都出現在x/D=0和.x/D=-5處;和兩噴嘴的工況比較,駐點(diǎn)比兩噴嘴多了-一個(gè),駐點(diǎn)出現的位置也比兩噴嘴工況的位置向氣速大的噴嘴的方向移動(dòng)。4個(gè)噴嘴中對置的2對噴嘴氣速兩兩相等時(shí),發(fā)現速度曲線(xiàn)中出現3個(gè)駐點(diǎn),而2對噴嘴氣速相差不大時(shí)只測量到一個(gè)駐點(diǎn)。4個(gè)噴嘴中相鄰2個(gè)噴嘴氣速兩兩相等時(shí)，發(fā)現駐點(diǎn)發(fā)生了偏移,且偏離了軸線(xiàn)。1.3化學(xué) 反應特征氣化爐內的化學(xué)反應可分為一次反應(即燃燒反應)和二次反應(即C、CH4 .等的氣化反應和逆變換反應),某個(gè)流動(dòng)區內可能發(fā)生的化學(xué)反應到底以--次反應為主、還是以二次反應為主,與該區內的流體流動(dòng)特征及與之相應的混合過(guò)程有關(guān)。根據不同特點(diǎn),爐內有3個(gè)化學(xué)反應特征各異的區域,即一次反應區、二次反應區和一、二次反應共存區。1.3.1 一次反應區一次反應區包括射流區、撞擊區及撞擊擴展流區的--部分。該區中以煤中揮發(fā)份與氧氣的燃燒反應為主,也伴有射流卷吸的回流氣體中CO和H2的燃燒反應。揮發(fā)份、H2和CO的燃燒速率極快,其時(shí)間尺度在2~4 ms ,遠小于爐內物料微觀(guān)混合的時(shí)間尺度(約0.1 s), 在混合過(guò)程中,脫揮發(fā)份后的顆粒將形成殘炭;因此在一次反應區中亦有游離炭黑或殘炭的燃燒反應。Masdin 和Thring的研究表明,殘炭的燃燒速率約為揮發(fā)份燃燒速率的1/10左右,因此,殘炭在- -次反應區中的燃燒與揮發(fā)份的燃燒相比是次要的。即- -次反應區中的主要反應為:煤中揮發(fā)份+O2-→CO2 + H20(5)2C0 + 02= 2CO2中國煤化工2H2+ O2= 2H2ODHCNMHGCH4+ 202= CO2 + 2H20(8)2C + O2= 2CO(9)12-應用化工2006年第35卷增刊1.3.2二次反應區 二次反應區 包括管流區和撞擊擴展區的一部分。一次反應區的產(chǎn)物將進(jìn)行二次反應,其主要組分有殘炭、游離炭黑CO2、CH,、H20以及CO和H2,殘炭與游離炭黑在二次反應區中繼續氣化:C + CO2= 2CO(10)C+H2O=CO+H2(11)CH4將發(fā)生下列轉化反應:CH4+H2O=CO+3H2(12)CH4 + CO2= 2H2 + 2CO(13)CO2和H2O在二次反應區中將進(jìn)行下列逆變換反應:CO2+ H2= CO + H20(14)通?？捎梅磻俾食档牡箶?/k表征反應時(shí)間尺度,由文獻提供的有關(guān)反應速率數據,可算出反應( 10)的時(shí)間尺度為10 s左右[5];已有研究表明,反應(11)的速率快于反應(10);而反應(12) ~(14)這3個(gè)反應為均相反應,在高溫下其速率高于反應( 10)和(11)。碳與H20和CO2反應的時(shí)間尺度均大于微觀(guān)混合的時(shí)間尺度，即化學(xué)反應是殘炭氣化反應的控制步驟。1.3.3一 次與二次反應共存區一、二次反應共存區主要是回流區。因射流的卷吸作用和湍流擴散,回流區將與射流區和撞擊流擴展區進(jìn)行質(zhì)量交換,其中以卷吸為主,但因湍流的隨機性,也將有個(gè)別氧氣微團經(jīng)湍流擴散作用而進(jìn)人回流區中。因此,在回流區中,既有一次反應,亦有二次反應,但以二次反應為主。同樣，該區中的反應除碳與H20和CO2的氣化反應外均受微觀(guān)混合過(guò)程的控制。1.4數學(xué)模型 ，氣化過(guò)程中,除殘炭的氣化反應外,其它反應基本上屬于快反應。因此,就局部而言,反應(12)和(14)處于平衡狀態(tài),模擬時(shí)可以不考慮動(dòng)力學(xué)因素。但從總體上講,因受停留時(shí)間分布的影響,停留時(shí)間低于宏觀(guān)或微觀(guān)混合時(shí)間尺度的這一-部分物料將 無(wú)法充分反應,其宏觀(guān)表現似乎是化學(xué)反應未達到平衡。在進(jìn)行氣化爐氣相物料的計算時(shí),必須從停留時(shí)間分布的角度出發(fā),考慮到微觀(guān)混合與宏觀(guān)混合的時(shí)間尺度?；诶鋺B(tài)流場(chǎng)的研究,提出了對氣化爐進(jìn)行工藝計算的混合模型,已成功應用于水煤漿、粉煤、渣油氣化及天然氣部分氧化過(guò)程[16-18]2中試裝置的運行2.1水煤漿氣化中試裝置的運行中國煤化工基于實(shí)驗室研究結果,提出了新型水煤漿MHCNMH c在兗礦集團公司魯南化肥廠(chǎng)設計了日處理22t煤的多噴嘴對置水煤漿氣化中試裝置，該裝置于2000年7月開(kāi)始試運轉,累計運轉700多h,2000年10月通過(guò)中國石油化工增刊王輔臣等:多噴嘴對置煤氣化技術(shù)的研究與工業(yè)示范125協(xié)會(huì )組織的72 h工藝考核。中試水煤漿來(lái)自魯南化肥廠(chǎng)Texaco 水煤漿氣化工業(yè)裝置,采用落陵煤、井亭煤級索煙煤混合制漿,各煤種的分析結果見(jiàn)表1。氣化操作條件為:氣化壓力4. 0 MPa,氣化溫度1200 ~ 1350C ,煤漿濃度61%,氧煤比約為0.691 Nm'/kg。表1中試裝 置煤質(zhì)分析結果煤種落陵井亭級索煙煤Mad/%0.660.971.85Ad/%7. 913.8414. 90Vdaf/%45. 5939. 3642. 70固定碳/%49.7758.3247. 85總硫/%2.772. 204.29熱值/(kJ●kg~')316843394027990元素分析/%C77. 4785.7466. 83H5.385.534. 76N1.211.381.08.05. 191.257. 78s2. 792.224. 37Ash7.963. 8815.18混合比例/%60.0020. 00氣化爐出口典型氣體組成列于表2,與采用同樣煤種的魯南化肥廠(chǎng)Texaco水煤漿氣化工業(yè)裝置工藝指標的比較列于表3。表2典型合成氣組成組分體積分數/%37.07CO46. 12CO216. 20其庀0.61從表3可見(jiàn),在采用同樣煤種的情況下,多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)的整體工藝指標優(yōu)于Texaco氣化裝置,表現出碳轉中國煤化工;煤耗低的優(yōu)勢。YHCNMHG中試裝置的成功運轉,表明多噴嘴對置水煤漿氣化技術(shù)整體工藝方案可行，工藝指標先進(jìn),為建設商業(yè)化示范裝置奠定了基礎。126應用化工2006年第35卷增刊表3多噴嘴對置氣化爐中試裝 置與Texaco水煤漿氣化爐工業(yè)裝置工藝指標比較多噴嘴對置氣化爐中試裝置魯南化肥廠(chǎng) Texaco 工業(yè)裝置單爐生產(chǎn)能力/(t煤●d")~22~ 400操作壓力/MPa~2.0~3.0煤漿濃度/%~6162 ~64有效氣成分(CO + H2)/%~ 8381.4碳轉化率/%> 98~ 95比氧耗/[Nm'O2●10~3 Nm'(CO +H2)]~ 380-410比煤耗/[kg煤.10-3 Nm'(CO +H2)]~ 550~ 590干氣產(chǎn)率/(NM’干氣●kg~'煤)~2.192.2干煤粉氣化中試裝置的運行2004年末,在華東理工大學(xué)、兗礦魯南化肥廠(chǎng)(水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心)、中國天辰化學(xué)工程公司3家單位通力合作下,建于兗礦魯南化肥廠(chǎng)的國內首套具有自主知識產(chǎn)權的粉煤加壓氣化中試裝置順利通過(guò)72h專(zhuān)家現場(chǎng)考核,率先在國內展示了氣流床粉煤加壓氣化技術(shù)的優(yōu)越性能。中試裝置氣化溫度為1300 ~ 1400C,氣化壓力2.0 ~3.0 MPa,根據1對噴嘴或4個(gè)噴嘴運行情況不同,裝置操作負荷可調范圍較大,為15~45 t煤/d。氧煤比主要操作范圍為0.5 ~0.6 Nm'/kg,蒸汽煤比操作范圍為0 ~0.3 kg/kg。粉煤加壓氣化中試裝置氣化用煤為兗礦魯南化肥廠(chǎng)氣化分廠(chǎng)Texaco 水煤漿氣化工業(yè)裝置用煤,進(jìn)氣化爐的煤粉煤質(zhì)分析結果見(jiàn)表4。,表4煤質(zhì)分析結果煤質(zhì)分析項目分析結果工業(yè)分析/%M.s0.76Aad9.14V37. 38FC。52.73元素分析/%S.s3.51Cs73. 5H.中國煤化工NuMYHCNMHGOd6. 86合成氣成分見(jiàn)表5,其中以二氧化碳為輸送載氣進(jìn)行氣流床粉煤加壓氣化增刊王輔臣等:多噴嘴對置煤氣化技術(shù)的研究與工業(yè)示范127的運行數據在國際上還未見(jiàn)報道。顯然,采用二氧化碳為輸送載氣后,合成氣中的氮氣含量明顯降低,這對于粉煤加壓氣化技術(shù)更好地應用于生產(chǎn)甲醇、二甲醚醋酸烯烴、F-T合成等具有重要意義。表5還同時(shí)列出了其它國外氣流床煤氣化技術(shù)公開(kāi)的合成氣成分?？梢钥吹?該氣化技術(shù)的合成氣中有效氣成分較水煤漿氣化高出約6~ 10個(gè)百分點(diǎn)，而和Shell、GSP技術(shù)基本- -致。表5中試裝 置合成氣成分及其比較成分COH2CO2N2(CO +H2)本裝置(N2輸送)/%58 ~6229 ~322~44~789~93本裝置(CO2輸送)/%59~6428 ~311.5~70.7 ~0.989~95Shell"氣化技術(shù)(N2輸送)/%64. 627.21.534. 1891.8GSP[2]氣化技術(shù)(N2輸送)/%68.9.23.63.192.5表6還給出了以二氧化碳為輸送載氣、氣化爐壓力在1.0 MPa時(shí),蒸汽碳比的一系列變化對合成氣成分的影響。表6以二氧化碳為輸送載 氣時(shí)的合成氣成分粉煤流量/氧碳比/蒸汽碳比/合成氣成分(干基)/%體積No.(kg煤.h-")(mol●mol ~')(mol.mol")N10430.390.2560.3332. 106.780.7910510. 2062.5331. 275.390.81310410.1363.2030. 845.260. 7010370.370.1064.7930.15 4. 32.0.7450.310.0069. 5927. 881.481.08由表6可見(jiàn)，隨蒸汽煤比的降低,有效氣成分呈上升趨勢,CO含量明顯增加,同時(shí)H2和CO2含量下降。結果表明CO2不僅可以用作輸送粉煤的載氣,同時(shí)作為氣化劑也參與了氣化反應。值得指出的是,以二氧化碳為輸送載氣時(shí),氣化爐操作壓力最高達到了3. 0 MPa。表7在給出本裝置工藝技術(shù)指標的同時(shí),也列出了其它技術(shù)的相應指標,便于比較,包括相同煤種的兗礦魯南化肥廠(chǎng)水煤漿氣化工業(yè)裝置同時(shí)期運行指標，以及Shell、GSP粉煤氣化技術(shù)指標。由表7可見(jiàn),本技術(shù)的各項工藝技術(shù)指標與Shell和GSP煤氣化技術(shù)基本上處于同一水平。與多噴嘴對置式氣化爐的水淇收氣化城術(shù)北壇胡比，該技術(shù)節中國煤化工煤2%~4%,節氧16%~21%,表現出明顯的YHCNMHG128應用化工2006年第35卷增刊表7幾種不同氣化裝置運行指標比較比氧耗比煤耗裝置原料形態(tài)(CO+H2)碳轉化率/[Nm'O2●10~3 [kg煤. 10-3煤種/%Nm'(CO+H2)] Nm'(CO +H2)]多噴嘴對置式粉煤89 ~93> 98300 ~ 320530 ~ 540魯化生產(chǎn)裝置氣化爐用煤(灰份9.14%)水煤漿~83~ 380~550原魯化生產(chǎn)裝置用煤(灰份7.67%)Shell粉煤.)0>99340590灰份18%CSP粉煤92.5315564魯化生產(chǎn)裝置水煤漿~95 .~410~ 5903商業(yè)示范裝置的建設和運行3.1 工藝流程與技術(shù)特點(diǎn)與Texaco水煤漿氣化技術(shù)相比，多噴嘴對置水煤漿氣化技術(shù)具有顯著(zhù)的工藝特點(diǎn),下面分別加以敘述。3.1.1基本流程多噴嘴對置水煤漿氣化技術(shù)由磨煤制漿、多噴嘴對置氣化、煤氣初步凈化及含渣黑水處理4個(gè)工段組成,包括磨煤機、煤漿槽、氣化爐、噴嘴洗滌冷卻室、鎖斗、混合器、旋風(fēng)分離器、水洗塔、蒸發(fā)熱水塔、閃蒸器、澄清槽、灰水槽等關(guān)鍵設備組成,工藝流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖4。ozyEensyn-. gasCandensatecoalmterp4山:Soft二oo.↑:14siag圖4多噴嘴對 置式水煤漿氣化技術(shù)工藝流程1.磨煤機;2.煤漿槽;3.煤漿泵;4.多噴嘴對置式氣化爐;5.噴嘴;6.洗滌冷卻室;7.鎖斗;8.混合器;9.旋風(fēng)分離器;10.水洗塔;11.蒸發(fā)熱7把汽槽;14.灰水槽中國煤13.1.2 技術(shù)特點(diǎn)MHCNMHG3.1.2.1多噴嘴對 置式氣化爐水煤漿 通過(guò)4個(gè)對標仰直仕氣化爐中上部同一水平面的預膜式噴嘴,與氧氣-起對噴進(jìn)人氣化爐,在爐內形成撞擊流,在完增刊王輔臣等:多噴嘴對置煤氣化技術(shù)的研究與工業(yè)示范成煤漿霧化的同時(shí),強化熱質(zhì)傳遞,促進(jìn)氣化反應的進(jìn)行。3.1.2.2新型洗滌冷卻室結構運用交叉流式洗滌冷卻水分布器和復合床高溫合成氣冷卻洗滌設備,即強化高溫合成氣與洗滌冷卻水間的熱質(zhì)傳遞過(guò)程,又很好的地解決洗滌冷卻室帶水帶灰、液位不易控制等問(wèn)題,并使合成氣充分潤濕,有利于后續工段進(jìn)一步除塵凈化。3.1.2.3分級凈化式合 成氣初步凈化工序采用分級凈 化的概念，由混合器、分離器、水洗塔等3個(gè)單元組合,形成合成氣初步凈化工藝流程,即先粗分再精分,屬高效、節能型?；旌掀骱笤O置分離器,除去80% ~ 90%的細灰,使進(jìn)人水洗塔的合成氣較為潔凈;加入水洗塔的洗滌水比加人混合器的潤濕洗滌水更清潔,保證洗滌效果。3.1.2.4含渣水處理工序 采用含 渣水蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽與灰水直接接觸,同時(shí)完成傳質(zhì)、傳熱過(guò)程,其先進(jìn)性為:無(wú)影響長(cháng)周期運轉的隱患;回收熱量充分,熱效率高。工業(yè)裝置運行已證實(shí)有較長(cháng)的操作周期和很好的能量回收效果。3.2商業(yè)示范裝置的建設和運行從2002年開(kāi)始,先后在山東華魯恒升化工有限公司和兗礦集團國泰化工有限公司建設了2套多噴嘴對置商業(yè)性示范裝置,示范裝置的建設得到了國家863計劃和其它科技計劃的支持。建設了2臺氣化壓力6.5 MPa、單爐日處理煤量1000 t,配套生產(chǎn)24萬(wàn)t/a甲醇、80 MW IGCC發(fā)電的氣化裝置。3.2.1華魯恒升公司 示范裝置山東華魯 恒升化工有限公司示范裝置氣化壓力6.5 MPa、單爐日處理煤量750 Va,配套生產(chǎn)30萬(wàn)t/a合成氨的氣化裝置,氣化裝置由中國華陸工程公司設計,裝置于2004年底建成,于2004年12月1日- - -次投料成功。經(jīng)過(guò)調整和優(yōu)化,多噴嘴對置式水煤漿氣化爐于2005年6月初正式投入運行。截至2006年7月31日,裝置已累計運行約6000 h。3.2.2國 泰化工有限公司示范裝置兗礦 集團國泰化工有限公司示范裝置包括2臺氣化壓力4.0 MPa、單爐日處理煤量1000 t的氣化裝置,配套生產(chǎn)24萬(wàn)Va甲醇、由燃氣輪機和蒸汽輪機聯(lián)合生產(chǎn)80MW電力。該氣化裝置于2005年10月16日一次投料成功,10月17日打通全部工藝流程,生產(chǎn)出合格甲醇。至今氣化裝置累計運行約6000 h,運轉率~ 90%。工業(yè)運行證實(shí),多噴嘴對置式水煤漿氣化裝置具有如下優(yōu)點(diǎn):①開(kāi)車(chē)方便,操作靈活，負荷增減自如,操作的方便程度優(yōu)于引進(jìn)的水煤漿氣化裝置;②自動(dòng)化程度高，全部采用集散控制系統( DCS)控制,特別是氧些當廣中國煤花制，氣化爐操作簡(jiǎn).單方便;③整個(gè)氣化系統運行狀況穩定;④TYHcNMHc進(jìn);⑤洗滌冷卻室液位可控,無(wú)帶水帶灰現象發(fā)生;⑥合成氣中細灰含量低;⑦含渣水系統回.收效率高,灰水溫度得到最大程度提高。130應用化工2006年第35卷增刊3.2.3示范裝置主要工藝指標 華魯 恒升化工有限公司氣化裝置采用神府煤,國泰化工有限公司采用北宿精煤,2種煤的煤質(zhì)分析見(jiàn)表8。氣化爐出口合成氣典型組成列于表9。表8工業(yè)示范裝置煤質(zhì)分析結果煤種神府煤.北宿精煤Mad/%6.983.30Ad/%4. 567.32Vd/%30. 5850. 57固定碳/%64. 8742.11總硫/%0.432.51熱值/(kJ .kg")3017031059元素分析/%C71.2374.73H6.085.13.N1.001.20014.768.77s0. 462. 60Ash4. 907.57氣化裝置華魯恒升兗礦國泰表9氣化爐出口典型合成氣組成%H234. 8536. 33CO47.7848. 46CO216. 8014.21H2S0.030.71CH,0.020. 050. 24中國煤化工其它0.09MHCNMHG_表10給出了采用相同煤種時(shí)多噴嘴對置氣化爐與Texaco 水煤漿氣化爐主要工藝指標的比較。增刊王輔臣等:多噴嘴對置煤氣化技術(shù)的研究與工業(yè)示范131表10多噴嘴對置氣化爐中試裝 置與Texaco水煤漿氣化爐工業(yè)裝置工藝指標比較多噴嘴對置氣化爐Texaco氣化爐煤種北宿精煤神府煤?jiǎn)螤t生產(chǎn)能力/(t煤.d"I)100040500操作壓力/MPa4.06.53.0煤漿濃度/%~61-60~63~60有效氣成分(CO +H2)/%~85~8382 ~83~80碳轉化率/%> 98~ 95~95比氧耗/[Nm' O2 .10-3 Nm'(CO +H2)]~309~400~ 336~412比煤耗/[ kg煤10-3 Nm'(CO +H2)]~535~ 581~ 547~631由表10可知,同樣采用北宿精煤的國泰化工有限公司多噴嘴裝置氣化爐與魯南化肥廠(chǎng)Texaco 氣化爐相比,碳化率提高3個(gè)百分點(diǎn)以上，比氧耗降低約8%,比煤耗降低2%~3%;同樣采用神府煤的華魯恒升化工有限公司多噴嘴對置氣化爐與上海焦化廠(chǎng)Texaco 氣化爐相比,，碳轉化率提高了3個(gè)百分點(diǎn)以上,比氧耗降低約2%,比煤耗降低約8%左右。工業(yè)運行結果表明，多噴嘴對置氣化爐工藝指標先進(jìn),運行穩定可靠。4結論(1)多噴嘴對置水煤漿氣化技術(shù)采用新的噴嘴組合型式，有利于強化混合。冷模實(shí)驗表明,其流場(chǎng)結構合理,停留時(shí)間分布得到優(yōu)化,有利于提高碳的轉化率。(2)多噴嘴對置水煤漿氣化技術(shù)在合成氣洗滌冷卻、初步凈化、含渣黑水熱量回收等方面有創(chuàng )新性的技術(shù)方案,避免了目前Texaco技術(shù)在工業(yè)操作中出現的諸多問(wèn)題,有利于氣化裝置的長(cháng)周期穩定運行。(3)工業(yè)裝置的運行結果表明,多噴嘴對置氣化爐工藝指標先進(jìn),同樣采用北宿精煤的國泰化工有限公司多噴嘴對置氣化爐與魯南化肥廠(chǎng)Texaco氣化爐相比,碳轉化率提高3個(gè)百分點(diǎn)以上,比氧耗降低~8%,比煤耗降低2%~3%;同樣采用神府煤的華魯恒升化工有限公司多噴嘴對置氣化爐與上海焦化廠(chǎng)Tex-aco氣化爐相比,碳轉化率提高3個(gè)百分點(diǎn)以上,比氧耗降低~2%,比煤耗降低~ 8%左右。(4)工業(yè)運行結果還表明,該裝置的優(yōu)點(diǎn)是:①開(kāi)車(chē)方便、操作靈活、負荷增減自如,操作的方便程度優(yōu)于引進(jìn)的水煤漿氣化裝置;②自動(dòng)化程度高,全部采用集散控制系統( DCS)控制,特別是氧煤比投V7中國煤 化工戶(hù)操作簡(jiǎn)單方便;③整個(gè)氣化系統運行狀況穩定;④洗滌冷YHCN MH GK帶灰現象發(fā)生;⑤合成氣中細灰含量低;⑥含渣水系統熱回收效率高,灰水溫度得到最大程度提高。132應用化工2006年第35卷增刊參考文獻:[1] Cormils B,Hibbel J Ruprecht. 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