多喷嘴对置煤气化技术的研究与工业示范.pdfVIP

第35卷增刊 应 用 化 工 Vol.35 2006年10月 AppliedChemicalIndustry Oct.2006 多喷嘴对置煤气化技术的研究与工业示范 王辅臣，于广锁，龚 欣，刘海峰，王亦飞 周志杰，陈雪莉，郭晓镭，代正华，于遵宏 (华东理工大学洁净煤技术研究所，上海 200237) 摘 要:煤气化技术是发展煤基化学品(氨、甲醇、二甲醚等)、煤基液体燃料、先进的 IGCC发电、多联产系统、制氢、燃料电池等过程工业的基础，是这些行业的共性技术、关 键技术和龙头技术。本文详细介绍了多喷嘴对置煤气化技术的特点，研究开发的方法 和过程，多喷嘴对置的水煤浆和粉煤气化中试装置的运行情况，多喷嘴对置的水煤浆气 化技术工业示范装置的运行情况。示范结果表明，同样采用北宿精煤的国泰化工有限 公司多喷嘴对置气化炉与鲁南化肥厂Texaco气化炉相比，碳转化率提高3个百分点以 上，比氧耗降低约8%，比煤耗降低2%一3%;同样采用神府煤的华鲁恒升化工有限公 司多喷嘴对置气化炉与上海焦化厂Texac。气化炉相比，碳转化率提高3个百分点以上， 比氧耗降低约2%，比煤耗降低约8%左右。工业运行结果表明，多喷嘴对置气化炉工 艺指标先进，运行稳定可靠。 关键词:多喷嘴对置;煤气化;研究开发;工业示范 中图分类号:TQ545 文献标识码:A 煤炭是我国的基础能源和重要原料，在国民经济和社会发展中具有重要的 战略地位，将长期是我国的主要能源。煤气化技术是煤炭清洁转化的核心技术 之一，是发展煤基化学品(氨、甲醇、二甲醚等)、煤基液体燃料、先进的lGCC发 电、多联产系统、制氢、燃料电池等过程工业的基础，是这些行业的共性技术、关 键技术和龙头技术。估计，我国“十一五”末期年气化用煤约1亿t。以煤间接 液化为例，规模为500万t/a的生产装置，气化用煤在2200-2500万t/a。国内 在建的甲醇装置、合成氨装置、煤制油装置和处于筹建中的煤制烯烃装置、煤制 油装置、甲醇装置等，已展现了对煤气化技术的强劲需求。 在流派众多的煤气化技术中，气流床气化技术因煤种适应范围比较广、气化 温度、压力高、易于大型化，成为煤气化技术发展的主流方向。国际上有代表性 的气流床气化技术主要有GE(Texaco)气化技术’，〔“〕、GlobalE-Ga。气化技术，以 干粉煤为原料的Shell气化技术[3,4],Prenfl。气化技术[5,6]`GSP气化技术[’〕。 华东理工大学洁净煤技术研究所长期从事煤气化技术研究，基于对置撞击 射流强化混合的原理，提出了多喷嘴对置的水煤浆或粉煤气化炉技术方案，在气 流床煤气化技术的应用基础研究和产业化方面取得了重要进展，先后完成了多 喷嘴对置水煤浆和粉煤中间试验，建设了多喷嘴对置水煤浆气化工业装置。实 践表明，开发的多喷嘴对置式水煤浆气化技术有明显的优势。本文将对多喷嘴 应用化工 2006年第35卷增刊 对置式气化技术的实验研究、中试研究和产业化示范作简要总结。 1 实验研究 1.1过程分析 水煤浆和粉煤气化过程涉及高温、高压、非均相条件下的流体流动以及与之 相关的传递过程规律和复杂的化学反应过程。气化炉内平均温度高达1350- 1450℃(火焰前沿温度更高)，气化过程基本上属于快反应，与流体流动密切相 关的混合过程在其中起着极为重要的作用。基于上述分析，开发者提出了气化 过程的层次机理模型，见图1。其中喷嘴和炉体的结构与几何尺寸、工艺条件 (第一层次)决定了炉内的流场结构(速度分布、压力分布、回流与卷吸— 第二 层次)，流场结构又决定了炉内的混合过程(包括雾化— 第三层次)，并由此形 成了炉内的浓度分布、温度分布和停留时间分布(第四层次)。而有效气成分、 有效气产率、碳转化率和水蒸气分解率等气化反应结果，以及喷嘴寿命、耐火砖 寿命、激冷环寿命和结渣等工程结果(第五层次)则受浓度分布、温度分布和停 留时间分布的影响。 第一层次 喷嘴结构 工艺条