大型高效水煤漿氣化過程關鍵技術創新及應用:從引進到輸出的跨越

  我國自主開發的多噴嘴對置式水煤漿氣化技術已成為煤化工裝置氣化技術首選之一。由華東理工大學與兗礦集團合作完成的大型高效水煤漿氣化過程關鍵技術創新及應用項目獲得2016年國家科技進步二等獎。目前,這一自主技術成功走出國門,實現了我國煤氣化技術從引進到輸出的跨越。

  氣化技術是煤潔凈利用技術的重要環節,以氣化為基礎的煤轉化技術把煤轉化成燃料和化學品,能夠降低煤炭常規排放量和對于進口石油和天然氣的依賴度。然而,在20多年前,大型煤氣化技術一直被國外公司壟斷,開發具有自主知識產權的大型煤氣化技術是中國煤化工界幾代人的愿望。

  2005年,華東理工大學潔凈煤技術研究所成功開發出具有我國自主知識產權的多噴嘴對置式水煤漿氣化技術,打破了國外的長期壟斷。但當時開發的水煤漿氣化技術還存在單爐規模小、關鍵設備壽命短、運行穩定性差以及氣化效率有待提高等技術與工程難題,急需進行成套關鍵技術的升級與創新。

  在國家“973”“863”等科技計劃的支持下,華東理工大學與兗礦國泰化工有限公司、兗礦魯南化肥廠在多噴嘴對置式水煤漿氣化技術方面開展了聯合攻關,歷經10余年,突破了水煤漿氣化大型化、高效率、長周期穩定運行等關鍵技術瓶頸,形成了國際領先的大型高效水煤漿氣化成套技術,打破了國際上GE、Shell等大型跨國公司對煤氣化技術的壟斷,成為我國煤氣化技術發展史上具有里程碑意義的技術。

  在大型煤氣化技術開發的同時,示范裝置的建設也在緊鑼密鼓的進行中。2014年6月24日,當時世界最大的單爐日處理煤3000噸級煤氣化裝置在內蒙古榮信化工有限公司正式投產,裝置合成氣有效氣成分優于考核指標1.2%,比氧耗和比煤耗分別優于考核指標2.9%和6.8%,碳轉化率達到99%以上。該項目的成功投產標志著多噴嘴對置式水煤漿氣化技術躍上了新的臺階。

  該示范裝置于2016年12月通過了中國石油和化學工業聯合會組織的科技成果鑒定。包括2位院士在內的13位專家組成的鑒定委員會認為,該成果總體技術指標達到國際領先水平,保持了多噴嘴對置式水煤漿氣化技術在國際同類氣化技術中的引領地位。

  與單爐日處理2000噸級氣化裝置的考核結果相比,3000噸級裝置碳轉化率由99.2%提高到99.63%,冷煤氣效率由74.5%提高到75.2%。在高負荷操作條件下,與同類技術相比氣化工藝指標先進,氣化裝置安全可靠、自動化程度高、操作控制靈活,大型化優勢也更加突出。

  從起步開發自主技術到大型工業裝置示范運行,多噴嘴對置式水煤漿氣化技術歷經了20余年的開發完善、工程應用及工程放大,最終以其優異的技術指標在世界范圍內引起了普遍關注,成為煤化工裝置氣化技術首選之一。與國際先進技術相比,該技術有效氣成分提高3個百分點,碳轉化率提高約4個百分點,比氧耗降低10.2%,比煤耗降低2.1%,技術指標國際領先。目前國內單爐處理能力2000噸/日以上的水煤漿氣化裝置全部采用該技術。

  目前,日處理煤4000噸級水煤漿氣化技術示范裝置也正在建設當中。2019年4月24日,國家科技部高技術研究發展中心組織專家組對示范裝置進行了中期檢查。作為建設單位,榮信化工在項目實施過程中,重點對氣化爐內火焰結構、溫度分布及顆粒行為特性等關鍵指標進行了研究,完成了日處理煤4000噸級多噴嘴對置式水煤漿氣化爐及相關系統主要設備的安裝。

  項目牽頭單位兗礦集團負責人總工程師孟祥軍表示,該項目目前已取得7項階段性成果。一是開發了氣化爐的新型耐火材料;二是進行了飛灰輻射特性研究;三是搭建了高溫水蒸氣條件下煤灰熔渣黏溫特性試驗平臺;四是初步建立了基于煤質的氣化過程耦合反應網絡模型;五是完成了日處理煤4000噸級多噴嘴對置式水煤漿氣化技術工業示范裝置工藝包;六是編制了日處理煤2000噸級廢鍋激冷型水煤漿氣化技術工業示范裝置工藝包;七是完成了日處理煤4000噸級多噴嘴對置式水煤漿氣化爐及相關系統主要設備的安裝。

  截至目前,由兗礦集團、華東理工大學共同開發的多噴嘴氣化技術已經以技術許可的方式向國內外57家用戶實施了轉讓,共計158臺(套)氣化爐,產生了良好的經濟、環保和社會效益,提升了我國現代煤化工行業的技術水平和國際競爭力。


關鍵字:水煤漿氣化
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