多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术

O闫吉臣（青海盐湖镁业有限公司甲醇厂 青海 816099）

多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术

O闫吉臣
（青海盐湖镁业有限公司甲醇厂 青海 816099）

本文首先对煤气化技术的意义进行简单介绍，了解进行煤气化技术研究的作用以及对整个经济社会的影响，重点分析目前多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术的应用研究，然后对多喷嘴对置式水煤浆加压气化工艺的流程及特点进行介绍，掌握具体的水煤浆加压气化工艺及相关技术，最终通过具体的案例分析多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术。希望通过本文的研究能够对多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术形成更加全面的认识和了解，掌握实际应用技术，更好的提高我国多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术水平，从而有效促进我国煤气化行业的发展。

煤气化技术；多喷嘴对置式；水煤浆加压气化

1.前言

近年来随着我国经济社会水平的不断提高，国民对于环境保护的意识不断提高，但是经济发展过程中对于能源的消耗难免会产生环境污染，因此对传统能源进行深化加工，净化处理就成为新的发展阶段的重要研究课题。煤气化技术指的是在一定温度、压力条件下利用氧气、水、二氧化碳等气化剂与煤炭发生反应从而生成洁净合成气体的技术，通过煤气化工程能够实现对于煤炭的化学深加工，降低煤炭使用产生的污染，这也是新的发展阶段实现煤炭洁净利用的关键。目前我国已经掌握了比较成熟的煤气化技术，现在比较前端的是多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术。这里对多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术的研究应用、工作流程进行详细说明，能够促进煤气化技术更好的发展，在发展经济的同时有效实现对于自然环境的保护。

2.煤气化技术的意义

根据相关资料显示，我国的能源结构处于严重的不平衡状态，煤炭资源丰富、石油资源短缺、能源气体资源更是严重匮乏。针对目前我国以煤炭资源利用为主的能源结构以及现阶段国际能源的市场形势，我国必须立足国情，对能源结构进行调整，充分发挥丰富煤炭资源的优势，大力发展洁净煤技术，将固态煤炭资源转变为液态、气态资源，从而有效弥补石油、天然气资源的先天不足，同时提高资源利用率，降低能源使用对于环境的污染，实现更好的经济效益，促进我国经济可持续发展。通过大力发展高效清洁的煤气化技术以及其他类型的煤炭资源深加工利用技术，能够逐渐在我国形成以煤气化为龙头、能源需求市场为导向的多元化产品结构，逐渐调整并完善我国的能源发展及资源利用产业框架，从而更好的支持国民经济各行业的监控发展。同时有效缓解目前我国面临的油品、天然气供应紧张的压力，降低经济社会发展造成的环保压力，保障国家安全。

另外煤气化技术的发展关系到其他诸多工业的发展，比如说煤基化学品、煤基液体燃料的研制，先进的IGCC发电、多联产系统以及制氢、燃料电池等工业的研究开发。煤气化技术是这些过程工业的关键基础，通过煤气化技术的研究发展能够同时带动这些过程工业的发展。目前我国已经在建的甲醇装置、合成氨装置、煤制油装置、煤制烯烃装置等都表现了对煤气化技术的强烈需求。

3.多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术应用研究

(1)概述

自上世纪开始，国家有关部委就认识到煤气化技术的重要性，通过国家部委方面的支持，由华东理工大学对气流床气化技术进行长期持续的研究与开发。该项目的研究开发长期以来相继获得国家关于“八五”、“九五”、“十五”重点科技攻关计划以及国家重点项目863计划、973规划和国家自然科学基金以及国家重大技术装备研制项目(科技攻关)计划的资金资助和政策支持。经过多年的研究开发，该研究计划相继承担和完成国家、省部级的关键项目达40 余项。

其中比较关键的技术就是由华东理工大学通过消化、吸收国外引进的气流床气化技术结合国内生产需求研制成功了煤气化技术的多种关键技术设备，比如气化喷嘴等。后期在“九五”至“十五”期间，在各部委以及部分先进企业的支持下，华东理工大学逐级对煤气化相关技术完善，最终实现了多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术从实验室研究到中试研究再到工业示范的三级连续跨越。这项技术也是国际首创、我国具有完全自主知识产权的煤气化产业化技术。

(2)实验室研究

由于水煤浆的气化过程比较复杂，相关技术条件比较严苛，需要保持高温高压，而且会出现多个不同的反应过程相关交叉串并联的情况，尤其是气化过程中化学与物理问题耦合会使得整个过程更加复杂，无法通过单纯的综合理论研究对煤气化过程进行可靠的分析。因此，在实验室的研究中最重要的一步就是对煤气化的化学与物理问题进行解耦，然后再分别研究其物理化学规律，最后再借助计算机技术对数学描述进行综合，从而获得最终的设计与放大依据。另外要注意大型冷模与小型热模并举和物理化学问题的数学描述与系统模拟并举。大型冷模主要研究煤气化过程的流动规律，为放大服务；而小型热模则主要探索温度与压力效应，为技术条件选优服务。实验室研究结束后再将得到的研究结论应用到中试装置中接受其检验，利用中试装置的研究来验证煤气化的数学模型，从而更加丰富和完善实验得到的相关科学规律，将最终的结论应用到工业装置中。

在“九五”“十五”期间，华东理工大学重点针对多喷嘴对置式水煤浆加压气化关键技术的基础和放大依据进行来更加深入的研究，比如气化炉的流场结构研究、停留时间、压力以及浓度的分布研究和一些关键单元的系统模拟。在此基础上逐渐凝炼出了多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术，同时也为这项重要技术的中试和产业化奠定坚实的理论基础。

(3)中试研究

在实验室取得阶段性研究成果的同时，一些企业已经逐渐开展了针对于多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术中试装置的建设。经过一段时间的运营，得到中试结果与引进水煤浆气化技术的比较。

最终的中试研究结果显示我国自主研发的水煤浆加压气化技术能够通过煤气化得到83%的有效气，其中碳转化率＞98%，将近99%；而且转换过程中的比煤耗、比氧耗低于引进装置的7%左右。这项技术得到中国石油和化学工业协会组织的专家鉴定认可，并获得国家各部委的奖励。后来这项技术在国内各主要煤化工企业得到广泛推广使用。

4.多喷嘴对置式水煤浆加压气化工艺流程及特点

(1)多喷嘴对置式水煤浆加压气化及煤气初步净化

首先是利用气化室内的四个对称喷嘴把经过加压的煤浆与氧气一起喷入气化炉中。煤浆颗粒逐渐在气化炉中气化，一般需要经过颗粒的湍流弥散、振荡、加热等过程，然后煤浆逐渐蒸发，煤浆中细小的煤炭颗粒逐渐析出，在气化炉内发生各种多相反应，最终煤炭形成灰渣，气体在炉内产生。

气化炉内的反应不是单一的反应，往往是各种串并联同时存在的复杂反应体系，一般情况下可以把整个气化反应分为一次反应和二次反应两部分。其中一次反应是以燃烧为主，气化反应刚开始的时候，各种反应物，比如氧气、煤浆、一氧化碳和氢气等都进入一次反应区。水煤浆在炉内雾化，同时吸收炉内的各种辐射热，导致煤浆在瞬间蒸发，其中的煤粉逐渐发生热裂解并向炉内释放挥发分。最终这些裂解产物、挥发分和易燃成分在炉内高温高氧环境下迅速燃烧，产生大量的热，使炉内温度进一步升高。一次反应的过程比较短暂，一般在射流区和撞击区发生，当炉内氧气消耗完毕后，这一过程也宣告结束。二次反应是以吸收热量，产生气体为主。炉内主要的煤焦、一氧化碳、氧气、甲烷、二氧化碳以及水和氢气进入二次反应区之后逐渐发生各种气化反应，产生大量的一氧化碳和氢气,这也是水煤浆气化过程产生有效气成分的主要过程。一般情况下二次反应主要在管流区发生。另外在气化炉的撞击区、回流区、折返流区会发生各种质量交换，导致这些区域会同时进行一次反应和二次反应。

由于二次反应以吸热为主,发生的区域温度一般比较低,能够对炉内耐火砖起到一定的保护作用。导出气化室的气体一般会夹带一定的熔融灰渣，需要在洗涤冷却室内完成对合成气体的初步洗涤冷却以及对于熔渣的初步分离。一般可以采用混合器、分离器和水洗塔相结合的方式来降低煤气中的灰渣含量，同时能够避免压力损失。

(2)含渣水处理

在得到煤气后需要对初步净化得到的含渣水进行处理。首先对含渣水进行减压处理，导入处理系统，第一步是导入蒸发热水塔蒸发室，在蒸发室内将含渣水进行气化，然后与水中的酸性气体一起解吸。第二步是将蒸发得到的蒸汽导入热水室与循环灰水接触换热，得到大量的液相产物。最后对这些液相产物进行真空闪蒸，降低含渣水中的水汽含量，实现对于酸性气体的完全解吸。

从以上分析可知，我国研究的这种多喷嘴对置式水煤浆加压气化装置的主要技术特点有三点：第一点是使用多喷嘴对置的水煤浆气流床气化炉和复合床煤气洗涤冷却设备；第二点是利用分级净化的煤气初步净化工艺；第三点是利用蒸发分离直接换热式含渣水处理及热回收工艺。

5.工业应用介绍

这里以兖矿国泰化工有限公司的多喷嘴对置式水煤浆加压气化装置为例，对这种多喷嘴对置式的水煤浆加压气化技术的具体应用以及实际效果进行介绍。

兖矿国泰化工有限公司建设的多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术的工业装置及配套工程得到多部委以及华东理工大学的大力支持，该项目总投资为27亿元，使用两台日处理气化炉装置，每台能够实现日处理1150吨煤。该示范装置于2005年中旬一次投料成功，而且实现了整个工艺流程的一次打通。按照初始的计划，在运行80小时的时间内一直处于平稳连续的状态。而后选择合适的空分装置具备条件，在当年10月16日正式开始该装置的投产使用。并于次日打通全部工艺流程，生产出甲醇。截止到当年年终，该装置累计平稳运转2000小时左右，整体气化装置实现85%的运转率。最终的工业实际运行结果证实，该装置开车方便、操作灵活、自动化程度高，运行状况稳定、工艺技术指标极为先进而且合成气中细灰含量低，气化效果良好。

6.结语

通过本文的分析可知，煤气化技术对于整个国民经济的发展具有重要的作用。目前我国自主开发的多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术具有鲜明的技术优点，能够很好的满足目前对于煤气化工业生产的需求。未来随着我国能源消耗的不断增加以及环保压力的不断增大，对于煤气化技术的要求会越来越高，这就需要煤气化行业相关人员不断加强对于先进煤气化技术的研究，开发更加先进的煤气化技术，制定更加合理的煤气化方案，从而不断提高我国煤气化技术的水平，促进煤气化行业的健康发展，从而保障经济社会的良好发展。

Pressurization and Gasification Technology of Opposed Multi-nozzle Water-coal-slurry

Yan Jichen

(Methanol Plant of Qinghai Salt Lake Magnesium Industry co., ltd, Qinghai, 816099)

In this paper , fi rstly, it takes a brief introduction of the signifi cance of coal gasifi cation technology and study the role of coal gasif ication technology research and the infuence on the whole economic society, besides, it focus on analyzing the application research of pressurization and gasifi cation of current opposed multi-nozzle water-coal-slurry, and then takes introduction of the process and characteristics of pressurization andgasifi cation of current opposed multi-nozzle water-coal-slurry technology, and master the specifi c water-coal-slurry pressurization and gasifi cation technology and related technologies, fi nally through the concrete cases to analyze opposed multi-nozzle coal-water slurry pressurization and gasifi cation technology. We hope the research in this article can bring more comprehensive knowledge and understanding for China’s opposed multi-nozzle water-coalslurry pressurization and gasifi cation technology level, so that to promote effectively the development of China’s coal gasifi cation technology industry.

coal gasifi cation technology；opposed multi-nozzle；pressurization and gasifi cation of water-coal-slurry

T

A

闫吉臣(1975～)，男，青海盐湖镁业有限公司甲醇厂，研究方向：研究方向化学工程与工艺。