多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術

O閆吉臣（青海鹽湖鎂業有限公司甲醇廠 青海 816099）

多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術

O閆吉臣
（青海鹽湖鎂業有限公司甲醇廠 青海 816099）

本文首先對煤氣化技術的意義進行簡單介紹，了解進行煤氣化技術研究的作用以及對整個經濟社會的影響，重點分析目前多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術的應用研究，然后對多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化工藝的流程及特點進行介紹，掌握具體的水煤漿加壓氣化工藝及相關技術，最終通過具體的案例分析多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術。希望通過本文的研究能夠對多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術形成更加全面的認識和了解，掌握實際應用技術，更好的提高我國多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術水平，從而有效促進我國煤氣化行業的發展。

煤氣化技術；多噴嘴對置式；水煤漿加壓氣化

1.前言

近年來隨著我國經濟社會水平的不斷提高，國民對于環境保護的意識不斷提高，但是經濟發展過程中對于能源的消耗難免會產生環境污染，因此對傳統能源進行深化加工，凈化處理就成為新的發展階段的重要研究課題。煤氣化技術指的是在一定溫度、壓力條件下利用氧氣、水、二氧化碳等氣化劑與煤炭發生反應從而生成潔凈合成氣體的技術，通過煤氣化工程能夠實現對于煤炭的化學深加工，降低煤炭使用產生的污染，這也是新的發展階段實現煤炭潔凈利用的關鍵。目前我國已經掌握了比較成熟的煤氣化技術，現在比較前端的是多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術。這里對多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術的研究應用、工作流程進行詳細說明，能夠促進煤氣化技術更好的發展，在發展經濟的同時有效實現對于自然環境的保護。

2.煤氣化技術的意義

根據相關資料顯示，我國的能源結構處于嚴重的不平衡狀態，煤炭資源豐富、石油資源短缺、能源氣體資源更是嚴重匱乏。針對目前我國以煤炭資源利用為主的能源結構以及現階段國際能源的市場形勢，我國必須立足國情，對能源結構進行調整，充分發揮豐富煤炭資源的優勢，大力發展潔凈煤技術，將固態煤炭資源轉變為液態、氣態資源，從而有效彌補石油、天然氣資源的先天不足，同時提高資源利用率，降低能源使用對于環境的污染，實現更好的經濟效益，促進我國經濟可持續發展。通過大力發展高效清潔的煤氣化技術以及其他類型的煤炭資源深加工利用技術，能夠逐漸在我國形成以煤氣化為龍頭、能源需求市場為導向的多元化產品結構，逐漸調整并完善我國的能源發展及資源利用產業框架，從而更好的支持國民經濟各行業的監控發展。同時有效緩解目前我國面臨的油品、天然氣供應緊張的壓力，降低經濟社會發展造成的環保壓力，保障國家安全。

另外煤氣化技術的發展關系到其他諸多工業的發展，比如說煤基化學品、煤基液體燃料的研制，先進的IGCC發電、多聯產系統以及制氫、燃料電池等工業的研究開發。煤氣化技術是這些過程工業的關鍵基礎，通過煤氣化技術的研究發展能夠同時帶動這些過程工業的發展。目前我國已經在建的甲醇裝置、合成氨裝置、煤制油裝置、煤制烯烴裝置等都表現了對煤氣化技術的強烈需求。

3.多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術應用研究

(1)概述

自上世紀開始，國家有關部委就認識到煤氣化技術的重要性，通過國家部委方面的支持，由華東理工大學對氣流床氣化技術進行長期持續的研究與開發。該項目的研究開發長期以來相繼獲得國家關于“八五”、“九五”、“十五”重點科技攻關計劃以及國家重點項目863計劃、973規劃和國家自然科學基金以及國家重大技術裝備研制項目(科技攻關)計劃的資金資助和政策支持。經過多年的研究開發，該研究計劃相繼承擔和完成國家、省部級的關鍵項目達40 余項。

其中比較關鍵的技術就是由華東理工大學通過消化、吸收國外引進的氣流床氣化技術結合國內生產需求研制成功了煤氣化技術的多種關鍵技術設備，比如氣化噴嘴等。后期在“九五”至“十五”期間，在各部委以及部分先進企業的支持下，華東理工大學逐級對煤氣化相關技術完善，最終實現了多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術從實驗室研究到中試研究再到工業示范的三級連續跨越。這項技術也是國際首創、我國具有完全自主知識產權的煤氣化產業化技術。

(2)實驗室研究

由于水煤漿的氣化過程比較復雜，相關技術條件比較嚴苛，需要保持高溫高壓，而且會出現多個不同的反應過程相關交叉串并聯的情況，尤其是氣化過程中化學與物理問題耦合會使得整個過程更加復雜，無法通過單純的綜合理論研究對煤氣化過程進行可靠的分析。因此，在實驗室的研究中最重要的一步就是對煤氣化的化學與物理問題進行解耦，然后再分別研究其物理化學規律，最后再借助計算機技術對數學描述進行綜合，從而獲得最終的設計與放大依據。另外要注意大型冷模與小型熱模并舉和物理化學問題的數學描述與系統模擬并舉。大型冷模主要研究煤氣化過程的流動規律，為放大服務；而小型熱模則主要探索溫度與壓力效應，為技術條件選優服務。實驗室研究結束后再將得到的研究結論應用到中試裝置中接受其檢驗，利用中試裝置的研究來驗證煤氣化的數學模型，從而更加豐富和完善實驗得到的相關科學規律，將最終的結論應用到工業裝置中。

在“九五”“十五”期間，華東理工大學重點針對多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化關鍵技術的基礎和放大依據進行來更加深入的研究，比如氣化爐的流場結構研究、停留時間、壓力以及濃度的分布研究和一些關鍵單元的系統模擬。在此基礎上逐漸凝煉出了多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術，同時也為這項重要技術的中試和產業化奠定堅實的理論基礎。

(3)中試研究

在實驗室取得階段性研究成果的同時，一些企業已經逐漸開展了針對于多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術中試裝置的建設。經過一段時間的運營，得到中試結果與引進水煤漿氣化技術的比較。

最終的中試研究結果顯示我國自主研發的水煤漿加壓氣化技術能夠通過煤氣化得到83%的有效氣，其中碳轉化率＞98%，將近99%；而且轉換過程中的比煤耗、比氧耗低于引進裝置的7%左右。這項技術得到中國石油和化學工業協會組織的專家鑒定認可，并獲得國家各部委的獎勵。后來這項技術在國內各主要煤化工企業得到廣泛推廣使用。

4.多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化工藝流程及特點

(1)多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化及煤氣初步凈化

首先是利用氣化室內的四個對稱噴嘴把經過加壓的煤漿與氧氣一起噴入氣化爐中。煤漿顆粒逐漸在氣化爐中氣化，一般需要經過顆粒的湍流彌散、振蕩、加熱等過程，然后煤漿逐漸蒸發，煤漿中細小的煤炭顆粒逐漸析出，在氣化爐內發生各種多相反應，最終煤炭形成灰渣，氣體在爐內產生。

氣化爐內的反應不是單一的反應，往往是各種串并聯同時存在的復雜反應體系，一般情況下可以把整個氣化反應分為一次反應和二次反應兩部分。其中一次反應是以燃燒為主，氣化反應剛開始的時候，各種反應物，比如氧氣、煤漿、一氧化碳和氫氣等都進入一次反應區。水煤漿在爐內霧化，同時吸收爐內的各種輻射熱，導致煤漿在瞬間蒸發，其中的煤粉逐漸發生熱裂解并向爐內釋放揮發分。最終這些裂解產物、揮發分和易燃成分在爐內高溫高氧環境下迅速燃燒，產生大量的熱，使爐內溫度進一步升高。一次反應的過程比較短暫，一般在射流區和撞擊區發生，當爐內氧氣消耗完畢后，這一過程也宣告結束。二次反應是以吸收熱量，產生氣體為主。爐內主要的煤焦、一氧化碳、氧氣、甲烷、二氧化碳以及水和氫氣進入二次反應區之后逐漸發生各種氣化反應，產生大量的一氧化碳和氫氣,這也是水煤漿氣化過程產生有效氣成分的主要過程。一般情況下二次反應主要在管流區發生。另外在氣化爐的撞擊區、回流區、折返流區會發生各種質量交換，導致這些區域會同時進行一次反應和二次反應。

由于二次反應以吸熱為主,發生的區域溫度一般比較低,能夠對爐內耐火磚起到一定的保護作用。導出氣化室的氣體一般會夾帶一定的熔融灰渣，需要在洗滌冷卻室內完成對合成氣體的初步洗滌冷卻以及對于熔渣的初步分離。一般可以采用混合器、分離器和水洗塔相結合的方式來降低煤氣中的灰渣含量，同時能夠避免壓力損失。

(2)含渣水處理

在得到煤氣后需要對初步凈化得到的含渣水進行處理。首先對含渣水進行減壓處理，導入處理系統，第一步是導入蒸發熱水塔蒸發室，在蒸發室內將含渣水進行氣化，然后與水中的酸性氣體一起解吸。第二步是將蒸發得到的蒸汽導入熱水室與循環灰水接觸換熱，得到大量的液相產物。最后對這些液相產物進行真空閃蒸，降低含渣水中的水汽含量，實現對于酸性氣體的完全解吸。

從以上分析可知，我國研究的這種多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化裝置的主要技術特點有三點：第一點是使用多噴嘴對置的水煤漿氣流床氣化爐和復合床煤氣洗滌冷卻設備；第二點是利用分級凈化的煤氣初步凈化工藝；第三點是利用蒸發分離直接換熱式含渣水處理及熱回收工藝。

5.工業應用介紹

這里以兗礦國泰化工有限公司的多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化裝置為例，對這種多噴嘴對置式的水煤漿加壓氣化技術的具體應用以及實際效果進行介紹。

兗礦國泰化工有限公司建設的多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術的工業裝置及配套工程得到多部委以及華東理工大學的大力支持，該項目總投資為27億元，使用兩臺日處理氣化爐裝置，每臺能夠實現日處理1150噸煤。該示范裝置于2005年中旬一次投料成功，而且實現了整個工藝流程的一次打通。按照初始的計劃，在運行80小時的時間內一直處于平穩連續的狀態。而后選擇合適的空分裝置具備條件，在當年10月16日正式開始該裝置的投產使用。并于次日打通全部工藝流程，生產出甲醇。截止到當年年終，該裝置累計平穩運轉2000小時左右，整體氣化裝置實現85%的運轉率。最終的工業實際運行結果證實，該裝置開車方便、操作靈活、自動化程度高，運行狀況穩定、工藝技術指標極為先進而且合成氣中細灰含量低，氣化效果良好。

6.結語

通過本文的分析可知，煤氣化技術對于整個國民經濟的發展具有重要的作用。目前我國自主開發的多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術具有鮮明的技術優點，能夠很好的滿足目前對于煤氣化工業生產的需求。未來隨著我國能源消耗的不斷增加以及環保壓力的不斷增大，對于煤氣化技術的要求會越來越高，這就需要煤氣化行業相關人員不斷加強對于先進煤氣化技術的研究，開發更加先進的煤氣化技術，制定更加合理的煤氣化方案，從而不斷提高我國煤氣化技術的水平，促進煤氣化行業的健康發展，從而保障經濟社會的良好發展。

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

閆吉臣(1975～)，男，青海鹽湖鎂業有限公司甲醇廠，研究方向：研究方向化學工程與工藝。