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[交流] 非熔渣-熔渣分级气化技术工业示范项目

非熔渣-熔渣分级气化技术工业示范项目
非熔渣—熔渣分级气化技术工业示范项目现场考核报告

项目建设单位：山西丰喜肥业（集团）股份有限公司
考核委托单位：国家发展和改革委员会高技术司
组织考核单位：中国石油和化学工业协会
现场考核日期：2007年10月20日－10月23日

前言
一、项目背景
煤气化技术在中国进入了发展的快车道，在科技部863项目（课题编号：2002AA529050）的支持下，清华大学、北京达立科科技有限公司和山西丰喜肥业（集团）股份有限公司完成了非熔渣－熔渣分级气化技术的研究开发，并于2005年通过科技部组织的验收。为加快具有自主知识产权的煤气化技术的开发，国家发改委批准将非熔渣－熔渣分级气化技术列入2006年度国家重点新能源的高新技术产业化专项项目（《发改办高技【2006】2352号》），项目内容：依托山西丰喜10万吨/年甲醇工程，建设2台压力4.0MPa、投煤量为500吨/(台•日)的水煤浆分级气化炉。项目从2003年开工建设，于2006年1月23日一次开车成功。
2007年10月20日至23日，受国家发改委高技术司委托，中国石油和化学工业协会组织专家对丰喜集团的非熔渣－熔渣分级气化国产化装置进行了现场考核。
二、技术原理
非熔渣－熔渣分级气化技术工艺过程如图1所示。原料（水煤浆、干煤粉或者其它含碳物质）通过给料机构和燃料喷嘴进入气化炉的第一段，采用纯氧作为气化剂，采用其它气体（如与O2以任意比例相混合的CO2、N2、水蒸汽等）作为预混气体调节控制第一段氧气的加入比例，使第一段的温度保持在灰熔点以下；在第二段再补充部分氧气，使第二段的温度达到煤的灰熔点以上并完成全部的气化过程。
本技术的要点是①氧气分级供给，气化炉主烧嘴和侧壁氧气喷嘴分别加氧，使气化炉主烧嘴的氧气量可脱离炉内部分氧化反应所需的炭与氧的化学当量比约束。②由于氧气分级供给，可以在主烧嘴采用氧含量从0～100%的不同气体作为主烧嘴预混气体，调整火焰中心的温度和火焰中心距离主烧嘴端面的距离，降低气化炉主烧嘴端部的温度。

图1  非熔渣－熔渣分级气化工艺示意图
把煤的连续气化过程分为两级（或多级）是在对现有气化工艺存在问题的分析和对煤气化机理研究的基础上提出来的，具有科学性。对于连续的气化过程，其实际的气化过程也是分段依次进行的，开始是水分的蒸发和脱挥发分的过程，接着才是煤颗粒的着火燃烧和气化过程。本工艺提出将煤颗粒的着火燃烧过程再进行分级，主要的燃烧过程在第一段完成，在第二段补充部分氧气，完成全部的燃烧过程和气化过程，从而煤的化学反应过程经历了脱水分和挥发份→燃烧→气化→再燃烧→再气化5个反应阶段，而不是传统的脱水分和挥发份→燃烧→气化过程，并且在第一段控制氧气的加入比例，保持温度在煤的灰熔点以下，在第二段再加入氧气的作用下使温度提高到煤的灰熔点以上，从而实现煤的非熔渣－熔渣分级气化。由于二级氧气的加入，提高气化炉下部的温度水平，整个气化炉从上到下的温度分布更加均匀，炉内的平均温度水平得到提高，气化反应更加充分。下部温度的提高使气化炉的排渣更加顺畅。
三、项目进展情况及成果
本专利技术经历了专利技术研究、基础理论和冷热态试验、工艺包和工程设计、示范工程建设，工程长周期运行考核的全过程。
◆ 专利技术研究：（2001年至2006年）
“非熔渣—熔渣气化炉”（已授权）    ZL 02 2 35127.2
“一种改进的非熔渣—熔渣气化炉”（已授权）ZL 03 2 79783.4
“用于煤、焦气化的分级式气化炉”（已公示）  ZL 2006101140391
◆ 基础理论研究和冷热态试验：（2002年至2005年）
在国家863计划支持下（课题编号：2002AA529050），完成了数值模拟、冷态实验和热态实验，证实了专利设想，并通过科技部验收。
◆ 工艺包和工程设计：（2002年至2005年）
完成了非熔渣—熔渣分级式气化技术工艺包和工程设计，同时完成其后续装置10万吨/年甲醇装置工程设计，为装置建设创造了必要的条件。
◆ 装置建设、开工和正常运行：（2003年至2007年）
10万吨/年甲醇生产装置于2003年正式开工建设，2006年1月23日在山西丰喜肥业集团建成，一次开车成功。
截至2007年10月21日，累计自然天数637，运转了603天，生产了粗甲醇203369.88吨，运转率94.66%；平均负荷率88.68%（含停车时间，设计值为82.19%）。

现场考核专家组考核报告
2007年10月19日专家组听取了丰喜肥业（集团）股份有限公司临猗分公司关于装置建设、运行情况和考核前准备工作的汇报；北京达立科科技有限公司关于非熔渣—熔渣分级气化技术汇报和清华大学关于该技术研发工作的汇报；讨论并确认了分析和计量仪表、取样分析方法、采集各项工艺指标的正确性与可靠性；确认了山西煤化所提供的气化煤质分析报告，认为考核大纲和现场符合考核通知要求，考核自2007年10月20日上午8点开始，23日上午8点结束。
考核期间专家组详细考察了煤场、磨煤制浆、煤气化、粗煤气净化及渣水处理等各工序现场运行情况，对控制室、分析室、现场取样等岗位进行了全程监控。
项目考核指标：
能力：投煤量500吨/(台•日)，满足10万吨/年甲醇生产需求
设计煤种：华亭煤（煤质分析见附件1）
有效气体成分(CO+H2)：≥83％
碳转化率：≥98％
根据现场运行情况和数据分析，考核专家组认为：
1．装置连续稳定运行72小时，平均负荷率为109.4%，装置各项指标平稳。
2．运行数据与计算结果真实可靠，考核装置满负荷运行的技术指标如下：
项目       单位       考核数据
比氧耗       Nm3/1000Nm3 (CO+H2 )       367.6
比煤耗       kg/1000Nm3 (CO+H2 )       553.5
有效气成分(CO+H2)       %       83.06
碳转化率       %       98.2
产气率       Nm3干气/kg煤       2.18
能力       吨粗醇/天       390
3．气化装置自动化程度高，安全可靠，操控性能良好。预混气由氧气切换为二氧化碳时装置运行平稳。预混气体为二氧化碳时炉上部温度比预混气体为氧气时低50℃（见附件2，清华大学实验室测定气化炉中心的温度低200℃），有利于延长喷嘴使用寿命。
4．与国内外水煤浆气化技术相比，本项目的技术创新点在于：
（1）采用分级给氧，使主喷嘴附近温度降低，有助于延长喷嘴寿命。气化炉内的温度分布更加均匀，平均温度提高；气化炉主烧嘴的氧气量可以脱离炉内部分氧化反应所需的碳与氧的化学当量比约束。
（2）主烧嘴可以采用氧含量从0～100%的不同气体（如CO2或N2）作为主烧嘴预混气体。
非熔渣－熔渣分级气化技术与现有其它粉煤液态排渣气化技术相比具有新颖性和创新性。
5．本工程在实验室研究的基础上进行工程设计，成功实现了工程化放大，表明研究与放大方法科学、正确，掌握了该技术的工程放大规律，奠定了向更大规模跨越的理论与工程化基础。
6．本装置采用国产化技术和设备，工艺设备国产化率达到100％。
7．非熔渣－熔渣分级气化技术先进可靠，有效气体成分比氧气不分级的高1～2％。考核期间分级运行平稳，由O2切换为CO2作为主喷嘴预混气体时，切换平稳，操作运行数据达到了考核要求。
8．本次考核采用华亭和神木的混合煤，专家组认为混合煤的煤质与设计煤种没有实质性差异，可以作为考核煤种，煤质分析见附件1。．
根据以上现场考核结果，专家组意见和建议如下：
（1）示范装置72小时的满负荷考核数据达到了考核指标要求，建议予以项目验收。
（2）对降低喷嘴端部温度，延长喷嘴使用寿命的实际效果需继续进行观察。
（3）本项目技术性能考核指标优于国外同类技术，是具有国际先进水平、自主知识产权的新型煤气化技术，并在示范工程中成功应用，取得显著效果，希望有关部门予以推广。
（4）鉴于项目三个开发单位在产学研结合上已经取得了显著成果，并已开始在水冷壁替代耐火砖、干粉泵替代水煤浆泵的方向上开展工作，希望有关部门给予支持。

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