多喷嘴对置煤气化技术的研究与工业示范

第35卷增刊.应用化工Vol. 352006年10月Applied Chemical IndustryOct. 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%~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:TQ 545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ICCC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1,2]. Global E-Gas气化技术,以干粉煤为原料的Shell 气化技术[3.4]、Prenflo气化技术[5.6]、GSP气化技术功。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些“中国煤化芏术方案,在气流床煤气化技术的应用基础研究和产业化方:YHCN MH G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120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1350~1450C(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、回流与卷吸一第二层次) ,流场结构又决定了炉内的混合过程(包括雾化一第 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件炉体结构与尺寸二↓第二层次雾化流场.第三层次混合第四层次浓度分布温度分布停留时间分布气体成分化第五层次有效气产率.学反工耐火砖寿命水蒸气分解率应喷嘴寿命转化率中国煤化工MHCNMHG图1气化过程层次机理模型其中第-层次是可控因素,关键是控制依据;第五层次为结果,是被动承受增刊王辅臣等:多喷嘴对置煤气化技术的研究与工业示范121的;第二层次第三层次第四层次因素起因于第-层次因素,影响气化结果,在工业条件下,是人们无法看到的,但又是设计第--层次因素的依据,它们与炉内流体流动过程密切相关,鉴于流体流动特征以及与之相关的混合过程的特殊性,可以将其从复杂的气化反应中分解出来,通过大型冷模装置加以详尽的研究。由于气化过程速率为传递过程控制,为此,我们提出了新的技术对策,即通过喷嘴配置、优化炉型结构及尺寸,在炉内形成撞击流,以强化混合(热质传递)过程并形成炉内合理的流场结构,从而达到良好的工艺与工程效果:有效气成分高,碳转化率高,耐火砖寿命长。1.2大型冷 模实验为了研究气化炉内的流动与混合过程,建立了φ1000mm、高6000mm的大型冷模装置,采用DualPDA、热线分速仪、快速气相色谱,分别研究了单喷嘴和多喷嘴对置时气化炉内的流场、冷态浓度分布、停留时间分布、压力分布8-],研究了喷嘴的雾化规律[213)。基于冷模实验和煤气化反应的特征,提出了水煤浆气化过程的分区模型。1.2.1流动特征 流场测试表明 ,4喷嘴对置式炉流场结构示意图(图2)可划分为以下6个区域:射流区,撞击区,撞击流股,回流区,折返流区,管流区。海中二4小.......图2 4 喷嘴对置撞击流气俳中国煤化工射流区(I):流体从喷嘴以较高速度喷出YHCNMH G卷吸带向下游流动,射流宽度随之不断扩展,其速度也逐渐减弱，直至与相邻射流边界相交。撞击区(I):当射流边界交汇后,在中心部位形成相向射流的剧烈碰撞运122应用化工2006年第35卷增刊动,该区域静压较高,且在撞击区中心达到最高。此点即为驻点,射流轴线速度为零。由于流体撞击的作用,射流速度沿径向发生偏转,径向速度(即沿设备轴向速度)逐渐增大。撞击区内速度脉动剧烈,湍流强度大,混合作用好。撞击流股(I):4股流体撞击后,流体沿反应器轴向运动,分别在撞击区外的上方和下方形成了流动方向相反、特征基本相同的两个流股。撞击流股具有与射流相同的性质,即流股对周边流体也有卷吸作用,使该区域宽度沿轴向逐渐增大,轴向速度沿径向逐渐衰减，轴线处最大。中心轴向速度沿轴向达到-最大值后也逐渐衰减,直至轴向速度沿径向分布平缓。回流区(IV):由于射流和撞击流股都具有卷吸周边流体的作用,故在射流区边界和撞击流股边界,出现回流区。折返流区(V):沿反应器轴向向上运动的流股,对拱顶形成撞击流,近炉壁沿着轴向折返朝下运动。管流区(VI):在炉膛下部,射流射流撞击、撞击流股、射流撞击壁面特征消失,轴向速度沿径向分布基本保持不变，形成管流区。1.2.2混合特征停留时间分布是气化炉内微观混合过程在宏观上的表现。采用脉冲进样法,分别测定了多喷嘴对置式气化炉和Texaco气化炉的无因次停留时间分布密度E( 0)与无因次时间θ的关系,见图3。1.2p1.0-◆Texaco 气化炉n 0.8一多喷嘴对 置式气化炉0.60.410.20.02.03.04.0图3气化炉停 留时间分布密度曲线图3表明,多喷嘴对置式气化炉与Texaco气化炉停留时间分布的差异主要出现在无因次时间θ较小时,前者出峰时间明显较后者晚。对Texaco气化炉而言,通过喷嘴进人气化炉的物料几乎同时就有部分物料流出气化炉,而在多喷嘴对置式气化炉中,通过喷嘴进人气化炉的物料一般要 经过0. 18(无因次时间)之后才可能流出气化炉。多喷嘴对置式气化炉的平均停留时间约为8.6s,即物料至少要经过1.5s才可能出气化炉。气流床煤气化的工程实践表明，经过1 s,煤颗粒的气化反应已进行得相当完全。因此，多中国煤化工约碳转化率将会比Texaco气化炉有显著提高。YHCNMHG1.2.3不对称撞击射流[14] 在气化炉 实际操作中,完全的对称撞击只是相对增刊王辅臣等:多喷嘴对置煤气化技术的研究与工业示范的，由于流量的波动,普遍存在不对称撞击的情况,因此研究流量不均匀时不对称撞击流的规律,对指导工业操作有重要意义。通过大型冷模实验，获得了重要结论,影响撞击流驻点偏移的因素有气量比、喷嘴直径、喷嘴间距等。气速比一定时,气速的绝对大小对轴线上撞击面驻点影响可以忽略。通过曲线拟合可以得出无因次的偏移量Ox/L随操作条件的变化关系为:Ox0. 0831L*=0. 8086 x(1-a)1.338 >(号)°4个喷嘴气速相等时,流场是对称的;驻点只有一个,都出现在正交的交点上;对其速度分布曲线无因次化后,曲线重合,即各工况按相同规律衰减。4个喷嘴中有3个喷嘴气速相等时,发现两个驻点，驻点基本都出现在x/D=0和.x/D=-5处;和两喷嘴的工况比较,驻点比两喷嘴多了-一个,驻点出现的位置也比两喷嘴工况的位置向气速大的喷嘴的方向移动。4个喷嘴中对置的2对喷嘴气速两两相等时,发现速度曲线中出现3个驻点,而2对喷嘴气速相差不大时只测量到一个驻点。4个喷嘴中相邻2个喷嘴气速两两相等时，发现驻点发生了偏移,且偏离了轴线。1.3化学 反应特征气化炉内的化学反应可分为一次反应(即燃烧反应)和二次反应(即C、CH4 .等的气化反应和逆变换反应),某个流动区内可能发生的化学反应到底以--次反应为主、还是以二次反应为主,与该区内的流体流动特征及与之相应的混合过程有关。根据不同特点,炉内有3个化学反应特征各异的区域,即一次反应区、二次反应区和一、二次反应共存区。1.3.1 一次反应区一次反应区包括射流区、撞击区及撞击扩展流区的--部分。该区中以煤中挥发份与氧气的燃烧反应为主,也伴有射流卷吸的回流气体中CO和H2的燃烧反应。挥发份、H2和CO的燃烧速率极快,其时间尺度在2~4 ms ,远小于炉内物料微观混合的时间尺度(约0.1 s), 在混合过程中,脱挥发份后的颗粒将形成残炭;因此在一次反应区中亦有游离炭黑或残炭的燃烧反应。Masdin 和Thring的研究表明,残炭的燃烧速率约为挥发份燃烧速率的1/10左右,因此,残炭在- -次反应区中的燃烧与挥发份的燃烧相比是次要的。即- -次反应区中的主要反应为:煤中挥发份+O2-→CO2 + H20(5)2C0 + 02= 2CO2中国煤化工2H2+ O2= 2H2ODHCNMHGCH4+ 202= CO2 + 2H20(8)2C + O2= 2CO(9)12-应用化工2006年第35卷增刊1.3.2二次反应区 二次反应区 包括管流区和撞击扩展区的一部分。一次反应区的产物将进行二次反应,其主要组分有残炭、游离炭黑CO2、CH,、H20以及CO和H2,残炭与游离炭黑在二次反应区中继续气化:C + CO2= 2CO(10)C+H2O=CO+H2(11)CH4将发生下列转化反应:CH4+H2O=CO+3H2(12)CH4 + CO2= 2H2 + 2CO(13)CO2和H2O在二次反应区中将进行下列逆变换反应:CO2+ H2= CO + H20(14)通常可用反应速率常数的倒数1/k表征反应时间尺度,由文献提供的有关反应速率数据,可算出反应( 10)的时间尺度为10 s左右[5];已有研究表明,反应(11)的速率快于反应(10);而反应(12) ~(14)这3个反应为均相反应,在高温下其速率高于反应( 10)和(11)。碳与H20和CO2反应的时间尺度均大于微观混合的时间尺度，即化学反应是残炭气化反应的控制步骤。1.3.3一 次与二次反应共存区一、二次反应共存区主要是回流区。因射流的卷吸作用和湍流扩散,回流区将与射流区和撞击流扩展区进行质量交换,其中以卷吸为主,但因湍流的随机性,也将有个别氧气微团经湍流扩散作用而进人回流区中。因此,在回流区中,既有一次反应,亦有二次反应,但以二次反应为主。同样，该区中的反应除碳与H20和CO2的气化反应外均受微观混合过程的控制。1.4数学模型 ，气化过程中,除残炭的气化反应外,其它反应基本上属于快反应。因此,就局部而言,反应(12)和(14)处于平衡状态,模拟时可以不考虑动力学因素。但从总体上讲,因受停留时间分布的影响,停留时间低于宏观或微观混合时间尺度的这一-部分物料将 无法充分反应,其宏观表现似乎是化学反应未达到平衡。在进行气化炉气相物料的计算时,必须从停留时间分布的角度出发,考虑到微观混合与宏观混合的时间尺度。基于冷态流场的研究,提出了对气化炉进行工艺计算的混合模型,已成功应用于水煤浆、粉煤、渣油气化及天然气部分氧化过程[16-18]2中试装置的运行2.1水煤浆气化中试装置的运行中国煤化工基于实验室研究结果,提出了新型水煤浆MHCNMH c在兖矿集团公司鲁南化肥厂设计了日处理22t煤的多喷嘴对置水煤浆气化中试装置，该装置于2000年7月开始试运转,累计运转700多h,2000年10月通过中国石油化工增刊王辅臣等:多喷嘴对置煤气化技术的研究与工业示范125协会组织的72 h工艺考核。中试水煤浆来自鲁南化肥厂Texaco 水煤浆气化工业装置,采用落陵煤、井亭煤级索烟煤混合制浆,各煤种的分析结果见表1。气化操作条件为:气化压力4. 0 MPa,气化温度1200 ~ 1350C ,煤浆浓度61%,氧煤比约为0.691 Nm'/kg。表1中试装 置煤质分析结果煤种落陵井亭级索烟煤Mad/%0.660.971.85Ad/%7. 913.8414. 90Vdaf/%45. 5939. 3642. 70固定碳/%49.7758.3247. 85总硫/%2.772. 204.29热值/(kJ●kg~')316843394027990元素分析/%C77. 4785.7466. 83H5.385.534. 76N1.211.381.08.05. 191.257. 78s2. 792.224. 37Ash7.963. 8815.18混合比例/%60.0020. 00气化炉出口典型气体组成列于表2,与采用同样煤种的鲁南化肥厂Texaco水煤浆气化工业装置工艺指标的比较列于表3。表2典型合成气组成组分体积分数/%37.07CO46. 12CO216. 20其庀0.61从表3可见,在采用同样煤种的情况下,多喷嘴对置式水煤浆气化技术的整体工艺指标优于Texaco气化装置,表现出碳转中国煤化工;煤耗低的优势。YHCNMHG中试装置的成功运转,表明多喷嘴对置水煤浆气化技术整体工艺方案可行，工艺指标先进,为建设商业化示范装置奠定了基础。126应用化工2006年第35卷增刊表3多喷嘴对置气化炉中试装 置与Texaco水煤浆气化炉工业装置工艺指标比较多喷嘴对置气化炉中试装置鲁南化肥厂 Texaco 工业装置单炉生产能力/(t煤●d")~22~ 400操作压力/MPa~2.0~3.0煤浆浓度/%~6162 ~64有效气成分(CO + H2)/%~ 8381.4碳转化率/%> 98~ 95比氧耗/[Nm'O2●10~3 Nm'(CO +H2)]~ 380-410比煤耗/[kg煤.10-3 Nm'(CO +H2)]~ 550~ 590干气产率/(NM’干气●kg~'煤)~2.192.2干煤粉气化中试装置的运行2004年末,在华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂(水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心)、中国天辰化学工程公司3家单位通力合作下,建于兖矿鲁南化肥厂的国内首套具有自主知识产权的粉煤加压气化中试装置顺利通过72h专家现场考核,率先在国内展示了气流床粉煤加压气化技术的优越性能。中试装置气化温度为1300 ~ 1400C,气化压力2.0 ~3.0 MPa,根据1对喷嘴或4个喷嘴运行情况不同,装置操作负荷可调范围较大,为15~45 t煤/d。氧煤比主要操作范围为0.5 ~0.6 Nm'/kg,蒸汽煤比操作范围为0 ~0.3 kg/kg。粉煤加压气化中试装置气化用煤为兖矿鲁南化肥厂气化分厂Texaco 水煤浆气化工业装置用煤,进气化炉的煤粉煤质分析结果见表4。,表4煤质分析结果煤质分析项目分析结果工业分析/%M.s0.76Aad9.14V37. 38FC。52.73元素分析/%S.s3.51Cs73. 5H.中国煤化工NuMYHCNMHGOd6. 86合成气成分见表5,其中以二氧化碳为输送载气进行气流床粉煤加压气化增刊王辅臣等:多喷嘴对置煤气化技术的研究与工业示范127的运行数据在国际上还未见报道。显然,采用二氧化碳为输送载气后,合成气中的氮气含量明显降低,这对于粉煤加压气化技术更好地应用于生产甲醇、二甲醚醋酸烯烃、F-T合成等具有重要意义。表5还同时列出了其它国外气流床煤气化技术公开的合成气成分。可以看到,该气化技术的合成气中有效气成分较水煤浆气化高出约6~ 10个百分点，而和Shell、GSP技术基本- -致。表5中试装 置合成气成分及其比较成分COH2CO2N2(CO +H2)本装置(N2输送)/%58 ~6229 ~322~44~789~93本装置(CO2输送)/%59~6428 ~311.5~70.7 ~0.989~95Shell"气化技术(N2输送)/%64. 627.21.534. 1891.8GSP[2]气化技术(N2输送)/%68.9.23.63.192.5表6还给出了以二氧化碳为输送载气、气化炉压力在1.0 MPa时,蒸汽碳比的一系列变化对合成气成分的影响。表6以二氧化碳为输送载 气时的合成气成分粉煤流量/氧碳比/蒸汽碳比/合成气成分(干基)/%体积No.(kg煤.h-")(mol●mol ~')(mol.mol")N10430.390.2560.3332. 106.780.7910510. 2062.5331. 275.390.81310410.1363.2030. 845.260. 7010370.370.1064.7930.15 4. 32.0.7450.310.0069. 5927. 881.481.08由表6可见，随蒸汽煤比的降低,有效气成分呈上升趋势,CO含量明显增加,同时H2和CO2含量下降。结果表明CO2不仅可以用作输送粉煤的载气,同时作为气化剂也参与了气化反应。值得指出的是,以二氧化碳为输送载气时,气化炉操作压力最高达到了3. 0 MPa。表7在给出本装置工艺技术指标的同时,也列出了其它技术的相应指标,便于比较,包括相同煤种的兖矿鲁南化肥厂水煤浆气化工业装置同时期运行指标，以及Shell、GSP粉煤气化技术指标。由表7可见,本技术的各项工艺技术指标与Shell和GSP煤气化技术基本上处于同一水平。与多喷嘴对置式气化炉的水淇收气化城术北坛胡比，该技术节中国煤化工煤2%~4%,节氧16%~21%,表现出明显的YHCNMHG128应用化工2006年第35卷增刊表7几种不同气化装置运行指标比较比氧耗比煤耗装置原料形态(CO+H2)碳转化率/[Nm'O2●10~3 [kg煤. 10-3煤种/%Nm'(CO+H2)] Nm'(CO +H2)]多喷嘴对置式粉煤89 ~93> 98300 ~ 320530 ~ 540鲁化生产装置气化炉用煤(灰份9.14%)水煤浆~83~ 380~550原鲁化生产装置用煤(灰份7.67%)Shell粉煤.)0>99340590灰份18%CSP粉煤92.5315564鲁化生产装置水煤浆~95 .~410~ 5903商业示范装置的建设和运行3.1 工艺流程与技术特点与Texaco水煤浆气化技术相比，多喷嘴对置水煤浆气化技术具有显著的工艺特点,下面分别加以叙述。3.1.1基本流程多喷嘴对置水煤浆气化技术由磨煤制浆、多喷嘴对置气化、煤气初步净化及含渣黑水处理4个工段组成,包括磨煤机、煤浆槽、气化炉、喷嘴洗涤冷却室、锁斗、混合器、旋风分离器、水洗塔、蒸发热水塔、闪蒸器、澄清槽、灰水槽等关键设备组成,工艺流程简图见图4。ozyEensyn-. gasCandensatecoalmterp4山:Soft二oo.↑:14siag图4多喷嘴对 置式水煤浆气化技术工艺流程1.磨煤机;2.煤浆槽;3.煤浆泵;4.多喷嘴对置式气化炉;5.喷嘴;6.洗涤冷却室;7.锁斗;8.混合器;9.旋风分离器;10.水洗塔;11.蒸发热7把汽槽;14.灰水槽中国煤13.1.2 技术特点MHCNMHG3.1.2.1多喷嘴对 置式气化炉水煤浆 通过4个对标仰直仕气化炉中上部同一水平面的预膜式喷嘴,与氧气-起对喷进人气化炉,在炉内形成撞击流,在完增刊王辅臣等:多喷嘴对置煤气化技术的研究与工业示范成煤浆雾化的同时,强化热质传递,促进气化反应的进行。3.1.2.2新型洗涤冷却室结构运用交叉流式洗涤冷却水分布器和复合床高温合成气冷却洗涤设备,即强化高温合成气与洗涤冷却水间的热质传递过程,又很好的地解决洗涤冷却室带水带灰、液位不易控制等问题,并使合成气充分润湿,有利于后续工段进一步除尘净化。3.1.2.3分级净化式合 成气初步净化工序采用分级净 化的概念，由混合器、分离器、水洗塔等3个单元组合,形成合成气初步净化工艺流程,即先粗分再精分,属高效、节能型。混合器后设置分离器,除去80% ~ 90%的细灰,使进人水洗塔的合成气较为洁净;加入水洗塔的洗涤水比加人混合器的润湿洗涤水更清洁,保证洗涤效果。3.1.2.4含渣水处理工序 采用含 渣水蒸发产生的蒸汽与灰水直接接触,同时完成传质、传热过程,其先进性为:无影响长周期运转的隐患;回收热量充分,热效率高。工业装置运行已证实有较长的操作周期和很好的能量回收效果。3.2商业示范装置的建设和运行从2002年开始,先后在山东华鲁恒升化工有限公司和兖矿集团国泰化工有限公司建设了2套多喷嘴对置商业性示范装置,示范装置的建设得到了国家863计划和其它科技计划的支持。建设了2台气化压力6.5 MPa、单炉日处理煤量1000 t,配套生产24万t/a甲醇、80 MW IGCC发电的气化装置。3.2.1华鲁恒升公司 示范装置山东华鲁 恒升化工有限公司示范装置气化压力6.5 MPa、单炉日处理煤量750 Va,配套生产30万t/a合成氨的气化装置,气化装置由中国华陆工程公司设计,装置于2004年底建成,于2004年12月1日- - -次投料成功。经过调整和优化,多喷嘴对置式水煤浆气化炉于2005年6月初正式投入运行。截至2006年7月31日,装置已累计运行约6000 h。3.2.2国 泰化工有限公司示范装置兖矿 集团国泰化工有限公司示范装置包括2台气化压力4.0 MPa、单炉日处理煤量1000 t的气化装置,配套生产24万Va甲醇、由燃气轮机和蒸汽轮机联合生产80MW电力。该气化装置于2005年10月16日一次投料成功,10月17日打通全部工艺流程,生产出合格甲醇。至今气化装置累计运行约6000 h,运转率~ 90%。工业运行证实,多喷嘴对置式水煤浆气化装置具有如下优点:①开车方便,操作灵活，负荷增减自如,操作的方便程度优于引进的水煤浆气化装置;②自动化程度高，全部采用集散控制系统( DCS)控制,特别是氧些当广中国煤花制，气化炉操作简.单方便;③整个气化系统运行状况稳定;④TYHcNMHc进;⑤洗涤冷却室液位可控,无带水带灰现象发生;⑥合成气中细灰含量低;⑦含渣水系统回.收效率高,灰水温度得到最大程度提高。130应用化工2006年第35卷增刊3.2.3示范装置主要工艺指标 华鲁 恒升化工有限公司气化装置采用神府煤,国泰化工有限公司采用北宿精煤,2种煤的煤质分析见表8。气化炉出口合成气典型组成列于表9。表8工业示范装置煤质分析结果煤种神府煤.北宿精煤Mad/%6.983.30Ad/%4. 567.32Vd/%30. 5850. 57固定碳/%64. 8742.11总硫/%0.432.51热值/(kJ .kg")3017031059元素分析/%C71.2374.73H6.085.13.N1.001.20014.768.77s0. 462. 60Ash4. 907.57气化装置华鲁恒升兖矿国泰表9气化炉出口典型合成气组成%H234. 8536. 33CO47.7848. 46CO216. 8014.21H2S0.030.71CH,0.020. 050. 24中国煤化工其它0.09MHCNMHG_表10给出了采用相同煤种时多喷嘴对置气化炉与Texaco 水煤浆气化炉主要工艺指标的比较。增刊王辅臣等:多喷嘴对置煤气化技术的研究与工业示范131表10多喷嘴对置气化炉中试装 置与Texaco水煤浆气化炉工业装置工艺指标比较多喷嘴对置气化炉Texaco气化炉煤种北宿精煤神府煤单炉生产能力/(t煤.d"I)100040500操作压力/MPa4.06.53.0煤浆浓度/%~61-60~63~60有效气成分(CO +H2)/%~85~8382 ~83~80碳转化率/%> 98~ 95~95比氧耗/[Nm' O2 .10-3 Nm'(CO +H2)]~309~400~ 336~412比煤耗/[ kg煤10-3 Nm'(CO +H2)]~535~ 581~ 547~631由表10可知,同样采用北宿精煤的国泰化工有限公司多喷嘴装置气化炉与鲁南化肥厂Texaco 气化炉相比,碳化率提高3个百分点以上，比氧耗降低约8%,比煤耗降低2%~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Texaco 气化炉相比,，碳转化率提高了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。4结论(1)多喷嘴对置水煤浆气化技术采用新的喷嘴组合型式，有利于强化混合。冷模实验表明,其流场结构合理,停留时间分布得到优化,有利于提高碳的转化率。(2)多喷嘴对置水煤浆气化技术在合成气洗涤冷却、初步净化、含渣黑水热量回收等方面有创新性的技术方案,避免了目前Texaco技术在工业操作中出现的诸多问题,有利于气化装置的长周期稳定运行。(3)工业装置的运行结果表明,多喷嘴对置气化炉工艺指标先进,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~8%,比煤耗降低2%~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Tex-aco气化炉相比,碳转化率提高3个百分点以上,比氧耗降低~2%,比煤耗降低~ 8%左右。(4)工业运行结果还表明,该装置的优点是:①开车方便、操作灵活、负荷增减自如,操作的方便程度优于引进的水煤浆气化装置;②自动化程度高,全部采用集散控制系统( DCS)控制,特别是氧煤比投V7中国煤 化工户操作简单方便;③整个气化系统运行状况稳定;④洗涤冷YHCN MH GK带灰现象发生;⑤合成气中细灰含量低;⑥含渣水系统热回收效率高,灰水温度得到最大程度提高。132应用化工2006年第35卷增刊参考文献:[1] Cormils B,Hibbel J Ruprecht. 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