效益可观前景广阔积极推广新型（多喷嘴对置）水煤浆气化炉技术及应用□ 庞利峰□ 背景我国能源以煤为主，但利用技术较为落后。20世纪70年代末以来，国内先后在鲁南、上海焦化、渭河、淮南引进了4套以水煤浆为原料的德士古（Texaco）气化装置。随着石油价格的攀升，国内对以煤为原料的化工生产装置需求越来越强烈，因此应鼓励开发我国具有自主知识产权的煤气化技术。煤气化是整个洁净煤技术的核心，水煤浆气化是煤气化技术的重要分支，是合成气（CO+H2）的重要来源，更是发展煤、电、化、冶多联产技术以及氢能技术的龙头。国家将新型（多喷嘴对置）水煤浆气化炉的开发列为“九五”重大科技攻关项目，该项目由华东理工大学、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共同完成，是我国首创的煤气化关键设备。2000年该项目在北京通过了由原国家石油和化学工业局组织的专家鉴定，与会专家对新型水煤浆气化炉技术给予了高度的评价，认为所开发的新型（多喷嘴对置）水煤浆气化炉技术性能优于德士古装置，并可望在以下方面发挥作用：推进化肥领域的技术进步；促进马达燃料及大宗化学品原料路线由油基向煤基的转换；促进煤清洁利用产业的发展。本项目深入开展了对新型（多喷嘴对置）水煤浆气化炉的基础研究和中试试验，论证了技术特点、工艺流程及其在洁净煤领域应用的广阔前景。新技术打破国外垄断    1.基础研究与中试试验
    1.基础研究与中试试验本项目的基础研究包括大型冷模装置测试、小型热模实验和雾化性能研究。通过试验室研究，积累了大量的数据和经验，并在此基础上进行了中试装置的试验和研究。新型（多喷嘴对置）气化炉中试试验的建设规模为日处理煤22t，由水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心负责建设和运行。2000年该装置顺利通过了原国家石油和化学工业局组织的72h工艺技术考核，考核报告认为装置运行平稳、安全，分析方法和计量方法规范，在相同的煤种和煤浆浓度下，中试装置有效气体成分（CO+H2）高，碳转化率高，装置完全可以长期运行。新型气化炉与国外煤气化技术的技术指标比较如下：①有效气体：（CO+H2）达到83%，比相同条件下的世界最优水煤浆气化技术德士古炉指标80%～81%高出1.5～2个百分点。②碳转化率：大于98%,比德士古技术高2～3个百分点。③比煤耗： 550kg/1000m3（CO+H2），比德士古的640kg/1000m3低7%。④比氧耗：380m3/1000m3（CO+H2），比德士古的410m3/1000m3低7%。⑤在炉型上和德士古完全不同，系我国首创。2.技术优势新型气化炉成果具有很多创新性和先进性：提出水煤浆气化过程的控制步骤是热质传递；通过喷嘴配置、气化炉结构及尺寸优化，形成撞击流以强化混合；通过大型冷模研究开发新型气化炉。另外，从装置来看，德士古炉只有1个水煤浆加氧气混合喷嘴，且从炉的顶部垂直向下喷烧，造成不少先天不足；而研制开发的新型气化炉有4个喷嘴，在炉体上半部沿径向平面均匀对置安装，从而形成撞击流的强化混合，这不仅使气流场及温度分布合理，而且优化了气化效果，减轻了对耐火衬里的损伤，为实现长周期运转创造了条件。中试装置通过多次煤浆投料，显示出其具有较大的技术优势：①有效气体成分高，碳转化率高。开发新型气化炉所依据的原理是通过撞击流强化热质传递以提高气化效果，这是与德士古技术的根本区别点。中试装置的操作数据显示出了这一原理指导下的工程指标的优越性。②操作方便，易于控制。③喷嘴安装与拆卸方便。④炉内耐火砖保护良好，下渣口光滑。新型气化炉最大的优势之一是整个炉膛内的温度分布均匀，最高与最低温度差一般在50～150℃。整个炉膛犹如一个等温反应器，为延长耐火砖使用寿命创造了条件。国际上只有美国德士古和陶氏化学２家公司拥有以水煤浆为原料的气化技术，推广使用的仅德士古公司。新型气化炉研制成功，从某种程度上打破了国外公司的技术垄断，为发展我国煤化工工业打下了坚实的基础。商业化示范装置即将建成1.技术应用新型气化炉中试装置通过鉴定和验收后，引起了国内外的高度重视，科技部将新型水煤浆气化技术列为国家“863计划”项目。为了尽快将新型（多喷嘴对置）水煤浆气化炉科研成果转化为生产力，实现工程化，兖矿集团有限公司决定投资建设商业化示范装置,该装置建设规模为日处理1000t煤并配套建设后续甲醇和发电系统。2.气化系统工艺流程概述煤与水、煤浆添加剂进入煤磨机，制得浓度为60%～65%的煤浆，经煤浆给料泵加压后，进入4只工艺烧嘴；空分装置来的纯氧，分4路经氧气流量调节后进入工艺烧嘴。水煤浆与氧气一同通过工艺烧嘴喷入气化炉，在气化炉内形成撞击反应区，进行部分氧化反应，生成的粗合成气、熔渣一起向下进入气化炉激冷室，大部分熔渣在水浴中激冷固化，落入激冷室底部，然后进入锁斗收集，定期排放。粗合成气出气化炉，再送入水洗塔洗涤除尘，含尘量<1mg/m3的合成气送往合成气净化系统。来自气化炉激冷室、水洗塔底部的黑水分别经过减压送入高温热水塔，然后送入真空闪蒸器，进行真空闪蒸，经闪蒸后的黑水进入澄清槽，加入絮凝剂强化沉降。浓缩的黑水经澄清槽底物泵送入压滤机，澄清的灰水经闪蒸器加热回收热量后返回系统。另有部分灰水去废水处理工序，无环境污染。3.工艺路线煤气化采用具有自主知识产权的新型对置式气化炉，气化压力为4.0MPa；空分工艺采用4.8万m3/h氧气空分装置；净化工艺中甲醇装置采用有机硫水解、耐硫变换、NHD脱硫脱碳，发电装置采用有机硫水解、NHD脱硫技术，硫回收采用Clous吸收硫磺回收技术，确保满足环保要求；采用具有国内专利技术的甲醇合成塔技术，甲醇合成回路采用国内专利技术的低压合成回路技术；发电采用具有世界领先水平的整体气化联合循环（IGCC）发电技术。新型气化炉商业示范装置即将进入土建施工和设备订货阶段。示范装置预计于2005年6月建成投产。

洁净煤领域应用前景广阔1.工业化效益可观新型（多喷嘴对置）水煤浆气化炉的开发成功，为煤的洁净利用开辟了重要途径，该技术的使用和推广必将带来巨大的经济效益和社会效益。首先，它不仅能以水煤浆（高硫煤和褐煤）为原料制备合成气，进而用于生产合成氨、合成甲醇、羰基合成、城市煤气、IGCC等煤化工、能源热电领域，推进化肥、化工领域的技术进步和中小化肥厂的技术跨越，而且可以通过煤的间接液化制油品、烯烃、海绵铁等途径，实现大宗化学品原料路线由油基向煤基路线的转变。国内现有中小氮肥企业670多家，氨产量约为2000万t/a，目前绝大部分采用无烟煤（焦）为原料。此项技术可采用烟煤、褐煤为原料，并对粒度、灰分和含硫量有较大的兼容性。采用该技术改造现有中小化肥企业，将大大降低化肥成本，提高化肥企业的竞争力。其次，该技术为我国自主开发，具有自主知识产权，推广使用可大大节省外国专利费开支。目前，以德士古技术建设1个10万t/a合成氨厂的装置需付给德士古公司的专利费达150万美元，加上专利许可、培训服务等总计将达350万美元。如果中小化肥厂产氨量的1/4（500万t）采用本技术，仅专利费一项即可节约7500万美元。2.推广前景广阔新型（多喷嘴对置）水煤浆气化炉技术符合国家的产业政策和长远规划，是国家大力发展的洁净煤技术之一。它使我国的煤炭转化技术达到一个新的水平，为国民经济的发展提供重要的支柱作用。①可以节约大量能源 在化肥生产方面，使合成氨的综合能耗大大降低。用于IGCC发电，热效率在45%左右，使煤炭利用率大大提高。②符合越来越苛刻的环保要求 本技术由于燃烧反应后气体温度在1400℃左右，产生的煤气不含焦炉煤气中难以消除的萘、酚、焦油等不易处理的有机化合物，稍作处理更适宜作为长距离输送的城市煤气。该项目推广应用的范围主要是：油基大型氨厂以及中小化肥厂传统造气技术改造、IGCC发电、煤电化一体化、煤间接液化以及用于直接液化制液体燃料的氢源、合成气制烯烃及含氧有机化合物等。由于国际油价的飙升，我国以渣油、石脑油为原料的大中型化肥厂目前大都停产，正寻求采用煤（无烟煤、褐煤）为原料的气化技术。因此，该成果将具有极为广阔的应用前景。