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大型高效水煤浆气化过程关键技术创新及应用:从引进到输出的跨越

发布时间:2019-07-26

我国自主开发的多喷嘴对置式水煤浆气化技术已成为煤化工装置气化技术首选之一。由华东理工大学与兖矿集团合作完成的大型高效水煤浆气化过程关键技术创新及应用项目获得2016年国家科技进步二等奖。目前,这一自主技术成功走出国门,实现了我国煤气化技术从引进到输出的跨越。


气化技术是煤洁净利用技术的重要环节,以气化为基础的煤转化技术把煤转化成燃料和化学品,能够降低煤炭常规排放量和对于进口石油和天然气的依赖度。然而,在20多年前,大型煤气化技术一直被国外公司垄断,开发具有自主知识产权的大型煤气化技术是中国煤化工界几代人的愿望。


2005年,华东理工大学洁净煤技术研究所成功开发出具有我国自主知识产权的多喷嘴对置式水煤浆气化技术,打破了国外的长期垄断。但当时开发的水煤浆气化技术还存在单炉规模小、关键设备寿命短、运行稳定性差以及气化效率有待提高等技术与工程难题,急需进行成套关键技术的升级与创新。


在国家“973”“863”等科技计划的支持下,华东理工大学与兖矿国泰化工有限公司、兖矿鲁南化肥厂在多喷嘴对置式水煤浆气化技术方面开展了联合攻关,历经10余年,突破了水煤浆气化大型化、高效率、长周期稳定运行等关键技术瓶颈,形成了国际领先的大型高效水煤浆气化成套技术,打破了国际上GE、Shell等大型跨国公司对煤气化技术的垄断,成为我国煤气化技术发展史上具有里程碑意义的技术。


在大型煤气化技术开发的同时,示范装置的建设也在紧锣密鼓的进行中。2014年6月24日,当时世界最大的单炉日处理煤3000吨级煤气化装置在内蒙古荣信化工有限公司正式投产,装置合成气有效气成分优于考核指标1.2%,比氧耗和比煤耗分别优于考核指标2.9%和6.8%,碳转化率达到99%以上。该项目的成功投产标志着多喷嘴对置式水煤浆气化技术跃上了新的台阶


该示范装置于2016年12月通过了中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定。包括2位院士在内的13位专家组成的鉴定委员会认为,该成果总体技术指标达到国际领先水平,保持了多喷嘴对置式水煤浆气化技术在国际同类气化技术中的引领地位。


与单炉日处理2000吨级气化装置的考核结果相比,3000吨级装置碳转化率由99.2%提高到99.63%,冷煤气效率由74.5%提高到75.2%。在高负荷操作条件下,与同类技术相比气化工艺指标先进,气化装置安全可靠、自动化程度高、操作控制灵活,大型化优势也更加突出。


从起步开发自主技术到大型工业装置示范运行,多喷嘴对置式水煤浆气化技术历经了20余年的开发完善、工程应用及工程放大,最终以其优异的技术指标在世界范围内引起了普遍关注,成为煤化工装置气化技术首选之一。与国际先进技术相比,该技术有效气成分提高3个百分点,碳转化率提高约4个百分点,比氧耗降低10.2%,比煤耗降低2.1%,技术指标国际领先。目前国内单炉处理能力2000吨/日以上的水煤浆气化装置全部采用该技术。


目前,日处理煤4000吨级水煤浆气化技术示范装置也正在建设当中。2019年4月24日,国家科技部高技术研究发展中心组织专家组对示范装置进行了中期检查。作为建设单位,荣信化工在项目实施过程中,重点对气化炉内火焰结构、温度分布及颗粒行为特性等关键指标进行了研究,完成了日处理煤4000吨级多喷嘴对置式水煤浆气化炉及相关系统主要设备的安装。


项目牵头单位兖矿集团负责人总工程师孟祥军表示,该项目目前已取得7项阶段性成果。


一是开发了气化炉的新型耐火材料;

二是进行了飞灰辐射特性研究;

三是搭建了高温水蒸气条件下煤灰熔渣黏温特性试验平台;

四是初步建立了基于煤质的气化过程耦合反应网络模型;

五是完成了日处理煤4000吨级多喷嘴对置式水煤浆气化技术工业示范装置工艺包;

六是编制了日处理煤2000吨级废锅激冷型水煤浆气化技术工业示范装置工艺包;

七是完成了日处理煤4000吨级多喷嘴对置式水煤浆气化炉及相关系统主要设备的安装。


截至目前,由兖矿集团、华东理工大学共同开发的多喷嘴气化技术已经以技术许可的方式向国内外57家用户实施了转让,共计158台(套)气化炉,产生了良好的经济、环保和社会效益,提升了我国现代煤化工行业的技术水平和国际竞争力。