□本报记者 朱永坤 解小如
2008年7月1日5时56分,兖矿鲁南化肥厂气化总控室内,数十双眼睛紧紧盯着微机显示屏上的指示曲线:投料成功!这标志该企业采用多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术(气化炉)进行的双结构改造项目气化系统试车一次投料成功。1小时后,系统产出的合格煤气并入合成气总管(有效气CO +H2≥83%)。该多喷嘴对置式水煤浆加压气化炉可日处理高硫煤1150吨,原料煤和氧气消耗较低,同时还具有良好的环保效果。该系统自开工建设到投料开车,仅用了14个月的时间。至此,在国内成功投入工业化运行的多喷嘴对置式气化炉已达到了5套。
大力发展洁净煤技术对于促进中国能源与环境的协调发展具有极其重要的战略意义,而煤气化作为洁净煤技术的重要组成部分更是居于龙头地位。由兖矿集团有限公司、华东理工大学、中国天辰化学工程公司共同开发完成的新型多喷嘴对置式水煤浆气化技术装置先后在国内多个化肥、化工企业建成投产,并顺利通过了满负荷生产考核,各项指标均优于引进的同类技术,一举打破了国外公司在大型煤气化关键技术上的垄断地位。这项代表着世界领先水平的煤气化工艺技术获得了2007年度国家科技进步二等奖,成为行业内领先的龙头技术。
据该项成果技术负责人、华东理工大学洁净煤研究所所长于广锁介绍,新型多喷嘴对置式水煤浆气化技术是以华东理工大学于遵宏教授为代表的科研工作者,长期跟踪国外渣油气化和煤气化技术的发展,经过深入的基础研究,提出的一种创新的煤气化技术。其创新性体现在以下几个方面:高效的预膜式喷嘴,更利于煤浆的雾化;多喷嘴进料,在炉内形成撞击流场(壳牌的多喷嘴形成的是旋转流场),强化混合和热质传递;喷淋和鼓泡复合床型的合成气初步洗涤冷却系统,避免了合成气带水带灰;采用分级净化思路的合成气初步净化系统,合成气净化效果好,系统能耗低(表现在压降低),设备不易结垢堵灰;黑水热回收与除渣单元采用蒸汽与返回灰水直接接触工艺,换热效果好,灰水温度高、蒸汽利用充分,而且避免了设备的结垢堵灰。这些创新点都已经申请专利并获得了授权,全套工艺具有完整的自主知识产权。
新型多喷嘴对置式水煤浆气化技术在国际上与德士古壳牌等煤气化技术并驾齐驱,处于水煤浆气化技术的国际领先水平,并引起了国际煤气化领域的关注。与国外水煤浆气化技术相比,其技术特点和优势在于:多喷嘴对置式气化炉和新型预膜式喷嘴的气化效率高,技术指标先进。与采用国外水煤浆气化技术装置的同期运行结果相比,有效气成分提高2~3个百分点,二氧化碳含量降低2~3个百分点,碳转化率提高2~3个百分点,比氧耗降低7. 9%,比煤耗降低2. 2%;多喷嘴对置式气化炉喷嘴之间的协同作用好,气化炉负荷可调节范围大,负荷调节速度快,适应能力强,有利于装置大型化;复合床洗涤冷却技术的热质传递效果好,液位平稳,避免了引进技术的带水带灰问题;分级式合成气初步净化工艺节能、高效。表现为系统压降低,分离效果好,合成气中细灰含量低( 1mg/N m3)。渣水处理系统采用直接换热技术,热回收效率高,克服了设备易结垢和堵塞的缺陷。
新型多喷嘴对置式水煤浆气化技术可广泛适用于水煤浆气化厂和大型合成氨厂、甲醇生产厂及中小化肥厂传统造气改造,具有广阔的市场应用前景。目前,全国仅中小化肥厂就有600多家,产氨量约2000万吨,绝大多数采用无烟煤(焦)为原料。而该技术可采用烟煤、褐煤为原料,且对粒度、含灰、含硫量有较大兼容性,经济效益极为显著,环保指标远优于国家规定的排放标准。如产氨量的25%采用新型多喷嘴对置式水煤浆气化技术,需建年产10万吨氨(450吨/天)气化炉50台套,仅专利费就可节省8500万美元。
截至目前,新型多喷嘴对置式水煤浆气化技术已先后在兖矿国泰化工有限公司、山东华鲁恒升化工有限公司和兖矿鲁南化肥厂等实现了工业化应用,这标志着这项拥有完全自主知识产权的煤气化技术完全具备了与国外气化技术竞争的实力。
另据了解,目前国内在建和筹建中的化肥、化工项目对煤气化技术需求强劲,其中已先后有山东滕州凤凰化肥有限公司、江苏灵谷化工有限公司、神华宁煤集团有限公司等多个厂家在项目建设中采用了新型多喷嘴对置式水煤浆气化技术和装置。
在国内开花结果的同时,该技术也开始走出国门,成为国外煤气化技术的有力竞争者,来自美国、加拿大、印度等国的多家公司也有意采用该技术建设大型煤、石油焦气化装置。
图为兖矿鲁南化肥厂刚刚投入运行的多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术装置外景。