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“黑”煤变“绿”气 又添新技术

日期:2019-09-21    来源:上海科技报

国际煤炭网

2019
09/21
02:00

关键词: 煤炭技术 煤炭制氢 煤气化技术

   氢气是石油化工领域中用量最大的一种化工原料,广泛用于生产合成氨、油品、甲醇及石油炼制过程的加氢反应。传统炼厂制氢方法成本高,水煤浆气化制氢是目前炼厂成本最低的大规模制氢方式之一。然而,煤制氢却面临气化运行周期短、喷嘴易烧蚀、细灰量大等重大挑战。
  有没有一种更高效、高可靠性的大型煤气化技术?在第21届中国国际工业博览会上,由华东理工大学洁净煤技术研究所代正华教授领衔的“SE水煤(焦)浆气化成套技术”项目,以双浆双氧喷嘴、平推流气化炉、煤浆自动分配三大创新点,攻克了喷嘴易烧蚀的难题,喷嘴使用寿命可达一年以上,碳转化率大于99%,能协同处理液固废弃物,且工艺流程简单、投资低。
  三大创新破解核心难题 作为煤气化装置的核心设备,喷嘴的使用寿命短一直是制约气化炉长周期运行的难题。瞄准这一业界难题,从2009年起,华东理工大学洁净煤技术研究所就开始了历经10年的技术攻关。
  喷嘴是将煤浆和氧气输送至气化炉的关键设备,气化炉内温度高达1300摄氏度,如果能有效降低喷嘴端部燃烧强度,则可大幅延长喷嘴寿命。为此,研发团队基于气化炉内氧化反应路径的研究,发明了双煤(焦)浆通道气化喷嘴——喷嘴四通道走的原料由内至外分别为氧、浆、氧、浆,这种排列最大的好处就是,最外侧通道的水煤浆作为冷却介质强化了喷嘴自冷却保护,使得喷嘴使用寿命得以大幅延长。
  炼厂对氢气纯度的要求非常高,为了降低净化工艺的负担,这就要求煤气化过程中产生的细灰越少越好。所谓“细渣”,是一种会随着气体进入到后续工艺的杂质;相对应的大块“粗渣”,则是像岩浆一样的液态排渣,遇水激冷,碳反应更充分。基于气化炉内颗粒反应特性和炉内流场调控的研究,研发团队提出了以炉内平推流为主的流场结构,显著优化颗粒停留时间分布和炉温分布,将碳转化率提高到了大于99%,细灰与粗灰的比例也降低为2:8(现有技术约4:6),灰渣中残碳也降至20%左右(现有技术约30%)。
  此外,课题组还基于水煤浆复杂流变性的研究,建立了高精度的煤浆流量和阻力分配数学模型,发明了采用分支流和节流部件组合的煤浆多通道的分配技术,实现了在无泵和无调节装置的情况下,双股煤浆的精确自动分配。
  工业化应用展现技术优势 2019年1月30日,中国石化镇海炼化公司煤焦制氢装置(POX项目)全流程一次打通,并成功产出合格产品,标志着采用国产化自主攻关高压水煤(焦)浆气化技术的煤焦制氢装置开车成功。
  这是SE水煤(焦)浆气化成套技术的首次工业化应用。2012年,中国石化与华东理工大学合作建设中国石化-华东理工大学气化技术研究中心,通过产学研合作开发高效煤气化技术,SE水煤(焦)浆气化技术即为其中之一,被列入中国石化“十条龙”科技攻关项目。
  作为镇海炼化POX项目的关键装置,SE水煤(焦)浆气化装置采用了SE水煤(焦)浆气化技术,该装置建设了3台日处理煤千吨级气化炉,二开一备,采用激冷流程,操作压力6.5MPa。3台气化炉分别于2019年1月30日、2月20日和4月22日一次开车成功,目前进入稳定生产阶段。
  SE水煤(焦)浆气化技术的另一优势是变废为宝,即协同处理炼化企业的液固废弃物。“我们通过实验测出含油污泥的热值有时跟煤差不多,具有气化价值。”代正华教授告诉记者。
  9月18日,华东理工大学与中国石化在第21届中国国际工业博览会现场再次签订了SE水煤(焦)浆气化技术的合作协议。这一次,即将有3台2500吨级水煤(焦)浆气化装置在镇海炼化展开工程设计。我国煤化工和制氢技术发展也将翻开新的一页。
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