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探索不停步 我国煤气化工艺百舸争流

日期:2019-11-06    来源:中国化工报  作者:李晓岩

国际煤炭网

2019
11/06
08:31

关键词: 煤气化工艺 煤气化技术 煤化工

  现代煤化工产业的飞速发展为煤气化工艺的开发应用提供了广阔舞台。而煤气化工艺的科学选择又直接决定着煤化工项目运行的成败,因此煤化工企业对于气化工艺的选择十分审慎。“百舸争流,奋楫者先”,在2019中国国际煤化工发展论坛上,多喷嘴对置式水煤浆气化、多元料浆气化、航天粉煤气化等一大批煤气化工艺技术的持有者向业界展示他们在各自领域的孜孜探索。
  多喷嘴水煤浆气化技术:
  大型化优势突出
  “大型化是多喷嘴对置式水煤浆气化技术(OMB)最突出的特点。该技术占据了国内单炉2000吨/日及以上大型水煤浆气化几乎全部的市场份额,代表了大型煤气化技术的国际领先水平。”山东衮矿国拓公司副总经理潘荣介绍说。
  目前,衮矿集团和华东理工大学开发的这一技术已应用于国内57个项目的158台气化炉,累计日原煤处理能力逾20万吨,单炉日处理能力为650~4000吨。“尽管已经取得了这样的骄人业绩,但我们对该技术的研发仍在持续中。”潘荣说。
  据介绍,“十三五”期间,衮矿集团和华东理工大学又承担了研发4000吨级超大型水煤浆气化工艺的国家重点专项,主要开展超大规模水煤浆气化放大关键技术及污水减量化研究,形成单炉4000吨级超大型水煤浆气化工艺。潘荣透露,依托该项目在内蒙古荣信化工建设的4000吨级示范装置将于近期投料试车。
  与此同时,OMB废锅—激冷流程气化技术的研发也在进行中,在兖州煤业榆林能化有限公司建设的2000吨级示范装置将于今年年底建成,预计2020年3月投料试车。此举将进一步提高OMB气化装置的能效指标。
  空气产品煤气化技术:
  唯一具有煤混焦经验
  在完成了对GE气化公司的收购之后,空气产品已成为产业链最完整的工业气体公司,在全球转让了32个煤气化技术许可,包括IGCC和化工产品装置。空气产品公司气化技术总监屈强重点介绍了其拥有的粉煤干法气化技术。
  “我们的粉煤气化技术已试烧过数百种煤,建立了先进的灰渣模型,并探索出了煤种切换的应对策略。特别是在石油焦掺混高灰分煤上表现卓著,是目前唯一具有煤混焦经验的干粉气化技术。5家客户拥有掺混石油焦的成功经验,装置运行时间6~10年,掺焦比例20%~50%,并实现了煤气化装置的长周期运行。”屈强说。
  为提高技术的市场竞争力,作为一家国外煤气化技术的提供者,空气产品在设备的国产化上也有所举措。“气化设备的国产化使我们粉煤气化工艺的初始投资大幅降低。”屈强介绍说,该技术采用的气化炉和合成气冷却器内件目前已有3家中国授权供应商,即上海锅炉、东方锅炉和海陆重工,99%的关键设备可在中国本地制造,这为用户降低了采用该技术的综合成本。
  多元料浆气化技术:
  选择不同原料方向
  “我们的气化技术可采用固、液、气3种形态原料。其中,固态原料包括煤、焦粉、石油焦、煤液化残渣、生物质等,液态原料包括煤化工、精细化工、炼油化工等行业排放的含碳氢有机废水,气态原料包括油田伴生气、CO2等含碳氢气体。目前这一技术已推广至国内50家企业共计150余台气化炉。”西北化工研究院煤化工研究所副所长韦孙昌在介绍多元料浆气化技术时,着重强调了该技术的原料多元化特色。
  “多元料浆气化技术可使有机废液、废固、废气转化成以CO和H2为主的合成气,实现污染削减和资源化利用。该技术非常适合于精细化工、制药、印染等产业密集地区以及园区化发展的能源化工密集区。”韦孙昌表示。
  据介绍,在不同的原料方向该院开发了多种技术路线。其中,有机废液(固)气化技术的一大特点是进料和产品灵活多样,医药、印染、造纸、能源、化工等有机废液均可作为原料,生成的合成气可合成氨醇类、油品等多种产品;煤—劣质重油共气化技术可将劣质重油作为原料与煤进行共气化制取合成气,实现劣质重油气化利用,该技术已于2016年完成DCC装置煤—劣质重油共气化改造;煤—天然气共气化制合成气技术在2016年完成了中试装置建设,同年12月形成成套技术,并已完成年产180万吨甲醇、煤与天然气共气化工艺包的开发设计。
  目前该院正在开展多元料浆气化技术的大型化开发研究工作,包括五通道单喷嘴煤气化工艺、喷嘴与气化炉的匹配以及气化加料输送技术等。
  航天粉煤气化技术:
  大规模利用劣质煤
  9月3日,航天长征化学工程股份有限公司发布了航天炉褐煤清洁高效转化技术鉴定成果,中化长山首次把该技术应用于其尿素改扩建项目上。航天长征开发的这一国内首个适用褐煤的粉煤水冷壁加压气化技术,实现了褐煤的安全、清洁、高效转化,为大规模加工利用丰富的褐煤资源提供了航天方案。此前航天粉煤气化技术已成功应用于蒙东褐煤、晋城“三高”煤和贵州不稳定“三高”褐煤。
  “我国的低品质煤占煤炭资源总量的40%左右,是不可或缺的煤炭资源。从煤种适应性上讲,航天炉应用已涵盖了我国典型的褐煤、烟煤和无烟煤,因此劣质煤气化可以说是航天炉最显著的优势。”航天长征副总经理朱玉营介绍说。
  谈及该技术的未来发展,朱玉营表示,“十四五”期间公司将在技术的多元化、标准化和系列化上发力。多元化上主要开发带辐射废锅流程、日投煤量3400吨、气化压力65千克的气化技术,以及正元二期项目应用的飞灰循环1+N烧嘴布置、带传统废锅的工艺流程,实现灰的零排放、水的净化和热量的高效利用;在标准化上将注重包括工艺包、工程设计、装备制造、培训、运维等在内的全生命周期的标准化,以及气化指标体系的标准化。“通过标准化,我们可以把已经成功运行的工厂复制到下一个项目中,提高技术的运行和管理水平。”朱玉营描绘了技术标准化的前景。
  新奥煤气化技术:
  3种路线开启示范
  针对我国资源禀赋及煤质特点,新奥开发了多项新型煤气化技术,以实现煤炭清洁高效利用。目前,催化气化、加氢气化、粉浆气化3种煤气化工艺均进入产业示范阶段。
  催化气化是指以自主催化剂为核心,实现劣质煤清洁、高效一步转化生产天然气。该技术适用于弱黏结、高灰熔点劣质煤,产品轻质焦油含量高,采用间接冷凝技术使废水减量40%,废水用于催化剂配置和回收,实现废水零排放,其能效、水耗指标达到国家“十三五”先进值水平。采用该工艺建设的1500吨级煤催化气化制天然气示范项目已于2018年9月投料试车。“与传统煤制天然气工艺相比,催化气化更具经济性优势。按230元/吨的煤价核算,催化气化生产天然气成本比鲁奇炉低25%。”新奥煤气化技术中心总经理李克忠介绍说。
  粉煤加氢气化技术集快速热解、焦油加氢以及半焦加氢气化过程一体,可联产甲烷和轻质芳烃。“这一工艺生产天然气的成本比鲁奇炉低38%,同时每生产1000立方米天然气还可副产轻质芳烃约0.2吨。”李克忠说。该工艺的400吨级工业示范装置已于2018年12月打通全流程,可年产甲烷5200万立方米、油品1.3万吨。
  当前水煤浆气化存在两大痛点,一是煤浆浓度提升困难;二是煤种成浆性能限制了原料煤选择,原料成本高,粉煤浆气化是基于这两点开发的一项气化新工艺。该工艺在气化炉中同时喷入煤粉和水煤浆进行气化,可间接提高水煤浆浓度,使煤种选择范围扩大,大幅降低原料煤成本。“当干粉投入量占1/3时,有效气含量可提高4%~6%,比氧耗、比煤耗下降约11%;吨甲醇综合能耗降低约11%,CO2排放减少15%。1套60万吨级甲醇装置采用该工艺总投资会增加9000万元,但年增效益可达7000万元。”李克忠以煤制甲醇装置为例介绍了该工艺的技术优势。
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