新型水煤浆气化技术

3/3新型水煤浆气化技术新型水煤浆气化技术

“新型水煤浆气化技术”是基于国家“九五”重点科技攻关课题“新型(多喷嘴对置)水煤浆气化炉中试研究”的基础上，“十五”期间，兖矿集团有限公司、华东理工大学共同承担的国家高技术研究发展计划(863计划)重大课题，于2006年1月完成了多喷嘴对置式水煤浆气化技术的产业化研究，形成的具有我国自主知识产权的新型煤气化技术。

（一）应用领域

我国煤炭资源极其丰富，以煤为原料生产油品、烯烃、甲醇、二甲醚等大宗化学品在国内掀起热潮。其中最为关键和重要的是将煤炭洁净、高效地转化为合成气(CO+H2)，即煤的气化技术。煤气化技术关系着国计民生，关系着我国的能源安全。我国气化技术多年来一直依赖引进，没有自己的煤气化技术。本成果开发成功的具有完全自主产权的、国际首创的多喷嘴对置式水煤浆气化技术，在水煤浆气化领域居于国际领先水平，建设的工业示范装置成功实现产业化，使我国第一次拥有了自己的大型化煤气化技术，在我国煤气化史上具有里程碑意义。这标志着我国已拥有了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，从此告别了长期依赖进口、受制于人的时代。

本成果作为产业化技术，应用于以水煤浆为原料制备合成气和燃

料气，是发展煤基化学品(如甲醇、氨、二甲醚等)、煤基液体燃料、先进的IGCC发电、多联产系统、制氢、燃料电池等过程工业的基础，是这些行业的共性技术、关键技术和龙头技术。

本成果属完全自主创新的技术，整套技术均具有知识产权。创造性包括：多喷嘴对置式气流床气化炉；交叉流式洗涤水分布器；复合床高温合成气冷却洗涤设备；预膜式长寿命高效气化喷嘴；高效、节能型合成气初步净化系统；直接换热式含渣水处理系统；并已获得一系列专利。

（二）技术原理

3.1多喷嘴对置式水煤浆气化关键技术

水煤浆气化压力～4.0MPa，温度～1350℃。在此高温下化学反应速率相对较快，气化过程由～900℃的化学反应控制、～1100℃的化学反应与传递共同控制(900～1100℃为固定床、流化床的通常温度范围)跃升为传递控制，气化过程速率为传递过程控制。本成果采用受限射流条件下多喷嘴对置形成撞击流，并优化炉型结构及尺寸，旨在加强混合，强化热质传递。撞击流气化炉流场结构由射流区、撞击区、撞击流股、回流区、折返流区和管流区组成，其流场结构及混合尺度、停留时间分布、浓度分布比较理想，为煤气化反应创造有利条件。

IIII

AAVI

IIIII

V

IV

AA

四喷嘴对置撞击流气化炉流场结构

3.2多喷嘴对置式水煤浆气化工艺原理

多喷嘴对置式水煤浆气化技术工艺原理简图

(1)多喷嘴对置式水煤浆气化工序

水煤浆通过四个对称布置在气化炉中上部同一水平面的预膜式

喷嘴，与氧气一起对喷进入气化炉，在炉内形成撞击流，强化热质传递，完成雾化和气化反应过程。工业装置运行已证实工艺技术指标先

进。

(2)合成气初步净化工序

本成果采用“分级”的概念，混合器、分离器、水洗塔三单元组合，即先“粗分”再“精分”，属高效、节能型。混合器后设置分离器，除去80~90%的细灰，使进入水洗塔的合成气较为洁净；加入水洗塔的洗涤水比加入混合器的润湿洗涤水更清洁，保证洗涤效果。工业装置运行已表明具有良好的洗涤效果。

3.3成果的先进性

2005年1月8日，中国石油和化学工业协会在北京组织召开了“多喷嘴对置式水煤浆气化技术”科技成果鉴定会，形成如下主要鉴定意见：

⑴通过理论与实践紧密相结合，开发了国际首创、具有我国自主知识产权的大型化多喷嘴对置式水煤浆气化技术，该技术在多喷嘴对置式气流床气化炉、交叉流式洗涤水分布器、复合床高温合成气冷却洗涤设备、预膜式高效气化喷嘴、高效节能型合成气初步净化系统、直接换热式含渣水处理系统等设备及工艺方面均具有创新性，获得了多项国家专利。

⑵建立了日处理煤1150吨的煤气化工业装置，72小时连续满负荷运行考核表明：工艺上合理、科学；工程上安全、可靠，并具有良

好的运行性能；技术指标先进，比氧耗309Nm3O2/1000Nm3(CO+H2)，比煤耗535kg煤/1000Nm3(CO+H2)，合成气有效成分(CO+H2)84.9%，碳转化率98.8%。与采用国外水煤浆气化技术的兖矿鲁南化肥厂同期运行结果相比，合成气中有效气成分提高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%，处于水煤浆气化技术的国际领先水平。

⑶该技术与国外水煤浆气化技术相比，既降低了原料煤和氧气的消耗，又大大减少了专利实施许可费，同时具有良好的环保性能。该技术的开发成功打破了国外公司在大型煤气化技术上的垄断，实现了我国大型煤气化技术零的突破，为推动我国煤化工产业的发展和能源结构调整提供了技术支撑，经济效益、社会效益显著。

（三）应用效果

4.1兖矿国泰化工有限公司的甲醇装置

两台日处理1150吨煤的多喷嘴对置式水煤浆气化装置，相对于引进国外技术，节约专利实施许可费、软件包费及技术服务

费等6000余万元。

一台气化炉配套年产24万吨甲醇，每吨甲醇利润以600元计，年经济效益约1.44亿元；气化装置节煤2.2%、节氧7.9%，每吨煤价格以350元计，每标准立方米氧气成本以0.6元计，年节氧、节煤约1200万元；即，年总经济效益约1.56亿元。

4.2规模为100万吨/年的煤间接液化生产装置

●采用本气化技术，与引进气化技术相比，至少节约专利实施许

可费2亿元。

●采用本气化技术，气化装置按节煤2.2%、节氧7.9%计，年节

煤、节氧3亿元。

●已迫使引进技术大幅度降低了专利实施许可费。国外气化技术

专利实施许可费的单价(许可费总额为单价乘以一天的合成气产量)已从2~4美元/Nm3合成气降至约1.31美元/Nm3合成气。即使采用引进气化技术，与以前相比至少节约专利实施许可费1.5亿元。

4.3我国近期引进的水煤浆气化装置规模共计约18000吨煤/天，

考虑到本成果迫使引进水煤浆气化技术专利实施许可费用降低20%以上，节省的费用约2亿元。

4.4据估计，我国“十一五”末期年气化用煤约1亿吨。如果新增气

化用煤的50%运用本气化技术替代引进技术，则至少节约专利许可费10多亿元。

（四）推广前景

多喷嘴对置式水煤浆气化技术产业化成功标志着我国已经拥有了完全自主知识产权的煤气化技术，在我国煤气化史上具有里程碑意义。该气化技术打破了国外公司在大型煤气化技术上的垄断，完全具

备了与国外气化技术竞争的实力，从此告别了长期依赖进口、受制于人的时代。

多喷嘴对置式水煤浆气化技术具有良好的环保性能。生成的灰渣经高温熔融，不含有毒有害物质，故不污染环境。含渣水经能量回收、初步净化后，大部分循环使用。少量排放的废水没有挥发性有机物，微量金属的浓度也很低，经生化处理即可达到国家排放标准。合成气中硫以H2S形式存在于合成气中，经下游工序处理达到ppm级，煤中硫转化为元素硫。新型水煤浆气化炉提高了碳转化率，将有效地降低煤炭的使用量。多喷嘴对置式水煤浆气化技术将保护环境中传统的“末端治理”转化为清洁生产，趋于零排放，属于环境友好的绿色技术，可谓大型、高效、超洁净，将传统的煤利用技术提高到一个崭新的水平，是实现可持续发展的一条重要途径。

作为技术途径之一，多喷嘴对置式水煤浆气化技术为