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        R-GAS煤氣化技術(shù)淺析

        2017-03-06 15:03:32鄧靖袁秋華姚根有袁悅婷陽泉煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司化工研究院山西太原030006
        化工管理 2017年32期
        關(guān)鍵詞:系統(tǒng)

        鄧靖 袁秋華 姚根有 袁悅婷(陽泉煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司化工研究院,山西 太原 030006)

        R-GAS煤氣化技術(shù)淺析

        鄧靖 袁秋華 姚根有 袁悅婷(陽泉煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司化工研究院,山西 太原 030006)

        R-GAS煤氣化技術(shù)是一種新型平推流粉煤氣化技術(shù),本文論述了該技術(shù)發(fā)展歷程、工藝流程、關(guān)鍵設(shè)備、技術(shù)特點(diǎn),并指出技術(shù)成功示范后,將對我國高灰熔點(diǎn)煤種的高效清潔利用具有重要意義。

        高灰熔點(diǎn)煤;粉煤;氣化技術(shù);R-GAS

        高灰分高灰熔點(diǎn)劣質(zhì)煤約占我國煤炭資源總儲量的50%,其反應(yīng)活性低,需更高的反應(yīng)溫。目前已工業(yè)化的粉煤氣化技術(shù)由于本身的局限,不能完全氣化此種煤,嚴(yán)重制約這部分地區(qū)煤化工的發(fā)展及當(dāng)?shù)亓淤|(zhì)煤高附加值轉(zhuǎn)化。因此,開發(fā)一種先進(jìn)的、適用于高灰分高灰熔點(diǎn)煤的氣流床煤氣化技術(shù),充分利用我國的這一部分煤炭資源,具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會效益。R-GAS煤氣化技術(shù)是一種新型平推流粉煤氣化技術(shù),該技術(shù)借鑒航天領(lǐng)域噴射器、氣體流場、高溫高壓材料的設(shè)計經(jīng)驗(yàn),經(jīng)過近30年研制開發(fā),目前建有一套投煤量18噸/天的中試裝置,已對多種原料進(jìn)行成功試驗(yàn),包括中國典型高灰分高灰熔點(diǎn)劣質(zhì)煤、生物質(zhì)、石油焦、褐煤。陽煤集團(tuán)與美國燃?xì)饧夹g(shù)研究院(Gas Technology Institute,以下簡稱GTI)正在進(jìn)行該技術(shù)的工業(yè)放大。

        1 R-GAS煤氣化技術(shù)發(fā)展歷程

        R-GAS煤氣化技術(shù)最初簡稱PWR煤氣化技術(shù),是由美國普惠洛克達(dá)因公司(以下簡稱PWR公司)開發(fā)的一種新型平推流粉煤氣化技術(shù),該技術(shù)的開發(fā)借鑒PWR公司在航天動力系統(tǒng)方面的知識和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

        1975~1980年,PWR公司對粉煤與氧氣快速混合燃燒生成合成氣的過程進(jìn)行概念驗(yàn)證試驗(yàn)。但是在80年代初的時候,由于美國能源政策的轉(zhuǎn)變,進(jìn)入擱置期。

        2004年,PWR公司在美國能源局資助下重新啟動研究,該技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展期。2005,開始風(fēng)險降低測試。2007年,研究煤氣化技術(shù)超密相輸送系統(tǒng)及分流器的測試。

        2008年,PWR公司與美國能源部投資約1290萬美元在芝加哥GTI開始建造一套18噸/天的中試裝置。2009~2013年,GTI中試裝置共進(jìn)行800小時測試,成功對伊利諾斯州#6煤、油砂、石油焦、艾爾伯達(dá)次煙煤、生物質(zhì)進(jìn)多達(dá)近50次測試,完成模型建立。

        2014年,PWR公司由于發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)整,出售給GTI,改名為R-GAS煤氣化技術(shù)。2014年至2016年,陽煤集團(tuán)與GTI共進(jìn)行290小時測試,在不添加配煤和助熔劑的情況下,成功對中國三種典型高灰、分高灰熔點(diǎn)煤種進(jìn)行短周期、長周期試燒。2017年6月,雙方簽署R-GAS煤氣化技術(shù)聯(lián)合開發(fā)協(xié)議,共同解決工程放大的技術(shù)難題,在太原建成一套投煤量800噸/天的工業(yè)示范裝置,標(biāo)志該技術(shù)進(jìn)入新的發(fā)展時期。

        2 R-GAS煤氣化技術(shù)工藝流程和關(guān)鍵設(shè)備介紹

        R-GAS工藝的技術(shù)界區(qū)由粉煤制備開始,粉煤經(jīng)低壓鎖斗進(jìn)入高壓料倉,通過超密相進(jìn)料系統(tǒng)進(jìn)入分流器,分流器將4MPa的高壓粉煤均勻輸送至燒嘴,燒嘴將煤粉和氧氣進(jìn)行均勻分配,保證氣化爐的流場為平推流,有效提高了氣化爐的效率,氣化溫度最高可達(dá)2760℃。氣化渣和粗煤氣進(jìn)入氣化爐激冷區(qū),經(jīng)快速噴霧激冷系統(tǒng)冷卻后,氣化粗渣進(jìn)入底部渣浴系統(tǒng),通過渣鎖斗排出。經(jīng)激冷后的粗煤氣降至371℃,經(jīng)陶瓷過濾器除去細(xì)灰,合成氣送至下游處理工序。

        氣化爐和超密相進(jìn)料系統(tǒng)是R-GAS煤氣化技術(shù)革命性的關(guān)鍵設(shè)備,主要包括四個部分:分流器、燒嘴、水冷壁及快速噴霧激冷系統(tǒng)。

        (1)超密相進(jìn)料系統(tǒng)及分流器

        R-GAS煤氣化技術(shù)的超密度進(jìn)料系統(tǒng)及分流器位于高壓料斗及氣化爐噴嘴之間,固體空隙組分為55%,將高壓料斗中的高壓粉煤均勻地送到氣化爐燒嘴,保證氣化爐流場為平推流。

        (2)氣化爐

        R-GAS煤氣化技術(shù)借鑒火箭噴射器的燃料快速混合技術(shù)和動力系統(tǒng)的平推流燃燒技術(shù)。粉煤與氣化劑在爐內(nèi)快速均勻混合,單向運(yùn)動,不產(chǎn)生回流,提高了氣化效率和煤反應(yīng)均一性,氣化室內(nèi)最高可達(dá)2760℃,縮短了氣化反應(yīng)時間,在18t/d的中試裝置僅為0.1秒,經(jīng)過模型技術(shù)的工業(yè)規(guī)模裝置的反應(yīng)時間為0.5秒,與目前已成功商業(yè)化的氣化技術(shù)相比,縮短90%。由于R-GAS煤氣化技術(shù)的氣化效率更高、時間更短,氣化爐的結(jié)構(gòu)將更加緊湊。

        為保障R-GAS氣化爐在高溫下連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行,氣化燒嘴、水冷壁采用特殊合金3D打印制造,燒嘴使用壽命2年以上,水冷壁使用壽命10年以上。

        3 R-GAS煤氣化技術(shù)特點(diǎn)

        (1)氣化爐結(jié)構(gòu)緊湊:與同等規(guī)模下的成熟粉煤氣化爐相比,R-GAS氣化爐體積將減少90%,將節(jié)約裝備制造、施工用地50%成本。

        (2)煤種適應(yīng)性強(qiáng)更強(qiáng):爐內(nèi)物料單向平推流運(yùn)動,氣化效率更高、反應(yīng)溫度最高可達(dá)2760℃。在不添加助熔劑和配煤情況下,成功試燒灰熔點(diǎn)1500℃以上的煤種。

        (3)用水量減少30%:采用干式超密相進(jìn)料系統(tǒng),一方面減少氣化耗水量,另一方面保證氣化反應(yīng)的溫度,增加反應(yīng)效率。

        (4)可靠性高:R-GAS煤氣化技術(shù)中關(guān)鍵核心設(shè)備采用特殊合金3D打印,精密度更高、壽命更長。氣化爐連續(xù)運(yùn)行過程中改變煤種,十分鐘可重新達(dá)到平衡。

        4 結(jié)語

        綜上所述,R-GAS煤氣化技術(shù)相比目前市場上成熟的技術(shù)具有一定的技術(shù)先進(jìn)性,若此技術(shù)的示范成功,將解決高灰熔點(diǎn)礦區(qū)煤種氣化難度大,煤化工項(xiàng)目原料用煤不能本地化的難題,可為我國清潔、高效利用高灰熔點(diǎn)及低質(zhì)煤提供技術(shù)支撐,對我國煤氣化工業(yè)的發(fā)展起到積極的推動作用。

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