煤气化装置技术创新路径全扫描

阀门专家

煤气化技术装备是煤炭清洁高效转化利用的重要基础，经过近年来的不断自主创新和技术提升，国内气化炉已呈百花齐放、百舸争流之势。把握煤气化技术发展趋势，选择与煤种相适应、与产品需求相吻合、低能耗、低投资、成熟可靠、环保安全的煤气化技术装备，是煤化工产业健康发展的重要方向。7月29日在京举行的2016中国新型煤气化及配套技术创新发展大会上，与会专家给出了这样的见解和建议。

各炉型层出不穷         

“各类煤气化炉是煤气化的重要载体和核心装备，已在我国广泛应用，工业化成熟度高，技术种类多，气化炉台数多。国内先进大型气流床加压气化炉投产台数已达300台以上。”石油和化学工业规划院能源化工处副处长韩红梅介绍说。

                据了解，煤气化炉从物料接触方式分为固定床（移动床）、流化床（沸腾床）、气流床三大类。碎煤加压固定床气化炉（固态/液态排渣）的主流技术包括鲁奇炉、赛鼎炉、BGL炉、云鼎YM炉等。流化床应用较广的恩德粉煤气化技术包括中国ICC炉、恩德炉、科达炉（Newpower)等。气流床干法加压粉煤气化的主流技术包括壳牌炉、GSP炉、科林炉、两段炉（TPRI)、HT-L炉、东方炉、华理炉、五环炉、宁煤炉、柳化—齐耀炉、沈鼓炉、金重炉等。气化床湿法水煤浆气化主流炉型包括GE-TCGP、对置四喷嘴、清华炉、多原料浆气化的西北院多元料浆炉等。

                目前我国在气化炉创新方面取得了突出成果。航天长征化学工程股份有限公司总经理助理朱玉营表示，航天公司研制成功的航天HT-L炉已通过长周期运行验证，其关键设备气化炉、烧嘴、破渣机、热风炉、安全阀、特种阀（氧阀、煤粉阀、锁渣阀、煤粉调节阀、换向阀、黑水调节阀）、高压耐磨泵、高速泵，均已实现国产化，掌握了自主知识产权。

                华东理工大学教授刘海峰介绍说，由中石化宁波工程公司、宁波技术研究院与华东理工大学联合开发的单喷嘴冷壁式粉煤气化技术（SE东方炉），在江苏南京扬子石化的1000吨/日示范装置已经投产，中安联合170万吨/年煤制烯烃项目采用了7台1500吨/日气化炉正在设计中。该炉型采用列管式水冷壁、集点火、升温、工艺为一体的整合烧嘴，分级净化单元由混合器—旋风分离器—水洗塔组成，蒸发热水塔兼具闪蒸与换热功能，解决了黑水易堵塞换热器、影响传热效果等问题。

                由清华大学山西清洁能源研究院、山西阳煤丰喜和山西阳煤化工机械（集团）有限公司联合研发的晋华炉（合成气/蒸汽联产气化炉）于2016年4月1日，在阳煤丰喜临猗分公司成功投产，以山西“三高”煤为原料，已稳定运行100余天。该气化炉能有效避免堵渣和积灰；独特的结构设计减少了双面受热的布置比例，设备体积和投资减少；回收高温合成气热量，副产高温高压蒸汽，能提高气化炉能源转换效率。

                调查数据显示，截至2015年年底，除去固定床常压气化炉，国内已实现工业应用的加压煤气化炉共计392台，开工数量最多的固定床碎煤加压气化炉120台占比77.9%，流化床恩德粉煤气化炉20台占比55.5%，气流床GE水煤浆气化炉75台占比37.1%。

技术创新补短板         

韩红梅表示，煤气化技术经过了数十年的探索和实践，不断改进，不断完善，技术水平已相当高。但随着国内煤气化应用领域和应用地域越来越广，煤气组分要求更加多样化，煤种更多、煤质变化更加复杂，随着环保、安全要求越来越高，煤气化技术仍需根据自身特点和生产运行中出现的问题，进一步改进、提升。

                据介绍，现有各气化炉型急需解决的问题有：减少购买专利设备及关键设备进一步国产化、优化流程和控制系统设计、降低软件费（专利费+PDP费+技术服务费），提升水煤浆气化压力到6.5～8.7MPa、继续提高设备规模以加大投煤量、提高副产蒸汽压力等级、优化激冷和除尘系统，回收能量、优化合成气激冷方式、有效处理有害废水、优化灰水处理系统，改进灰水循环工艺、改进煤气洗涤方法，降低粉尘带出量、降低灰渣残碳，降低细渣排放，加强细渣利用研究。

“煤气化炉装备未来的创新点是提高国产化水平、降低投资、提高煤气化压力、开发大型煤气化装备，提高节能降耗水平、节水水平、环保水平。”韩红梅说。例如，截至2016年6月，我国已引进28台壳牌废锅流程气化炉。目前壳牌工艺10大关键设备，除煤粉速度计和密度计外，都有了国内认证制造商或者正在认证过程中。未来还需要加快关键设备的国产化，这可以大大降低气化单元投资和运行成本，并提高国内装备制造水平。

                记者采访了解到，煤气化技术创新的方向未来会集中到催化气化、煤炭地下气化等领域。韩红梅表示，催化气化可使气化温度降低200℃～300℃，实现温和气化和定向转化，目前需要重点研究催化剂类型、催化反应机理和催化气化工艺。煤炭地下气化技术目前重点是完善技术细节，包括过程工艺控制、地下气化辅助装置/设备、点火技术、气化炉设计；还应加强关键外围技术，如气化回收、污染物控制等。

                此外，还有一些其他科研方向，例如加氢气化、生物质催化、分段气流床煤气化（耦合高温变换）、煤在高炉渣中气化、超临界水煤气化、飞灰二次气化以及煤气化与其他过程的热集成（如与甲烷化集成）。

气化岛渐成气候         

随着煤气化技术快速发展、工业园区（大型企业）规模扩大、产业更替和优化升级，采用专业化煤气化岛为工业园，特别是大型企业，提供大量合格、低价的合成气、氢气、一氧化碳等工业气体已经成为趋势。

                韩红梅表示，专业化经营的煤气化岛是应对煤质变化、实现工业气体大量稳定供应、集中解决煤炭利用与环境影响问题的最佳措施。

                气化岛根据服务群体规模分为企业级和园区级，根据供气成分分为合成气型（CO+H2、H2、CO）和工业燃气型，依据服务行业又可分为化工型（炼油/煤化工/其它化工等）和其他工业型（陶瓷/建材/水泥等）。对用气企业供气实现宽口径普适的气化岛模式，以其具有的规模化、专业化、灵活性优势，正吸引越来越多的企业和园区的关注和兴趣。

“对于企业数量多、工业气体需求量大的工业园区，大型气化岛的建设和运营能够实现生产运行高效集约，生产服务统一调度，避免了由企业分散建设煤气化装置导致的小规模装置重复建设的弊端，有利于园区统筹协调和长远发展。”韩红梅说。

                据悉，目前国内外大型石化园区都已陆续引入气化岛模式。我国正在筹划的大型现代煤化工生产基地也将统筹规划大型气化岛。2014年7月总投资30亿元的中原大化气化岛项目在濮阳开发区开工建设，工程建设周期预计36个月，主要以煤粉为原料，采用先进的水煤浆加压气化技术，配套建设合成气净化、空分等装置，生产煤化工下游产品的重要原料，项目全部建成后，预计可实现年产值28亿元、税收2.2亿元。  

中煤陕西公司榆林能源化工有限公司榆横煤化工项目气化岛采用GE900立方英尺，6.5×106Pa压力气化工艺，气化炉5开2备，单日总投煤量约8000吨，气化装置于2014年4月底一次投料成功。

                韩红梅表示，专业化的煤气化岛需要根据需求特点，选择合适的流化床气化、气流床气化、固定床富氧气化等工艺，同时需要结合煤源落实情况，进行全流程经济性比较，即“煤源+气化技术+产品价格”。