该项目煤种为贵州本地三高劣质煤(高灰、高灰熔点、高硫分),其灰熔点为1500℃,平均灰分26%,硫含量大于3%,钾钠氧化物平均含量超过4%。该项目采用的科林粉煤气化炉是世界上首套完全应用三高劣质煤种的大型粉煤气流床气化装置,为贵州当地甚至全国三高劣质煤的综合高效利用开创了先例。
该气化技术最大的优点是顶置三烧嘴结构,这种结构设计能够确保气化室的流场分布更合理,燃烧反应更充分,具有较高的气化效率和碳转化率。在该项目中,气化装置粗合合成中有效气成份(CO+H2)平均值为90%,碳转化率达到98%以上。固体排渣中粗渣排放量占整个气化装置固体排放量的70%左右,粗渣中的残碳小于1%,实现了当地劣质煤种的高效转化。
多烧嘴顶置结构设计不但流畅分布更加合理,而且单个烧嘴的设计相对简单,每个烧嘴对应单独的氧气路和煤粉路,可实现独立控制。除此之外,多烧嘴结构设计更有利于气化炉的大型化。目前科林公司已经研发完成了3000t级的高压粉煤气化炉,并得到了业内的广泛关注,拟在我国大型煤制油和煤制气项目中广泛应用。
在环境保护方面,由于该气化炉流畅设计合理,气化炉内的挂渣均匀,气化温度可以提高到1600℃以上,在该项目中,气化废水中的COD平均值小于200 mgO2/l,NH3-N平均值小于100 mg/l,灰水的平均浊度仅有15 mg/l,该废水经简单处理后可实现完全回用。在固体废弃物排放方面,气化装置产生的灰渣是良好的建筑材料,可以直接就地转化。
科林气化技术除了以上良好的技术指标外,在运行费用和整体投资上也具有较强的优势。科林气化炉可以在3.8MPa压力下实现50%-110%的负荷调节,原始开车时直接在3.8MPa压力下半负荷投煤生产,产生的合成气直接送往变换装置,避免了低压投料时产生的大量合成气放空问题,可以大大节约开车阶段的消耗成本。另外,该项目除了烧嘴等部分专利设备从德国进口外,其他设备已经全部实现了国产化,整体投资较低。
我国是富煤炭、缺油气、可再生能源总量有限的国家,在我国的煤炭储量中劣质煤占总储量的80%以上。 科林CCG粉煤气化技术在贵州开阳项目的成功应用,对贵州当地甚至全国三高劣质煤的综合高效利用提供了先例,并对我国引进消化吸收国外先进煤气化技术,推动煤化工装备自主创新开辟了新路。
据贵州开阳化工有限公司副总经理郭成太介绍,目前,在国内,除了科林CCG粉煤气化技术已成功应用于贵州开阳化工50万吨/年合成氨装置外,2013年7月上旬,内蒙古康乃尔化学工业有限公司与科林公司就60万吨/年(一期30万吨/年)乙二醇项目签署了科林CCG粉煤气化技术授权与技术服务合同。该项目位于内蒙古通辽市扎鲁特旗,采用两台科林CCG粉煤气化炉(单台日投煤量1200吨),计划于2015年9月建成。
“粉煤气化技术可以把价格低廉、直接燃烧污染较大的煤、石油焦等原料转化为清洁的、高附加值的有效气,即一氧化碳与氢气。有效气是生产化工产品的基本原料,可用于生产合成氨、醇、醚、烃类、合成天然气等高附加值化工产品,以及汽、柴油燃料,可有效替代传统石油天然气化工产品,为我国的化工生产和能源安全提供一种切实可行的替代选择,为客户打造下游产业链奠定良好基础。”郭成太介绍说。
山东兖矿国拓科技工程公司工总工程师许广宇指出,与碎煤加压、水煤浆等气化技术相比,干煤粉气化技术对煤种的适应性最强,可以成功转化高灰分、灰熔点、高硫分的煤种,对新疆地区高碱金属离子的煤种也具有较强的适应性,同时可以利用内蒙古和陕西北部等地区的劣质烟煤、褐煤实现本地煤炭资源的清洁、环保、高效转化。
许广宇说,干煤粉气化技术可转化劣质煤种,气化废水主要污染物COD和氨氮指标未经任何处理可达到中小化肥企业二级排放标准,而经简单处理可实现完全回用。本技术将填补我国在大型粉煤气化技术开发领域的一项产业空白,并使我国成为世界上唯一掌握3000吨级粉煤加压气化技术的国家,可全面促进我国煤炭加工利用领域的产业升级,带动我国煤化工制造业的发展,并能够充分保证我国在能源领域的安全。
据许广宇介绍,目前全世界的煤气化技术多达几十种,按照应用规模和技术特点划分主要归纳为碎煤固定床气化技术、流化床气化技术、水煤浆气流床气化技术、粉煤气流床气化技术等几种类型。
其中,粉煤气化技术关键设备气化炉内安装有水冷壁,气化室反应温度最高可达到2000℃以上。据了解,水冷壁的主要作用是阻挡高温直接作用到气化炉炉壁(外壳),起到隔热作用,并可以副产低压蒸汽,而炉壁(外壳)则起到承受炉内高压的作用。位于明火一侧的水冷壁覆盖了一层SiC敷料,该设计的目的是为了保护水冷壁,并使水冷壁易于挂渣,形成渣层,从而起到以渣抗渣的作用。
粗合成气和渣离开气化室后,共同形成一股向下的流体,气化室出口的结构要保证在紧随其后的激冷工段形成理想的流动体。激冷室装有激冷环、导气管及破沫板,起到对粗合成气的激冷作用。该气化技术最大的优点是顶置三烧嘴结构,多烧嘴结构设计,更有利于气化炉的大型化。
产业前景远大从国际和国内市场来看,粉煤气化技术面临广阔的应用前景。
从国际市场看,世界常规石油可采资源量为4138亿吨,石油探明总储量为1567亿吨。
一些专业机构预计,以目前的开采速度计算,全球石油储量可开采30~40年。随着石油资源的日渐枯竭,在新能源普遍应用之前,煤炭资源的能源转化将是世界能源发展的重要一环。
全世界拥有煤炭资源的国家超过80个,主要分布在亚太地区、北美洲、欧洲及欧亚大陆,这些地区恰恰是资源消耗较大的地区。据了解,由于国际油价长期高位运行,车用石油燃料替代一直是世界各国十分关注的课题,但目前都面临着诸多问题。如,甲醇和乙醇燃料在储运、分配、使用上都与传统的汽油相近,二甲醚与液化石油气相近,燃烧性能较好、清洁,因而受到国际重视。但由于种种非技术原因,一直没有能在西方大量推广使用。
在国内市场方面,为适应我国缺少石油、天然气而富煤炭的国情,从能源和燃料的整体结构上来看,利用煤炭高效转化清洁能源的技术将具有较好的发展前景。为了减少环境污染,提高煤炭的利用率,降低氧耗和煤耗,拓宽原料煤种的使用范围,国家已把煤的高效洁净利用技术列入21世纪的发展计划。
《国家中长期科学技术发展规划纲要(2006~2020年)》鼓励开发IGCC联合循环发电技术,促进煤炭的清洁高效利用,降低环境污染。
最近,国务院发布了《中国的能源状况与政策》明确提出,推进关键设备技术创新,鼓励发展洁净煤技术,推进煤炭气化及加工转化等先进技术的研究开发,发展以煤气化为基础的多联产技术,提升装备制造水平,鼓励发展大型煤化工成套设备,研制煤炭液化和气化、煤制烯烃等成套设备,发展3000吨级大型粉煤加压气化炉是当前的重要课题。
据了解,在我国煤炭资源储量分布中,劣质煤占煤炭储量80%以上,粉煤气化技术可转化项目本地劣质煤种,每年可以节约原料成本60亿元。
许多业内人士认为,粉煤气化技术属于清洁、环保、高效气化技术,环保优势明显,不仅可以高效转化当地劣质煤种,大量节约原料成本,而且煤炭的碳转化率可达99%以上,固体废渣中的残碳量小于1%,可以作为优良的水泥原材料。同时,由于粉煤气化技术在中国已经发展了十几年,有成熟的工程化队伍和技术储备,对于装置放大过程中的技术风险完全可控。该类技术的成功应用,可以实现劣质煤的高效能效转化,对保障我国技术、经济、能源、社会等领域的效益和安全具有重要的现实意义。
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