华东理工大学科技成果——多喷嘴对置式水煤浆气化技术
多喷嘴对置式水煤浆气化技术的应用
２２ 系 统运 行情 况 ． 由 于采 用 的是 一 开 一备 的 运行 方式 ，为 了防
装 置 运行 ３ ８ 。２ １ １ ｄ ０ １年 １ 至 ２ １ 年 ｌ 月 ０１ ０月 ． 生 产 天 数 ２ ６ ， 长 连续 满 负 荷 运 行 ２ ５ ， 计 全 ９ ｄ最 １ ｄ预 年 可达 生产 天数 ３ ７ 。 ５ ｄ 此外 ， 还实 现 了气化 炉在 线无 波 动倒炉 所 谓
热 交换 的除 了灰水 外 ． 有 变换冷 凝 液 还 蒸 发 热 水 塔 的填 料 为 西 ６ ７ ｍｍ￣ ６ｍ １ ｍ ７ ｍ￣ ． ｍ ２ 的拉 西 环 。在运行 初 期 ， 现蒸 发 热水塔 顶 部酸气 发 出 口出现 大量 带 水 现象 ，后 检修 时拆 开人 孔后 发
在 气 化 炉炉 膛 的压 力 点和 合 成气 出 口管 道 上 的压
饭 舷
７ ｈ工 业考 核 数据 表 明 ， ２ 与文 献 … 道 的神 华 包 头 报 煤 制烯 烃 项 目采 用 的 Ｇ Ｅ水 煤 浆 气 化 装 置 运 行考
２１ ３ ０年第４ １ 卷
装 置有 效气 成 分提 高 ３１ ， ． 比氧 耗 降低 １ ．％ ． ％ ４ 比 １
煤 耗 降 低 ２１ ， 渣 中碳 含 量 降 低 约 １ ％ 。 ．％ 粗 ０ 细渣
灰 都 比较 多 ， 得靠 人 工 清理 ， 作 量较 大 。由于 在 工
静 态 破 渣机 下部 还 安装 有 铰 刀 式 动 态 破 渣 机 ， 因
此 对静 态 破渣 机 进行 改 进 ， 除少 部 分格 栅 ， 加 割 增
灰 渣通 道 面积 ，使其 能 够进 入 下部 动 态破 渣 机 中 破 碎 。改 进 以后运 行情 况 良好 ， 渣机 内再 无渣 和 破 积 灰积 存 。
煤气化技术：我们就是能比国外做得更好!——专访华东理工大学洁净煤技术专家于遵宏教授
利用煤 气化技术生产 的合成 气有效成 分 （Ｏ ２ 。 Ｃ ＋Ｈ）高 煤炭利 用率可达到 ９ ％。 气 生成 的灰渣经高温熔叠 ， ８ 煤 化 热量 能被利 用，而且是 良好的建 筑材料 ， 可制造 水泥、煤渣砖、销路材料 ， 免 了废料到处堆放 而引起 的环境污染 。 渣水不舍轻 油、焦 油等，经回收净化 ，绝大 避 舍 部 分可循环 使用。少量排放 的废水 。经生化 处理 即可达 到国家排放 标 准，若结合其他 系统优化设 计。完全可以实现零排放 。
维普资讯
煤气化技术： 我们就是能比国外做得更好！
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专访华 东理工大学洁净煤技术专家于遵宏教授
本刊记者 李耘春
于遵 宏常常被企业请去 对设 仅仅在几年 以前 ， 煤化 工还是个 不太 有许 多不足 ． 受人重视 的研 究方向。 几十年 的研究过程 备进行技 术改进 这对他的触动非常之大 。 中． 于遵宏教授付 出了常人难 以想象 的艰 工作之余于遵宏 常常想：国家本来就
行化 学加 工的一个重要 方法， 实现 煤炭洁 净利 用的关键。煤 气化产生的合成 气可 以替代石 油和燃料 ，用来发电、 热、 是 供 生产液体 或 气 燃 体
料 。从水煤 浆气化开始 可以开发出甲醇、 甲醛、 甲胺、醋酸等一 系列 ｃ 化 工产 品，同时还 可开发二 甲醚、Ｉ Ｆ １ ） 和加 氢产品。 Ｍ
“为 什 么 我 们 不 能 研 发 幽 自 己 育 鲁
２０ ０ ６年 １ ８日，中国石油和化学工 月 业协会对华东理 工大学和兖矿集团有限公
司的 ” 多喷嘴对置式水煤浆气化技术 ”的
科 技 成 果 给 予 了充 分 肯定 。
水煤浆气化 和干煤粉气化为实际应用 的完 整体系；圆满完成 了多项 国家 ” 七五” ” 、 八 五 ”和 ” 九五”攻 关项 目 ．作为第一完成
具有自主知识产权的三种煤气化技术对比_王洪营
·29·
表 2 不同气化工艺的优缺点对比
项目 进料方式
优点
缺点
水煤浆进料
进料方便，对泵要求低气化炉压力可以提高至 6． 5 MPa 或 8． 7MPa，降低后工段压缩功； 合成气中水汽 比较高，后序变换工段可以不加蒸汽
由于物料中含水，需要消耗气化热使水变成高温蒸 汽，增加各种消耗
干粉进料 喷嘴个数
气化效率高，反应温度高； 残炭量低； 合成气有效气 成分高
1 技术及业绩简介
1． 1 多喷嘴对置式水煤浆气化技术 多喷嘴对置式水煤浆气化技术是由华东理工大
学和兖矿集团共同开发的新型水煤浆气化技术。其 特点为： 采用水煤浆进料方式，四个对置式喷嘴进 料，气化炉采用耐火砖隔热形式，出气化室合成气体
与渣采用冷激流程与渣水处理工艺［1］。 自山东华鲁恒升多喷嘴气化炉于 2005 年投运
三种气化技术各有其优点，用户及使用业绩也 气化技术。在企业选择气化技术时，一定要根据自
在不断增加。单从气化炉反应反面考虑，粉煤气化 身情况，从产品及规模、原料煤种，自身资源，环境保
具有其优势，但如果考虑原料介质输送所消耗的功， 护，投资等综合多方面情况考虑，选择出适合自己的
第 9 期（ 上）
王洪营等： 具有自主知识产权的三种煤气化技术对比
WANG Hong － ying ，YANG Yue － jing ，YANG Guo － dong ，GU Zhao － hui
（ Henan XLX Fertilizer Co． Ltd ，Xinxiang 453731 ，China）
Abstract： The coal gasification technology that possess independent intellectual property mainly includes
多喷嘴对置式水煤浆气化技术及其优势
人 的实验 测量 ，采用 大型商业 化软 件 （ Ｆ 对 Ｃ Ｄ）
气化炉 内的流动 过程进行 了数字模 拟研究 。
１２ 多喷嘴 对置 式水煤 浆 气化 工 艺的技 术核 心 ．
流束 的延 长 ，射 流 的宽 度逐渐扩 展 ，流速逐 渐减 弱 ，直至 与相 近 的 射 流边 界 相 交 ，射流 段 结 束 ，
进入撞 击 区 。
（ ）撞 击 区 ２
气 化 炉是煤气 化 的关 键设 备 ，气化炉 内合 理 的流场 结构对 气化 炉气化 效率 的提高 和安 全稳定
当多个 喷嘴 的射 流股交 汇后 ，就 会在气化 炉
的 中心 部位产 生 相互 的剧烈 碰撞 和交 混运 动 ，该
【 收稿 日期］２０ －６２ ０７０ －１ ［ 作者简介］ 王延坤 （９¨ ） 男 ， １６ 一 ， 山东滕 州人 ， ４ 工程师 ， 国 宏公司气化车 间主任。
结 构分 为 ：射 流 区 、撞击 区 、撞 击 流股 区 、回流 区 、折返 流 区 、管 流 区 ６个 区域 Ｊ 。
（ ） 射流 区 １
态 示踪分 析仪 （ ｕｌ Ｄ 、热 线风 速 仪 等对 气 Ｄ ａ Ｐ Ａ）
化 炉大型 冷模装 置 内的流动 和混合 过程进 行 了深
流体 经喷 嘴 以很 高 的速度 喷射 出来 ，将 其周
王延 坤 ，王 伟
２３ ０ ） ７ ５０ （ 矿 国宏 化 工 有 限 公 司 ，山 东 邹 城 兖
［ 中图分类 号］Ｔ ４ ［ Ｑ５ ６ 文献标识码 ］Ｂ ［ 文章编号 ］１０ ． ３ （０ ８ ０ － ２ －３ ０４９ ２ ２ ０ ） ｌ ０ １ ９ ０ ０
华理煤气化技术简介
6
煤耗低（降低约 8%），有效气(CO+H2)成分高(提高约 6~10 个百分点)，碳转化率高。 (3) 由于粉煤气化喷嘴射流速度的降低，喷嘴使用寿命将是水煤浆气化喷嘴的 2 倍以上。
中试装置及运行结果
中试流程类同于工业装置流程。主要由磨煤干燥、粉煤供料与输送、气化和初步净化 四个单元组成。系统运行为工业化放大积累了宝贵经验。气化用煤为兖矿鲁南化肥厂 Texaco 水煤浆气化用煤，即北宿精洗煤，所以气化指标与鲁化装置具有可比性。
3.2 技术研发成果 3.2.1 中试耐火砖炉研究
依托已有多喷嘴对置式中试气化炉，华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂、中国天辰化学工 程公司共同承担了国家“十五”科技攻关计划课题“粉煤加压气化制合成气新技术研究与开 发”，建设具有自主知识产权的粉煤加压气化中试装置。
与水煤浆气化技术相比，粉煤气流床加压气化技术具有煤种适应性广、原料消耗低、碳 转化率高、冷煤气效率高等技术优势，有更强的市场竞争力。但是，在当时我国还没有该类 技术的应用经历，引进的 Shell 技术正在建设中，攻关计划课题的实施在国内具有开创作用。
图 1 多喷嘴对置式水煤浆气化技术工艺原理简图
3
a-气化框架夜景
b-气化烧嘴平台
图 2 多喷嘴对置式水煤浆气化技术示范装置(兖矿国泰化工有限公司)
表 2 多喷嘴对置式水煤浆气化工业装置及其与引进水煤浆气化技术的比较
t
装置能力 煤/天·炉
有效气 成分
CO+H2%
比氧耗 Nm3O2/1000Nm3(CO+H2)
与此同时开始了粉煤气化技术的开发，成为国内最早起步从事研发的单位。 “十五”期间，华东理工大学、兖矿集团有限公司共同承担国家 863 计划重大课题“新 型水煤浆气化技术”进行多喷嘴对置式水煤浆气化技术的产业化研究。 “十五”期间，华东理工大学与兖矿集团有限公司共同完成国家“十五”科技攻关课题 “粉煤加压气化制备合成气新技术研究与开发”，在国内率先完成了粉煤加压气化中试研究。 目前，多喷嘴对置式水煤浆气化技术现已完成工业示范，并已成功推广应用，粉煤加压 气化技术正在实施日处理千吨级煤的工业化示范。 华东理工大学煤气化技术的研发历程见表 1。
多喷嘴对置式水煤浆气化技术工程设计介绍
多喷嘴对置式水煤浆气化技术工程设计介绍0 前言进入新的世纪以来，世界能源状况对我们国家的建设产生了重大影响，国家的能源安全、经济的快速发展、我国资源的基本构成等因素，使煤炭的综合利用以及煤化工事业受到了广泛的关注，同时也促成了空前规模的煤化工建设热潮，来自方方面面的投资正使煤化工以前所未有的速度发展。
该领域的装置规模、技术水平都有了整体的提升，新技术开发、装备制造能力以及生产管理水平也取得了可喜的进步。
随着一批大型煤化工装置陆续投产，人们在探询各种技术路线优劣时也能够更客观冷静，在总结和比选各种技术的特点时，也增加了几分把握。
如果说这些投产的装置在当初建设时还算大型的话，现在看来这只是进入更大规模装置建设的起点，也是国有大型煤炭、电力和石化企业进入煤化工领域的试水之举。
特别是“十一五”期间，国家对能源的消耗和废弃物的减排提出了明确的定量要求，由于煤气化对此举足轻重的影响而必将更加引人注目。
可以肯定地说，煤制油、煤制烯烃必将催生更大规模的煤化工装置。
煤气化技术作为煤化工装置的龙头自始至终是人们探索和争论的焦点，选择何种煤气化技术也是投资者在决策时最需要慎重考虑和把握的，实践也证明选择是否适合自己的煤气化技术对煤化工项目是至关重要的。
现以多年来参与水煤浆气化工程设计的经历，就多喷嘴对置式水煤浆气化装置工程设计谈一点体会。
1 多喷嘴对置式水煤浆气化技术的工艺特点目前己投入生产运行大型煤气化装置，采用水煤浆气化的装置普遍有较高的运转率，水煤浆气化的可靠性已无可争议，以GE(德士古)水煤浆气化技术为代表的单喷嘴水煤浆气化得到了广泛地认同，近年来研发成功的多喷嘴对置式水煤浆气化技术，也成功实现了在大型装置上的工业化运行。
“九五”期间华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂、中国天辰化学工程公司承担了国家重点课题《新型(多喷嘴对置)水煤浆气化技术开发》，进行了中间试验研究，有关部门组织了鉴定和验收。
“十五”期间进行了工业性示范装置的建设，由中国天辰化学工程公司负责进行多喷嘴对置式水煤浆气化装置和配套工程的设计，在兖矿国泰化工有限公司进行工程建设，工程列入“十五”期间的国家“863”计划。
多喷嘴对置式水煤浆气化技术在合成氨装置上的应用
．
．
苎
新型结构采用交叉流式洗涤冷却水分布器， 强化高温煤气与洗涤冷却水间的热质传递过 程。 达到了良好的热质传递效果。 复合床高温煤气洗涤冷却设备很好地解决了原有洗涤冷却
化的同期运行结果相 比：有效气成分提高 ２ ％～３ ％，Ｃ ２ Ｏ 含量降低 ２ ％～３ ％：碳转化率提高 ２ ％～３ ％；比氧耗降低 ７ ％；比煤耗降低 ２ ％。 ． ９ ． ２
（ ）安全稳 定 的长 周期 运 行 ２ 兖矿 国泰和兖矿鲁化的两套多喷嘴对置式水煤浆气化装置均 已实现 安全稳定长周期工
接相 关 ；在激 冷 室 及渣 水 处 理 单元 出现 的问题主 要 与其 流程 和 关键 设 备的配 置 相关 。
在相关研 究的基础 上， 结合多年气化领域的研究和实践基础 ， 东理工大学与兖矿集团 华 合作， 一方面在总结其他气 化技术的经验教训的基础上， 出了在工程上更为合理可靠的技 提 术方案，另一方面，针对现代煤化工对煤气化技术在高效和大型化方面 的要求 ， 提出了具有 创新性的新型气流床气化技术——多喷嘴对置式煤气化技术 。在 “ 九五”国家科技攻关项 目
兖 矿鲁化 的多喷嘴 对 置式 水 煤浆 气化 炉 在连 续运 行 了 １６天后 计划 停 车 ， 出的 工艺烧 嘴据 ０ 取 估 计还可 以使 用约 ２个 月 。
１ 新型复合床洗涤冷却室 （ ． ３ 含交叉流式洗涤冷却水分布器 ）
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２１年第４ 总 １期 ０１ 期 第ｌ ４
皇窒 堡
多喷嘴对置式水煤浆气化炉克服了单喷嘴水煤浆气化炉 的部分物流在炉内停 留时间极 短 （ 不到百分之一秒 ） 、尚未反应便离开气化炉 以及物料间混合不理想的缺陷，强化了反应
２ １ 年 第 ４期 ０１
多喷嘴对置式煤气化技术(华东里工)
２００８年第２９卷第６期氮肥技术摘要简要介绍华东理工大学和兖矿集团公司合作，成功开发了具有完全自主知识产权、国际首创的多喷嘴对置式水煤浆气化技术，并成功地实现了产业化，应用于工业生产中。
同时还介绍了研究开发的水冷壁式中试气化炉运行结果和粉煤加压气化技术工业示范装置的实施进展情况。
关键词煤气化多喷嘴对置式水煤浆粉煤１背景我国能源结构的特点是富煤、缺油、少气。
我国以煤为主的能源结构和国际能源市场形势，决定了我国必须立足国情，大力发展洁净煤技术，以此支持国民经济的快速发展，缓解油品供应紧张，保障国家安全。
煤气化技术是发展煤基化学品、煤基液体燃料、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（如图１所示），对发展经济和保障国家安全具有重要的战略意义。
国内在建的和处于筹建中的甲醇装置、合成氨装置、煤制油装置，已展现了对煤气化技术的强劲需求。
的研究攻关，和兖矿集团有限公司合作，成功开发了具有完全自主知识产权、国际首创的多喷嘴对置式水煤浆气化技术，并成功地实现了产业化，在国内外产生了重大影响。
多喷嘴对置式水煤浆气化技术的工艺原理如图２所示，主要包括多喷嘴对置式水煤浆气化工序、分级净化的合成气初步净化工序、直接换热式含渣水处理工序。
图２多喷嘴对置式水煤浆气化技术工艺原理简图２技术研发历程多喷嘴对置式水煤浆气化技术是由华东理图１煤气化技术重要地位简图工大学洁净煤技术研究所（煤气化教育部重点实我国自上世纪８０年代开始引进国外煤气化验室）于遵宏教授带领的科研团队历经“九五”、技术，多年来一直依赖进口，受制于人。
据此估“十五”和“十一五”科技攻关开发成功。
“九五”期算，引进煤气化技术的专利实施许可费已高达２间，华东理工大学、鲁南化肥厂、中国天辰化学工亿多美元，这还不包括昂贵的专有设备费和现场程公司共同承担了国家“九五”科技攻关项目“新技术服务费等。
据估计，专有设备耗费外汇也高型（多喷嘴对置）水煤浆气化炉开发”，并完成了达数亿美元。
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华东理工大学科技成果——多喷嘴对置式水煤浆气
化技术
项目简介
煤炭气化，即在一定温度、压力下利用气化剂与煤炭反应生成洁净合成气（CO、H2的混合物），是实现煤炭洁净利用的关键，可为煤基化学品（合成氨、甲醇、烯烃等）、整体煤气化联合循环发电（IGCC）、煤基多联产、直接还原炼铁等系统提供龙头技术，为现代能源化工、冶金等行业的技术改造和节能降耗提供技术支撑。
多喷嘴对置式水煤浆气化技术是世界上最先进的气流床气化技术之一。
水煤浆经四个对置的喷嘴雾化后进入气化炉内，与氧气反应生成含CO、H2和CO2的合成气，从气化炉出来的粗合成气经新型洗涤冷却室、混合器、旋风分离器和水洗塔等设备的洗涤和冷却后进入后序工段；气体洗涤设备内的黑水则经高温热水塔进行热量回收和除渣后成为灰水再返回气体洗涤设备内，全气化系统基本实现零排放。
该技术工艺指标先进，与同类技术相比，合成气有效成分高2-3个百分点、碳转化率高2-3个百分点、比氧耗降低7.9%、比煤耗降低2.2%等，生产强度大，又减少了专利实施许可费。
所属领域化工、能源
项目成熟度产业化
应用前景
多喷嘴对置式水煤浆气化技术的产业化成功，打破了国外技术在气化领域的垄断地位，标志着我国自主的大型煤气化技术已处于国际
领先地位。
目前有33台多喷嘴对置式水煤浆气化装置处于工业运行、建设和设计中，同时该技术已走出国门，为美国一家石化公司提供气化技术。
知识产权及项目获奖情况
与多喷嘴对置式水煤浆气化技术相关的有二十余项发明专利和实用新型专利。
拥有自主的知识产权。
项目曾得到国家“九五”科技攻关、“十五”和“十一五”“863”课题、“973”计划的支持。
所获主要奖励有：2007年国家科学技术进步二等奖；第十届中国专利奖优秀奖；2006年中国石油和化学工业科技进步特等奖；2006年中国高校-企业合作创新十大案例；2006年中国高校十大科技进展；2005年上海市科技进步三等奖。
合作方式主要以专利（实施）许可和技术转让的模式合作。