多喷嘴对置式水煤浆气化技术工程设计介绍
论多喷嘴对置式水煤浆气化技术进展及应用
论多喷嘴对置式水煤浆气化技术进展及应用1. 引言1.1 研究背景水煤浆气化技术是一种将煤炭转化为天然气或合成气的重要技术途径，具有节能减排、资源综合利用等显著优势。
随着环境保护意识的增强和对清洁能源需求的日益增长，水煤浆气化技术在实现低碳经济、减少大气污染和推动能源革命方面具有重要意义。
多喷嘴对置式水煤浆气化技术作为水煤浆气化技术的一种新型形式，以其高效、节能、环保等优势逐渐受到研究者们的关注和重视。
深入研究多喷嘴对置式水煤浆气化技术的原理、特点及应用，对于加快其推广应用、促进环境保护和可持续发展具有重要的现实意义。
本文旨在系统探讨多喷嘴对置式水煤浆气化技术的研究进展及应用案例，为未来该技术的发展和应用提供理论和实践参考。
1.2 研究意义多喷嘴对置式水煤浆气化技术的研究意义主要体现在以下几个方面：多喷嘴对置式水煤浆气化技术在工业生产中具有广泛的应用前景，可以为工业生产提供稳定、高效的燃料来源，提高生产效率，降低生产成本。
深入研究多喷嘴对置式水煤浆气化技术的意义在于推动我国工业生产的现代化和智能化发展。
多喷嘴对置式水煤浆气化技术的研究还对环境保护具有重要意义。
通过提高煤炭资源利用效率，减少燃烧排放，降低二氧化碳等温室气体排放量，可以降低空气污染和温室效应，有利于改善环境质量，保护生态系统，实现可持续发展。
深入研究多喷嘴对置式水煤浆气化技术的意义不仅在于提高能源利用效率，促进工业生产发展，还在于保护环境，实现可持续发展目标。
这些方面的重要意义将在接下来的正文部分进行详细阐述。
1.3 研究目的本文的研究目的是探讨多喷嘴对置式水煤浆气化技术在能源利用和环境保护领域的应用前景。
通过系统分析该技术的原理、特点、优势以及研究进展，我们旨在深入了解多喷嘴对置式水煤浆气化技术在气化过程中的效率和环保性能，以及其在实际应用中的应用案例。
特别是我们希望通过对多喷嘴对置式水煤浆气化技术的研究，为未来该技术的进一步发展提供参考和支持，为节能减排领域的发展做出贡献。
简述多喷嘴对置式水煤浆气化技术的工艺流程
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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
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。
1多喷嘴对置式水煤浆气化技术
主流煤气化技术及市场情况系列展示（之一）多喷嘴对置式水煤浆气化技术技术拥有单位：兖矿集团有限公司、华东理工大学编者按：煤气化装置是煤化工的龙头，选择适合的煤气化技术直接关系到整个煤化工装置的安全稳定运行和经济效益，煤气化技术的选择是煤化工装置和煤化工企业的关键点之一。
为了帮助煤化工企业合理地选择气化技术，从本期起，本刊将陆续介绍目前国内主要煤气化技术，从技术特点、主要技术参数、煤种适应性、研发过程、市场开发、典型运用案例、最新动态等方面，全面地展示各种煤气化技术的特点。
此次气化技术展示的所有材料，由相关企业提供，均不代表本刊倾向和观点。
山东兖矿国拓科技工程有限公司是由兖矿集团控股，会同国内著名科研机构、院校、勘察设计单位和企业组建的化工技术研发、推广和技术服务的高科技企业，依靠兖矿集团良好的企业形象、强大的技术研发和技术服务能力，主要从事化工技术开发、技术服务、技术转让、化工工程勘察、设计、施工等业务。
公司立足兖矿自身化工技术的研发与工业化装置，依托华东理工大学、水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心、中国天辰工程公司等科研和设计机构，团队具有一流理论水平和实践经验，是典型的产、学、研结合运作模式。
山东兖矿国拓科技工程有限公司与华东理工大学一起向业界推广多喷嘴气化技术，并提供技术理论和工程技术服务支持，公司自2010年7月成立以来，已签订多喷嘴气化技术转让合同15家，与国内外煤化工企业达成合作意向10余项，另与国外多家科研机构和化工企业达成合作意向。
具有完全自主知识产权的多喷嘴对置式煤气化技术由华东理工大学和兖矿集团共同研发，八五期间华东理工大学建立了多喷嘴气化技术数学模型，进行了实验室小试，九五期间兖矿集团承担了多喷嘴气化技术中试，并在兖矿国泰化工有限公司建设多喷嘴气化技术示范工程，2005年第一台千吨级多喷嘴对置式煤气化大型气化炉在兖矿国泰开车成功，由此拉开了我国水煤浆洁净煤大型化的序幕。
多喷嘴对置式水煤浆气化技术主要特征介绍如下：一气化技术特点多喷嘴对置式水煤浆气化工艺是以氧气和水煤浆为原料，采用气流床反应器，在加压非催化条件下进行部分氧化反应，生成以一氧化碳和氢气为有效成分的粗煤气，作为氨和甲醇合成的合成气，或制氢（煤液化、燃料）的原料气、IGCC 发电的燃料气。
多喷嘴气化技术工艺流程介绍
煤浆制备系统 高压氮气系统
作用：在气化炉开、停车过程中对煤浆及氧气管线进行 吹扫；气化炉停车后对工艺烧嘴进行降温保护； 对氧气管线进行均压、密封；作为气化炉取压载 气。 主要设备：事故氮压机、高压氮罐、中高压氮罐等。
谢 谢 !
主要设备：工艺烧嘴、气化炉。
煤浆制备系统 锁斗系统
作用：将气化反应产生的炉渣收集并定期排出系统外
主要设备：锁斗、锁斗阀、锁斗循环泵、锁斗冲洗水罐、 捞渣机等。
烧嘴冷却水系统 煤浆制备系统
作用：向工艺烧嘴供循环冷却水。
主要设备：烧嘴冷却水槽、换热器、烧嘴冷却水泵、 回水分离罐、事故水槽等。
863重大项目
中国石化、 化工部
国家计委
科技部
科技部
气化炉流场示意图
V
III IV II I
A
A
A
A
III
VI
射流区、撞击区、 撞击流股、回流 区、折返流区、 管流区
多喷嘴对置式气化炉流场结构
单喷嘴水煤浆气化炉流场结构
多喷嘴水煤浆气化技术基本流程
磨煤制 浆系统 气化系统
净化系统
渣水处理系统
工艺流程简图
合成气洗涤系统 煤浆制备系统
作用：将出气化炉燃烧室的粗合成气降温、除渣、饱和 水蒸汽，并除去合成气中灰尘，使合成气中含尘 量<1mg/Nm3。 主要设备：气化炉激冷室、混合器、旋风分离器、水洗塔、 激冷水泵、高温热水泵等。
煤浆制备系统 热回收系统
作用：将气化炉、旋风分离器、水洗塔排出的洗涤黑 水减压、降温、回收热量、浓缩黑水。 主要设备：蒸发热水塔、低压闪蒸器、真空闪蒸汽、换热器、 真空泵、分离罐等。
蒸 发 热 水 塔
锁斗循环泵
澄清槽
多喷嘴对置式气化技术及应用-20131104
兖矿鲁化 1台4.0MPa-1150TPD
甲醇
新能凤凰 3台6.5MPa-1500TPD
甲醇
江苏索普 3台6.5MPa-1500TPD
甲醇
江苏灵谷 2台4.0MPa-2000TPD
氨
中盐昆山 2台6.5MPa-1200TPD
氨
杭州华电半山 1台3.5MPa-2200TPD
电力
宁波万华 3台6.5MPa-1200TPD
中试装置建设与运行
中试装置建于兖矿鲁南化肥厂。中 国天辰化学工程公司负责设计， 水 煤浆气化及煤化工国家工程研究中心 负责建设和运行。 日处理煤22吨，设计气化压力 4.0MPa，试验压力1.0～4.0MPa。
2000年10月考核验收
工业示范装置建设与运行
兖矿国泰化工有限公司—国内首家煤基多联产工厂
2006AA05A115)
国家攻关项目
新型(多喷嘴对置式)水煤浆气化炉开发(课题编号96-550-01) 气化炉关键部件的研究与开发
知识产权情况
本技术属完全自主创新，整套技术均具有自主知 识产权。
气流床煤气化领域授权、公开的专利约30项。
授权美国专利2项。
1. 多喷嘴对置式水煤浆或煤粉气化炉及其应用 ZL98110616.1； 2. 一种复合床高温煤气冷却洗涤设备及其工业应用 ZL01112880.1； 3. 以含碳氢化合物为原料气流床生产煤气的初步净化装置 ZL01112700.7； 4. 一种高温煤气冷却洗涤设备及其工业应用 ZL01112702.3； 5. 碳 氢 化 合 物 为 原 料 煤 气 生 产 装 置 中 的 含 渣 废 水 热 回 收 方 法 ZL01112701.5； 6. 一 种 固 态 含 碳 物 质 部 分 氧 化 制 备 合 成 气 喷 嘴 及 其 工 业 应 用 ZL200510025050.6； 7. 加压气化反应器的工业应用 ZL200410089404.9； ......
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成功引起 了国际煤气化领域的关注，2006年煤气化 年会邀请华东理工大学报告该技术的进展 左上：气化技术协会主席James Childress 右：华东理工大学介绍煤气化技术 下：著名气化专家、《Gasification》作 者Chris Higman博士
荣誉
• 2006年中国石油和化学工业科技进步特等奖 • 2006年全国高校十大科技进展 • 2006年中国高校－企业合作创新十大案例 • 2004年煤炭工业十大科技成果 • 2002年中国电力科技进步二等奖 • 2001年“九五”科技攻关优秀成果奖 • 1998年上海市科技进步一等奖 • ……
国际煤气化领域的关注和认可
工业装置运行情况(2)－1150TPD
• 设备情况
– 拱顶耐火砖寿命超过4000小时 – 直筒段及锥底耐火砖寿命预计超过15000小
时 – 喷嘴使用寿命超过2个月,最长使用73天
• 2006年兖矿国泰生产甲醇23.6万吨（设计 能力24万吨），到2007年1月，累计生产 甲醇28万吨!
结论和经验
该项目为国内首套IGCC发电系统！
工业装置运行情况(2)－1150TPD
• 工艺指标
– 与采用GE气化技术的兖矿鲁南化肥厂同期 运行结果相比，有效气成分提高2~3个百分 点，CO2含量降低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%。
– 国泰吨甲醇煤耗~1.25T煤/T甲醇，鲁南化肥 厂吨甲醇煤耗~1.4T煤/T甲醇
工业装置运行情况(1)－750TPD
• 工艺指标 与同期运行的GE气化炉相比：
– 节煤~7%，节氧~7%； – 碳转化率高2~3个百分点； – 有效气成分高2~3个百分点，CO2降低2~3个
大型多喷嘴对置式煤气化技术及其在煤制烯烃中的应用
喷嘴使用寿命最长达到150天
年度 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 最长（天） 31 68 72 100 104 150 139 最短（天） 15 4 13 20 47 53 41 平均（天） 17 28 29 47 65 93 89 因喷嘴原因系统停车 次数 未统计 6 9 5 1 0 0
中国境内 33个用户项目, 90 台气化炉 总原料能力> 11万吨煤/天 12 个项目，29台气化炉投入工业运行
已经投运 12个用户，29台气化炉
推广应用（全球34家用户项目，共95台气化炉）
应用单位
华鲁恒升 兖矿国泰 兖矿鲁化 江苏灵谷 江苏索普 凤凰化肥 神华宁煤 宁波万华 安徽华谊 上海焦化 兖矿新疆 安阳盈德 杭州半山 山东盛大 山东久泰 内蒙荣信 Valero
在建3000TPD多喷嘴水煤浆气化装置
项目 1:
内蒙古荣信化工有限公司
气化系统配置：两开一备 气化压力: 6.5MPa 计划开车时间： 2014 年
项目 2:
•伊泰伊犁能源有限公司
•气化系统配置：四开两备 •气化压力: 4.0MPa •计划开车时间: 2015 年
运行指标先进
华鲁恒升(750TPD,6.5MPa)：报道四喷嘴气化炉碳转化率98.3% 兖矿国泰(1150TPD,4.0MPa)：2005年12月11-18日168小时连续运行 现场考核，碳转化率98.8% 新能凤凰(1500TPD,6.5MPa)：2010年10月13-16日72小时满负荷性能 考核，碳转化率99.16% 神华宁煤(2000TPD,4.0MPa)：2010年9月24-27日双炉72小时连续运行 现场考核，碳转化率98.9% 江苏灵谷(2000TPD,4.0MPa)： 2011年11月25-28日72小时连续工业运 行考核，碳转化率99.2% 安徽华谊(1500TPD,6.5MPa)：2012年8月20-24日双炉72小时连续工业 运行考核，碳转化率98.94%
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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。
气化装置设置2台日处理1150t煤、气化压力4.0MPa，以日处理20t煤的中间试验装置为基础进行工程放大。
该装置于2005年7月21日一次投料成功，于12月11日至19日进行了现场考核，其生产负荷和技术指标均达到了预定的设讨寸旨标，各项技术经济指标优于国外同类技术，说明工业化放大设计是成功的。
我国已拥有自主知识产权的先进煤气化技术，标志着我国现代煤化工技术完全依赖国外技术的时代已经结束。
多喷嘴对置式水煤浆气化技术的化学反应原理与单喷嘴水煤浆气化技术相同，但其过程机理与受限射流反应器的单喷嘴水煤浆气化炉又有很大的不同，多喷嘴对置式水煤浆气化炉采用撞击流技术来强化和促进混合、传质、传热。
位于气化炉直筒段上部的4个工艺喷嘴在同一水平面上，相互垂直布置，通过4
股射流的撞击可以使反应更充分并显著提高碳转化率。
从考核和生产企业总结的数据来看，碳转化率均可提高约1％～2％，有效气成分可提高约2％，相应的比氧耗降低约7.9％，比煤耗降低约2.2％。
多喷嘴对置式水煤浆气化技术粗煤气初步净化和渣水处理的配置，较好地解决了粗煤气带灰和设备管道结垢堵塞问题。
采用复合床洗涤冷却技术液位平稳，减弱了粗煤气的带水带灰现象，通过在
混合器与水洗塔之间增设的旋风分离器除去大部分灰渣，降低了进入水洗塔中液相的含固量，从而提高了水洗塔的洗涤效果。
蒸发热水塔的设置避免了高压闪蒸换热器结垢堵塞降低设备效率的弊端，同时又可直接加热灰水，提高了热质传递效率。
多喷嘴对置式水煤浆气化技术已经得到越来越多的生产者和投资者的认可。
2 多喷嘴对置式水煤浆气化技术与GE(德士古)水煤浆气化技术比较
GE水煤浆气化技术已为人们熟知，同为水煤浆气化，多喷嘴对置式水煤浆气化技术同样具有GE水煤浆气化技术在原料要求、排放物环保方面所具有的优势。
其差异主要体现在工艺过程、设备配置和技术经济指标方面。
为更好地说明该技术的特点，现就这两种技术的异同点进行比较(多喷嘴对置式水煤浆气化工艺流程和GE水煤浆气化技术：工艺流程见图1、2)。
1.煤浆泵
2.气化炉
3.混合器
4.旋风分离器
5.水洗塔
6.蒸发热水
塔
图1 多喷嘴对置式水煤浆气化工艺流程示意图
1.煤浆泵
2.气化炉
3.文丘里
4.洗涤塔
5.高压闪蒸罐
6.高压闪蒸换热器
图2 GE水煤浆气化技术工艺流程示意图GE水煤气浆化技术与多喷嘴对置式水煤气话比较
3 结语
从中试到工业示范装置，多喷嘴对置式水煤浆气化技术成功实现了工程化放大，中国天辰化学工程公司倾其近30年水煤浆气化技术的工程设计经验，架起了这一新技术与实际生产之间畅通的桥梁，在工艺方案、设备和管道布置、设备选型、材料选择、系统控制、安全连锁、开车停车、操作检修、设备维护等方面丰富和完善了本技术，为本技术的成功应用、装置的安全稳定运行奠定坚实的基础。
随着人们对多喷嘴对置式水煤浆气化技术了解不断加深，投资者可以从更广泛的角度来认识这一技术的特点，煤气化技术的发展始终在先进性利可靠性的争论中不断前进，降低消耗利减少排放这一永恒的主题，在经济发展与资源枯竭、环境恶化的矛盾日益突山的今天，其重要性也越来越突出，更多的使用者选用这一煤气化技术，也能促进该技术的不断完善。
受资源情况制约，我国煤化工事业迅猛发展的势头短期内不会缓解，煤制油、煤制烯烃已经将传统意义上煤化工和石油化工融为一体，经济规模的门槛还会提高。
由于煤气化技术的特殊作用，人们对气化炉大型化的关注和期待还会加强，多喷嘴对置式水煤浆气化技术为准备建设超大型煤化工装置建没者又提供了一个有利的选择。