多喷嘴对置式水煤浆气化 流程
多喷嘴水煤浆气化技术在化工行业中的应用
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主要内容
1 煤气化的技术地位 2 多喷嘴对置气化技术开发历程 3 多喷嘴对置水煤浆气化工艺流程 4 商业示范装置 5 技术创新点 6 水煤浆气化和粉煤气化制备氨原料气能耗分析 7 结语
Sep 23~24, 2006
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1 煤气化的技术地位
比煤耗 kg 煤(干基)/1000(CO+H2) 冷煤气效率 ％
Sep 23~24, 2006
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（3）能耗分析 水煤浆气化制备合成氨原料气能耗分析表
项目 系统输入 原煤 kg/h 磨机电耗 度/h 空分电耗 度/h 系统输出 变换副产蒸汽 H2 Nm3/h 总热效率 % / 100000 200178724 1079488732 71.10 55146 1379 46379 1627963572 4963109 166963680 数量 KJ/h
四喷嘴 对置式 水煤浆 气化装 置
华鲁恒 升
750
82.41
362
565
99.97
兖矿国 泰 兖矿鲁南 * 化肥厂 上海焦化 有限公司
【4】
1000
84.9
309
535
~400 ~500
82~83 81
~336 412
~547 638
引进水 煤浆气 化技术
渭河化肥 [5] 厂 安徽淮化 [6] 集团
Sep 23~24, 2006
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（2）兖矿国泰化工有限公司
在国家十五863项目 “ 新型水煤浆气化技术 ” 的支 项目“ 新型水煤浆气化技术” 在国家十五 项目 持下，依托兖矿集团公司国泰化工有限公司年产24万吨 持下，依托兖矿集团公司国泰化工有限公司年产 万吨 甲醇、 万吨醋酸 万吨醋酸、 发电项目， 甲醇、20万吨醋酸、80MW发电项目，建设了两台日处 发电项目 吨煤（ 理1150吨煤（粗煤）、气化压力 吨煤 粗煤） 气化压力4.0MPa的气化炉及配套 的气化炉及配套 装置。总投资约 亿元 亿元。 装置。总投资约27亿元。 装置于2003年8月2日破土动工，建设工期 个月零 年 月 日破土动工 建设工期23个月零 日破土动工， 装置于 19天 。 气化装置于 天 气化装置于2005年 7月试车一次投料试成功， 连 月试车一次投料试成功， 年 月试车一次投料试成功 续运转80小时。 日顺利生产出合格甲醇。 续运转 小时。 2005年10月17日顺利生产出合格甲醇。 小时 年 月 日顺利生产出合格甲醇
多喷嘴对置式水煤浆气化技术
4000吨级水煤浆气化技术
“煤炭清洁高效利用和新型节能技术” 国家“十三五”重点专项
所属项目：大规模水煤浆气化技术开发及示范 课题名称：超大规模水煤浆气化放大关键技术 及污水减量化研究
围绕高温高压下湍流混合与复杂气化反应的相互作用的复杂科学问题研 究，掌握实现水煤浆气化过程高效化、大型化的基本理论指导原理。
400
200
辐射强度
CH*
0 0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
[O/C]e
[O/C]e
CH*辐射发光图像重建
柴油撞击火焰CH*二维分布
CH*辐射峰值随[O/C]e 的变化(柴油火焰)
L/De随[O/C]e的变化 (柴油火焰)
柴油和水煤浆撞击火焰黑体 辐射时均分布
第六届国际多喷嘴对置式煤气化技术推广及应用研讨会
多喷嘴对置式水煤浆气化技术新进展
华东理工大学
01
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
激冷流程工艺原理简图
磨煤制浆系统 气化系统 初步净化系统 渣水处理系统
多喷嘴对置式水煤浆气化技术
技术研发历程
技术发明 及中试 22TPD 1996~2000
已运行26个项目，67台气化炉 累计总原料煤能力 > 20万吨煤/天，单炉最大规模4000吨级/日
多喷嘴对置式水煤浆气化技术——国际影响
合成气产能世界第三，为世界煤气化技术第一集团供应商
2017美国国际气化技术年会信息
成为国际三大主流气化技术提供商之一
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新进展
工业示范
1150TPD 750TPD 2001~2005
大型化 2000TPD 2006~2010
大型化 3000TPD 2011~2015
超大型化 4000TPD 2016~2020
多喷嘴对置式水煤浆气化技术——技术优势
大型化 高效率 长周期稳定运行
降低投资 节能降耗 降低运行费用
大型化效果——180万吨/年煤制甲醇装置(60万吨/年煤制烯烃)
冷 室
废锅-激冷型水煤浆气化技术
不同入口型式辐射废锅的模拟研究
不同接口及入口结构示意图
直圆拱型
缩口结构
扩口结构
渐缩结构一
不同入口结构的顶部流场特征
渐缩结构二
废锅-激冷型水煤浆气化技术
辐射废锅数值模拟
辐射段结构示意图
直段高度为18m废锅的 速度场(左m/s）、温度场(中K)与颗粒相(右kg/m3)
工程应用
提高关键设备寿命 解决结渣堵渣问题 提高系统效率 实现优化控制
大型化理论基础
系统集成创新
长周期稳定运行
大型高效水煤浆气化成套技术
多喷嘴对置式水煤浆气化技术——推广应用
国国内内外外5557个个项项目目，，115508台台气气化化炉炉
已运行26个项目，67台气化炉 累计总原料煤能力 > 20万吨煤/天，单炉最大规模4000吨级/日
气流床气化炉内喷嘴雾化实验研究
气化炉内水煤浆雾化过程可视化
雾化过程统计分析 (粒径分布、稳定性和不同模式分布)
4000吨级水煤浆气化技术—基础研究
气流床气化炉内颗粒壁面沉积实验研究
气化炉内壁面沉积行为分类
颗粒沉积过程可视化
液滴沉积模式分布
颗粒沉积模式分布
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。
新型多喷嘴对置水煤浆气化技术
表 1 德士古与壳牌气化装置比较
项目
壳牌气化工艺
德士古气化工艺
煤适应性 气化温度（炉内）／℃
气化压力 ／ＭＰａ 碳转化率 ／％ 煤 ／ 氧耗［以 １００ ｍ（３ ＣＯ＋Ｈ）２ 计］ 有效气含量（ＣＯ＋Ｈ）２ ／％（干基） 气体净化除灰技术 气化装置投资（比值）
硫分、氧分等含量均不敏感。热效率高、炭利用率高， 碳转化率可达 ９９％，原料煤能量回收率高，８０％～８３％ 以合成气形式回收（即冷煤气效率），１４％～１６％以蒸汽 形式回收。煤粉制备采用密闭系统，无粉尘排放；合成 气洗水经汽提冷却后循环使用，汽提出的 Ｈ２Ｓ 气体送 克劳斯硫回收装置；合成气用于燃气轮机发电时，
进入二次反应区的组分有煤焦、ＣＯ２、ＣＨ４、Ｈ２Ｏ 以及 ＣＯ、Ｈ２ 等组分。这时主要进行的是煤焦、ＣＨ４ 等与 Ｈ２Ｏ、 ＣＯ２ 发生的气化反应，生成 ＣＯ 和 Ｈ２，这是有效气。二次 反应以吸热为主，致使发生二次反应的区域温度较
[ 收稿日期] ２０１０－０３－０１ [ 作者简介] 张玉亭（１９７３－），女，工程师，主要从事化工研究
小计
－６８．３５４
－５４．１５１
总计
１８０．８１
１７９．７８８
注：（１）为 ８．１７９ ｔ 由气化装置副产，其中７．１９８ ｔ 要用于 ＣＯ 变换；
（２）表示此表消耗指标基于日投煤 ２ ０００ ｔ 气化、空分装置。
由以上分析可知：壳牌只能采用废锅流程和废锅
激冷联合流程，气化炉和废锅系统结构复杂，制造要
在国内外内有大量的工业化生产经验。
3. 2 壳牌粉煤加压气化法
气化原料煤种范围较宽，褐煤、烟煤、无烟煤等各
种煤种均可使用，对煤的性质如粒度、结焦性、灰分、
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。
多喷嘴对置式气化炉与单喷嘴水煤浆气化炉运行分析
收稿日期：２００７－０５．１２。 作者简介：张彦，男，江苏赣榆人。１９９７年青岛化工学院无 机化工专业毕业，工程师，目前在宁波万华聚氨酯有限公司从事 水煤浆气化生产工作。联系电话：０５７４－８６７１６７７３。
定义气体产物总量Ｎ＝ａ＋ｂ＋Ｃ＋ｄ，各气
体成分分别为：ＸＣＯ＝ａ／Ｎ，石｜Ｌ＝ｂ／Ｎ，ｘｃｏ＝ｃ／，
Ｎ，髫ｃＩＩ．＝ｄ／Ｎ。
假设转化后的全部炉渣残碳分别为ｌ％、５％ 和１５％，则计算后的碳转化率分别为９９．８７％、 ９９．３４％和９ｒ７．８１％，由此可以看出，多喷嘴的碳转 化率可以达到到９９％。由于工艺本身限制，在相
从表ｌ中看出，多喷嘴Ａ炉的炉渣残碳很低， ’计算；同时为了方便，忽略其他微量元素）：
”…
只有１．２７５％，远低于Ｂ、Ｃ炉。由于Ａ炉无法单
（口Ｉ玉＋ｄ）ＣＨ。０。＋１／２［ａ＋２ｃ—ｂ一２ｄ＋
独分开细灰，所以无法单独测得细灰的量，但是在
（１／２ｍ—ｎ）（口＋ｃ＋ｄ）］０２＋［ｂ＋２ｄ一１／２ｍ（ａ＋
Ａ炉运行期间，总体上细灰的含碳量要降低近
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｐｐｏｓｅｄ ｍｕｌｔｉ－ｎｏｚｚｌｅｓ ｇａｓｉｆｉｅｒ，ｓｉｎｇｌｅ·ｎｏｚｚｌｅ ｇａｓｉｆｉｅｒ，ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ
ｃ＋ｄ）］Ｈ２０－－＇ａＣＯ＋６Ｈ２＋ｃＣＯＩ＋ｒｉＣＨ４
（１）
１０％，由此可见，多喷嘴Ａ炉的碳转化率要高于
单喷嘴Ｂ、Ｃ炉的转化率。具体数值在实际对比
中没有什么意义。但从下面的一个简单计算中可
水煤浆气化工艺流程
水煤浆气化工艺流程
水煤浆气化工艺流程是将水煤浆转化为合成气的过程。
水煤浆是一种将煤粉与水混合而成的可燃性液体，通过气化处理可以得到一种含有丰富可燃气体的气体混合物，通常称为合成气或煤气。
水煤浆气化的工艺流程可以大致分为如下几个步骤：料浆制备、气化反应、气体净化和能源转换。
首先是料浆制备阶段。
煤粉和水按照一定的比例混合，形成可燃性的水煤浆。
这一过程通常包括煤粉的研磨、混合搅拌等操作，以确保煤粉与水的均匀分布和形成稳定的水煤浆。
然后是气化反应阶段。
制备好的水煤浆通过气化炉或气化器，与气化剂（通常为氧气、水蒸气或二氧化碳）在高温、高压下进行反应。
这个过程主要是通过高温将煤粉中的有机物质分解为气体，产生一种含有一氧化碳和氢气等可燃气体的混合物。
接下来是气体净化阶段。
在气化过程中，会生成一些杂质如灰分、硫化物以及其他有害物质。
为了保证合成气的质量和纯度，需要对产生的气体进行净化处理。
净化过程通常包括除尘、除硫、除氮等操作，以去除其中的杂质和有害物质。
最后是能源转换阶段。
经过净化处理的合成气可以被进一步利用为燃料或化工原料。
它可以被用于发电、供热、合成液体燃料等用途。
根据具体需求，合成气可能需要进行进一步的加工和转换，以满足不同领域的需求。
水煤浆气化工艺流程是一种将煤粉与水混合后进行气化反应的技术。
通过优化工艺流程，可以高效地利用煤炭资源并减少环境污染。
这种工艺具有灵活性和可持续性，已经得到广泛应用于能源和化工领域。
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； ......
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流程
一、引言
多喷嘴对置式水煤浆气化是一种高效利用煤炭资源的气化技术，其通过将水煤浆喷嘴垂直对置，使喷嘴之间的气化反应得到充分利用，提高气化效率。
二、多喷嘴对置式水煤浆气化流程
1. 煤炭破碎和干燥：将原料煤炭进行破碎和干燥处理，以提高煤炭的可燃性和流动性。
2. 水煤浆制备：将破碎和干燥后的煤炭与适量的水混合，制备成水煤浆，以提高煤炭的可泵性和传输性。
3. 进料系统：将制备好的水煤浆通过泵送至气化炉的进料系统。
4. 喷嘴系统：多喷嘴对置式水煤浆气化的核心部分是喷嘴系统。
喷嘴系统通常由多个喷嘴组成，这些喷嘴垂直对置，形成一个喷嘴阵列。
喷嘴的数量和布置方式可以根据实际需求进行设计。
5. 气化炉：水煤浆通过进料系统进入气化炉，喷嘴系统将水煤浆喷入气化炉内。
在气化炉内，水煤浆与气化剂（通常是氧气或蒸汽）发生反应，产生可燃气体和灰渣。
6. 气体处理：从气化炉中产生的可燃气体经过净化处理，去除其中
的硫化物、氮氧化物和颗粒物等杂质，以提高气体的纯度和热值。
7. 热能回收：在气体处理过程中，通过余热回收装置，将气体中的热能回收利用，用于加热水煤浆或产生蒸汽等。
8. 产品分离：经过气体处理和热能回收后的可燃气体可以用于发电、制取合成气等用途。
而气化炉中产生的灰渣可以通过分离装置进行分离，其中的可燃物质可以作为燃料继续利用，而其他固体废弃物则需要进行处理和处置。
三、多喷嘴对置式水煤浆气化的优势
1. 高效利用煤炭资源：多喷嘴对置式水煤浆气化能够将煤炭中的可燃气体充分释放出来，提高煤炭的利用效率。
2. 灵活性高：多喷嘴对置式水煤浆气化技术适用于不同种类的煤炭，具有较高的适应性和灵活性。
3. 环保节能：多喷嘴对置式水煤浆气化过程中，通过热能回收装置回收余热，提高能源利用效率，减少对环境的影响。
4. 产品多样化：多喷嘴对置式水煤浆气化可以产生多种产品，如合成气、发电、燃料气等，具有较广泛的应用前景。
四、结论
多喷嘴对置式水煤浆气化是一种高效利用煤炭资源的气化技术，其
具有高效利用煤炭资源、灵活性高、环保节能和产品多样化等优势。
随着对煤炭资源利用效率要求的不断提高，多喷嘴对置式水煤浆气化技术有望在煤炭气化领域得到更广泛的应用。