第10期馬波,等:撞擊式氣流床技術(shù)在新型氣化爐中的應(yīng)用●33.撞擊式氣流床技術(shù)在新型氣化爐中的應(yīng)用馬波',張秀云2(1.中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司,山東青島266071;2.山東墾利石化有限公司,山東東營257500)摘要:論述了發(fā)展先進氣流床氣化技術(shù)的必要性.介紹了了水煤漿的氣化過程、擅擊流技術(shù)的特點及其在新型氣化爐中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞:擅擊式;氣流床氣化;氣化爐中圈分類號:TQ546.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:1008 -0212(2009)10 -0033 -03Application of the Impingping Entrained on Four - nozzles Impingping GasifierMA Bo' ,ZHANG Xiu - yun2(1. CPECC East - China Design Branch , Qingdao 266071 ,China;2. Shandong Kenli Petrochemical Compny , Dongying 257500 , China)Abstract : The importance of advanced impingping entrained development was analysed. The gasificationprocess of slury , impingping entrained and application on four - nozzles impingping gasifier wasintroduced.Key words : impingping;entrained gasification ;gasifier1發(fā)展先進氣流床氣化 技術(shù)的重要性C.H. +(m+)02 = mCO2 +號H2O氣流床氣化技術(shù)是以煤粉或水煤漿為原料,采用氧氣或氧氣和蒸汽為氣化劑高速噴入氣化爐,物2C + 02 =2C0料在爐內(nèi)停留時間短,反應(yīng)溫度高,采用液態(tài)排渣,C+O2 = CO2因此氣化強度高,生產(chǎn)能力大,碳轉(zhuǎn)化率高,而且煤2CO + 02 =2CO2氣中不含焦油和酚,對環(huán)境污染小。H2+一02 =H20我國是一個多煤少油的國家,隨著經(jīng)濟的高速C +H20=CO +H2發(fā)展,煤的開發(fā)和應(yīng)用對環(huán)境造成的污染也越來越CO+H20=CO2 +H2嚴(yán)重,因此發(fā)展環(huán)境友好型煤氣化技術(shù),對于我國經(jīng)CH, + H20=CO +3H2濟的可持續(xù)發(fā)展以及建設(shè)環(huán)境友好型社會是非常必C+CO2 =2CO要的。C +2H2 =CH,目前國際上有代表性的氣流床氣化技術(shù)有以下水煤漿氣化是將煤中有效的C、H和部分H20幾種":德士古(Texaco)氣化技術(shù)、Shell氣化技術(shù)、轉(zhuǎn)變?yōu)楹铣蓺獾倪^程,該過程是吸熱的,為了避開反CSP氣化技術(shù)等,這些煤氣化技術(shù)占領(lǐng)了國內(nèi)煤化應(yīng)的動力學(xué)控制區(qū),使反應(yīng)過程具有較高的速率,氣工技術(shù)市場的主要份額,因此發(fā)展具有自主知識產(chǎn)化反應(yīng)必須在較高的溫度下進行。對于特定的氣化權(quán)的先進煤氣化技術(shù)對發(fā)展我國的煤化工業(yè)是非常爐而言,所能控制的只有氧碳比和煤漿濃度。R重要的。Govind等[5]認(rèn)為Texaco氣化爐出口氣體的成分和2水煤漿的氣化過程碳轉(zhuǎn)化率依賴于三個基本參數(shù):燃料的負(fù)荷氧燃比水煤漿在氣化爐內(nèi)發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)過以及中國煤化工為氧燃比對碳轉(zhuǎn)程,其中可能的化學(xué)反應(yīng)有(2-4):化率的YHCNMH C值對碳轉(zhuǎn)化率的影響,水蒸氣和燃料的比值能顯署地影響出氣體收稿日期:2009-07 -10 .作者簡介:馬波( 1969-) ,男,山東棲霞人,工學(xué)碩士,現(xiàn)從事煉油設(shè)計工作。U東化工●34.SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2009年第38卷的成分。3撞擊流技術(shù)的特點撞擊流由Elperin'6)最早提出,其基本構(gòu)思是使兩股氣體-顆?；虻瘟上嗔餮赝S相向流動撞擊。由于慣性.顆粒穿過撞擊面滲人反向流,并來回做減幅振蕩運動,從而延長了顆粒在氣流中的停留時間,這種方法對強化熱、質(zhì)傳遞過程尤其是外擴散控制的傳遞過程非常有效。在撞擊流的撞擊區(qū)中，下面幾個因素強化了傳A-A遞過程。1)滲透顆?；蛞旱闻c反向氣流間的相對速度增大。2)由于顆粒以阻尼振蕩方式多次反復(fù)滲人反向氣流增加了撞擊區(qū)中顆粒的平均停留時間，從而可以縮小裝置的幾何尺寸。3)在氣-液或液-液體系中,相間或滴粒間碰撞產(chǎn)生的剪切力可導(dǎo)致滴粒破碎,增大其表面積并1.射流區(qū);2. 撞擊區(qū);3.摣擊流股區(qū);促進表面更新,從而增大傳質(zhì)速率,滴粒破碎還會增4.攮擊巍回流區(qū);5.折返流區(qū);6.管流區(qū)大傳遞系數(shù)。圍1新型(多噴嘴對置)氣化爐流場示意 圖4)相向流動連續(xù)相的碰撞,即射流相互撞擊,新型(多噴嘴對置)氣化爐流場與德士古或減少壓力脈沖,或產(chǎn)生強烈的徑向和軸向速度分(Texaco)氣化爐流場相比具有如下優(yōu)越性:量,從而在撞擊區(qū)造成良好的混合?；旌献饔眠€因(1)從流場結(jié)構(gòu)看,每一股射流都形成-一個回顆粒在濃度最高的撞擊區(qū)中多次往返滲透而得到加流區(qū),四噴嘴對置就有四個回流區(qū)。另外撞擊之后強的向.上與向下流股各形成一個回流區(qū)。即新型(多4撞擊流技術(shù)在新型(四噴嘴對置)氣化爐中噴嘴對置)氣化爐共有六個回流區(qū),它們對提高熱的應(yīng)用及其與德士古(Texaco)氣化爐的比較質(zhì)傳遞與穩(wěn)定火焰具有極大作用。新型(多嘖嘴對置)氣化爐是由華東理工大學(xué)、(2)新型(多噴嘴對置)氣化爐內(nèi)湍流強度較兗礦魯南化肥廠、天辰化學(xué)工程公司共同開發(fā)的,該德士古(Texaco)氣化爐有較大提高,表明其熱質(zhì)傳爐型采用四噴嘴對置撞擊流技術(shù)。該技術(shù)的開發(fā)歷遞能力增加,有利于提高氣化速率和碳轉(zhuǎn)化率。經(jīng)大型冷模裝置測試.小型熱模試驗、中試裝置試驗(3)新型(多噴嘴對置)氣化爐上段(噴嘴所在以及工業(yè)裝置的實施階段'”。平面至爐頂)沿爐壁存在折返流,在其中進行氣化1)大型冷模裝置測試階段8)反應(yīng),由于吸熱有利于保護耐火磚。該裝置的大型冷模裝置測試工作由華東理工大(4)停留時間分布的測試結(jié)果表明新型(多噴學(xué)完成。采用Dual PDA ( Dual Particle Dynamics嘴對置)氣化爐短路流股比德士古(Texaco)氣化爐Analyzer)即激光多普勒三維粒子動態(tài)分析儀來實現(xiàn)大為減少,煤渣中可燃物將顯著下降。流場內(nèi)三維速度、顆粒直徑和濃度的同時在線測量。2)中試裝置試驗階段"這種分析儀具有對流場無千擾、動態(tài)響應(yīng)快、空間分中試裝置氣化爐的設(shè)計規(guī)模為日處理煤22t,由辨率高、測量精度高等特點,是測量瞬時運動速度及天辰工程公司完成工程設(shè)計。該裝置于2000年7粒徑分布的有效手段。月開始試車,累計運轉(zhuǎn)700多h,2000年10月通過大型冷模裝置的測試結(jié)果表明,氣化爐內(nèi)流場中國石油化工協(xié)會組織的72h工藝考核?？蓜澐殖缮淞鲄^(qū)撞擊區(qū)、撞擊流股區(qū)、回流區(qū)、折返中試裝置采用與魯南化肥廠德士古(Texaco)氣流區(qū)、管流區(qū)。氣化爐流場示意圖見圖1?；癄t中國煤化工，新型(多噴嘴對置)4CNMH G爐相比,整體工藝指標(biāo)優(yōu)于德土古( Texaco)氣化爐,碳轉(zhuǎn)化率高出其第10期馬波,等:撞擊式氣流床技術(shù)在新型氣化爐中的應(yīng)用●5●三個百分點,比氧耗低于其7個百分點,比煤耗低于5結(jié)論其6.7個百分點.干氣產(chǎn)率高于其7.3個百分點。采用撞擊流技術(shù)的新型(多噴嘴對置)氣化爐中試裝置的試驗結(jié)果說明新型(多噴嘴對置)技術(shù)的開發(fā)是成功的,該技術(shù)是具有自主知識產(chǎn)權(quán)氣化爐技術(shù)先進可行,為新型(多噴嘴對置)氣化爐的先進煤氣化技術(shù),隨著工業(yè)示范裝置的成功應(yīng)用，技術(shù)工業(yè)裝置的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。該技術(shù)在國內(nèi)已得到了廣泛的推廣。3)工業(yè)裝置的實施階段"參考文獻(xiàn)從2002年開始，先后在山東華魯恒升化工有限[1]王輔臣,于廣鎖,龔欣,等.多噴嘴對置煤氣化技術(shù)的研公司和兗礦集團國泰化工有限公司建設(shè)了兩套采用究與工業(yè)示范[J].應(yīng)用化工, 2006, 35(10): 119-新型(多噴嘴對置)氣化爐技術(shù)的工業(yè)示范裝置。131.山東華魯恒升化工有限公司示范裝置氣化壓力為[2]吳韜,龔欣.王輔臣,等.6. SMPa水煤漿氣化反應(yīng)過程6. 5MPa,單爐日處理煤750t,配套生產(chǎn)能力為30萬剖析[J].大氮肥, 1997, 20(5): 323 -326.va的合成氨裝置,該氣化裝置于2004底建成,于[3]曹征彥.中國潔凈煤技術(shù)[M].北京:中國物資出版2004年12月1日一次投料試車成功。兗礦集團國社, 1998.泰化工有限公司示范裝置為2臺氣化壓力4. 0MPa,[4]王輔臣,龔欣，吳韜,等.6.5MPa水煤漿氣化爐工藝分單爐日處理煤1000t, 配套生產(chǎn)能力為24萬Va的析[J].大氮肥,1997, 20(5): 320 -322.甲醇以及80MW的發(fā)電裝置,該氣化裝置于2005年[5] Rakesh Govind and Jogen Shan. Modeling and Simulation ofan Entrained Flow Coal Gasifer [J]. AIChE Journal,10月16日- -次投料試車成功,2005年10月17日1984, 30(1): 79-91.打通全部工藝流程,生產(chǎn)出合格甲醇。工業(yè)裝置的運行數(shù)據(jù)看:采用同樣煤種的兗礦[6] Danckwerts P V. Continous Flow Systems Distibution ofResidence Times[J]. Chem Engng Sci,1953,(2):1-13.集團國泰化工有限公司新型(多噴嘴對置)氣化爐[7]馬波.撞擊式氣流床氣化爐熱態(tài)模試及停留時間模型化與魯南化肥廠德士古(Texaco)氣化爐相比,碳轉(zhuǎn)化研究[D].上海:華東理工大學(xué),2004.率提高3個百分點以上,比氧耗降低約8個百分點，[8]韓文,趙東志,祝慶瑞,等.新型(多噴嘴對置)水煤漿比煤耗降低2~3個百分點;采用同樣神府煤的華魯氣化爐的開發(fā)[J].化肥工業(yè), 2001, 28(3): 18 -20.恒升化工有限公司新型(多噴嘴對置)氣化爐與上海焦化廠德士古( Texaco)氣化爐相比,碳轉(zhuǎn)化率提(本文文獻(xiàn)格式:馬波, 張秀云.撞擊式氣流床技高3個百分點以上,比氧耗降低約2個百分點,比煤術(shù)在新型氣化爐中的應(yīng)用[J].山東化工,2009,38耗降低約8個百分點,說明新型(多噴嘴對置)氣化(10):33 -35.)爐工藝指標(biāo)優(yōu)于德士古( Texaco)氣化爐。(上接第32頁)(4)原料中總氮總氯嚴(yán)重超標(biāo)，是造成銨鹽在系3結(jié)論統(tǒng)中大量產(chǎn)生,以至于堵塞換熱器管道并腐蝕設(shè)備。由以上分析可知,造成苯塔再沸器泄漏主要原4結(jié)束語因如下。通過以上分析,換熱器頻繁泄漏的原因已基本(1)再沸器長期腐蝕、老化，且沒有有效維護保清楚,對癥下藥,公司采取了相應(yīng)的措施。比如生產(chǎn)養(yǎng)是造成泄漏的主要原因。廠加強工藝紀(jì)律管理，強化操作規(guī)程;相關(guān)部門對原(2)脫硫系統(tǒng)未按規(guī)程操作。MEA控制濃度材料加強監(jiān)管,杜絕不合格粗苯進廠;嚴(yán)格建立設(shè)備偏低,對H2S的吸收效果不好,導(dǎo)致H2S返回系統(tǒng)，檢修檔案,特別對于容易發(fā)生泄漏的高壓設(shè)備,制定是造成系統(tǒng)硫含量高的主要原因。系統(tǒng)硫含量高又科學(xué)的檢修周期。通過以上措施,苯精制裝置自造成系統(tǒng)設(shè)備管道腐蝕,進而造成原料中鐵含量升2008年5月開車至目前為止,沒有再發(fā)現(xiàn)換熱器泄高;脫硫塔控制溫度有時候低于控制指標(biāo)范圍,對漏現(xiàn)象,取得了良好的效果。脫硫有一定影響。(3)系統(tǒng)廢水返人粗苯罐.粗苯罐排水不充分中國煤化工苯塔再沸器泄漏導(dǎo)致粗苯罐內(nèi)NH,-N和Cl升高,對系統(tǒng)操作帶的原|YHCN MH G8(10):31 -32)來一定的影響。