中国工业报记者 杨中
2016年4月,清华大学与阳煤集团合作开发的晋华炉3.0在阳煤丰喜公司一次试车成功,该技术经鉴定达到国际领先水平,成功解决了高灰熔点煤气化能耗高的难题,实现了供合成气、蒸汽、发电、供热等联产。
该气化炉每吨合成氨可副产5.4MPa高温高压蒸汽1.5~1.8吨,用于热电联产发电,提高能量利用率,年可实现经济效益3000万以上,一年就可以收回改造投资,可初步解决全国“三高煤”的气化难题。
该项目的研发成功,对改造传统煤化工和发展煤制天然气、煤制油、煤制烯烃、煤制乙二醇、化工新材料等新型煤化工产业具有划时代的意义,可满足各领域客户的个性化需求。
晋华炉3.0一经问世,立即得到广泛关注和应用,先后有美国、加拿大、韩国、南非、朝鲜、爱沙尼亚和神华集团、中煤集团、惠生集团、华鲁恒升、新疆天业、烟台万华等136家知名企业观摩考察、洽谈业务、牵手合作并予以高度评价。
长期以来,由于缺乏以“三高”煤为原料的高效清洁大型气化技术和装备,使大量的资源无法利用而失去“开采价值”,造成了资源的极大浪费与环境污染。尽管我国在“三高”煤的开发利用方面花费巨资引进国外技术和装备,但仍普遍存在投入偏高且不能很好地解决本地“三高”煤的气化问题。
在此背景下,阳煤集团和清华大学热能工程系研发团队自2001年开始,不断实现煤气化技术的突破,先后开发了晋华炉1.0、2.0和3.0工艺技术,打破了国外技术垄断,使我国煤气化技术进入国际领先水平,为全国“三高煤”综合利用找到了途径,为煤气化技术走出国门、服务世界提供中国方案。
人们记得,晋华炉3.0是从研发晋华炉1.0起步的。从1.0到3.0,校企双方紧密合作,一步一步走到了今天。
晋华炉1.0:分级给氧水煤浆+耐火砖+激冷流程
2001年,清华大学和阳煤集团合作开发的晋华炉1.0,2006年在阳煤丰喜公司一次开车成功,该技术达到当时国际领先水平。
将燃烧领域的分级送风概念引进水煤浆气化炉内的欠氧燃烧火焰,提出具有完全自主知识产权的分级给氧气流床煤气化工艺,这是截止目前为止国内外唯一采用分级给氧的煤气化工艺。该技术通过氧气分级供给,改善了气化炉内温度分布的均匀性,平均温度水平得到提高,气化反应更加充分;同样氧煤比情况下气化室出口温度提高,可使用更高灰熔点的煤,煤种适应性更好。中国石油和化学工业联合会鉴定认为,与氧气不分级气化结果相比,“合成气中有效气成分提高1-2个百分点,碳转化率、比氧耗、比煤耗均有所改善,处于水煤浆气化的国际先进水平”。该技术成果获得了2009年度石化联合会科技进步一等奖、2010年度氮肥工业协会进步一等奖、
目前,该技术主要用于大唐呼伦贝尔(18/30)、鄂尔多斯市金诚泰化工有限责任公司(一期60万吨甲醇)、山西阳煤丰喜肥业(集团)临猗分公司(30万吨甲醇),三套装置均运行稳定。
晋华炉2.0:水煤浆+膜式水冷壁+激冷流程
2008年清华大学和阳煤集团开发的晋华炉2.0,2011年8月在阳煤丰喜一次开车成功,解决了高灰熔点煤气化的难题。
为提高气化炉煤种适应性,为洁净化开发利用我国尤其是山西丰富的“三高”煤资源开辟一条创新之路,研发团队将燃烧领域垂直悬挂自然循环膜式水冷壁及其凝渣保护的概念引进到水煤浆气化中,发明了水煤浆膜式水冷壁煤气化工艺,气化温度可提高到1400-1700℃,解决了耐火砖气化炉的煤种灰熔点限制问题;同等承压壳体直径的水冷壁气化炉与原耐火砖结构的气化炉相比,燃烧室有效容积增大1.6倍,单位产量的投资大大下降;采用垂直自然循环水冷壁结构实现了低阻力节能运行和循环泵断电水冷壁安全,水冷壁的可靠性大大优于采用强制循环的粉煤气化水冷壁技术,且设备投资节省50%以上,年可创效3000万元。
世界首台商业晋华炉2.0,于2011年8月在阳煤丰喜临猗分公司一次投料成功,第一个运行周期即安全、平稳运行140天。这不仅创造了世界煤气化技术首次投料的新水平,而且创造了水煤浆气化连续运行的世界纪录。到目前,大型化和高参数炉型已成功的应用在阳煤寿阳40万吨/年乙二醇、泉稷30/52、新疆天业20万吨/年乙二醇等煤化项目中,晋华炉1.0-2.0日处理煤750~2500吨级气化炉技术及供货合同达30套。
今年9月16日至18日,阳煤集团应邀参加了2018太原能源低碳发展论坛暨中国国际能源产业博览会,吸引了中外许多客商前来洽谈订货,要求合作,受到广泛青睐。
目前,阳煤集团与清华大学教授岳光溪团队正在合作研发晋华炉4.0气化炉,向更高的目标迈进。
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