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单喷嘴冷壁式粉煤加压气化工业化示范项目获得

炼厂对氢气纯度的要求非常高,为了降低净化工艺的负担,就要求煤气化过程中产生的细灰越少越好。所谓“细灰”,是一种会随着气体进入到后续工艺的杂质;相对应的大块“粗渣”,则是像岩浆一样的液态排渣,遇水激冷,碳反应更充分。

7月5日,2017年度中国石油和化工自动化行业科学技术奖出炉,单喷嘴冷壁式粉煤加压气化工业化示范项目获得科技进步一等奖。 该项目由中石化宁波工程有限公司、中国石化扬子石油化工有限公司、华东理工大学共同完成。获奖的单喷嘴冷壁式粉煤加压气化成套技术(简称SE-东方炉粉煤气化技术)采用干煤粉加压气化加激冷流程,核心技术为单喷嘴水冷壁气化炉,具有运行可靠性高、连续运行周期长、对煤种的适应性广、气化技术指标先进、运行成本低的特点。 煤气化技术作为煤炭高效清洁利用的重要途径之一,近年来得到快速发展。开发低投资、高可靠性的粉煤加压气化技术,是适合我国国情的煤气化技术的关键。基于此,中国石化与华东理工大学合作开发了SE-东方炉粉煤气化技术。 为加快工业应用,中国石化决定在扬子石化建设一套单炉日投煤量1000吨的工业示范装置。该示范装置于2012年6月开工建设,2014年1月投料产出合格产品,同年10月进行了全装置100%负荷性能考核和标定。考核显示,该装置运行稳定,各项技术指标完全达到了设计要求,部分指标甚至超出设计预期,其中,比煤耗约569kg/kNm3、比氧耗约331Nm3/kNm3、有效气含量89%、碳转化率98.3%、灰渣比4:6~3:7kg/kg,处于同类粉煤气化激冷流程煤气化技术的国际*水平。 据项目第一完成人、中石化宁波工程有限公司副总经理亢万忠介绍,SE-东方炉粉煤气化技术是中国石化具有自主知识产权的粉煤气化成套技术,有五大创新点:一是成功开发了集点火-开工-气化功能为一体的SE-东方炉复合式粉煤气化烧嘴,实现了煤粉在烧嘴管线内的均匀分布和进入气化炉后的良好弥散与混合,以及点火-开工-投料过程的平稳转换与过渡、单路煤线运行等功能。 二是开发了有利于水冷壁挂渣和气化炉排渣的SE单喷嘴水冷壁气化炉。水冷壁设计开创性地取消了水冷壁限流孔板,成功采用了多个水冷壁结构设计技术,结构大为简化,节省动力费用,并提高了可靠性。 三是特别设计了SE-东方炉气化工艺流程,包括烧嘴工艺系统、供煤系统、供氧系统、气化炉工艺系统、合成气洗涤系统、除渣系统、灰水处理系统、气化安全吹扫系统等。 四是拥有智能化的气化操作控制和安全联锁系统。气化炉点火、开工、投煤自动控制,在根据开车优化参数整定后,可实现一键式点火、投煤。有效、可靠的安全联锁系统,可确保系统安全,完成了SE-东方炉气化CO2高压供料和密相输送的工业应用,建立了N2和CO2切换的控制模式。 五是SE-东方炉采用CO2作为输煤载气。为满足CO2输送气量的要求,低温甲醇洗单元通过合理配置CO2低压闪蒸系统,优化闪蒸压力,以提高CO2产量。CO变换和酸性气体脱除采用宁波工程公司自有工艺技术,通过合理配置流程,优化换热管网,减少设备数量,简化控制系统,可节省部分投资。 中石化宁波技术研究院常务副院长郭文元表示,从扬子石化SE-东方炉示范装置的运行情况来看,该气化炉体现出气化温度高、原料消耗低、碳转化率高、高效节能、可靠性高、运行平稳、适于高灰分高灰熔点劣质煤以及灰/渣比低等特征。 郭文元表示,该示范装置创下了国内煤气化技术多项记录:产出合格产品时间*短,打通全流程时间*短,一次投料成功连续运行时间*长,自投料3个月内连续运行时间*长,烧嘴首次投用连续运行183天之后,仍然完好无损,远超同类型气化技术。 这样的平稳运行,背后正是“铁三角”的强力支撑。中石化宁波技术研究院/宁波工程公司、华东理工大学和中国石化扬子石化公司形成了一个优势互补且*成熟的产学研合作平台。华东理工大学在气流床煤气化领域有近30年的研究积累和技术储备,拥有强大的煤质分析数据库、特定的煤质与气化匹配性研究手段等。中石化宁波工程公司拥有丰富的工程设计实践经验、一体化煤化工技术系统集成能力和项目全过程优化能力,以及运行装置技术改进支持优势。扬子石化*的生产、管理理念和人员素质则为东方炉平稳运行提供了保障,其示范装置取得的经验可复制推广。 2016年6~7月,示范装置完成了淮南煤试烧,这是国内首次在工业装置上成功使用高灰熔点、高灰分淮南煤作为气化原料。SE-东方炉的煤种适应性,特别是高温(1550~1650℃)稳定运行性能得到了验证。同年8月30日,扬子石化示范装置二期项目正式启动,预计2018年底完工,项目建成后年将生产有效合成气70000标准立方米。 SE-东方炉在扬子石化的运行取得了良好示范效果,同时为中石化建设大型煤化工项目积累了丰富经验。目前,其应用不断加快,如安徽淮南的中安联合煤制甲醇及转化烯烃一期项目煤气化装置中采用了日投煤1500吨级SE-东方炉技术,气化原料为高灰分、高熔点淮南煤,设置7系列气化,为下游170万吨/年甲醇及烯烃装置提供合成气。 随着炼油装置采用煤制氢来代替石脑油或天然气制氢,SE-东方炉的市场认可度越来越高。中科合资广东炼化一体化项目POX装置采用2台日投煤2000吨级SE-东方炉,目前项目正在开展详细工程设计,预计2019年投产。 图为SE-东方炉示范装置全景。

中国石化新闻网讯近日,在GE气化技术全国用户大会上,茂名石化煤制氢装置以装置经济运行好、安全环保水平高的优异成绩,被水煤浆气化工艺专利商GE公司树为选用该专利技术的国内行业标杆,获得了“大型煤制氢类优秀示范工厂”奖牌。 茂名石化20万标立/时煤制氢装置自2014年投用以来,装置综合能耗和吨氢耗煤逐年下降,环保运行水平逐年提升。今年1至10月,煤制氢装置在负荷率仅为75%的不利条件下,综合能耗最低值达217.69千焦每吨,远低于设计值267.69千焦每吨,稳居中国石化系统前列,吨氢耗煤由装置开工初期的8.654吨/吨降至7.473吨/吨,名列中国石化系列前列。 今年以来,茂名石化以提升装置经济技术指标为目标,通过优化烧嘴尺寸、加强监控调整等措施,提升了煤制氢气化炉运行水平,减少了频繁开停炉对全厂氢气管网造成的影响。至11月17日,该装置三系列气化炉烧嘴已连续稳定运行120天,创造了历史最好纪录。同时,对比中国石化系统同类装置最好指标,认真分析装置运行瓶颈,实施技改技措和优化措施,解决了水煤浆浓度偏低、气化合成气有效气含量低、生产废浆多等影响装置经济运行的生产难题,大幅升了运行效率。 茂名石化加大“三废”处理力度,严格做到臭气不上天、固废不乱放、废水不超标,将煤制氢装置建成公司绿色环保示范装置。该装置采用低温甲醇洗技术和碳综合利用技术,每年可提纯回收二氧化碳10万吨,装置硫回收率达100%,实现了尾气的充分利用。 今年6月20日,他们利用厂区浮渣性质、外观与煤浆相似的特点,开展浮渣单系列掺烧试验,解决掺烧过程中浮渣流动性差易致管道堵塞等困难,实现每小时消化10吨浮渣,开创了中国石化系统内煤制氢装置掺烧浮渣的先河,不仅节约浮渣外委处理费用约900多万元,而且大幅改善了炼厂回用水水质。 标签:煤制氢装置

2019年1月30日,中国石化镇海炼化公司煤焦制氢装置(POX项目)全流程一次打通,并成功产出合格产品,标志着采用国产化自主高压水煤(焦)浆气化技术的煤焦制氢装置开车成功。

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短暂的兴奋后,团队依然“随时候命”。“毕竟是首套示范装置,还有些实验性质。”据代正华教授介绍,首台气化炉运行60余天后监测发现,喷嘴没有明显的损伤,“对我们来说,这是一个新的起点。”

此外,课题组还基于水煤浆复杂流变性的研究,建立了高精度的煤浆流量和阻力分配数学模型,发明了采用分支流和节流部件组合的煤浆多通道的分配技术,实现了在无泵和无调节装置的情况下,双股煤浆的精确自动分配。

工业应用获成功

瞄准这一业界难题,从2009年起,华东理工大学洁净煤技术研究所就开始了历经10年的技术攻关。

喷嘴的使用寿命短一直是制约气化炉长周期运行的难题。喷嘴到使用后期烧蚀严重、磨损大、雾化效果差,为了安全生产必须停车更换喷嘴,这样难以为炼厂的后续系统长期稳定供氢。因此,延长喷嘴使用寿命是提高气化炉运行周期、增加效益的有效途径之一,对炼厂尤为重要。

9月18日,华东理工大学与中国石化在工博会现场再次签订了SE水煤(焦)浆气化技术的合作协议。这一次,即将有3台2500吨级水煤(焦)浆气化装置在镇海炼化展开工程设计。

代正华教授至今仍然记得镇海炼化POX项目首台气化炉开车时的紧张。当时临近春节,虽然学校已经放假,但作为SE水煤(焦)浆气化技术的研发团队,他们与企业方、设计方、施工方一起,都在镇海炼化的现场见证了气化炉的一次开车成功。

基于气化炉内颗粒反应特性和炉内流场调控的研究,研发团队提出了炉内平推流为主的流场结构,显著优化颗粒停留时间分布和炉温分布,将碳转化率提高到了大于99%,细灰与粗灰的比例从现有技术的约4:6降低为2:8,灰渣中的残碳也从现有技术约30%降至20%左右。

危废利用显优势

这是SE水煤(焦)浆气化成套技术的首次工业化应用。2012年,中国石化与华东理工大学合作建设中国石化—华东理工大学气化技术研究中心,通过产学研合作开发高效煤气化技术,SE水煤(焦)浆气化技术即为其中之一,被列入中国石化“十条龙”科技攻关项目。

氢气是目前石油化工领域中用量最大的一种化工原料,传统炼厂制氢方法成本高,水煤浆气化制氢是目前炼厂成本最低的大规模制氢方式之一。然而,煤制氢却面临气化运行周期短、喷嘴易烧蚀、细灰量大等重大挑战。

刚刚开幕的第21届中国国际工业博览会上,由华东理工大学洁净煤技术研究所代正华教授领衔的SE水煤(焦)浆气化成套技术项目提供了一种高效技术方案。该项目以双浆双氧喷嘴、平推流气化炉、煤浆自动分配三大创新点,攻克了喷嘴易烧蚀的难题,且工艺流程简单、投资低。

三大创新破难题

炼化企业会产生许多种危险废物,例如含油污泥、废催化剂、废油浆等,交给环保企业处理成本较高。如果企业能够回收利用,岂不是具有经济、环保双重价值?

作为镇海炼化POX项目的关键装置,SE水煤(焦)浆气化装置采用了SE水煤(焦)浆气化技术,该装置建设了3台日处理煤千吨级气化炉,二开一备,采用激冷流程,操作压力6.5MPa。3台气化炉分别于2019年1月30日、2月20日和4月22日一次开车成功,目前进入稳定生产阶段。

SE水煤(焦)浆气化技术的另一技术优势再次凸显——变废为宝,即协同处理炼化企业的液固废弃物。“我们通过实验测出含油污泥的热值有时跟煤差不多,具有气化价值。”代正华教授告诉记者。

喷嘴是将煤浆和氧气输送至气化炉的关键设备,气化炉内温度高达1300摄氏度,如果能有效降低喷嘴端部燃烧强度,则可大幅延长喷嘴寿命。为此,研发团队基于气化炉内氧化反应路径的研究,发明了双煤(焦)浆通道气化喷嘴——喷嘴四通道走的原料由内至外分别为氧、浆、氧、浆,这种排列最大的好处就是,最外侧通道的水煤浆作为冷却介质强化了喷嘴自冷却保护,使喷嘴使用寿命得以大幅延长。

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