煤气化新技术的开发

作者:程治方 文章来源:中国化工机械动力技术协会 发布时间:2013-03-07
根据化学工业发展规划,“十一五”期间中国化肥工业面临的最大任务是适应国家建设资源节约型社会所带来的产业结构调整,原料结构进一步从石油和天然气转向煤.开发先进的煤化工生产技术,对于我国化肥工业的建设和改造将起到不可估量的积极作用.

根据化学工业发展规划,“十一五”期间中国化肥工业面临的最大任务是适应国家建设资源节约型社会所带来的产业结构调整,原料结构进一步从石油和天然气转向煤。开发先进的煤化工生产技术,对于我国化肥工业的建设和改造将起到不可估量的积极作用。

“十一五”化工重大技术装备研制工作中,最为难啃的“骨头”就是掌握粉煤气化的关键设备设计制造技术。粉煤气化关键设备制造技术的主要内容是:以年产20~50万t合成氨工程为依托,完成日投煤量1000~2000吨粉煤气化装置工艺技术和成套设备的研制任务。完成以粉煤气化装置的核心设备煤气化炉、合成气冷却器、输气导管等关键设备的国产化。彻底改变目前煤气化炉、合成气冷却器、输气导管内件依靠国外制造,工期长不能满足国内建设及技术改造的需求的局面。同时将烧嘴、煤粉阀、渣阀、灰阀等关键零部件完全国产化,实现粉煤气化装置工艺技术和成套设备自主化率达到90%以上。

主要工作内容:一是结合外商提供的设计采用中期编制提出的计算方法进行校核计算,验证制订方法的可行性。由SEG提供全部内件基础设计,由国内公司和制造厂共同完成内件详细设计,设备全部国内制造。在设备内件制造过程中实施设备制造监检,深入了解内件制造程序,装备工装配备,制造检验等要求,提出确保设备制造和内件组装质量内容的有关文件。

二是根据工艺介质的组份、压力和温度以及操作环境调查落实设备的外壳和内件所涉及的8种材料国内供应的可能性;调查落实压力壳体板厚32、50和65mm的15CrMoR主体材料(相当于德国材料 BIN17175,材料号1.7335和美国材料SA387,GR12)国内供应的可能性; 调查落实设备内件(特别是传热面)用异型钢管(直翅片管、ΩΩ、双Ω型等)国内厂家目前生产状况,质量情况、产品品种规格等情况;以及确定气化炉外壳下部筒体和封头为满足腐蚀要求需采用复合板结构或CrMo钢内表面堆焊奥氏体不锈钢结构的制造工艺和热处理工艺等。

三是完成外壳和内件大部分构件设计计算,其中对某些部位由于结构要求和受温度场应力影响需进行应力分析,以确保设备的安全。包括输气管转折处拱顶封头与斜管的连接开孔直径超过常规设计规定,开孔边缘靠近球封头切线将承受由于气化炉,废热锅炉热膨胀可能出现的轴向位移不协调产生的附加弯矩研究情况;废热锅炉进气斜接管与壳体的连接开孔直径超过常规设计规定,或接管的倾斜角度达45°后将承受由于气化炉,废热锅炉、输气管热膨胀可能出现的轴向位移和上、下部径向位移不协调产生的附加弯矩情况;壳体接管开孔内件附加载荷;外部配管的附加载荷等情况;环形分布管密集开孔;温度场产生的温差应力情况;环形集箱密集开孔、温度场产生的温差应力情况;压力壳体至分布器之间的连接管系内压作用、内件载荷和/或膨胀位移引起的附加载荷情况;压力壳体至集箱之间的连接管系内压作用,膨胀位移产生的附加载荷情况;激冷管下端环形连接件上部和外,侧密集开孔;温度场产生的温差应力情况等。

四是抓好煤烧嘴、点火烧嘴、开工烧嘴的国产化,因煤烧嘴是直接用于提供煤气化炉反应所需反应物质和反应热量的重要部件。主要完成研究烧嘴燃烧模型及辐射段温度场的分布状况。研究烧嘴的最佳操作条件,以降低氮氧化物的排放量,满足环保要求;提高国产煤烧嘴的使用寿命,力争达到六个月到一年的使用寿命。同时完成设计制造点火烧嘴、开工烧嘴的导向推进、退出系统和火焰观测系统。五是研制制造重载恒力吊,单组载荷能力达到400KN,恒力精度达到5%的免维护产品。以及完成除灰振打装置国产化,设计、制造振打装置的机械执行机构,选择国内先进适用的仪表和自控系统。

目前国内煤化工和替代能源项目发展迅速,按照国家石油和化学工业发展规划,煤化工和替代能源项目是继石油化工项目之后成为新的发展热点,煤化工和替代能源项目主要包括:煤制油、煤制天然气、醇醚、醇制烯烃等等,其中仅国家发改委待批的甲醇项目就达3000亿元人民币的规模,对此国家主管部门的态度是谨慎对待,警惕并防止盲目大上带来新的问题。

以煤制油为例,高油价引发了人们对替代能源的关注,面对富煤、缺油、少气的资源现状,近年来的中国是世界上最积极发展煤制油的国家。目前煤制油技术分成直接液化和间接液化两种方法,世界第一套煤炭直接液化制油项目于2004年5月通过专家评估,在内蒙古鄂尔多斯的神华集团开工建设,项目总规模设计年产油品500万t,其中一期工程由3条生产线组成,规模为年产油品320万t。截止到2007年末,一期工程项目主体工程基本完工,建成投产后,年用煤量345万t,可生产各种油品108万t。神华集团到现在为止已经实现了多项具有里程碑意义的重大技术突破,例如:世界第一套商业化煤直接液化技术;世界第一套纳米级煤直接液化催化剂制备成套技术;世界最大最重的加氢反应器制造与吊装技术;国内第一套沸腾床加氢(T-STAR)应用技术等。但神华直接煤制油示范装置于原定于2008年初投产试车的时间确一再推迟。主要是为了确保开车成功而留下了时间余地,毕竟从万吨级中试装置到百万吨级示范装置,放大倍数超过百倍;此外煤直接制油装置内恶劣的操作环境对设备和仪表提出了很高的要求;即使开车成功,能否保证连续运行,实现商业化生产还要实践来证明。

国内第一套煤间接液化制油装置自2002年起开始在兖矿集团启动,目前已成功开发具有自主知识产权的低温费托合成煤间接液化制油技术,并且以该技术为基础,在榆林筹备100万吨/年煤间接液化制油工业示范项目,第一期工程总投资110亿元人民币,建设100万吨/年间接液化煤制油工业示范装置。产品方案为柴油76%、石脑油20%、液化石油气3.1%、特种蜡0.9%。第二期工程分别采用低温和高温费托合成技术各建设200万t间接液化煤制油装置,使年产油品达到500万t,2007年底《兖矿榆林100万吨/年煤间接液化制油工业示范项目申请报告》已经通过国家发改委、国家能源办等领导以及专家学者的评估。

按照国家石油和化学工业发展规划,“十二五”将是我国将进入煤化工发展高峰期,但从上述工作的进度看,还有许多技术问题需要通过较长周期的工作才能加以解决。

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