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东方炉摘取自动化科技进步一等奖
来源:中国化工报 发布时间:2018-7-11 9:30:07

  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(CO+H2)、比氧耗约331Nm3/kNm3(CO+H2)、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领先水平。


  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:产出合格产品时间最短(5天),打通全流程时间最短(10天),一次投料成功连续运行时间最长(11天11小时),自投料3个月内连续运行时间最长(53天),烧嘴首次投用连续运行183天(约 4400小时)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十分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。扬子石化一流的生产、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(扬子石化)全景。(企业供图)

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