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【科學網】華東理工與中國石化簽技術合作協議

  稿件來源: 中國科學報  |   作者:張婷 黃辛  |  攝影:科學網  |  編輯:媒體華理組  |  訪問量:1131

 

作為一種潔凈、高效可存儲、可再生的能源,氫氣是目前石油化工領域中用量最大的一種化工原料,廣泛用于生產合成氨、油品、甲醇以及石油煉制過程的加氫反應。傳統煉廠制氫方法成本高,水煤漿氣化制氫是目前煉廠成本最低的大規模制氫方式之一。然而,煤制氫卻面臨氣化運行周期短、噴嘴易燒蝕、細灰量大等重大挑戰。

有沒有一種更高效、高可靠性的大型煤氣化技術?

由華東理工大學潔凈煤技術研究所教授代正華領銜的“SE水煤(焦)漿氣化成套技術”項目,以雙漿雙氧噴嘴、平推流氣化爐、煤漿自動分配三大創新點,攻克了噴嘴易燒蝕的難題,噴嘴使用壽命可達一年以上,碳轉化率大于99%,能協同處理液固廢棄物,且工藝流程簡單、投資低。

三大創新破解核心難題

作為煤氣化裝置的核心設備,噴嘴使用壽命短一直是制約氣化爐長周期運行的難題——噴嘴到使用后期燒蝕嚴重、磨損大、霧化效果差等,為了安全生產必須停車更換噴嘴,這樣難以為煉廠的后續系統長期穩定供氫。因此,延長噴嘴使用壽命是提高氣化爐運行周期、增加效益的有效途徑之一,對煉廠而言顯得尤為重要。

瞄準這一業界難題,從2009年起,華東理工大學潔凈煤技術研究所就開始了歷經10年的技術攻關。

噴嘴是將煤漿和氧氣輸送至氣化爐的關鍵設備,氣化爐內溫度高達1300攝氏度,如果能有效降低噴嘴端部燃燒強度,則可大幅延長噴嘴壽命。為此,研發團隊基于氣化爐內氧化反應路徑的研究,發明了雙煤(焦)漿通道氣化噴嘴——噴嘴四通道走的原料由內至外分別為氧、漿、氧、漿。這種排列最大的好處就是,最外側通道的水煤漿作為冷卻介質強化了噴嘴自冷卻保護,使得噴嘴使用壽命得以大幅延長。

煉廠對氫氣純度的要求非常高,為了降低凈化工藝的負擔,就要求煤氣化過程中產生的細灰越少越好。所謂“細渣”是一種會隨著氣體進入到后續工藝的雜質,相對應的大塊“粗渣”,則是像巖漿一樣的液態排渣,遇水激冷,碳反應更充分?;跉饣癄t內顆粒反應特性和爐內流場調控的研究,研發團隊提出了以爐內平推流為主的流場結構,顯著優化顆粒停留時間分布和爐溫分布,將碳轉化率提高到了大于99%,細灰與粗灰的比例也降低為2:8(現有技術約4:6),灰渣中殘碳也降至20%左右(現有技術約30%)。

此外,團隊還基于水煤漿復雜流變性的研究,建立了高精度的煤漿流量和阻力分配數學模型,發明了采用分支流和節流部件組合的煤漿多通道的分配技術,實現了在無泵和無調節裝置的情況下,雙股煤漿的精確自動分配。

工業化應用展現技術優勢

今年1月30日,中國石化鎮海煉化公司煤焦制氫裝置(POX項目)全流程一次打通,并成功產出合格產品,標志著采用國產化自主攻關高壓水煤(焦)漿氣化技術的煤焦制氫裝置開車成功。

這是SE水煤(焦)漿氣化成套技術的首次工業化應用。2012年,中國石化與華東理工大學合作建設中國石化—華東理工大學氣化技術研究中心,通過產學研合作開發高效煤氣化技術,SE水煤(焦)漿氣化技術即為其中之一,被列入中國石化“十條龍”科技攻關項目。

作為鎮海煉化POX項目的關鍵裝置,SE水煤(焦)漿氣化裝置采用了SE水煤(焦)漿氣化技術,該裝置建設了3臺日處理煤千噸級氣化爐,二開一備,采用激冷流程,操作壓力6.5MPa。3臺氣化爐分別于2019年1月30日、2月20日和4月22日一次開車成功,目前進入穩定生產階段。

在煉化企業,會產生許多種危險廢物,例如含油污泥、廢催化劑、廢油漿等,交給環保企業處理成本較高。如果企業能夠回收利用,豈不是具有經濟、環保雙重價值?SE水煤(焦)漿氣化技術的另一技術優勢再次凸顯——變廢為寶,即協同處理煉化企業的液固廢棄物?!拔覀兺ㄟ^實驗測出含油污泥的熱值有時跟煤差不多,具有氣化價值?!贝A介紹。

代正華仍然記得鎮海煉化POX項目首臺氣化爐開車時的緊張。當時臨近新春,雖然學校已經放假,但作為SE水煤(焦)漿氣化技術的研發團隊,他們與企業方、設計方、施工方一起,都在鎮海煉化的現場見證了氣化爐的一次開車成功。

短暫的興奮后,團隊依然“隨時候命”?!爱吘故鞘滋资痉堆b置,還有些實驗性質?!贝A介紹,首臺氣化爐運行60余天后監測發現噴嘴沒有明顯損傷,“對我們來說,這是一個新的起點?!?

9月18日,華東理工大學與中國石化在第21屆中國國際工業博覽會現場再次簽訂了SE水煤(焦)漿氣化技術的合作協議。這一次,即將有3臺2500噸級水煤(焦)漿氣化裝置在鎮海煉化展開工程設計。我國煤化工和制氫技術的發展,也將翻開新的一頁。



  原文來源: 中國科學報  |  發表時間:2019-09-19  |  作者:張婷 黃辛
  原文鏈接: http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2019/9/430696.shtm?from=singlemessage&isappinstalled=0

發布日期:2019年09月20日16時34分
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