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中国贸易报08年11月27日报导:中国煤化工事业的新起点

——记北京达立科科技公司与清华大学联合研发的非熔渣—熔渣分级气化技术
中国贸易报 记者 李炜 王登文      2008-11-27

     当前,煤化工行业在中国面临着发展机遇。随着世界石油资源不断减少,煤化工将在中国能源的可持续利用中扮演重要的角色,是今后20年的重要发展方向,这对于中国减轻燃煤造成的环境污染、降低中国对进口石油的依赖均有着重大意义。 

    正是看到了我国经济快速增长中能源领域的这些问题,作为在中关村注册的一家高科技企业,曾经研发国产化双转鼓流化品床大颗粒造粒装置技术并达到国际先进水平和国内领先地位的北京达立科科技公司,全力以赴开始了煤气化设备的研发工作。从非熔碴-熔碴气化炉的专利研究开始,公司与清华大学、山西丰喜肥业集团一起申请国家“863”项目(以清华大学为主),经过三方共同努力,2002年8月被列入国家“863”发展计划(课题编号2002AA529050),当年就得到了“863”的资金支持。其后在清华大学完成了数学模型、冷态试验、热态试验、工艺包等多项工作。 

    非熔渣—熔渣分级气化技术应用于国家重点新能源领域,煤炭的清洁利用和石油替代项目。其主要技术原理是将煤炭加工成粉状(水煤浆或干粉),加压送入部分氧化气化炉中生产合成气。 

非熔渣—熔渣分级气化技术的主要特点 

    通过氧气分级供给,气化炉主烧嘴和侧壁氧气喷嘴分别向气化炉内加氧,使气化炉主烧嘴的氧气量可脱离炉内部分氧化反应所需的碳与氧的化学当量比约束,改变了主烧嘴局部区域氧化强度过高的状态,使气化炉轴向温度均衡并有所提高,充分发挥气化炉全容积的气化功能。 

    在主烧嘴中心通道采用氧含量从0到100%的不同气体作为主烧嘴预混气体,不仅调整了火焰中心的温度,而且调整了火焰中心距主烧嘴端面的距离,有利于降低主烧嘴端部温度,延长其使用寿命。生产甲醇时,采用CO作预混气体,不仅可以保护主烧嘴,还可以使气化炉内起控制作用的变换反应向CO方向移动,提高有效气体成份。 

    把煤一次给氧的连续气化过程分为二次或多次给氧的两级(或多级)气化过程是在对现有问题分析和机理研究的基础上提出来的,具有科学性。连续的气化过程,实际的气化过程也是分段依次进行的,开始是水分的蒸发和脱挥发份过程,接着才是煤颗粒的着火燃烧和气化过程。本工艺提出将煤颗粒的着火燃烧再进行分级,主要的燃烧过程在第一段完成,在第二段补充部分氧气,完成全部的燃烧过程和气化过程,从而煤的化学反应过程经历了脱水分和挥发份→燃烧→气化→再燃烧→再气化5个反应阶段,而不是传统的脱水分和挥发份→燃烧→气化,并且在第一段控制氧气的加入比例,保持温度在煤的灰熔点以下。在第二段加入氧气的作用下使温度提高到煤的灰熔点以上,从而实现煤的非熔渣-熔渣分级气化。 

    另外,清华大学在实验中测得的分级给氧与不分级给氧的碳转化率曲线表明,在分级给氧状态下,完成80%碳转化的时间向后推移,碳的转化过程更加均衡,也有利于发挥气化炉有限空间的燃烧和气化功能。 

    非熔渣-熔渣分级气流床煤气化工艺从化学反应过程上与现有气流床煤气化技术有着本质的区别,而不单单是气化炉的物理特征上的差别,因此是具有独立知识产权的新型专利技术。 

非熔渣—熔渣分级气化技术的三大优势 

    一、工艺成熟,成功的工业实践多。非熔渣—熔渣分级气化技术是在消化吸收国外传统水煤浆气化技术的基础上发展的创新技术,具有传统水煤浆气化技术的主要优势:水煤浆给料方式简洁、稳定;系统压力易于提高;配套技术成熟。正因为有这些优势,非熔渣—熔渣分级气化技术的第一个工程项目就取得了生产平稳,投产两年来,获得了年运转率94%,年负荷率120%的好成绩。这个业绩表明,传统水煤浆气化技术的工业实践已经为非熔渣—熔渣分级气化技术的工业应用开辟了低风险的坦途。 

    二、突破核心技术,提高了投入产出比和性价比。 

    基于非熔渣-熔渣分级气化技术的特点,没有增加水煤浆泵,没有增加主烧嘴,没有增加控制回路,使得采用本技术的气化岛硬件投资与同压力、同直径的传统水煤浆气化技术气化岛相近,但能力大20%。非熔渣—熔渣分级气化技术特点还降低了主喷嘴氧化强度,提高了气化炉有效空间内的气化功能,实践已经证明,采用本技术的气化岛运行周期更长,系统更为平稳。 

    三、具有独立自主知识产权。 

    该技术的所有者(以清华大学为主)自主完成了非熔渣—熔渣分级气化技术的数学模型,冷态试验,热态一米炉试验;新技术与国内外已投产和将要投产的8种技术:GE、Texaco、Shell、GSP、多喷嘴对置气化,E-Gas(ConocoPhillips)、航天炉、两段干粉气化不同,这8种技术的氧气均未分级,只有非熔渣—熔渣分级气化技术分级给氧;非熔渣—熔渣分级气化技术已取得了国家专利(专利号ZL02235127.2、ZL03279783.4、ZL2006101140391)。采用非熔渣-熔渣分级气化技术在知识产权问题上无后顾之忧。 

非熔渣—熔渣分级气化技术的成功应用 

    非熔渣—熔渣分级气化技术是在消化吸收国外水煤浆气化技术的基础上自主创新,既具有国外成熟技术运行稳定的基本性能,又有自己独特的创新点。采用非熔渣—熔渣分级式气化技术的20万吨/年甲醇生产装置一期工程于2003年正式开工建设,2006年1月在山西丰喜肥业集团建成,一次开车成功。截至2007年10月21日,累计自然天数637天,运转了603天,运转率94.66%,平均日负荷率107.3%,年负荷率达到120%。创造了国内水煤浆气化装置运行的最好成绩。 

    由于理论上的创新,工程实践中的改进,由于没有增加水煤浆泵,没有增加主烧嘴,没有增加控制回路,非熔渣—熔渣分级气化技术在投资方面与传统水煤浆气化相近,但在气化炉生产能力上有20%左右的提高,相当于相同产气能力,投资下降20%,使得投入产出的性价比方面明显优于传统水煤浆技术。 

    2007年12月6日,中国石油和化学工业协会在北京组织召开了“非熔渣—熔渣分级氧化气化技术”科技成果鉴定会。鉴定委员会听取了成果完成单位北京达立科科技有限公司、清华大学和山西丰喜肥业(集团)股份有限公司所作的工作报告、研究报告、工业运行报告及现场考核专家组的考核报告等,审查了有关技术资料,经过认真讨论,形成鉴定意见如下: 

    1、提供的技术资料齐全,实验及工业数据可靠,符合鉴定要求。 

    2、该技术经过数学模型化、冷模实验、热模实验、工艺包编制、工程设计、工程建设和生产运行等阶段,建成两台单炉日处理煤500吨、操作压力4.0MPa的工业级气化装置,开发过程科学合理。 

    3、该技术采用氧气分级加入气化炉内,改善了气化炉烧嘴的运行环境和优化气化炉的轴向温度分布,使主烧嘴附近温度降低,有助于延长烧嘴寿命;气化炉内的温度分布更加均匀,有利于碳的转化,具有创新性。 

    4、该气化装置分级进氧连续运行48天后,经72小时连续考核运行表明:该气化装置运行平稳,自动化程度高,安全可靠,操控性能良好;技术指标先进:比氧耗367.6Nm3O2/1000Nm3(CO+H2),比煤耗553.5kg煤/1000Nm3(CO+H2),合成气有效成分(CO+H2)83.06%,碳转化率98.2%。与本装置采用不分级气化运行结果相比,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,处于水煤浆气化技术的国际先进水平。 

    5、该装置全部采用国内技术和国产设备,满足了10万吨/年甲醇项目需求,节约了建设投资,将为推动我国煤化工产业的发展和能源结构调整提供技术支撑,具有良好的经济、社会效益和推广价值。 

    鉴定委员会一致同意通过该技术鉴定。建议加快大型化开发和推广应用。 

    “非熔渣-熔渣分级气化技术”的独特型和先进性已经得到国内外专家的认可。在国内,中国国际工程咨询公司对该技术进行了评估,认为:“该技术具有自主知识产权,能与当今世界先进的壳牌(Shell)、德士古(Texaco)、GSP等气化技术竞争;从小试到工业化生产,在参与各方的共同努力下,各项工作进展都很顺利,已经具备了高技术产业化的条件……在当前国内大搞煤化工,各企业纷纷引进国外技术的形势下,急需开发具有自主知识产权的新技术,以打破外国公司的技术垄断。”此外评估还建议:“企业加强合作,尽快完成工业化规模的实验,及时总结经验进入鉴定推广阶段。” 

    在国际上,北京达立科科技公司与GE、IHI等在非熔渣-熔渣分级煤气化技术领域一直保持着密切的技术交流,并且得到这些公司对该技术的认可,此外BP也意识到本技术的专利独特性,已经和北京达立科科技公司签订了技术评估协议(BPReference:BPI/PAT/EDK/50487),正在商讨进一步合作的可能性。 

    通过国家级鉴定后,“非熔渣—熔渣分级气化技术”进一步得到广大用户的关注,在近一年的时间里,已有20余家用户与技术所有者联系,其中已经签约进入建设阶段的有3家,已完成技术谈判待签约的2家,还有3家已完成技术选择,正在进行技术谈判的准备工作。另外技术所有者还与中国煤科院合作完成了褐煤水煤浆气化的所有技术工作,近期已有一个项目进入建设阶段。 

非熔渣—熔渣分级气化技术产业化推进的历史机遇 

    “非熔渣—熔渣分级气化技术”作为一项具有自主知识产权的资源节约型、环境友好型的高新技术,在产业化推进过程中,正遇到了难得的历史机遇: 

    其一,目前,小氮肥企业面临原料供应、能耗、环保等难题,而原料煤又是系列问题的源头。许多小氮肥企业由于无法承受日见增高的无烟煤价格而被迫关闭。因此,该行业迫切希望新技术问世。运用此技术,小氮肥企业今后可改用价格较低的烟煤。“非熔渣—熔渣分级气化技术”解决了小氮肥企业原料线路单一、成本高的难题,这是该行业的又一次技术进步,在当前具有重要和紧迫的应用价值。 

    其二,面对国际金融风暴的冲击,日前国家确定了当前进一步扩大内需、促进经济增长的“十项措施”,这对当前的中国煤化工企业实施技术升级无疑是发出了令人鼓舞的信号,而国家随后宣布的拿出4万亿元人民币拉动投资扩大内需,对企业来说,不啻又是一个巨大的历史性机遇。 

    我们相信,国家通过实施积极的财政政策,必将会对处于产业化关键阶段的我国自主知识产权的煤气化技术———“非熔渣—熔渣分级气化技术”产生深远的影响,如此,可以很好地促进我国煤化工科研成果产业化的进程,其远期影响必将会超过拉动内需的初衷,对于扶持民族高科技企业产生积极的作用。

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