我国首创万吨级粉煤热解-气化一体化技术


日期:2017/04/25 来源:PROCESS《流程工业》》

4月23日,由陕西延长石油集团自主研发的,具有我国完全自主知识产权的CCSI—万吨级粉煤热解-气化一体化技术,在北京通过中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定。

针对国内外煤炭分质利用技术研发及工程化过程中,煤焦油收率低、煤焦油与粉尘分离难、半焦转化利用难、产品同质化严重等核心问题,由延长石油碳氢高效利用技术研究中心自主研发了万吨级粉煤热解-气化一体化技术(CCSI)。该技术依据煤的组成、结构特征以及不同组分反应性的差异,创造性地将粉煤热解与半焦气化结合在一个反应器内,以空气为气化剂(或氧气),将粉煤一步法转化为高品质的中低温煤焦油和合成气,实现了粉煤热解、半焦气化的分级转化和优化集成。

记者获悉,2012年10月,延长石油碳氢研究中心首先建立了一套CCSI技术小试研究装置,开展了20余次冷态试验、26余次冷模试验以及134余次热态投料试验。通过温度、压力、反应气氛、停留时间、粒径等主要因素对粉煤快速热解产物分布的影响,得到了一系列基础数据和热解规律,获得了最优的工艺操作条件,主要产物煤焦油收率突破 6~8 % 的行业平均水平,达到了15%以上。

在CCSI小试研究的基础上,2014年2月,延长石油碳氢研究中心开展了世界上第一套万吨级的粉煤热解-气化一体化工业试验装置的建设以及研究工作。CCSI工业试验装置的设计规模为36t/d、设计压力为1.0MPa。装置于2015年8月中交,2015年11月开展了首次投料试车试验,一次性打通全流程,验证了核心反应器的合理性与可靠性。截至2017年3月,共开展投料试车6次,实施了100余项的技术改造与优化,装置累计实现了1009小时的连续稳定运行,取得了重要的试车成果。2016年12月2日~5日,通过了由中国石油和化学工业联合会组织的装置现场标定。标定结果表明,在以空气为气化剂的条件下,能源转化效率达82.75%,无水无灰基煤焦油产率达17.12%,粗合成气有效气含量达35.10%,煤气热值达1253.39大卡/Nm3。通过试验,取得了 CCSI产业化工艺包设计基础条件,为建设大型工业示范装置提供了技术基础。

清华大学工程院院士金涌、中国工程院院士舒兴田、中科院化学研究所韩布兴院士、中国工程院院士刘中民、西北大学教授马晓讯等多位专家组成的鉴定委员,在听取了成果工作报告、研究报告、科技查新报告以及标定报告等后一致认为,该技术成果具有原创性和自主知识产权,整体技术处于国际领先水平。该成果主要创新点如下:

1、独创“一器三区”粉煤热解与气化一体化反应器,在同一反应器内完成热解、气化两种反应,生成煤焦油、粗合成气两种产物,实现物料互供、热量自平衡;

2、建立了气固两相稀相流与粉煤热解反应相耦合的模型。根据该模型设计的不同属性颗粒高倍率循环流化床反应体系,实现了煤焦油的高收率和半焦粉的高效气化;

3、针对低密度固体颗粒,开发了气-固三级分离系统,取得较好的油气尘在线分离效果;

4、开发了由一体化反应系统、高效分离系统、油气回收系统耦合集成的新工艺,流程短、能耗低、资源利用率高;

5、开发了CCSI工艺的智能控制模块,实现安全有效控制。

目前,延长石油碳氢研究中心已经初步编制完成百万吨级CCSI工业化装置的工艺包设计,延长石油集团计划在陕西榆林和关中地区建设工业化示范装置。