R-GAS煤氣化技術(shù)淺析

鄧靖 袁秋華 姚根有 袁悅婷(陽泉煤業(yè)（集團(tuán))有限責(zé)任公司化工研究院，山西 太原 030006)

R-GAS煤氣化技術(shù)淺析

鄧靖 袁秋華 姚根有 袁悅婷(陽泉煤業(yè)（集團(tuán))有限責(zé)任公司化工研究院，山西 太原 030006)

R-GAS煤氣化技術(shù)是一種新型平推流粉煤氣化技術(shù)，本文論述了該技術(shù)發(fā)展歷程、工藝流程、關(guān)鍵設(shè)備、技術(shù)特點(diǎn)，并指出技術(shù)成功示范后，將對我國高灰熔點(diǎn)煤種的高效清潔利用具有重要意義。

高灰熔點(diǎn)煤；粉煤；氣化技術(shù)；R-GAS

高灰分高灰熔點(diǎn)劣質(zhì)煤約占我國煤炭資源總儲量的50%，其反應(yīng)活性低，需更高的反應(yīng)溫。目前已工業(yè)化的粉煤氣化技術(shù)由于本身的局限，不能完全氣化此種煤，嚴(yán)重制約這部分地區(qū)煤化工的發(fā)展及當(dāng)?shù)亓淤|(zhì)煤高附加值轉(zhuǎn)化。因此，開發(fā)一種先進(jìn)的、適用于高灰分高灰熔點(diǎn)煤的氣流床煤氣化技術(shù)，充分利用我國的這一部分煤炭資源，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會效益。R-GAS煤氣化技術(shù)是一種新型平推流粉煤氣化技術(shù)，該技術(shù)借鑒航天領(lǐng)域噴射器、氣體流場、高溫高壓材料的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過近30年研制開發(fā)，目前建有一套投煤量18噸/天的中試裝置，已對多種原料進(jìn)行成功試驗(yàn)，包括中國典型高灰分高灰熔點(diǎn)劣質(zhì)煤、生物質(zhì)、石油焦、褐煤。陽煤集團(tuán)與美國燃?xì)饧夹g(shù)研究院（Gas Technology Institute，以下簡稱GTI）正在進(jìn)行該技術(shù)的工業(yè)放大。

1 R-GAS煤氣化技術(shù)發(fā)展歷程

R-GAS煤氣化技術(shù)最初簡稱PWR煤氣化技術(shù)，是由美國普惠洛克達(dá)因公司（以下簡稱PWR公司）開發(fā)的一種新型平推流粉煤氣化技術(shù)，該技術(shù)的開發(fā)借鑒PWR公司在航天動力系統(tǒng)方面的知識和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

1975～1980年，PWR公司對粉煤與氧氣快速混合燃燒生成合成氣的過程進(jìn)行概念驗(yàn)證試驗(yàn)。但是在80年代初的時(shí)候，由于美國能源政策的轉(zhuǎn)變，進(jìn)入擱置期。

2004年，PWR公司在美國能源局資助下重新啟動研究，該技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展期。2005，開始風(fēng)險(xiǎn)降低測試。2007年，研究煤氣化技術(shù)超密相輸送系統(tǒng)及分流器的測試。

2008年，PWR公司與美國能源部投資約1290萬美元在芝加哥GTI開始建造一套18噸/天的中試裝置。2009～2013年，GTI中試裝置共進(jìn)行800小時(shí)測試，成功對伊利諾斯州#6煤、油砂、石油焦、艾爾伯達(dá)次煙煤、生物質(zhì)進(jìn)多達(dá)近50次測試，完成模型建立。

2014年，PWR公司由于發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)整，出售給GTI，改名為R-GAS煤氣化技術(shù)。2014年至2016年，陽煤集團(tuán)與GTI共進(jìn)行290小時(shí)測試，在不添加配煤和助熔劑的情況下，成功對中國三種典型高灰、分高灰熔點(diǎn)煤種進(jìn)行短周期、長周期試燒。2017年6月，雙方簽署R-GAS煤氣化技術(shù)聯(lián)合開發(fā)協(xié)議，共同解決工程放大的技術(shù)難題，在太原建成一套投煤量800噸/天的工業(yè)示范裝置，標(biāo)志該技術(shù)進(jìn)入新的發(fā)展時(shí)期。

2 R-GAS煤氣化技術(shù)工藝流程和關(guān)鍵設(shè)備介紹

R-GAS工藝的技術(shù)界區(qū)由粉煤制備開始，粉煤經(jīng)低壓鎖斗進(jìn)入高壓料倉，通過超密相進(jìn)料系統(tǒng)進(jìn)入分流器，分流器將4MPa的高壓粉煤均勻輸送至燒嘴，燒嘴將煤粉和氧氣進(jìn)行均勻分配，保證氣化爐的流場為平推流，有效提高了氣化爐的效率，氣化溫度最高可達(dá)2760℃。氣化渣和粗煤氣進(jìn)入氣化爐激冷區(qū)，經(jīng)快速噴霧激冷系統(tǒng)冷卻后，氣化粗渣進(jìn)入底部渣浴系統(tǒng)，通過渣鎖斗排出。經(jīng)激冷后的粗煤氣降至371℃，經(jīng)陶瓷過濾器除去細(xì)灰，合成氣送至下游處理工序。

氣化爐和超密相進(jìn)料系統(tǒng)是R-GAS煤氣化技術(shù)革命性的關(guān)鍵設(shè)備，主要包括四個部分：分流器、燒嘴、水冷壁及快速噴霧激冷系統(tǒng)。

(1)超密相進(jìn)料系統(tǒng)及分流器

R-GAS煤氣化技術(shù)的超密度進(jìn)料系統(tǒng)及分流器位于高壓料斗及氣化爐噴嘴之間，固體空隙組分為55%，將高壓料斗中的高壓粉煤均勻地送到氣化爐燒嘴，保證氣化爐流場為平推流。

(2)氣化爐

R-GAS煤氣化技術(shù)借鑒火箭噴射器的燃料快速混合技術(shù)和動力系統(tǒng)的平推流燃燒技術(shù)。粉煤與氣化劑在爐內(nèi)快速均勻混合，單向運(yùn)動，不產(chǎn)生回流，提高了氣化效率和煤反應(yīng)均一性，氣化室內(nèi)最高可達(dá)2760℃，縮短了氣化反應(yīng)時(shí)間，在18t/d的中試裝置僅為0.1秒，經(jīng)過模型技術(shù)的工業(yè)規(guī)模裝置的反應(yīng)時(shí)間為0.5秒，與目前已成功商業(yè)化的氣化技術(shù)相比，縮短90%。由于R-GAS煤氣化技術(shù)的氣化效率更高、時(shí)間更短，氣化爐的結(jié)構(gòu)將更加緊湊。

為保障R-GAS氣化爐在高溫下連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，氣化燒嘴、水冷壁采用特殊合金3D打印制造，燒嘴使用壽命2年以上，水冷壁使用壽命10年以上。

3 R-GAS煤氣化技術(shù)特點(diǎn)

(1)氣化爐結(jié)構(gòu)緊湊：與同等規(guī)模下的成熟粉煤氣化爐相比，R-GAS氣化爐體積將減少90%，將節(jié)約裝備制造、施工用地50%成本。

(2)煤種適應(yīng)性強(qiáng)更強(qiáng)：爐內(nèi)物料單向平推流運(yùn)動，氣化效率更高、反應(yīng)溫度最高可達(dá)2760℃。在不添加助熔劑和配煤情況下，成功試燒灰熔點(diǎn)1500℃以上的煤種。

(3)用水量減少30%：采用干式超密相進(jìn)料系統(tǒng)，一方面減少氣化耗水量，另一方面保證氣化反應(yīng)的溫度，增加反應(yīng)效率。

(4)可靠性高：R-GAS煤氣化技術(shù)中關(guān)鍵核心設(shè)備采用特殊合金3D打印，精密度更高、壽命更長。氣化爐連續(xù)運(yùn)行過程中改變煤種，十分鐘可重新達(dá)到平衡。

4 結(jié)語

綜上所述，R-GAS煤氣化技術(shù)相比目前市場上成熟的技術(shù)具有一定的技術(shù)先進(jìn)性，若此技術(shù)的示范成功，將解決高灰熔點(diǎn)礦區(qū)煤種氣化難度大，煤化工項(xiàng)目原料用煤不能本地化的難題，可為我國清潔、高效利用高灰熔點(diǎn)及低質(zhì)煤提供技術(shù)支撐，對我國煤氣化工業(yè)的發(fā)展起到積極的推動作用。