一、項(xiàng)目概述
我國以煤焦為主的能源資源稟賦和“富煤、貧油、少氣”的傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)決定了煤焦的基礎(chǔ)能源地位。煤汽化是煤焦能源轉(zhuǎn)化借助的源頭技術(shù)熱物理實(shí)驗(yàn)，也是煤化工中最關(guān)鍵的工藝過程之一。2017年我國煤焦消費(fèi)總額為38.6億噸，其中約8億噸通過汽化轉(zhuǎn)化為廣泛用于鋼鐵、冶金、機(jī)械、化工、建材、輕紡、食品等行業(yè)的工業(yè)煤氣和用于合成氨、氣/液燃料制備和大宗煤基物理品合成等現(xiàn)代煤化工領(lǐng)域的合成氣。
煤制工業(yè)煤氣和合成氣的常規(guī)主流技術(shù)有兩大類：固定床/聯(lián)通床汽化技術(shù)和氣流床汽化技術(shù)。固定床/聯(lián)通床汽化技術(shù)以優(yōu)質(zhì)煙煤為原料，技術(shù)成熟度高，但其使用的原料局限于優(yōu)質(zhì)煙煤，且燃?xì)庵懈缓褂汀⒎雍透咛间寤衔锏龋廴緡?yán)重。氣流床汽化技術(shù)的主要特征是汽化指標(biāo)好、氣化硬度大、煤種適應(yīng)性相對(duì)固定床而言較強(qiáng)、廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代小型煤化工行業(yè)，但其一次投資和運(yùn)行成本較高，不適用于工業(yè)煤氣和中小合成氨行業(yè)。與固定床/聯(lián)通床汽化技術(shù)和氣流床汽化技術(shù)相比，循環(huán)流化床煤汽化技術(shù)煤種適應(yīng)性強(qiáng)、清潔高效、成本低，更適宜于我國煤種多樣且低階煤占比高的現(xiàn)況。
作為一種清潔的煤焦汽化技術(shù)，循環(huán)流化床煤汽化技術(shù)以煤粉為汽化原料，借助循環(huán)流化床作為反應(yīng)器，通過建立高含量的物料循環(huán)回路，實(shí)現(xiàn)高效清潔汽化，經(jīng)濟(jì)性能和環(huán)保性能優(yōu)勢(shì)明顯。國家重點(diǎn)研制計(jì)劃課題“新型高效循環(huán)流化床汽化技術(shù)開發(fā)及工業(yè)示范”以開發(fā)適用于0-10mm碎煤的新型循環(huán)流化床高效煤汽化制中低熱值煤氣技術(shù)為目標(biāo)，通過高含量物料分布/分離/回送-汽化一體化技術(shù)、高溫高含塵燃?xì)庥酂崽菁?jí)回收-汽化過程加強(qiáng)技術(shù)和飛灰低溫燃燒/熔體技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)研制，解決和突破阻礙低階煤制清潔煤氣技術(shù)發(fā)展的困局問題，集成關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵部件，建成單套處理能力400噸/日新型高效循環(huán)流化床汽化技術(shù)示范裝置，并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，完成72小時(shí)連續(xù)運(yùn)行考評(píng)，達(dá)到冷燃?xì)庑省?4%，整體碳轉(zhuǎn)化率≥96%的性能指標(biāo)。該課題由中國科大學(xué)工程熱化學(xué)研究所承當(dāng)，課題執(zhí)行期為2017年7月至2021年6月。
二、研究進(jìn)展及階段研究成果
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)已在新型高效循環(huán)流化床煤汽化過程加強(qiáng)技術(shù)研究、循環(huán)流化床煤汽化系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)研究、煤種適應(yīng)性研究、400噸/日示范裝置建設(shè)與運(yùn)行等方面取得突破性進(jìn)展，2019年6月，項(xiàng)目順利通過中期檢測(cè)。目前各項(xiàng)研究任務(wù)進(jìn)展順利，主要研究進(jìn)展如下：
1.新型高效循環(huán)流化床煤汽化過程加強(qiáng)技術(shù)研究
舉辦了循環(huán)流化床高含量物料分布/分離/回送關(guān)鍵部件研究，獲得了具有更高的返料能力與抗逆壓差能力的返料器結(jié)構(gòu)型式；舉辦了無風(fēng)室布風(fēng)技術(shù)及關(guān)鍵部件試驗(yàn)研究，考察了不同布風(fēng)方式對(duì)物料流化均勻性、系統(tǒng)物料循環(huán)特點(diǎn)的影響，在此基礎(chǔ)上，研究了布風(fēng)結(jié)構(gòu)方式對(duì)床料粒徑分選的影響規(guī)律，獲得了優(yōu)化的布風(fēng)結(jié)構(gòu)及工藝參數(shù)。以已運(yùn)行的60000Nm3/h循環(huán)流化床煤汽化項(xiàng)目為對(duì)象，舉辦了低溫高含塵燃?xì)庥酂崽菁?jí)回收技術(shù)研究，得到優(yōu)化的余熱回收-汽化過程加強(qiáng)工藝參數(shù)。通過以上研究，把握了循環(huán)流化床煤汽化過程加強(qiáng)的關(guān)鍵要素和影響規(guī)律，獲得了增加系統(tǒng)底渣含碳量、提高系統(tǒng)碳轉(zhuǎn)化率和冷燃?xì)庑实年P(guān)鍵技術(shù)和工藝，為400噸/日新型高效循環(huán)流化床煤汽化工業(yè)示范裝置的設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供了支持。
2.循環(huán)流化床煤汽化系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)研究
通過舉辦汽化飛灰低溫熔體特點(diǎn)機(jī)理研究，獲得了影響汽化飛灰熔體流動(dòng)特點(diǎn)的機(jī)理；完成了2.5噸/日飛灰低溫燃燒/熔體試驗(yàn)臺(tái)汽化飛灰燃燒/熔體試驗(yàn)研究，實(shí)現(xiàn)了燃料預(yù)熱+富氧熔體工藝的長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，熔渣含碳量大于1%，飛灰含碳量為2.7%，燃燒效率達(dá)到99.54%；舉辦了0.5噸/日汽化飛灰低溫燃燒/熔體爐與循環(huán)流化床汽化爐耦合試驗(yàn)臺(tái)的調(diào)試和試驗(yàn)研究，把握了汽化飛灰熔體系統(tǒng)關(guān)鍵部件工作特點(diǎn)，獲得了熔體低溫?zé)煔鈱?duì)汽化爐氣溫、壓力、煤氣組分等運(yùn)行特點(diǎn)的影響規(guī)律；舉辦了汽化飛灰低溫燃燒/熔體爐與循環(huán)流化床汽化爐耦合的工程方案的設(shè)計(jì)，為示范工程優(yōu)化提供方案。
3.煤種適應(yīng)性研究
通過舉辦汽化飛灰的理化特點(diǎn)機(jī)理研究，并結(jié)合煤質(zhì)和灰成份的理論剖析，探求了推動(dòng)飛灰中碳轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵要素，研究結(jié)果為汽化飛灰借助途徑及操作參數(shù)的選擇提供支持；通過煤汽化工藝優(yōu)化小試試驗(yàn)研究、中試試驗(yàn)研究、不同高堿種煤的灰物理特點(diǎn)研究，并結(jié)合理論剖析熱物理實(shí)驗(yàn)，獲得了優(yōu)化的循環(huán)流化床煤汽化工藝運(yùn)行參數(shù)，為擴(kuò)寬循環(huán)流化床汽化煤種提供了理論根據(jù)和技術(shù)支持。
4.400噸/日示范裝置建設(shè)與運(yùn)行
在實(shí)驗(yàn)室關(guān)鍵技術(shù)研制和工程化放大研究的基礎(chǔ)上，完成了400噸/日新型高效循環(huán)流化床汽化技術(shù)示范裝置的設(shè)計(jì)和建設(shè)。目前，示范裝置已順利建成通過完工初驗(yàn)，并完成調(diào)試，已即將投入商業(yè)運(yùn)行。
三、下一階段工作計(jì)劃及目標(biāo)
項(xiàng)目2020年的主要研究任務(wù)是舉辦400噸/日工業(yè)示范裝置和飛灰借助系統(tǒng)耦合優(yōu)化運(yùn)行研究，完成72小時(shí)優(yōu)化運(yùn)行，并產(chǎn)生專題科技報(bào)告；2021年度，完成≥72小時(shí)性能考評(píng)，達(dá)到裝置處理規(guī)模≥400噸/日，冷燃?xì)庑省?4%，整體碳轉(zhuǎn)化率≥96%的性能指標(biāo)。
