非熔渣—熔渣分級氣化技術屬于煤的清潔利用范疇,實現了對硫的回收再利用,灰渣可以回收做建筑材料,實現了對資源的循環利用,使我國政府提倡的循環經濟落到實處。作為清潔能源利用技術的以煤粉和煤漿為原料的熔渣氣化技術,解決了煤化工和IGCC清潔煤燃燒技術中煤氣化這一必須解決的技術瓶頸問題,解決了千百年來煤炭利用過程中的環境污染問題和多煤種的選用問題,由此邁出了中國自主知識產權的煤化工技術從實驗室走向生產的歷史性一大步,從而為后石油時代的來臨做了相當實際的技術準備。
非熔渣—熔渣分級氣化技術是在消化吸收國外傳統水煤漿氣化技術的基礎上發展的創新技術,具有傳統水煤漿氣化技術的主要優勢:水煤漿給料方式簡潔、穩定;系統壓力易于提高;配套技術成熟。正因為有這些優勢,非熔渣—熔渣分級氣化技術的第一個工程項目投產兩年來就取得了年運轉率94%、年負荷率120%的好成績。這個業績表明,傳統水煤漿氣化技術的工業實踐已經為非熔渣—熔渣分級氣化技術的工業應用開辟了低風險的坦途。
通過國家級鑒定后,非熔渣—熔渣分級氣化技術得到廣大用戶的關注,通過鑒定后,已有20余家用戶與達立科公司聯系,有的已經簽約進入建設階段,有的已經完成技術談判,還有多家已完成技術選擇,正在進行技術談判的準備工作。
與現有的粉煤氣化技術相比較而言,由達立科公司、清華大學、豐喜集團共同擁有,由達立科公司經營的非熔渣—熔渣分級氣化技術兩年的運行實踐和考核結果表明:消化吸收國外技術,自主開發創新的非熔渣—熔渣分級氣化技術已經成熟,采用該技術的工業裝置運行穩定,開工率高。這項新技術的創造性、先進性,與國內外同類的技術比較,是顯而易見的。
原料(水煤漿、干煤粉或者其它含碳物質)通過給料機構和燃料噴嘴進入氣化爐的第一段,采用純氧作為氣化劑,采用其它氣體,如O2或與O2以任意比例相混合的CO2、N2、水蒸汽等作為預混氣體調節控制第一段氧氣的加入比例,使第一段的溫度保持在灰熔點以下;在第二段再補充部分氧氣,使第二段的溫度達到煤的灰熔點以上并完成全部的氣化過程。另外,清華大學在實驗中測得分級給氧與不分級給氧的碳轉化率曲線表明,在分級給氧狀態下,完成80%碳轉化的時間向后推移,碳的轉化過程更加均衡,也有利于發揮氣化爐有限空間的燃燒和氣化功能。
非熔渣—熔渣分級氣流床煤氣化工藝從化學反應過程上與現有氣流床煤氣化技術有著本質的區別,而不單單是氣化爐的物理特征上的差別,因此是具有獨立知識產權的新型專利技術,F有的氣流床煤氣化工藝,氣化爐內原料的反應過程都是一樣的,即經歷了脫水分和揮發份→燃燒→氣化三個階段。而非熔渣-熔渣分級氣流床氣化工藝通過氧氣的分級加入,將煤的氣化反應過程從三個階段變為五個階段,即脫水分和揮發份→燃燒→氣化→再燃燒→再氣化,在化學反應過程上有著本質的區別。
在國內,國際工程咨詢公司對該技術進行了評估,評估認為非熔渣—熔渣分級氣化技術“具有自主知識產權,能與當今世界先進的殼牌(Shell)、德士古(Texaco)、GSP等氣化技術競爭;從小試到工業化生產,在參與各方的共同努力下,各項工作進展都很順利,已經具備了高技術產業化的條件……在當前國內大搞煤化工,各企業紛紛引進國外技術的形勢下,急需開發具有自主知識產權的新技術,以打破外國公司的技術壟斷……評估建議,企業加強合作,盡快完成工業化規模的實驗,及時總結經驗進入鑒定推廣階段!
在國際上,達立科公司與國際知名的GE、IHI等公司在非熔渣—熔渣分級煤氣化技術上一直保持著密切的技術交流,并且得到這些公司對該技術的認可。此外BP公司也意識到本技術的專利獨特性,已經和達立科公司簽訂了技術評估協議(BP Reference BPI/PAT/EDK/50487)。
非熔渣—熔渣分級氣化技術是在消化吸收國外水煤漿氣化技術的基礎上自主創新,具有國外成熟技術運行穩定的基本性能,又有自己獨特的創新點。采用該技術的豐喜肥業集團氣化裝置(20萬噸/年甲醇氣頭)自2006年1月23日首次化工投料至今,運轉率達到94%,年負荷率達到120%,創造了國內水煤漿氣化裝置運行的好成績。
由于氧氣分級供給,氣化爐主燒嘴給氧量與反應需氧化學當量脫離約束,減少了主燒嘴的氧化負荷,改善了主燒嘴的工作環境,延長了其運行周期;由于氧氣分級供給,比不分級氣化爐軸向溫度均衡,長徑比可加大,同樣直徑氣化爐的生產能力大于國內外其它水煤漿氣化技術的氣化爐;由于氧氣分級供給,改善了爐內的溫度場,提高了爐內的平均氣化溫度,使有效氣體成份提高1%至2%;由于爐內高溫區在二次進氧的范圍內,平均爐溫高,出渣區域接近高溫區域,使非熔渣—熔渣分級氣化爐的溫度可低于灰熔點。在豐喜肥業的氣化裝置上已達到的指標是:出渣區溫度低于進料煤灰熔點100℃,這一點十分重要:以耐火材料為防護的氣化爐一般耐受溫度可達到1350℃,非熔渣—熔渣分級氣化爐就可以使用灰熔點為1450℃的煤作為氣化原料,此特點使國內大部分煤均可作為原料煤用于這項氣化技術。