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业内说起水煤浆气化技术，大家首先便会联想到原来的Texaco（德士古）气化技术。美国德士古公司原来是一家石油公司，它拥有自己的油气化技术，自20世纪五十年代开始在油气化技术基础上研究开发煤气化技术。从油气化技术应用至今，已有超过70年多的商业经验，以煤炭为原料的气化技术应用也有近50年的经验。2002年10月Texaco（德士古）公司与Chevron（雪佛龙）公司整体合并后两年，2004年6月Chevron（雪佛龙）公司将气化业务整体出售给通用电气（以下简称GE）公司。此时，也正值国内企业着手准备建设大型煤制烯烃项目的时候，这给GE气化在国内的二次创业带来了历史机遇。GE气化业务全球总经理董宏海先生提到这一段历史，总会由衷感概：“应该说，是国内煤化工产业近年来的迅猛发展，给了GE前所未有的发展机遇。截止2013年底，GE气化已经在中国获得了58个许可业绩，装置规模也从最初的90-285立方英尺的油气化装置，逐渐放大到目前国内普遍采用的900立方英尺规模。特别是煤制烯烃项目，据我们统计，目前国内已经开工建设或投入运行的8个大型煤制烯烃项目中，有6家选择了GE气化技术，其中就包括我们1800立方英尺的大型气化炉。” 以神华包头180万吨甲醇制60万吨烯烃项目为例，作为国家“十一五”规划煤炭深加工三大示范项目之一，也是世界首套、全球最大的甲醇制烯烃工业装置，该项目气化岛采用GE的900立方英尺、65bar气化压力炉型，5开2备配置，工艺成熟性已获得充分验证。2013年度中国神华年报提到该项目时，措辞也颇为振奋人心：全年保持安全、稳定、长周期、满负荷运行（安、稳、长、满），产品质量稳定,项目实现经营收益15亿元。 面对已经取得的骄人业绩，GE公司似乎并未满足现状，通用电气神华气化技术有限公司董事总经理王玥女士介绍道：“国内煤化工业主对上游气化工艺的要求越来越高，按照《能源发展“十二五”规划》要求，“十二五”期间，我国煤炭深加工产业已经进入总结现有示范项目经验，并按照规模化、装备大型化、能量梯级利用、节能减排等要求稳步开展升级示范的新阶段。这不仅是国家产业发展的要求，更是广大业主的期望。我们与神华于2012年成立了气化技术合资公司，主要也是从这方面考虑，希望整合两家母公司的优势资源，更好立足并服务于中国市场，特别是在国外已获得成熟应用的1800立方英尺大型化气化炉，辐射废锅工艺。” 【一】1800立方英尺（内径3.8米）大型化气化装置运行业绩介绍 GE大型化气化装置在美国已经拥有超过18年的商业化运行业绩，并积累了丰富的工程设计，以及不同气化原料操作工况的运行经验。2013年，石油和化学工业规划院组织相关专家对GE在美国运行的1800立方英尺大型气化炉、辐射废锅工艺进行了实地考察与交流，在充分肯定了装置长周期稳定运行同时，也结合国内煤化工产业现状现状，有针对性地建议适时将该项技术引入中国。 1 Tampa（坦帕）电力公司Polk（普尔克）煤气化联合循环（IGCC）发电项目 Tampa（坦帕）电力公司Polk（普尔克）电站(Tama Electric Polk Power Station)位于佛罗里达州Tampa市东南，是世界上采用GE气化技术建设的第一套商业化联合循环发电装置(IGCC)。该项目是由Tampa电力公司（TEC）与美国能源部共同投资约6亿美元建设的洁净煤技术示范项目，设计发电量320MW，其中燃气轮机出力192MW，蒸汽轮机出力128MW。采用一台1800立方英尺辐射废锅气化炉，1台燃气轮机，气化炉单台投煤量2300吨/天，气化压力3.0Mpa，通过辐射废锅和对流废锅副产高压蒸汽。项目自1993年四月开始详细设计，1994年八月开始现场施工，1996年7月气化系统顺利点火，于当年9月开始商业运行并一直运行至今。 Polk电站设计原料为混煤，操作参数如下表1所示，工艺流程图如下图1所示。自1996年9月30日投入商业运行至2000年9月30日，Polk电站完成其连续4年的商业示范。按照美国能源部的要求，在其示范期间先后使用了30多种不同的进料及混合进料，包括16种煤和6类混合燃料（煤、石油焦、生物质等的混合物料），原料的含碳量（干基）相差很大（69～89%）。针对不同进料对气化系统进行了全面的性能考核，试烧结果表明该厂的气化系统原料适应性非常好。 目前，该电厂仍在稳定运行，采用75%的石油焦+25%的煤，年运行时间约7800小时，RSC气化炉耐火砖3年换一次，烧嘴1年换一次，18年的成功商业化运行充分验证的大型气化炉（投煤量2300吨/天）长周期运行的可靠性与稳定性。 目前，Polk电站也是Tampa电力公司旗下发电成本最低、原料适应性宽广、最节能、以及环保性能最佳的电站。Polk电站被能源调查研究基金会评选为“北美最清洁的燃煤电厂”。至今，已有包括国内石油和化学工业规划院、中石化、中石油、神华集团、中煤集团等单位的专家在内的5000多人次参观访问过该IGCC示范电站。 表1：主要操作参数 | 干基煤进料量 | 2270吨/天 | | 氧气消耗 | 2150吨/天(纯度95%) | | 进料料浆 | 浓度62～68%（wt），流量114 m3/hr | | 气化炉操作压力范围 | 2.8～3.0 MPa(G) | | 气化炉操作温度范围 | 1260～1480 °C | | 副产饱和蒸汽压力 | 11.5MPa |
图1：全厂工艺简图 2 全球最大IGCC 电厂- 美国Duke能源公司Edwardsport电站 该IGCC电厂也是采用GE公司最新IGCC技术的第二代IGCC电厂。第二代IGCC电厂的整体热效率更高，发电效率可以达到42%。 Duke采用印第安纳烟煤为原料，天然气作为开车启动及备用燃料。气化炉采用半废锅流程，取消了对流废锅，增加激冷室。发电部分配置2台7F燃气轮机发电机组，1台蒸气轮机发电机组。2012年10月25日，DUKE电厂1号气化炉点火，2012年11月9日，1号燃机机组发电，2012年12月5日，2号气化炉点火，点火三周后全厂打通流程。2013年6月7日，DUKE 电厂正式宣布进入长周期商业化运行。GE辐射废锅气化技术，在世界最大的IGCC电厂实现了成功应用。 图2：Duke 能源 Edwardsport IGCC电厂全景 DUKE 电厂新一代辐射废锅（RSC）气化技术，在 TAMPA 电厂气化炉的基础上进行了很多改进，具有以下特点： （1）采用半废锅流程，取消了对流废锅，增加了激冷室，去掉了粗合成气与净化气热交换器，提高了在线率，降低了因对流锅炉造成堵塞的问题。改进了接口和渗透处的密封设计。 （2）采用新一代的耐火砖，使用寿命可延长1-2年。 （3）气化压力可达4.0Mpa，单炉投煤量2500吨/天。 （4）有效合成气产量可达400万标立方米/天以上。 （5）可使用高硫、高氯煤种。 （6）通过激冷段与辐射废锅段的合理布置，以灵活调节气化炉的水 汽比。 （7）单台炉可产230-290 吨11.0MPa 或更高压力的高压饱和蒸汽。RSC 副产的蒸汽量在用于煤化工项目大型转动机械驱动后，几乎无需再配备独立的锅炉用于产生蒸汽或附带发电，降低了使用燃煤锅炉带来的污染物排放。 【二】1800立方英尺大型气化炉在国内煤化工项目的应用前景装备大型化、产品精细化、能量梯级利用和节能减排是国内煤化工的发展方向。据了解，目前国内已经有不少规划中的大型煤化工示范项目在与GE交流引进1800立方英尺大型气化炉。应该说，很多业主首先考虑到的是GE气化技术目前国内成果的应用业绩，这是最大的定心丸；其次，考虑到1800立方英尺大型气化炉已经在国外具有超过18年的成功运行经验，技术是成熟的，项目投产后的技术风险较小；再次，我们认为选择大气化炉，与包头项目采用的900立方英尺炉子相比，在各项消耗指标基本不变的情况下，可以更好的优化投资，并节省运行环节的操作费用。 1 规模化效应进一步降低气化岛总体投资及操作费用 煤化工项目投资额大，特别是上游气化装置，其投资一般占项目总投资比例约10-30%（依据终端产品而不同）。以国内180万吨甲醇制60万吨烯烃项目为例，总投资达到170亿元。其中，气化岛采用GE的 900立方英尺气化炉，单炉每小时可产有效合成气（一氧化碳和氢气）约11万标方，单台气化炉有效气产能基本满足约1200吨/天甲醇产量，气化炉按照5台开加2台备的方案配置，工程总投资约17.5亿元；若采用1800立方英尺气化炉，按照同等规模，气化炉配置有望减少至3开1备，气化岛总投资可减低约15-20%。 此外，通过单炉产能的提升，运行炉和备用炉数量都将相应减少，这给操作过程中的开备炉倒炉切换、烧嘴和耐火砖更换、维修和维护保养都带来便利。以国内180万吨煤制甲醇规模项目为例，气化炉单炉产能增加一倍至1800立方英尺，每年可节省气化岛维修和维护保养费用至少1000万元。 综合考虑以上两项因素（资本成本和操作费用），至少可降低甲醇生产成本1.2%。 2 灵活的合成气热量回收方式——提高能效 由于1800立方英尺气化炉单炉投煤量可达3000吨/天（干基），合成气产能较900立方英尺气化炉显著增大，每小时生产有效合成气达21万标方，这给气化炉反应室出口处高温合成气热量回收方式的灵活配置带来有利的条件。目前国内主要采用的激冷流程，气化炉出燃烧室合成气被水激冷，合成气的高位热都变成含饱和水的合成气中水蒸汽中的热量，相当于将高位热转换成了中低位热，工艺过程相对简单，但造成大量热量损失,能源转化效率相对偏低；考虑到气化工艺反应室出口合成气温度高达1300摄氏度以上，若配置辐射废锅+激冷流程，并通过辐射废锅吸收气化过程大量反应热量后再让合成气被水进一步激冷，该配置可在大幅提高项目整体能源转化效率同时，副产10MPa —13.5MPa的高压蒸汽。气化过程副产的饱和蒸汽过热后可以用于大型压缩机组的驱动，有效提高整个工厂的能源利用效率。 【三】 总结气化技术作为现代煤化工的“龙头”工艺，其稳定和满负荷运行，对确保煤化项目的“安、稳、长、满、优”生产具有至关重要影响。目前，国内一流煤化工企业已开始尝试采用1800立方英尺更大型化气化装置应用于其规划中的煤制油和煤制烯烃项目，并尝试考虑采用辐射废锅等更为高效的热量回收方式，在最小技术风险条件下，优化降低投资，提高未来项目的操作水平。
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发表于 2015-2-3 10:40:25
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