石油焦气化工艺

上段 筛板塔结构
粗合成气
洗涤水
粗合成气
混合器
旋风 分离器
旋风 分离器
文丘里 洗涤器
下段 套筒结构
激冷水
灰水去 闪蒸
激冷水
黑水去闪蒸
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第 17 页
渣水处理系统
多喷嘴水煤浆气化 GE水煤浆气化
蒸发热水塔(闪蒸＋直接换热)

闪蒸+间接换热


耐结垢、堵灰 换热效果好，热传递效率
易结垢、堵灰
换热效果差 开停车水循环流程切换复 杂
高

开停车水循环流程简单、 方便
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第 18 页
4.多喷嘴对置水煤浆气化应用
应用单位 华鲁恒升 气化压力MPaG) 6.5 气化炉设臵(台) 1 单炉规模(吨/天) 750 最终产品 甲醇、合成氨 备注 2004.12投产
2.多喷嘴对置气化技术研发历程
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第 6页
3.多喷嘴与GE气化技术比较
气化炉结构 多喷嘴水煤浆气化
多喷嘴撞击流

GE水煤浆气化
单喷嘴受限射流





多喷嘴——处理负荷高 对臵式(侧臵)——消除短路 雾化＋撞击实现混合—— 混合效果好 不存在短路物流—— 转化率高 平推流长——气化反应进行 完全，气化指标优 独特的托砖架——热电偶寿 命延长
喷淋、鼓泡复合床


GE水煤浆气化
上升管、下降管激冷方式

无腾涌现象
避免带水带灰 液位容易控制 交叉流式洗涤冷却器， 强化热质传递
破泡 板
有腾涌现象 带水带灰 液位难控制
气化室底部 激冷环 激冷水 合 成 气 下降 管 A A 上升 管 黑水出口 水 合成气出口
A
有腾涌现象， 脉动频率1赫兹
山东盛大
上海焦化 兖矿新疆 兖矿内蒙 Valero
6.5
4.0 6.5 6.5 6.2
2 (1+1)
2（1+1） 3 (2+1) 3 (2+1) 5（4+1）
2300
2000 1500 2200 2300（石油焦）
甲醇、二甲醚
甲醇 甲醇、合成氨 甲醇 H2
设计中
设计中 设计中 设计中 设计中
已推广16家企业，共45台气化炉
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工业装臵运行情况(4)——2000TPD
2009年6月单炉日处理2000吨煤的多喷嘴对臵水煤 浆气化在江苏灵谷化工有限公司顺利投入运转，是目前国 内最大的水煤浆气化装臵。各项工艺指标全面超过了GE水 煤浆气化装臵。
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第 24 页
Shanghai , 2010
第 3页
1. 水煤浆气化工艺流程
1-磨煤制浆 2-煤浆槽 3-气化炉 4-激冷室 5-锁渣斗 6-捞渣机 7-洗涤 塔 8-闪蒸罐 9-换热器 10-澄清槽
激冷流程Texaco水煤浆气化工艺流程图
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高硫石油焦制氢工艺及分析
教育部煤气化重点实验室 王辅臣
Shanghai , 2010
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一、工艺过程介绍
—— 兼论GE技术与多喷嘴技术的异同
二、石油焦气化的关键问题 三、石油焦成浆性能 四、石油焦气化性能 五、Valero 应用案例
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一、工艺过程介绍
—— 兼论GE技术与多喷嘴技术的异同
高温煤焦的反应性比其它来源的原料（如石墨、碳黑、石油焦和沥青焦） 好，液相炭化焦（如石油焦和沥青焦）的反应性十分差，其反应性甚至低于 石墨，这说明液相炭化形成的碳的反应性明显低于固相炭化形成的碳。
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3. 石油焦成浆性
衡量指标：成浆浓度、粘度、稳定性
Petroleum coke JL Petroleum coke QL
气化系统在线率 1
0.9
0.8
2006年 度，系 统可靠 率：
97.3%
2007年度 A炉运行 6090小时 B炉运行 7454小时
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
1季度
2季度
2006年度
3季度
4季度
1季度
2007年度
2季度
3季度
在线率=1-
计划停车时间+非计划停车时间 季度总时间
可靠率=1- 非计划停车时间 设计运行总时间
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国内首家煤基多联产工厂
国内第一套 具有自主知识产权的大型水煤浆气化装臵 打破了GE、Shell、Siemens等对大型煤气化技术的 垄断，成为世界上主要的大型煤气化技术之一。
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工业装臵运行情况(2)——1150TPD
多喷嘴对臵式气化炉流场结构
引进水煤浆气化炉流场结构
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停留时间分布（宏观混合效果）
多喷嘴对臵式气化炉 停留时间分布密度
1.5秒前离开气化炉 物料比例 GE气化炉 多喷嘴气化炉
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GE水煤浆气化炉 停留时间分布密度
平均停留时间前 离开气化炉物料比例 62% 58%
2009年6月15日首次投料成功，至2010年6月15日气
装臵累计运行315天。达到设计负荷。
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耐火砖状况
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工业装臵运行情况(4)——2000TPD
喷嘴情况
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二、石油焦气化的关键问题


分级净化－先粗分再精分
洗涤效果好，合成气洁净 黑水水质好
细灰颗粒在一个塔内洗涤
洗涤效果差 黑水含固量高
高效节能(合成气压降低)
合成气
合成气 洗涤水
上段 筛板塔结构
粗合成气
洗涤水
粗合成气
混合器
旋风 分离器
旋风 分离器
文丘里 洗涤器
下段 套筒结构
激冷水
灰水去 闪蒸
激冷水
黑水去闪蒸
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4% 0.9%
喷嘴结构
多喷嘴水煤浆气化
预膜式


GE水煤浆气化
预混式


高效(雾化粒径小)
节能(氧气压降低) 长寿命(磨损小)
雾化粒径较大
氧气压降较高 寿命较短(磨损大)
不会回火－扩散火焰
～25％氧气
煤浆
可能回火－预混火焰
～15％氧气
煤浆
～75％氧气
～85％氧气
煤浆形成膜， 两侧气体剪切
石油焦浆具有高浓度
红外谱图可以得出，3 种石油焦羟基、醚氧键 等亲水基团的吸收峰相 对较弱，芳环内-C-H键 和-C=C-键等疏水基团 的吸收峰相对较强。因 此，石油焦颗粒表面一 定具有很强的疏水性， 可获得较高的成浆浓度。
受限 存在短路物流—— 碳转化率受限 平推流段短——气化反应进 行程度受限


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喷嘴结构
多喷嘴水煤浆气化
预膜式


GE水煤浆气化
预混式


高效(雾化粒径小)
节能(氧气压降低) 长寿命(磨损小)
雾化粒径较大
氧气压降较高 寿命较短(磨损大)
不会回火－扩散火焰
多喷嘴撞击流

GE水煤浆气化
单喷嘴受限射流





多喷嘴——处理负荷高 对臵式(侧臵)——消除短路 雾化＋撞击实现混合—— 混合效果好 不存在短路物流—— 转化率高 平推流长——气化反应进行 完全，气化指标优 独特的托砖架——热电偶寿 命延长
单喷嘴——负荷受限 顶臵式——存在短路

雾化实现混合——混合效果
28.36 0.37 37.66 6.5
M(wt%)
FC(wt%) ρ(g/m3)
<5
82~97 1.2~1.8
10.19
62.34 1.36
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2. 石油焦气化活性
0.09
Rs, min-1
0.06
0.03
0.00
PMC
PHC
GPC YZ-SP1400 CBC SH-SP1400 PPC YZ-RP1400 SH-RP1400
不同含碳材料的气化活性比较(温度1000条件下的CO2气化反应，Rs=0.5/t0.5) (PMC：石油焦；PHC：沥青焦；GPC：天然石墨；CBC：碳黑；PPC：等离子体热 解神华煤焦；SH-SP1400和SH-RP1400：热解温度为1400℃神华慢速和快速热解 焦；YZ-SP1400和YZ-RP1400：热解温度为1400的兖州慢速和快速热解焦)
单喷嘴——负荷受限 顶臵式——存在短路

雾化实现混合——混合效果
受限 存在短路物流—— 碳转化率受限 平推流段短——气化反应进 行程度受限


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烧嘴
V
III IV II I
A
A
A
A
回流区
III
射流区
VI
射流区、撞击区、 撞击流股、回流 区、折返流区、 管流区
管流区
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5 已投入运行装置
7
神华宁煤 集团日处 理2000 吨水煤浆 气化装臵。 2010年3 月18日 一次投料 成功。
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工业装臵运行情况(2)——1150TPD



地点：兖矿国泰化工有限 公司 数量：2台＋1台 单炉规模：日处理1150 吨煤 产品：甲醇、发电 压力：4.0MPa 投入工业运行时间： 2005年10月(A, B炉) 2007年9月(C炉)
破泡 板
有腾涌现象 带水带灰 液位难控制
气化室底部 激冷环 激冷水 合 成 气 下降 管 A A 上升 管 黑水出口 水 合成气出口
A
有腾涌现象， 脉动频率1赫兹
水
渣
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气体初步净化系统
多喷嘴水煤浆气化
混合器+旋风分离器+水洗塔


GE水煤浆气化
文丘里+筛板塔
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渣水处理系统
多喷嘴水煤浆气化 GE水煤浆气化
蒸发热水塔(闪蒸＋直接换热)

闪蒸+间接换热


耐结垢、堵灰 换热效果好，热传递效率
易结垢、堵灰
换热效果差 开停车水循环流程切换复 杂
高

开停车水循环流程简单、 方便
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气化炉结构
多喷嘴水煤浆气化
神华宁煤
宁波万华 杭州半山 山东久泰 安徽华谊
4.0
6.5 3.5 6.5 6.5
3 (2+1)
3 (2+1) 1 6 (4+2) 3 (2+1)
2000
1200 2000 2300 1500
甲醇
甲醇、CO、H2 发电 甲醇、二甲醚 甲醇
2010.3.19投产
在建，2010年投产 设计中 设计中 设计中
水
渣
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气体初步净化系统
多喷嘴水煤浆气化
混合器+旋风分离器+水洗塔


GE水煤浆气化
文丘里+筛板塔


分级净化－先粗分再精分
洗涤效果好，合成气洁净 黑水水质好
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
细灰颗粒在一个塔内洗涤
洗涤效果差 黑水含固量高
高效节能(合成气压降低)
合成气
合成气 洗涤水
工业装臵运行情况(4)——2000TPD
运行情况
现阶段气化炉负荷~100%左右。 据灵谷公司技术人员反映，该气化装臵运行平稳，系统开 车后，操作人员比较轻松。 与国泰相比炉型尺寸有较大变化（国泰直径3.4m，灵谷 3.88m），但气化装臵工艺性能优良。以神府煤为原 料，合成气有效气成分82.5%，渣中残碳大部分低于1%。
喷嘴冷却水 进口 喷嘴冷却水 出口
煤浆氧气预混， 雾化效果差
煤浆速度低
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煤浆速度高， 约25m/s
d1
喷嘴冷却水 进口 喷嘴冷却水 出口
h
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洗涤冷却室
多喷嘴水煤浆气化
喷淋、鼓泡复合床


GE水煤浆气化
上升管、下降管激冷方式

无腾涌现象
避免带水带灰 液位容易控制 交叉流式洗涤冷却器， 强化热质传递
～25％氧气
煤浆
可能回火－预混火焰
～15％氧气
煤浆
～75％氧气
～85％氧气
煤浆形成膜， 两侧气体剪切
喷嘴冷却水 进口 喷嘴冷却水 出口
煤浆氧气预混， 雾化效果差
煤浆速度低
Shanghai , 2010
煤浆速度高， 约25m/s
d1
喷嘴冷却水 进口 喷嘴冷却水 出口
h
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洗涤冷却室
多喷嘴水煤浆气化
兖矿国泰
兖矿鲁化 江苏灵谷 江苏索普 凤凰化肥
4.0
4.0 4.0 6.5 6.5
3 (2+1)
2 2 (1+1) 3 (2+1) 3 (2+1)
1150
1150 1800 1500 1500
甲醇、发电
合成氨 合成氨 甲醇 甲醇、合成氨
2005.10.16投产
2008.7.1投产 2009.6.15投产 2009.9.8投产 2009.12.17投产
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1. 石油焦性质
石油焦具有三高：碳高、硫高、热值高 二低：低灰、低挥发份
石油焦与煤的组成分析对比 items
Q(MJ/kg) St(wt%) V(wt%) Ash(wt%)
Petroleum coke
35~37 2.5~6 4~18 0.3~0.5
Shenfu Coal