航天炉工艺介绍

用高压氮气或加压CO2输送入气
总水(AR;%)
化炉，对煤种的适用范围宽，能 灰分(%;MF)
够以当地煤种为原料，而且碳转 化率超过99％。该工艺过程对煤
含氧(%;MF)
的特性，例如煤的粒度、粘结性、 总硫(%;MF)
含水量、含硫量、含氧量及灰分 总氯(%;MF)
4.5-30.7 5.7-35.0 5.3-16.3 0.3-5.2 0.01-0.41
以CO2为输送气体的粉煤输送和气化，目前还没有成功的 经验和数据，存在着一定的风险。
褐煤干燥工艺的不确定性（挥发分的丢失、能耗等），为 用褐煤气化的经济性提出的挑战。
气化炉的开发需要煤炭、金属材料、化工流体力学、传质 传热知识、耐火材料、自动控制等技术的相互结合，在国内 真正拥有知识产权的大容量先进气化技术至今几乎仍是空白。 甘肃省院和航天十一所在国内煤化工研究、开发、设计行业 非一流院所，填补空白的能力值得质疑。
安徽昊源原料改造项目航天炉点火成功
2013年3月22日，安徽昊源20万吨/年合成氨原料路线改造项目航天 炉点火投煤成功，并试运行近六个小时。该项目于2012年初开工建 设，目前，该项目二氧化碳压缩机、空分已开车成功。
晋开百万吨总氨项目尿素装置投料成功
2013年7月3日，由五环工程设计的河南晋开百万吨总氨项目40万吨/ 年大颗粒尿素（C系列）装置投料成功。该项目位于河南开封，分两 期同时开工建设4 台航天炉，年产120万吨合成氨、120万吨尿素、 81万吨稀硝酸、60万吨硝酸铵、60万吨硝基复合肥、20万吨浓硝酸。 项目于2010年4月开工。
24.9-58.9
Al2O3 (%:on Ash)
9.5-32.6
高热值(MJ/kg;MF)
22.8-33.1
2005-7-20
工艺介绍
HT-L粉煤气化技术工艺原理：原料煤经过磨煤、 干燥后，用N2进行加压输送，将粉煤输送到气化 炉烧嘴。干煤粉（80℃）、纯氧气（200℃）、 过热蒸汽（420℃）一同进入气化炉气化室，瞬 间发生升温、挥发分裂解、燃烧及氧化还原等物 理和化学过程。生成的1400℃～1600℃的合成气 经过冷却后，出气化炉的温度为210℃～220℃， 再经过文丘里洗涤器增湿、洗涤，和洗涤塔进一 步降温、洗涤，产出温度约为204℃、粉尘含量 小于10×10-6的粗合成气。
10年,每6个月维修头部
水冷壁结构简单，属圆筒盘
水冷壁或耐火砖 管型，水路简单，易制造，
寿命
寿命>10年
89–93
78–81
>99 80–83
96
>98 71–76
86
干粉,气体输送
水煤浆,泵输送
10年,每1.5年维修头部
每1.5个月维修头部
水冷壁呈多段竖管排列，水 昂贵的耐火砖只能用一年 路复杂，合金钢材质，制造 难度大，寿命>10年
航天炉工艺系统介绍
能 化12-班 韩新
航天炉简介
长期以来，国内煤化工得不到大规模地发展，主要是因 为国内缺乏自主的粉煤加压气化技术。而进口的技术也不 能完全满足国内煤化工的需求——如果选用德士古煤气化 技术，无法实现原料煤的本地化；选用壳牌煤气化技术的 投资又太大。所以，开发具有自主知识产权的高效、洁净、 煤种适应性广的国内煤气化技术，一直是业界的梦想。气 化炉的核心部件是气化炉燃烧喷嘴，该喷嘴必须具有超强 的耐高温特性，这个特性要实现起来难度较大。而与此类 似，火箭上天时喷嘴所经受的温度也很高，而且比气化炉 燃烧喷嘴要经受的温度高得多。如果把航天技术“嫁接” 到煤化工产业，那就有点像杀鸡用上宰牛刀，技术难度上 是没有问题的。就这样，航天炉应运而生。
航天炉又名HT-L粉煤加压气化炉。主要优点如下： 技术先进，具有的热效率(可达95%) ，碳转化率高
(可达99%)； 气化炉为水冷壁结构结构，气化温度能到1500至
1700度； 对煤种要求低，可实现原料本地化； 具有自主知识产权，专利费用低； 关键设备全部国产化，投资少，比同等规模投资节
认为采用航天炉存在以下风险：
目前SHELL炉在国内投运了5套，仅湖北双环经过 半年多的调试，能连续运行58天，其余装置都不能 正常运行，还得接受时间的考验。反映在煤粉输送 上的主要问题是煤粉不能稳定地输送和磨损严重等。 航天炉的投运可能也会出现类似的问题。
GSP冷壁炉的商业化装置目前已运行了十年未换过烧嘴， 航天炉烧嘴为规避侵犯知识产权进行了从新设计，但未进行 工业化试验，风险很大。气化炉的水冷壁，SHELL炉是多段 竖管排列，GSP炉则是圆筒单管盘管，设计和制造难度都很 大，内件（特别是传热面）用异型钢管等材料，目前只能都 依赖进口。航天炉水冷壁内件的设计和制造能否达到国际水 平，很难做出评估，风险很大。
气化原料煤几乎函盖从褐煤 气化原料煤几乎函盖从褐煤 对煤种要求高（灰熔点低
原料煤的适应性
到无烟煤的所有煤种，可以 实现原料煤本地化
到无烟煤的所有煤种，可以 于1250度，成浆性好）,无
实现原料煤本地化
法实现原料煤本地化
电耗
因有激冷气压缩机和反吹气
低
压缩机,所以电耗较高
低
2005-7-20
HT-L煤粉加压气化炉是结合SHELL、GSP、TEXACO 的一些优势特点所开发的一种炉型，如粉煤干燥、 加压输送是利用了SHELL技术；炉内辐射段类似于 GSP炉，顶端单喷嘴采用的是粉煤分三路进入气化 炉烧嘴的三个粉煤管旋转斜喷进料与GSP环形喷嘴 不同；水冷壁盘管则采用四进四出平行并绕与GSP 单管并绕不同；激冷室以下段与TEXACO炉完全相同。
含量均不敏感，但对于灰熔点较 Na2O(%:on Ash) 高的煤如灰熔点＞1400℃须加入 K2O(%:on Ash) 助熔剂(石灰石)，改变溶渣性能。
CaO(%:on Ash)
0.1-3.1 0.1-3.3 1.2-23.7
Fe2O3(%:on Ash)
5.9-27.8
SiO2 (%:on Ash)
工艺流程图
备煤系统
原料煤
S-1103 粉煤过滤器
V-1101 原料煤贮仓
X-1101 称重给煤机
高压氮气
V-1201 粉煤贮仓
V-1204 粉煤锁斗
A-1101 磨煤机
F-1101 惰性气体发生器
空气
燃料气 渣
三条相同
V-1205
的进煤管 线
粉煤给料罐
V-1302 中压汽包
P-1301A/B 汽包循环泵
水处理系统不太完美，水温较高，易造成滤布变形跑偏或 打折损坏滤布，两级闪蒸不如三级闪蒸。
副产蒸汽为饱和蒸汽，如需用过热蒸汽只能降压使用，给 全厂的蒸汽平衡带来一定困难。
HT–L煤气化工艺系统介绍
对煤质的要求及用煤的处理
粉煤煤气化烧过的煤种的特性
煤种分析项目
Байду номын сангаасHT–L煤气化工艺的原料是干煤粉，
粉煤气化炉烧过的煤种 数据范围
中压蒸汽
气化及合成气洗涤系统
E-1309
V-1309
氧气加热器 氧气缓冲罐
锅炉给水 中压过热蒸汽
氧气
粗合成气去火炬
粗合成气
C-1301 洗涤塔
渣及灰水处理系统 脱盐水
闪蒸气去火炬
F-1301 气化炉
V-1303 渣锁斗
V-1401 高压闪蒸罐
V-1404 真空闪蒸罐
V-1408 除氧器
Q-1401/V-1411 捞渣机
T-1401 灰水罐
S-1401 沉降槽
冷凝液来自变换 低压饱和蒸汽 S-1402 过滤机 滤饼
污水
HT–L粉煤气化炉
HT-L粉煤气化炉为航天粉煤加压气化装置核心、 关键专利设备。粉煤、氧气蒸汽按一定比例通过燃 烧器进入气化炉，在气化室中进行燃烧气化反应， 生成的含有高温熔渣的粗合成气，一部分高温熔渣 挂在复合水冷壁上，形成稳定的抵抗高温的渣层， 其余熔渣和粗合成气进入激冷室。粗合成气在激冷 室中被激冷水激冷降温，并蒸发水蒸气到饱和，同 时熔渣迅速固化，通过分离装置实现合成气、液态 水、固渣的分离。合成气通过管口输出进入后续工 段，主要成分为一氧化碳和氢气。固渣通过排渣口 进入破渣机中，并断续排出。含有细灰的黑水通过 管口进入渣水处理系统。
HT–L、Shell、Texaco三种气化炉比较
名称
HT–L
Shell
Texaco
比氧耗(Nm3/KNm3)
330-360
330-360
410-430
有效气成分 CO+H2(%)
89–91
碳转化率(%) 冷煤气效率(%)
>99 80–83
煤气化热效率(%)
~ 95
原料煤输送形式
干粉,气体输送
烧嘴寿命
沧州正元6080项目氨合成塔运抵现场
2013年9月5日，由石家庄正元塔器设备有限公司制造的DN3000氨合成 塔运抵沧州正元6080项目施工现场，项目由基础建设进入设备安装阶 段。该项 目采用航天炉粉煤加压气化技术，一期工程概算投资43亿元。 项目规模为年产60万吨合成氨、80万吨尿素。工程计划2014年4月进入 试车条件，8月投入 运行。
（CO+H2）有效气产量： 80000-110000Nm3/h （根据要求确定）。
4000型 气化炉直径：4.0米 气化炉高度：24.5米 气化压力：4.0MPa 日投煤量：~2500t（与 煤种有关）
（CO+H2）有效气产量： 140000-180000Nm3/h （根据要求确定）。
根据不同用户的需要，主要提供三种不同的炉 型，三种炉型基本结构相同，主要区别在日投煤 量的差异。
HT-L粉煤气化炉设备参数
2005-7-20
三种炉型
2800型 气化炉直径：2.8-3.2米 气化炉高度：14.5米 气化压力：4.0MPa 日投煤量：~750t（与煤种 有关）
（CO+H2）有效气产量： 40000-51000Nm3/h（根 据要求确定）。
3200型 气化炉直径：3.2-3.8米 气化炉高度：19.5米 气化压力：4.0MPa 日投煤量：~1500t（与 煤种有关）
省三分之一。 工期短，比壳牌炉建设时间缩短三分之一； 操作程序简便，适应中国煤化工产业的实际，易于
大面积推广。
缺点：
航天炉系统联锁多，特别试车时，数据变动有可能造成跳 车。
多种因素会导致炉温超温，烧坏耐火材料甚至盘管。
由于操作不稳定等因素，会造成粗渣、滤饼中残炭含量较 高。
粗渣和滤饼中含水量较高，后续处理较为困难，一般无法 回收。
运行现状
濮阳龙宇航天炉平稳运行创纪录
截止2012年10月8日，濮阳龙宇甲醇项目航天炉装置已连续运行210 天，创国内同类型气化炉最长运行周期纪录。9月份，该公司累计生 产成品甲醇 15637.67吨，平均日产甲醇504.4吨，是装置设计负荷的 112.1%。而在10月5日生产甲醇556.76吨，创建厂以来日产量最高纪 录。
国家粉煤气化实验基地落户山东东平县
2013年12月8日，由中化二建承建的晋煤天溪煤制油工程航天炉吊装就 位，该公司造气工艺技术改造工程进入了全面安装阶段。该航天炉直径 为3.2米、高度为15.84米、重量为160吨。
安徽昊源航天炉加压气化首用等温变换
截至2014年5月5日，安徽昊源化工集团世界首套与航天炉配套的等温 变换装置，已满负荷平稳运行12天，各项指标均达到或优于设计要求。 该装置应用于安徽昊源二期18万吨/年合成氨、30万吨/年尿素原料路线 改造项目。安徽昊源36·60项目分两期建设，一期18·30装置已于2013年 建成投产。