２００８年第２９卷第６期氮肥技术
摘要简要介绍华东理工大学和兖矿集团公司合作，成功开发了具有完全自主知识产权、国际首创的多喷嘴对置式水
煤浆气化技术，并成功地实现了产业化，应用于工业生产中。同时还介绍了研究开发的水冷壁式中试气化炉运行结果和
粉煤加压气化技术工业示范装置的实施进展情况。关键词煤气化多喷嘴对置式水煤浆粉煤
１
背景我国能源结构的特点是富煤、缺油、少气。我国以煤为主的能源结构和国际能源市场形势，决
定了我国必须立足国情，大力发展洁净煤技术，以此支持国民经济的快速发展，缓解油品供应紧
张，保障国家安全。煤气化技术是发展煤基化学
品、煤基液体燃料、ＩＧＣＣ发电、多联产系统、制氢、
燃料电池等过程工业的基础，是这些行业的共性技术、关键技术和龙头技术（如图１所示），对发展经济和保障国家安全具有重要的战略意义。国
内在建的和处于筹建中的甲醇装置、合成氨装
置、煤制油装置，已展现了对煤气化技术的强劲
需求。
的研究攻关，和兖矿集团有限公司合作，成功开发了具有完全自主知识产权、国际首创的多喷嘴对置式水煤浆气化技术，并成功地实现了产业
化，在国内外产生了重大影响。多喷嘴对置式水
煤浆气化技术的工艺原理如图２所示，主要包括多喷嘴对置式水煤浆气化工序、分级净化的合成气初步净化工序、直接换热式含渣水处理工序。
图２多喷嘴对置式水煤浆气化技术工艺原理简图
２技术研发历程
多喷嘴对置式水煤浆气化技术是由华东理
图１煤气化技术重要地位简图
工大学洁净煤技术研究所（煤气化教育部重点实
我国自上世纪８０年代开始引进国外煤气化
验室）于遵宏教授带领的科研团队历经“九五”、
技术，多年来一直依赖进口，受制于人。据此估“十五”和“十一五”科技攻关开发成功。“九五”期
算，引进煤气化技术的专利实施许可费已高达２间，华东理工大学、鲁南化肥厂、中国天辰化学工
亿多美元，这还不包括昂贵的专有设备费和现场程公司共同承担了国家“九五”科技攻关项目“新技术服务费等。据估计，专有设备耗费外汇也高型（多喷嘴对置）水煤浆气化炉开发”，并完成了达数亿美元。在国家有关部委的支持下，华东理２２ｔ／ｄ煤规模的中试实验。在原国家石油和化学工工大学洁净煤技术研究所（煤气化教育部重点实
业局的主持下，现场考核专家组于２０００年１０月验室）于遵宏教授带领的科研团队经过２０多年
１１日上午９时２２分起对多喷嘴对置式水煤浆气
２
氮肥技术２００８年第２９卷
化中试装置进行了现场７２ｈ考核。２０００年１０月３１日，“新型（多喷嘴对置）水煤浆气化炉开发”通过原国家石油和化学工业局主持的专家鉴定，在水煤浆气化领域达到国际领先水平。多喷嘴中试气化炉见图３、多喷嘴对置式水煤浆气化炉中试
装置喷嘴平台见图４。
图３
吊装中的多喷嘴中试气化炉
通过专利实施许可的方式。并在国家发改委“十五”重大技术装备研制项目的支持下，多喷嘴对置式水煤浆气化技术应用于山东华鲁恒升化
工股份有限公司大氮肥国产化工程，建设了一台多喷嘴对置式水煤浆气化装置（６．５ＭＰａ，７５０ｔ煤
，ｄ）。２００４年１２月该气化装置投入试运转，２００５年６月初开始，多喷嘴对置式水煤浆气化炉投入正式运行。该示范装置见图５。
该气化装置自２００５年６月初正式运行，至今已经运行近３年。该气化炉运转稳定可靠，工
艺指标先进。该气化炉的技术特色体现在：
①烧嘴及耐火砖使用寿命长；
②负荷调节灵活，烧嘴间负荷调节灵活，气
化炉整体负荷调节范围宽；
③比煤耗低、发气量大、渣中含碳量低。
图４多喷嘴对置式水煤浆气化炉中试装置顷嘴平台
“十五期间，华东理工大学、兖矿集团承担了“８６３”重大项目”新型水煤浆气化技术”的研发，建成了干吨级工业示范装置一兖矿国泰化工有限公司（单炉日处理１１５０ｔ煤，４．０ＭＰａ），以及山东华鲁恒升化工股份有限公司大氮肥国产化项
目（单炉日处理７５０ｔ煤，６．５ＭＰａ）。
“十一五”期间，多喷嘴水煤浆气化技术一方面被广泛认可和接受，进入大规模商业推广阶图５多喷嘴对置式水煤浆气化技术示范装置
段；同时，在科技部“８６３”重大项目的支持下，多（山东华鲁恒升化工股份有限公司）
喷嘴水煤浆气化技术要建设日处理２０００ｔ级气
（２）兖矿国泰化工有限公司
化炉，并与煤气化多联产、ＩＧＣＣ等整合配套，为现
兖矿集团有限公司在山东鲁南（兖矿国泰化代大型煤化工产业提供了坚实的技术支撑。
工有限公司）建设多喷嘴对置式水煤浆气化炉及
３工业示范装置运行情况
配套工程，利用两台日处理ｌ１５０ｔ煤多喷嘴对置多喷嘴对置式水煤浆气化技术已成功应用
式水煤浆气化炉（４．０ＭＰａ）配套生产２４×１０＂ｔ甲于工业生产装置中。
醇、联产７１．８ＭＷ发电。气化装置由中国天辰化学
（１）山东华鲁恒升化工股份有限公司
工程公司设计。示范装置于２００３年５月１日正
第６期李伟锋等：多喷嘴对置式煤气化技术３
式开工建设，由中国化学工程第三建设公司负责气化装置、空分装置的建设。气化炉由哈尔滨锅炉厂制造。
该示范装置见图６。
图６多喷嘴对置式水煤浆气化工业示范装置
（兖矿国泰化工有限公司）．气化装置于２００５年７月２１日ｌｌ：２６一次投料成功，一次打通整个工艺流程，在完成８０ｈ连续、稳定运行后，于２００５年７月２５日８：００计划停车（当时兖矿国泰化工有限公司的空分装置尚未具备运行条件，借用兖矿鲁南化肥厂的氧气进行气化系统试运行）。２００５年ｌＯ月１５日，在空分装置具备条件后，该装置正式进入工业运行。至今，ｒ、Ｂ．气化炉累计运行超过２５０００ｈ。２００６年，兖矿国泰生产甲醇２３．４×１０ｔ。２００７年，甲醇产量超过３０×ｌｏｔ。
２００８年１月１２日至２００８年３月２６日，Ａ．、矽炉同时连续运行７４ｄ后，”炉计划停车，伊炉继续运行至２００８年４月７日，Ｂ．连续运行８８ｄ，创造了新的运行记录。
中国石油和化学工业协会组织现场考核专家组于２００５年１２月１１日一１８日在山东省滕州市木石镇（兖矿国泰化工有限公司）对“多喷嘴对置式水煤浆气化技术”进行了现场工业运行考核。多喷嘴对置式水煤浆气化工业装置以北宿精煤为原料，现场考核的主要技术指标为：
比氧耗：３０９Ｎｍ３０２／１０００Ｎｍ３（ＣＯ＋Ｈ２）；
比煤耗：５３５ｋｇ煤／１０００Ｎｍ３（ＣＯ＋Ｈ２）；
合成气有效成分ＣＯ＋Ｈ２：体积分数８４．９％；
碳转化率：＞９８％；
气化压力：４．０ＭＰａ；
气化温度：一ｌ３００℃；
气化装置规模：１１５０ｆｆｄ煤。
多喷嘴对置式水煤浆气化工业装置与兖矿鲁南化肥厂引进Ｔｅｘａｃｏ工业装置所采用的原料煤种相同。现场考核证实，装置性能与技术指标达到国际领先水平。与国外水煤浆气化技术相比，其技术特点和优势在于：
①四喷嘴对置式气化炉和新型预膜式喷嘴的气化效率高，技术指标先进。与采用国外水煤浆气化技术的兖矿鲁南化肥厂同期运行结果相比，有效气体积分数提高２—３个百分点，ＣＯ：含量降低２。３个百分点，碳转化率提高２—３个百分点，比氧耗降低７．９％，比煤耗降低２．２％。
②四喷嘴对置式气化炉喷嘴之间的协同作用好，气化炉负荷可调节范围大，负荷调节速度快，适应能力强，有利于装置大型化。
③复合床洗涤冷却热质传递效果好，液位平稳，避免了引进技术的带水带灰问题。
④分级式合成气初步净化工艺节能、高效。表现为系统压降低、分离效果好、合成气中细灰含量低（＜１ｍｇ／Ｎｍ３）。
⑤渣水处理系统采用直接换热，热回收效率高，克服了设备易结垢和堵塞的缺陷。
２００６年１月８日通过了中国石油和化学工业协会组织的专家鉴定。２００６年５月通过科技部组织的国家“８６３”课题验收。兖矿国泰化工有限公司的消耗总结报告中指出，与采用同样煤种的兖矿鲁南化肥厂Ｔｅｘａｃｏ装置制备合成气用于合成甲醇的煤耗相比，每吨甲醇的煤耗减少１００—１５０ｋｇ，这对于大化工装置来说是非常可观的成本优势。
４专利和获奖
４．１获专利情况
多喷嘴对置式气化技术是完全具有自主知识产权的技术，拥有２８项发明专利和实用新型
专利。主要专利证书如表ｌ所示。
４
氮肥技术２００８年第２９卷表１华东理工大学拥有的水煤浆气化技术领域的专利（部分）
４．２获奖情况
技术开发成功后，受到国家和社会的广泛认可，获得了多项奖励：
（１）新型水煤浆气化喷嘴研究与开发，１９９８年上海市科技进步一等奖。
（２）Ｔｅｘａｃｏ水煤浆气化装置仿真培训系统，１９９９年石油和化学工业局科技进步三等奖。
（３）新型（多喷嘴对置）水煤浆气化炉开发，２００１年科技部、财政部、计委、经贸委“九五”国家重点攻关计划优秀成果奖。
（４）整体煤气化联合循环发电（ＩＣＣＣ）关键技术，２００２年中国电力科学技术二等奖。
（５）多喷嘴对置水煤浆或煤粉气化炉及其应用，２００３年中国技术市场协会“金桥奖”。
（６）多喷嘴对置式水煤浆气化技术，２００６年中国石油和化学工业协会科技进步特等奖。
（７）大型氮肥全流程技术和成套装置技术开发与应用，２００６年中国石油和化学工业协会科技进步特等奖。
（８）多喷嘴对置式水煤浆气化技术，２００６年教育部中国高校十大科技进展。
（９）多喷嘴对置式水煤浆气化技术获２００６年”中国高校一大型企业合作创新ｌＯ大案例”。
（１０）多喷嘴对置式水煤浆气化技术，２００７年国家科技进步二等奖。
（１１）多喷嘴对置水煤浆或煤粉气化炉及其应用，２００８年中国专利优秀奖。５技术推广现状
多喷嘴对置式水煤浆气化技术已经经受了长周期工业运行考验，在工艺指标、稳定性和可靠性等各方面都表现出了先进性。因此，国内众多煤气化项目纷纷选择该技术。近两年来，在与国际技术的公开竞争中，多喷嘴气化技术屡屡获胜。目前已经签订专利实施许可合同１２项，累计气化炉台数达到３１台，日处理总煤量约４×１０４ｔ，节省专利费约４亿元，全部投产后预计实现年产值约２００亿元。表２列出了多喷嘴气化技术的国内用户情况。
表２多喷嘴气化技术的国内用户情况
第６期李伟锋等：多喷嘴对置式煤气化技术
５续表２为国际市场所接纳。目前，已经有多家美国公司
有兴趣引进该技术。在不久的将来，该技术将跨出
国门，开启向发达国家输出煤气化技术的先河。
７多喷嘴对置式粉煤气化技术进展
７．１水冷壁式中试气化炉运行结果
作为“十一五”国家“８６３”重点项目“高灰熔
点煤加压气化技术开发与工业示范”课题“高灰
熔点煤气流床气化”的重要研究内容，从２００７年
７月至今水冷壁气化炉中试装置已相继进行了近６走向国际市场３０次试验。在顺利打通工艺流程基础上，完成了多喷嘴对置式水煤浆气化技术已经引起了气化炉点火与火焰检测器性能测试、水冷壁挂渣国际气化领域的关注。２００６年和２００７年的国际与高灰熔点煤试烧、水冷壁气化炉传热规律、水气化年会都邀请华东理工大学参加，并与ＧＥ、冷壁系统安全联锁与控制、水冷壁气化炉操作运ＳｈｅＨ、Ｓｉｅｍｅｎｓ等三家跨国公司同台介绍了各自气行规律、以及气化工艺参数优化等试验，基本掌化技术及应用进展。国际著名的气化专家、握了水冷壁气化炉的设计方法、技术性能、操作｛Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）一书的作者ＣｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒＨｉｇｍａｎ，在运行特点和安全控制方法，为该技术的工程放大其最近发表于《ＭｏｄｅｍＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ）（２００７年第ｌ奠定了基础。
期Ｐ１２－１４）的综述报告“Ｔｕｒｎｉｎｇｐｒｏｍｉｓｅｉｎｔｏ水冷壁中试气化炉于２００７年１１月完成了ｒｅＭｉｑ”中对该技术给予了中肯的评价：“鉴于中国以北宿精煤为原料的７２ｈ连续运行，氧煤比煤化工的快速发展，２００６年会的一个新的亮点是０．６。０．７Ｎｍ弧ｇ，蒸汽煤比０～０．２ｋｇ／ｋｇｏ在优化的专设了中国专场……。—个真正让大家产生强烈工艺参数下，典型合成气成分如表３所示，气体兴趣的是华东理工大学洁净煤技术研究所开发成分与耐火砖衬里的中试装置运行结果基本一的多喷嘴对置式煤气化技术。最让大家惊讶的是致，但气化炉热损失较热壁炉增大，氧耗有所提该技术已经达到的工业化应用程度。一套以甲醇高。２００８年５月，以灰熔点（Ｆｒ）ｌ４２０。Ｃ的鲍店Ｚ为产品联产发电、单炉日处理ｌ１５０吨煤的气化井精煤为气化原料，考察了水冷壁气化炉的操作装置已经于去年运行。”多喷嘴水煤浆气化技术运行规律和挂渣特性。实验结果表明，在优化的操被列为与ＧＥ、Ｓｈｅｎ等同台竞争的技术，已经逐步作条件下，有效气体积分数依然可高达９０％２瞄。
表３水冷壁气化炉中试合成气成分
ｌ２３
ＣＯＨ２Ｃ０２Ｎ：有效气２．Ｏ１２４００．６５０．００４６１．６０３０．２４４．５１３．６５９１．８４２．０１０８１０．６３０．０４９６２．１７２７．１ｌ５．７６４．９６８９．２８２．０８７５０．６５０．０５４５８．９６２９．６２６．１７５．２５８８．５８
７．２粉煤加压气化技术工业示范装置实施进展目前，以水冷壁气化炉为核心设备的多喷嘴对置式粉煤加压气化技术得到了国家“８６３”重点项目“高灰熔点煤加压气化技术开发与工业示范”支持，将依托兖矿集团贵州开阳化工有限公?司在建的年产５０×１０４ｔ合成氨项目，实施适合于贵州地区高灰熔点煤的千吨级气流床粉煤加压气化技术工业化示范，总投资约２７．８亿元。该项目由兖矿集团有限公司牵头，华东理工大学主要负责关键技术的研发与工程放大，中国天辰化学工程公司主要负责工程设计。
针对示范装置用于生产合成氨工艺需求，依托已有专利技术基础，借鉴自主产权的多喷嘴对置式水煤浆气化技术工业实践经验，通过系统技术经济分析，提出了粉煤加压气化示范装置工艺流程，如图７所示。原煤除杂后送人磨煤机破碎，同时用加热的惰性气体将其干燥，制备出符合湿含量与粒度要求的煤粉存于料仓中。料仓中的粉煤经过粉煤锁斗向粉煤给料罐供料，粉煤由给料罐经过气化喷嘴，进入气化炉的过（下转第４１页）
第６期朱本启等：德士古水煤气制甲醇与焦炉气制甲醇的比较
４１
热增多，床层温度上升较快，给反应后气体移热增
加困难。同时，甲酸基合成的副产物产生了较大碳链，促进了石蜡或醚类杂质的生成，见反应式（６）。
德士古水煤气制甲醇主要通过甲酸基途径
合成甲醇，其理由如下：
（１）粗甲醇中酸度较高，粗甲醇中存在甲酸
和乙酸，如果甲醇合成反应控制不当，粗甲醇中
甲酸质量分数有可能达到０．０３％。
（２）粗甲醇中含有醚类较多，预塔不凝气体多，杂醇采出量较大。
（３）在合成塔操作条件下，具备甲酸基合成
条件。
（４）副反应产物有少量石蜡和醚类杂质生成（Ｍ—ＯＣＨ，）。
（５）反应余热多，副产蒸汽量较大。
（６）需要高空速控制甲醇合成反应。
通过两种甲醇生产过程和产品的对比，可以
验证此前存有争议的甲醇合成机理，即在高ＣＯ：
ｏＯ－??。●…●¨??●…●…‘●ｏｏ，０００…●…‘●．．?’●…‘●…●…‘●…●?－（上接第５页）程为高固气比密相输送，拟用已有
专利技术调控煤粉流量。预热后的氧气与水蒸汽一并通过喷嘴进入气化炉，在高温、高压下与煤
粉进行气化反应。
气化炉为自主创新的多喷嘴对置式结构，形
成的撞击流流动，有利于强化传递过程，提高气
化效率。采用湿法分离工艺，通过激冷、旋风分离（体积分数６％～９％）的条件下，甲醇合成反应主要是以甲酰基途径合成，此条件下对甲醇催化剂活性未产生影响，时空产率较高，但粗甲醇浓度较低，精馏能耗较高。在高ｃｏ（体积分数１５％。１６％）条件下，甲醇合成反应主要是以甲酸基途径合成，反应热较高，副产蒸汽多，粗甲醇浓度较高，能耗较低，对催化剂活性有一定影响，催化剂使用寿命较短，但是单位产出较大。
４结束语
在甲醇生产运行中，工艺指标的控制相当严格，生产单位基本是按照原始设计中的物料衡算来调整合成气体成分的。但由于工艺路线的差别和制得气体成分的限制，实际物料衡算与设计有较大偏差，因此，需要在生产过程中不断摸索优化工艺运行、提高产量的方法。山东兖矿国际焦化有限公司根据焦炉气制甲醇的生产特点，摸索出了优化焦炉气制甲醇的方法，达到了较高的技术水平。
（收稿日期：２００８—１０一２１）
与洗涤的分级净化分离方式，既可确保合成气满足后续工段的工艺要求，又大大降低了设备投资费用。
该项目已列入贵州省重点项目，２００５年８月通过贵州省发改委的核准，２００６年ｌＯ月获国家环保局批准，计划２０１０年建成投产。现己完成初步设计审查和现场“三通一平”工作，部分长线设
图７粉煤加压气化示范装置工艺流程
备已开始订货，于２００８年８月正式开工。
我们相信，随着我国现代煤化工产业的崛起与发展，随着先进煤气化技术在发电、冶金行业的应用，多喷嘴对置粉煤加压气化制备合成气这一具有明显优势的新技术必将扭转我国煤气化技术长期依赖进口的局面，为企业提供更多先进、经济的技术选择。
（收稿日期：２００８—１０—２１）