【化工科技十年大发展】010-2023中科双床20000Nm3/h循环流化床气化装置

2023年1月，由中科清能燃气技术（北京）有限公司承建的在山东省某玻璃企业3*20000Nm3/h“中科双床”循环流化床气化装置投产运行，该项目以烟煤为原料，以空气作为气化剂，煤气平均热值达到1550Kcal/Nm3，成为全球首个以空气为气化剂煤气热值超过1500Kcal/Nm3的大型循环流化床工程示范项目。据了解，该技术在富氧/纯氧条件下热值可达到2600Kcal/Nm3，即可作为工业燃料，还可用作化工原料。

“中科双床”炉技术创新

“中科双床”炉是在70余台套“中科单床”炉工业化绩基础上进行的重大技术升级，其最大创新之处是在“中科单床”气化炉回路中增加一个热解炉，给煤方式由气化炉给煤改为热解炉给煤，从而实现“热解”与“气化”过程的解耦运行，顾名思义“双床”运行。该技术通过给煤位置的切换，可实现“双床”运行模式与“单床”运行模式的自由转换。当给煤位置由热解炉给煤切换至气化炉给煤时，热解炉变为物料通道，“双床”运行模式即可切换至“单床”运行模式。据项目现场反馈的数据，在“双床”运行模式下，煤气平均热值达1550kcal/Nm3，较“单床”运行模式下的煤气平均热值提高了20%以上，节约用煤量高达到4%。该技术还可通过富氧气化的方式，进一步提高煤气的热值和有效气成分，可广泛应用于焦炉气置换、天然气替代、化工原料、工业制氢等领域的需求。

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(出处: 海川网-化海川流)

“中科双床”炉技术原理
“中科双床”炉的核心设计思想是通过热解、气化过程解耦，实现煤分级转化，工艺原理详见图2，工艺流程详见图3。通过在热解段给煤，煤中的挥发分经热解后直接进入气化还原区，避免高热值挥发分在气化炉底部与氧接触燃烧无效消耗；经过热解后的循环半焦，反应活性明显增加，在气化炉底部与气化剂发生燃烧反应和气化反应，反应气与热解气在还原区混合，进一步裂解热解气携带的少量大分子物质，增加了煤气中H2及CH4、C2H4等烃类含量。因此，煤气热值可提高10%-20%，节煤量超过3%。“中科双床”炉技术性能指标先进，节能减排效益明显，代表了未来循环流化床气化技术的发展方向，为我国煤炭清洁高效利用和绿色发展开辟了一条新路。

“中科双床”炉技术特点

“中科双床”炉六大特点：清洁、高效、安全、可靠、可大型化、低成本。

“清洁”主要体现在：煤气中不含焦油和苯酚等大分子有机物；采用干法除尘煤气中含尘量低，含尘量小于10mg/Nm3；耗水量少，无有机废水产生。

“高效”主要体现在：通过高倍率碳循环、气化与热解解耦、高温空气预热、高效余热回收、残碳再燃等关键技术，实现冷煤气效率达到75%；煤气热值较中科单床技术提高10%-20%，节煤3%以上；空气气化热值超过1500Kcal/Nm3；全系统碳转化率可达到98%以上。

“安全”、“可靠”主要体现在：装置运动部件和易损件少，维修量小，运行稳定，操作简便，装置的自动化程度高，安全连锁投用率高，人为干扰因素少，连续运转率高，年运行时间可达8000小时以上。

“成本低”主要体现在：该技术对煤种的适应性较强，褐煤、长烟煤、烟煤均可作为气化煤种，通过选择价格低廉的粉煤，通过该技术的高效清洁转化，煤气成本远低于同类技术，尤其对于正在使用天然气的用户，该技术的成本优势更加明显。

“大型化”主要体现在：气化炉型多，煤气产量从10000Nm3/h到80000Nm3/h的炉型可供客户选择，能够满足各种有规模燃气用户的需要。

新疆自治区科技厅近日公示2022年第三批自治区重点研发任务专项——厅厅联动、厅地联动拟立项项目名单。新疆新业国有资产经营(集团)有限责任公司（简称“新业集团”）申报的“中科炉气化关键技术研发”项目名列其中。此项目入选后，将被自治区优先启动，并获得500万元的财政科研经费支持。

新业集团申报的“中科炉气化关键技术研发”项目，是以中科炉为核心的低阶煤油气转化创新路线，破解当前煤制气过程投资高、综合能效低、资源转化效率低等发展瓶颈，为新疆长焰煤的油气转化清洁高效利用探索新路径。

中科炉气化创新及特点

1.在固定床气化炉中实现强化干馏与气化的耦合。固定床气固相分布内件、熔渣排放及全炉自控程序等关键技术集成。

2.中科炉气化技术的冷煤气效率大于83%，煤炭转化率大于99.8%。在粗煤气组成调控基础上实现高甲烷含量，特别适合煤制天然气和油气项目。

3.较之固定床气化，中科炉气化煤炭气化强度高，且具有显著的大型化优势。全流程废水和二氧化碳排放低。

下一步。集团公司将按照科研项目管理要求，加大投入、加快进度，推动该项目早日实现中试。

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以前做过循环流化床锅炉CFB，没想到这种工艺还能用在煤气化上。不过流化床锅炉有几大难点，
1. 为了使得固体床料形成流化状态，需要通入大量的空气，这部分过量空气，用在燃烧上没有问题，但是用在气化上，可能导致空气量过多，气化效率不高。而且通入大量空气，还要把床料都吹起来，这个能耗也是不低的。
2. 流化床的物料从返料器回到主锅炉的时候，返料器口因为温度降低，存在结焦风险，容易堵塞返料口，看这个设备的布置图，有两层返料口，这点还是风险挺大的。
3. 流化床内部因为空气带着固体物料剧烈扰动，所以炉衬磨损比一般的燃煤锅炉更厉害，炉膛内壁被磨到爆管都是有的。同理，这个工艺可能也会有类似的问题。
说这么多不是为了否认我国的技术进步，只是想从技术的角度分析可能遇到的困难，未来要一步步解决。

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在“双床”运行模式下，煤气平均热值达1550kcal/Nm3，较“单床”运行模式下的煤气平均热值提高了20%以上，节约用煤量高达到4%。该技术还可通过富氧气化的方式，进一步提高煤气的热值和有效气成分，

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