R-GAS煤气化技术浅析
2017年11
月
R-GAS 煤气化技术浅析
邓靖袁秋华姚根有袁悦婷(阳泉煤业（集团)有限责任公司化工研究院，山西太原030006)
摘要:R-GAS 煤气化技术是一种新型平推流粉煤气化技
术，本文论述了该技术发展历程、工艺流程、关键设备、技术特点，并指出技术成功示范后，将对我国高灰熔点煤种的高效清洁利用具有重要意义。
关键词：高灰熔点煤；粉煤；气化技术；R-GAS
高灰分高灰熔点劣质煤约占我国煤炭资源总储量的50%，其反应活性低，需更高的反应温。目前已工业化的粉煤气化技术由于本身的局限，不能完全气化此种煤，严重制约这部分地区煤化工的发展及当地劣质煤高附加值转化。因此，开发一种先进的、适用于高灰分高灰熔点煤的气流床煤气化技术，充分利用我国的这一部分煤炭资源，具有巨大的经济效益和良好的社会效益。R-GAS 煤气化技术是一种新型平推流粉煤气化技术，该技术借鉴航天领域喷射器、气体流场、高温高压材料的设计经验，经过近30年研制开发，目前建有一套投煤量18吨/天的中试装置，已对多种原料进行成功试验，包括中国典型高灰分高灰熔点劣质煤、生物质、石油焦、褐煤。阳煤集团与美国燃气技术研究院（Gas Technology Institute ，以下简称GTI ）正在进行该技术的工业放大。
1R-GAS 煤气化技术发展历程
R-GAS 煤气化技术最初简称PWR 煤气化技术，是由美国普惠洛克达因公司（以下简称PWR 公司）开发的一种新型平推流粉煤气化技术，该技术的开发借鉴PWR 公司在航天动力系统方面的知识和技术经验。
1975~1980年，PWR 公司对粉煤与氧气快速混合燃烧生成合成气的过程进行概念验证试验。但是在80年代初的时候，由于美国能源政策的转变，进入搁置期。
2004年，PWR 公司在美国能源局资助下重新启动研究，该技术进入快速发展期。2005，开始风险降低测试。2007年，研究煤气化技术超密相输送系统及分流器的测试。
2008年，PWR 公司与美国能源部投资约1290万美元在芝加哥GTI 开始建造一套18吨/天的中试装置。2009~2013年，GTI 中试装置共进行800小时测试，成功对伊利诺斯州#6煤、油砂、石油焦、艾尔伯达次烟煤、生物质进多达近50次测试，完成模型建立。
2014年，PWR 公司由于发展战略调整，出售给GTI ，改名为R-GAS 煤气化技术。2014年至2016年，阳煤集团与GTI 共进行290小时测试，在不添加配煤和助熔剂的情况下，成功对中国三种典型高灰、分高灰熔点煤种进行短周期、长周期试烧。2017年6月，双方签署R-GAS 煤气化技术联合开发协议，共同解决工程放大的技术难题，在太原建成一套投煤量800吨/天的工业示范装置，标志该技术进入新的发展时期。
2R-GAS 煤气化技术工艺流程和关键设备介绍
R-GAS 工艺的技术界区由粉煤制备开始，粉煤经低压锁斗进入高压料仓，通过超密相进料系统进入分流器，分流器将
4MPa 的高压粉煤均匀输送至烧嘴，烧嘴将煤粉和氧气进行均匀分配，保证气化炉的流场为平推流，有效提高了气化炉的效率，气化温度最高可达2760℃。气化渣和粗煤气进入气化炉激冷区，经快速喷雾激冷系统冷却后，气化粗渣进入底部渣浴系统，通过渣锁斗排出。经激冷后的粗煤气降至371℃，经陶瓷过滤器除去细灰，合成气送至下游处理工序。
气化炉和超密相进料系统是R-GAS 煤气化技术革命性的关键设备，主要包括四个部分：分流器、烧嘴、水冷壁及快速喷雾激冷系统。
(1)超密相进料系统及分流器
R-GAS 煤气化技术的超密度进料系统及分流器位于高压料斗及气化炉喷嘴之间，固体空隙组分为55%，将高压料斗中的高压粉煤均匀地送到气化炉烧嘴，保证气化炉流场为平推流。
(2)气化炉
R-GAS 煤气化技术借鉴火箭喷射器的燃料快速混合技术和动力系统的平推流燃烧技术。粉煤与气化剂在炉内快速均匀混合，单向运动，不产生回流，提高了气化效率和煤反应均一性，气化室内最高可达2760℃，缩短了气化反应时间，在18t/d 的中试装置仅为0.1秒，经过模型技术的工业规模装置的反应时间为0.5秒，与目前已成功商业化的气化技术相比，缩短90%。由于R-GAS 煤气化技术的气化效率更高、时间更短，气化炉的结构将更加紧凑。
为保障R-GAS 气化炉在高温下连续稳定运行，气化烧嘴、水冷壁采用特殊合金3D 打印制造，烧嘴使用寿命2年以上，水冷壁使用寿命10年以上。
3R-GAS 煤气化技术特点
(1)气化炉结构紧凑：与同等规模下的成熟粉煤气化炉相
比，R-GAS 气化炉体积将减少90%，将节约装备制造、施工用地50%成本。
(2)煤种适应性强更强：炉内物料单向平推流运动，气化效率更高、反应温度最高可达2760℃。在不添加助熔剂和配煤情况下，成功试烧灰熔点1500℃以上的煤种。
(3)用水量减少30%：采用干式超密相进料系统，一方面减少气化耗水量，另一方面保证气化反应的温度，增加反应效率。
(4)可靠性高：R-GAS 煤气化技术中关键核心设备采用特殊合金3D 打印，精密度更高、寿命更长。气化炉连续运行过程中改变煤种，十分钟可重新达到平衡。
4结语
综上所述，R-GAS 煤气化技术相比目前市场上成熟的技术具有一定的技术先进性，若此技术的示范成功，将解决高灰熔点矿区煤种气化难度大，煤化工项目原料用煤不能本地化的难题，可为我国清洁、高效利用高灰熔点及低质煤提供技术支撑，对我国煤气化工业的发展起到积极的推动作用。
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