R-GAS煤氣化技術淺析

鄧靖 袁秋華 姚根有 袁悅婷(陽泉煤業（集團)有限責任公司化工研究院，山西 太原 030006)

R-GAS煤氣化技術淺析

鄧靖 袁秋華 姚根有 袁悅婷(陽泉煤業（集團)有限責任公司化工研究院，山西 太原 030006)

R-GAS煤氣化技術是一種新型平推流粉煤氣化技術，本文論述了該技術發展歷程、工藝流程、關鍵設備、技術特點，并指出技術成功示范后，將對我國高灰熔點煤種的高效清潔利用具有重要意義。

高灰熔點煤；粉煤；氣化技術；R-GAS

高灰分高灰熔點劣質煤約占我國煤炭資源總儲量的50%，其反應活性低，需更高的反應溫。目前已工業化的粉煤氣化技術由于本身的局限，不能完全氣化此種煤，嚴重制約這部分地區煤化工的發展及當地劣質煤高附加值轉化。因此，開發一種先進的、適用于高灰分高灰熔點煤的氣流床煤氣化技術，充分利用我國的這一部分煤炭資源，具有巨大的經濟效益和良好的社會效益。R-GAS煤氣化技術是一種新型平推流粉煤氣化技術，該技術借鑒航天領域噴射器、氣體流場、高溫高壓材料的設計經驗，經過近30年研制開發，目前建有一套投煤量18噸/天的中試裝置，已對多種原料進行成功試驗，包括中國典型高灰分高灰熔點劣質煤、生物質、石油焦、褐煤。陽煤集團與美國燃氣技術研究院（Gas Technology Institute，以下簡稱GTI）正在進行該技術的工業放大。

1 R-GAS煤氣化技術發展歷程

R-GAS煤氣化技術最初簡稱PWR煤氣化技術，是由美國普惠洛克達因公司（以下簡稱PWR公司）開發的一種新型平推流粉煤氣化技術，該技術的開發借鑒PWR公司在航天動力系統方面的知識和技術經驗。

1975～1980年，PWR公司對粉煤與氧氣快速混合燃燒生成合成氣的過程進行概念驗證試驗。但是在80年代初的時候，由于美國能源政策的轉變，進入擱置期。

2004年，PWR公司在美國能源局資助下重新啟動研究，該技術進入快速發展期。2005，開始風險降低測試。2007年，研究煤氣化技術超密相輸送系統及分流器的測試。

2008年，PWR公司與美國能源部投資約1290萬美元在芝加哥GTI開始建造一套18噸/天的中試裝置。2009～2013年，GTI中試裝置共進行800小時測試，成功對伊利諾斯州#6煤、油砂、石油焦、艾爾伯達次煙煤、生物質進多達近50次測試，完成模型建立。

2014年，PWR公司由于發展戰略調整，出售給GTI，改名為R-GAS煤氣化技術。2014年至2016年，陽煤集團與GTI共進行290小時測試，在不添加配煤和助熔劑的情況下，成功對中國三種典型高灰、分高灰熔點煤種進行短周期、長周期試燒。2017年6月，雙方簽署R-GAS煤氣化技術聯合開發協議，共同解決工程放大的技術難題，在太原建成一套投煤量800噸/天的工業示范裝置，標志該技術進入新的發展時期。

2 R-GAS煤氣化技術工藝流程和關鍵設備介紹

R-GAS工藝的技術界區由粉煤制備開始，粉煤經低壓鎖斗進入高壓料倉，通過超密相進料系統進入分流器，分流器將4MPa的高壓粉煤均勻輸送至燒嘴，燒嘴將煤粉和氧氣進行均勻分配，保證氣化爐的流場為平推流，有效提高了氣化爐的效率，氣化溫度最高可達2760℃。氣化渣和粗煤氣進入氣化爐激冷區，經快速噴霧激冷系統冷卻后，氣化粗渣進入底部渣浴系統，通過渣鎖斗排出。經激冷后的粗煤氣降至371℃，經陶瓷過濾器除去細灰，合成氣送至下游處理工序。

氣化爐和超密相進料系統是R-GAS煤氣化技術革命性的關鍵設備，主要包括四個部分：分流器、燒嘴、水冷壁及快速噴霧激冷系統。

(1)超密相進料系統及分流器

R-GAS煤氣化技術的超密度進料系統及分流器位于高壓料斗及氣化爐噴嘴之間，固體空隙組分為55%，將高壓料斗中的高壓粉煤均勻地送到氣化爐燒嘴，保證氣化爐流場為平推流。

(2)氣化爐

R-GAS煤氣化技術借鑒火箭噴射器的燃料快速混合技術和動力系統的平推流燃燒技術。粉煤與氣化劑在爐內快速均勻混合，單向運動，不產生回流，提高了氣化效率和煤反應均一性，氣化室內最高可達2760℃，縮短了氣化反應時間，在18t/d的中試裝置僅為0.1秒，經過模型技術的工業規模裝置的反應時間為0.5秒，與目前已成功商業化的氣化技術相比，縮短90%。由于R-GAS煤氣化技術的氣化效率更高、時間更短，氣化爐的結構將更加緊湊。

為保障R-GAS氣化爐在高溫下連續穩定運行，氣化燒嘴、水冷壁采用特殊合金3D打印制造，燒嘴使用壽命2年以上，水冷壁使用壽命10年以上。

3 R-GAS煤氣化技術特點

(1)氣化爐結構緊湊：與同等規模下的成熟粉煤氣化爐相比，R-GAS氣化爐體積將減少90%，將節約裝備制造、施工用地50%成本。

(2)煤種適應性強更強：爐內物料單向平推流運動，氣化效率更高、反應溫度最高可達2760℃。在不添加助熔劑和配煤情況下，成功試燒灰熔點1500℃以上的煤種。

(3)用水量減少30%：采用干式超密相進料系統，一方面減少氣化耗水量，另一方面保證氣化反應的溫度，增加反應效率。

(4)可靠性高：R-GAS煤氣化技術中關鍵核心設備采用特殊合金3D打印，精密度更高、壽命更長。氣化爐連續運行過程中改變煤種，十分鐘可重新達到平衡。

4 結語

綜上所述，R-GAS煤氣化技術相比目前市場上成熟的技術具有一定的技術先進性，若此技術的示范成功，將解決高灰熔點礦區煤種氣化難度大，煤化工項目原料用煤不能本地化的難題，可為我國清潔、高效利用高灰熔點及低質煤提供技術支撐，對我國煤氣化工業的發展起到積極的推動作用。