Пути развития технологии газификации угля на установке Цинхуа

Thread Content

Последнее редактирование сделал пользователь Цинхуа Лу 08.08.2016 в 09:57. Пути развития технологий газификации угля от компании Цинхуа Лу. Источник: Пекинская компания «Ингдэ Цинда» по научно-техническим разработкам с ограниченной ответственностью. I. Общие сведения. В настоящее время доля угля в общем объеме первичного энергопотребления Китая составляет около 66%; общее потребление угля достигает примерно 3,7 миллиарда тонн. Энергетическая структура нашей страны характеризуется большим количеством угля, нехваткой нефти и незначительным количеством газа; в ближайшее время структура потребления энергии, в которой доминирует уголь, не претерпит значительных изменений. По мере углубления процессов индустриализации и урбанизации требования к контролю за общим объемом потребления энергии и соблюдению экологических норм становятся все более строгими. Поэтому ускорение использования угля в чистой и эффективной форме, а также разработка технологий его комплексного использования являются в настоящее время важными задачами для нашей страны. Среди множества технологий комплексного использования угля газификация является ключевой и ведущей технологией для его чистой переработки. Наша страна является крупнейшим в мире пользователем технологии газификации угля. Газификация служит основой для производства химической продукции на угольной основе, жидких топлив на угольной основе, синтетического природного газа, электроэнергии с использованием технологии IGCC, водорода, а также для процессов прямого восстановления железа. Как крупная страна-использователь угля, газификация угля является ключевой технологией для его эффективного и чистого использования в нашей стране. Это важная технология для решения проблемы загрязнения окружающей среды, вызванной сжиганием угля. Технология газификации угля также является одним из важнейших и ключевых процессов в развитии современной угольной химической промышленности. Его выбор, а также стабильная, эффективная и экономичная эксплуатация имеют решающее значение для успеха проекта. В настоящее время в нефтехимической промышленности наиболее распространенными технологиями газификации являются две основные категории: технология использования огнеупорных кирпичей с водяной суспензией угля и технология с использованием водяных радиаторов из сухого порошка. Однако у обеих этих технологий имеются свои недостатки. По сравнению с этими двумя технологиями, печь «Цинхуа» второго поколения, использующая технологию газификации с водно-угольной суспензией и водоохлаждаемыми стенками, в полной мере реализует все преимущества технологий огнеупорных кирпичей на основе водно-угольной суспензии и водоохлаждаемых стенок из сухого порошка, при этом эффективно избегая их недостатков. Она представляет собой отечественную технологию газификации с независимыми правами интеллектуальной собственности, превосходящую международный передовой уровень в этой области. С широким внедрением печи «Цинхуа» с водоохлаждаемыми стенками на основе водно-угольной суспензии в нефтехимической промышленности это будет способствовать дальнейшему развитию углехимической отрасли Китая, позволив стране занять лидирующие позиции в сфере технологий газификации. II. История развития печи Цинхуа С 2001 года Пекинский университет и компания Beijing DaliKe Technology Co., Ltd. начали предварительные исследования в области технологии газификации. В 2011 году крупнейший в стране независимый поставщик промышленных газов — группа компаний Yingde Gas Group — взяла на себя обязанности, ранее выполняемые компанией Beijing DaliKe Technology Co., Ltd. Был создан новый альянс для сотрудничества в области исследований, производства и образования, связанный с технологией использования печей типа «Цинхуа». Кроме того, была основана компания Beijing Yingde Qingda Technology Co., Ltd., которая стала единственным оператором технологии газификации с использованием печей типа «Цинхуа». Эта компания совместно с Университетом Цинхуа занимается разработкой и внедрением дополнительных технологий, связанных с использованием таких печей. Кафедра теплотехники Цинхуа-университета на протяжении долгого времени занимается исследованиями и разработками в области сгорания угля, газификации угля и использования чистого угля. Она реализовала множество важных научно-технических проектов, а также проектов, финансируемых Фондом естественных наук, программами 863 и 973. Благодаря этим усилиям были достигнуты значительные результаты, которые являются лидирующими в Китае и соответствуют международным стандартам передового уровня. При поддержке программы **863 (2002AA529050) в 2002 году были завершены исследования модели первого поколения печи Тсинхуа, эксперименты по изучению потока газа в холодном состоянии, численное моделирование, а также эксперименты по моделированию в горячем состоянии. Были решены некоторые технические проблемы, возникающие на этапе внедрения данной технологии в промышленность. Благодаря инновационному применению в процессе газификации концепции постепенного подачи воздуха, широко используемой в области сгорания, а также структурных особенностей вертикальных циклонных печей, были преодолены ключевые технологические препятствия в процессе газификации. Таким образом был нарушен монополий иностранных компаний на технологии газификации с использованием потоковых камер, что позволило создать патенты на технологии газификации, имеющие собственную интеллектуальную собственность. Был разработан полный набор экспериментальных методов для исследования и разработки технологии газификации, что позволило решить проблему критической технологии поэтапного подачи кислорода ； Были проведены теоретические и экспериментальные исследования процесса горения струи кислорода в горючих газах в условиях сильно восстановительной атмосферы; были решены ключевые технические проблемы, связанные с обратным горением при использовании струи кислорода ； Были скорректированы параметры, влияющие на динамику реакции газификации кокса и водяного пара под давлением, что позволило создать более совершенную и надежную целостную модель динамики газификационной установки ； Дополнительно расширена пригодность различных видов угля для использования в газификаторах водоугольной суспензии ； Были разработаны руководящие принципы проектирования и пакет документации для технологии газификации угля с разделением кислорода. У группы компаний Yingde Gas имеется группа высококвалифицированных инженеров и технических специалистов, обладающих богатым опытом в области проектирования химических процессов и их эксплуатации. Они долгое время занимаются разработкой химических технологий и процессов, а также их промышленной реализацией. У компании имеется значительный опыт в области проектирования и эксплуатации объектов в химической промышленности и в сфере газификации. Компания Beijing Yingde Qingda Technology Co., Ltd., созданная совместно группой компаний Yingde Gas Group и Университетом Цинхуа, получила от университета право на эксклюзивную эксплуатацию технологии газификации на основе печей Университета Цинхуа. Компания отвечает за проектирование технологических решений для использования этих печей, а также за их внедрение на практике. Она также помогает решать различные технические проблемы, возникающие на этапе индустриализации данной технологии. Крупные промышленные установки, использующие технологию газификации с использованием огнеупорных кирпичей первого поколения от компании Цинхуа (технология дифференцированной газификации без образования шлака и с образованием шлака), уже введены в эксплуатацию на предприятии Datang Hulunbuir (проекты 18/30), на предприятии Jin Cheng Tai Chemical Co., Ltd. в городе Ордос (установка по производству метанола мощностью 600 тысяч тонн в год) и на филиале компании Shanxi Yangmei Fengxi Fertilizer Group в городе Линьи. На данный момент все три установки работают стабильно. В декабре 2007 года технология первого поколения от компании Цинхуа была одобрена Китайской ассоциацией нефтегазовой и химической промышленности как достигшая международного уровня совершенства. В 2009 году эта технология была признана «Китайской ассоциацией промышленности азотных удобрений» технологией, способствующей развитию отрасли, и получила первую премию за научно-технический прогресс от Ассоциации нефтехимической промышленности в том же году. 　 Проект компании Датан Хулунбуир Фертилизерс Ко., Лтд., предусматривающий производство 180 тысяч тонн синтетического аммиака в год и 300 тысяч тонн мочевины в год, использует технологию газификации угля первого поколения от Университета Цинхуа. Планируется построить две установки для газификации угля с давлением 4,0 МПа и диаметром 2800 мм, а также соответствующие системы для приготовления угольной суспензии и обработки шлама. Проект «Датан Хулунбуир» (проект 18/30) использует местный бурый уголь из Хулунбуира в качестве сырья для газификации. По сравнению с каменным углем и антрацитом, цена бурого угля ниже; он обладает высокой реакционной способностью. Однако его теплотворная способность относительно низкая, а содержание влаги высокое — обычно 25–60%. 　　Для более эффективного использования ресурсов бурого угля в нашей стране в последние годы было проведено множество инженерных испытаний с применением различных технологий газификации – газификации в фиксированном слое, в плавающем слое и с использованием порошкообразного угля. Однако все эти технологии требуют предварительной обработки бурого угля перед его использованием. Это сопряжено с большими затратами. К тому же некоторые из этих технологий требуют большого количества чистой воды, а также приводят к образованию большого количества сточных вод, что создает серьезные экологические проблемы для проектов по переработке угля. 　 На протяжении многих лет нефтехимическая промышленность ищет такую технологию, которая позволила бы использовать бурый уголь в производстве углеродных химикатов с низкими затратами, высокой эффективностью и при минимальном воздействии на окружающую среду. Только к 2012 году успешное применение технологии газификации угля первого поколения, разработанной в Цинхуа, дало людям надежду. В июне 2012 года на предприятии «Датанг Хулунбуир Фертилизерс» впервые в мире была успешно осуществлена загрузка первого в мире оборудования для газификации бурого угля с использованием водного угольного сланца. А в январе 2013 года было успешно обеспечено совместное функционирование двух газификаторов коричневого угля в течение 240 часов. В конце 2015 года компания «Датанг Хулунбуир Фертилизерс» снова получила хорошие новости: первый в мире завод по газификации бурого угля с использованием технологии водного угольного сланца проекта 18.30 начал работу раньше запланированного срока! 　 До технологии газификации угля с использованием пылевого потока в Тсинхуа существовала технология газификации угольной суспензии. Если в качестве сырья использовался бурый уголь, то высокое содержание воды в нем затрудняло создание угольной суспензии; концентрация получаемой суспензии была невысокой — примерно 53%. Согласно традиционным представлениям того времени, угольная суспензия с концентрацией ниже 58% не могла быть использована в этой технологии. Однако на предприятии «Датан Хулунбуир Фертилизерс» установка для газификации угля, разработанная в Цинхуа, использует в качестве исходного сырья бурый уголь из города Хулунбуир; в качестве сырья также применяется бурый уголь из шахты Донмин. Концентрация угольной суспензии составляет 46–51%, при этом установка работает стабильно. С момента успешной запусковой эксплуатации в июне 2012 года установка работает стабильно, что свидетельствует о прорывных достижениях в области технологии газификации угля в Тсинхуа в контексте использования угольных суспензий низкой концентрации, представленных бурым углем. Это имеет огромное значение с точки зрения инженерного применения; такая технология открывает перспективный путь для использования в нашей стране современных, экологически чистых методов газификации для обработки сложнообрабатываемых ресурсов бурого угля. 　 Результаты применения технологии печей Tsinghua в производстве бурого угля привлекли внимание ещё большего числа компаний в этой отрасли. В июле 2013 года компания Nengyuan Huahong Co., Ltd. в Улан-Тайане, Внутренняя Монголия, начала реализацию проекта по производству 1,35 миллиона тонн синтетического аммиака в год. Для этой цели была применена технология второго поколения от Цинхуа – технология газификации с использованием водяных кожухов охлаждения для угольной суспензии. В качестве сырья использовался бурый уголь, добываемый в регионе Синаньмэн; концентрация угольной суспензии составляла 53%. Перед началом строительства компания Улан-Тайань Энерджи Кемикалс Лимитед потратила почти четыре года на технический анализ, проведя техноэкономическую оценку более десяти методов газификации как внутри страны, так и за рубежом. В итоге было решено, что печь типа «Цинхуа» является наиболее подходящей технологией для газификации бурого угля в регионе Синаньмэн. Также в 2013 году для проекта компании Xinjiang Tianye по производству 200 тысяч тонн этиленгликоля в год, а также для проекта компании Xinjiang Guotai Xinhua Mining Co., Ltd. по производству 1,4-бутандиола была выбрана технология газификации от компании Tsinghua. В качестве сырья использовался бурый уголь из Синьцзяна; концентрация угольной суспензии составляла 53%. Технология применения водно-угольной суспензии низкой концентрации сегодня стала козырем второго поколения котлов Tsinghua для завоевания рынка. В 2005 году Цинхуа-университет начал работы над разработкой второго поколения котлов модели «Цинхуа». В таких котлах используется технология водяного охлаждения стенок камеры сгорания; сама конструкция котла представляет собой мембранную систему водяного охлаждения, установленную внутри корпуса котла, способного выдерживать давление. Во время работы газификационной установки слой золы, образующийся на мембранной стенке секции газификационной реакции, может защищать водяные стенки от эрозии со стороны расплавленной золы, тем самым обеспечивая эффект «защиты одной золы от другой». 22 августа 2011 года в промышленном предприятии по производству удобрений Fengxi в провинции Шаньси впервые был успешно запущен в эксплуатацию первый в мире газификатор на основе водяного угольного слоя. С самого начала он работал стабильно, что позволило полностью реализовать цели, заложенные при его разработке и проектировании. Планировавшийся ремонт был проведен 9 января 2012 года, что позволило создать чудо в отрасли угольной химии: установка впервые начала работу и функционировала безопасно, стабильно и непрерывно в течение 140 дней. 3 сентября 2012 года Китайская федерация нефтегазовой и химической промышленности организовала в Пекине собрание экспертов для оценки научно-технических достижений в области технологии газификации угля с использованием водяных стенок котлов типа «Цинхуа». Результаты 72-часовых непрерывных тестов показали, что устройство работает стабильно, обладает высоким уровнем автоматизации, является надежным и безопасным, а его управление — качественным ； Низкие затраты на инвестиции и эксплуатацию, хорошая адаптивность к различным видам угля ； Все устройства изготовлены с использованием отечественных технологий и оборудования; уровень локализации составляет 100%. Показатели эффективности соответствуют установленным требованиям: коэффициент потребления кислорода — 404,3 Нм3/1000 Нм3 (CO+H2); коэффициент потребления угля — 605,0 кг угля/1000 Нм3 (CO+H2). Доля активных компонентов синтез-газа (CO+H2) составляет 78,46%, а степень преобразования углерода — 97,6%. Комиссия по оценке считает, что данная технология газификации обладает значительной инновационностью и независимыми правами на интеллектуальную собственность. Она сочетает в себе преимущества кирпичей, устойчивых к действию водяно-угольной смеси, а также стенок, охлаждаемых с помощью сухого порошка. Общие характеристики этой технологии выдающиеся; она приносит значительную экономическую и социальную пользу. В целом, эта технология находится на мировом уровне, и комиссия единогласно одобрила её оценку. Технология газификации в потоковой печи под высоким давлением по способу подачи сырья делится на два типа: подача угольной суспензии (моккий метод) и подача сухого порошка (сухой метод). Способ подачи влажной угольной суспензии обладает преимуществом стабильной и надежной передачи потока, что позволяет поддерживать соотношение кислорода и угля в газификационной печи в контролируемых пределах, тем самым обеспечивая стабильную работу печи. Для сухого подачи материала используется транспортировка под высоким давлением в концентрированном состоянии; поток угольной пыли является нестабильным, что может привести к нарушению соотношения кислорода и угля в газификационной печи, что в свою очередь влияет на безопасность ее работы. Кроме того, использование влажного сырья позволяет осуществлять работу при высоком давлении; существуют готовые к коммерческому использованию установки для систем газификации, работающие при давлениях 4,0 МПа, 6,5 МПа и 8,7 МПа. В настоящее время максимальное давление в газификаторах с подачей сухого порошка составляет всего 4,0 МПа. Повышение давления в системе газификации позволяет уменьшить размеры оборудования, снизить энергопотребление системы и обеспечить синтез при постоянном давлении в химической системе. По конструкции защиты газификаторы делятся на два типа: с огнеупорной кладкой и с водяным охлаждением. Благодаря использованию конструкции с водяными стенками температура работы газификационной печи может достигать 1500°C или даже выше, что **повышает способность печи к обработке различных видов угля и снижает затраты на сырье в процессе её эксплуатации. А рабочая температура газификатора с огнеупорным кирпичом не должна превышать 1400°C. Успешная разработка и ввод в эксплуатацию второго поколения котлов серии «Цинхуа» — котлов с водяным охлаждением стенок, работающих с твердым угольным слоем, полностью решили проблемы стабильности газификационных печей с водяным охлаждением стенок при использовании сухого топлива, а также проблемы с подбором типа угля для газификационных печей, использующих огнеупорные кирпичи при введении вещества в печь в водяном виде ； Была реализована газификация угля с высоким содержанием углерода, кислорода и золы, что позволило использовать местный уголь для газификации и снизить затраты на уголь, поступающий в печь ； В то же время технология газификации с использованием водяных стенок для охлаждения водно-угольной суспензии соответствует современным тенденциям в области чистого и эффективного использования угля. В 2012 году технология газификации угля с использованием водоугольной суспензии и водяного охлаждаемого экрана в печи Цинхуа была включена в «План по продвижению передовых энергосберегающих технологий газификации» Министерства промышленности и информационных технологий. В 2015 году Министерство промышленности и информатизации совместно с Министерством финансов выпустили «План действий по чистому и эффективному использованию угля в промышленности (2015–2020)». Печь Тсинхуа с водяными радиаторами для охлаждения суспензии угля была включена в список из 21 технологии, которые могут быть использованы для эффективного использования угля в промышленности. III. Принципы технологии газификации угля в печах Тсинхуа. Технология газификации угля в печах Тсинхуа предусматривает использование угля в качестве сырья, а чистого кислорода – в качестве агента для газификации. В газификационной печи происходит реакция частичного окисления при высокой температуре; в результате получается технологический газ, состоящий из CO и H2. После охлаждения в водяной бане и очистки в промывочной установке чистый технологический газ поступает на последующие этапы производства в качестве сырьевого газа. Технология газификации водно-угольной суспензии представляет собой процесс частичного окисления без использования катализатора. Кислород высокой чистоты и водно-угольная суспензия смешиваются с помощью специальных форсунок, после чего поступают в газификатор. При высоких температуре и давлении происходит частичное окисление, в результате чего образуется сырой газ, содержащий в качестве основных компонентов CO и H2. В газификаторе происходят следующие реакции между угольной суспензией и кислородом:
CmHnSr + m/2 O2 → m CO + (n/2 – r) H2 + r H2S
CmHnSr → (m/4 – r/2) CH4 + (m – n/4 + r/2) C + H2S
C + O2 → CO2 + Q
C + O2 → CO + Q
CO + O2 → CO2 + Q
C + CO2 → 2 CO – Q
C + H2O → CO + H2 – Q
CO + H2O → H2 + CO2 – Q
CO + H2O → CO2 + H2 + Q
CO + H2 → CH4 + H2O + Q
CO + H2 → CH4 + CO2 + Q
CO2 + H2 → CH4 + H2O + Q
C + H2 → CH4 + Q
H2 + O2 → H2O + Q
CH4 + O2 → CO2 + H2O + Q
В газификаторе происходят три основные реакции: окисление углерода, разложение водяного пара и восстановление диоксида углерода. Окисление углерода выделяет большое количество тепла, необходимого для поддержания температуры в газификаторе и протекания двух других эндотермических реакций. Продуктами газификации в основном являются CO+H2 и небольшое количество H2O(г), а также такие газы, как CO2, H2S, CH4, N2 и др. Потоковая камера — это реактор газификации с параллельным потоком двух фаз. Угольная суспензия равномерно смешивается с газифицирующим агентом, а затем через специальные форсунки распыляется в реакционную камеру, где мгновенно возникает горение и происходит химическая реакция; температура достигает 1300–1700°C. Кислород и водно-угольная суспензия после смешивания через форсунки поступают в газификатор, где за несколько секунд происходит газификация. Для достижения более высокого коэффициента преобразования используется частичное окисление для высвобождения энергии, что позволяет поддерживать температуру в печи для газификации выше температуры плавления угольной золы для проведения реакции. Температура реакции определяется в зависимости от требований к выбранному виду угля, а давление газификации — в соответствии с требованиями технологического процесса. Скорость газификационной реакции очень высока; время пребывания твердых веществ в печи обычно составляет всего несколько секунд. В получаемом синтез-газе содержание метана невелико — обычно менее 0,1%. Уровень преобразования углерода достигает 98%. При высокой температуре реакции не образуются конденсируемые побочные продукты, такие как смола, фенол и высшие углеводороды; поэтому загрязнение окружающей среды минимально, а объем сточных вод также невелик. Процесс газификации делится на три этапа: процесс приготовления пасты, процесс газификации и процесс обработки золы. Сырой уголь вместе с водой и небольшим количеством добавок измельчается в мельнице для получения угольной суспензии с концентрацией 58–65%. Эта суспензия под действием высоконапорного насоса поступает в камеру газификации с водяным охлаждением через специальные форсунки ； Кислород, полученный путем разделения воздуха, поступает в камеру газификации через технологические горелки. В камере газификации происходит процесс газификации угольной суспензии и кислорода. Синтез-газ и шлак, образующиеся в результате этого процесса, проходят процедуру охлаждения и очистки в камере быстрого охлаждения, расположенной в нижней части камеры газификации. Охлажденный синтез-газ поступает через трубопроводы в систему очистки ； Охлажденный шлак регулярно удаляется в шлаковый бассейн через затворный бункер и трубопровод для удаления шлака; черная вода, содержащая мелкий шлак, поступает в систему обработки шлаковых вод, после чего после очистки возвращается в систему для повторного использования. Рисунок 1 – Схема процесса изготовления пасты из угля. Рисунок 2 – Схема процесса газификации: http://ydqd.yingdegas.com/chinese/DataBase/UploadFile/20160808091722822.jpg. Рисунок 3 – Схема процесса обработки золы. IV. Технические особенности котла Tsinghua с водяными стенками для охлаждения водно-угольной пасты. 4.1 Высокий уровень безопасности: используется водно-угольная паста в качестве топлива, что обеспечивает надежную и безопасную работу котла. Это позволяет избежать проблем, связанных с нестабильностью использования порошкообразного угля, его легковоспламеняемостью, взрывоопасностью, а также износом и утечками. Водяные теплообменники оснащены зрелой в области теплотехники конструкцией из вертикально расположенных труб, что обеспечивает безопасность циркуляции воды и одновременно исключает проблемы, связанные с сложной термической деформацией. Циркуляция воды осуществляется по принципу естественной циркуляции, при этом используется принудительная циркуляция; в случае аварий возможна переход на естественную циркуляцию, что обеспечивает максимальную безопасность работы водяных теплообменников. 4.2 Высокая универсальность угля: температура газификации не ограничивается свойствами огнеупорных материалов; на практике в промышленности достигаются температуры до 1520°C (или даже выше). Скорость газификационной реакции высока, коэффициент преобразования углерода также велик. Уголь обладает высокой универсальностью: его можно использовать для газификации угля с высоким содержанием золы, высокой температурой плавления золы и высоким содержанием серы. Это способствует локализации процесса газификации угля. 4.3 Высокий коэффициент эксплуатации системы: установка работает непрерывно и стабильно. Головка горелки подвергнута специальной обработке; один непрерывный цикл ее работы составляет более 120 дней. Благодаря этому в течение года не требуется останавливать установку для замены огнеупорных кирпичей. Годовой налет часов работы может достигать 8000 часов. 4.4 Экологически чистый и эффективный процесс: температура реакции относительно высока, содержание остаточного углерода низкое; не образуются конденсируемые побочные продукты, такие как смола, фенол и высшие углеводороды. Поэтому загрязнение окружающей среды минимально, объем сточных вод также невелик, их легко собирать и обрабатывать ； В то же время цех целлюлозы может использовать различные труднообрабатываемые органические сточные воды. 4.5 Быстрый запуск системы: упрощен комбинированный процесс зажигания и нагрева, программы зажигания и загрузки сырья выполняются в комплексе. Для зажигания суспензии воды и угля используется уникальная технология «зажигания огнем», и на достижение полной мощности газификационной печи требуется всего пять часов. 4.6 Энергосбережение: высокое газификационное давление; газификационное давление не зависит от системы транспортировки сырья, что позволяет производить более рациональный выбор в соответствии с требованиями последующих технологических стадий; возможно обеспечение одинакового давления с процессом синтеза метанола, что снижает энергопотребление. Способен перерабатывать уголь с высоким содержанием золы, высокой температурой плавления золы и высоким содержанием серы. Облегчает локализацию процесса газификации угля, позволяет сэкономить на транспортных расходах и многократно повышает его стоимость ； Сокращается замена огнеупорного кирпича; ежегодная экономия на этих расходах составляет более 3 миллионов юаней ； 4.7 Экономия инвестиций: полная локализация оборудования для газификации позволяет сократить затраты на 30–50% по сравнению с другими отечественными технологиями прессованной газификации угля. 4.8 Технические детали реализованы должным образом: в технологии газификации, разработанной в Цинхуа, существует множество инноваций в плане детального проектирования. Например, используется диспергатор газа в нижней части колонны для промывки; это способствует полному смешиванию сточных вод и угольного газа, что обеспечивает эффективную промывку газа ； Конструкция распределителя в виде кольцевой канавки в флеш-баке облегчает техническое обслуживание системы флеш-испарения ； Дизайн жидкостного уплотнения для вакуумной флэш-процессорной установки предотвращает засорение резервуара для флэш-процесса; дополнительные усовершенствования позволяют системе газификации работать стабильно в течение длительного времени. V. Успешное внедрение котла Тсинхуа с водяными радиаторами охлаждения. Технология газификации угля в котлах Тсинхуа представляет собой результат междисциплинарного сотрудничества в области теплоэнергетики и химической технологии. Котлы с водяными радиаторами охлаждения обладают высокой адаптивностью к различным видам угля; это позволяет использовать местный уголь в качестве сырья, тем самым снижая его стоимость. Эта технология открывает новые возможности для чистой переработки угля, а также способствует эффективному использованию обширных запасов угля с высоким содержанием карбона, серы и золы. Исходя из предположения, что объем подачи угля в газификационный котел составляет 1000 тонн в день, снижение цены сырьевого угля на 100 юаней за тонну позволяет сократить годовые затраты на сырьевой уголь для каждого котла более чем на 30 миллионов юаней. После замены огнеупорных кирпичей на водяные стенки снижаются расходы на их ремонт. Срок службы огнеупорных кирпичей обычно составляет около 1,5 года, а стоимость замены каждого такого кирпича — примерно 2 миллиона юаней. При расчетном сроке службы водяной стенки в 10 лет, в совокупности ежегодная экономия на расходах по обслуживанию составит более 1 миллиона юаней. По сравнению с газификационными печами с водяными стенками для водяного кокса и другими газификационными печами, использующими огнеупорную керамику, такое устройство обеспечивает значительные экономические и социальные преимущества после начала его эксплуатации. Газификация является одной из важных технологий чистой переработки угля. Печь типа «Цинхуа» с водяными стенками для охлаждения слюды угольной воды обладает такими преимуществами, как широкая совместимость с различными видами угля, высокая интенсивность газификации, низкий уровень загрязнения окружающей среды, высокая эффективность и чистота процесса, а также стабильная работа. По сравнению с другими аналогичными технологиями, она имеет преимущества в виде меньших инвестиций и более высокого коэффициента использования. Это позволяет предприятиям угольной промышленности использовать новую технологию газификации, которая требует меньших инвестиций и имеет низкие операционные затраты. Это способствует повышению конкурентоспособности таких предприятий на рынке, а также способствует развитию местной экономики. Кроме того, это способствует защите экологической среды и вносит вклад в развитие местной экономики и увеличение местных доходов, что приносит значительную социальную пользу. Благодаря конструктивным преимуществам печи с водяными стенками для обработки водно-угольной смеси, можно легко модернизировать существующие газификационные печи, использующие огнеупорную керамику. Это открывает более широкие перспективы для распространения и применения печей с водяными стенками для обработки водно-угольной смеси. Технология газификации угля в печи Цинхуа представляет собой инновационный подход к экологически чистой переработке угля, позволяющий эффективно использовать обширные ресурсы угля с высоким содержанием серы, золы и влаги. Второе поколение технологии газификации угля в печи Цинхуа с водяным охлаждением уже внедрено на предприятиях «Янмэй Фэнси» в Шаньси, «Тянье» в Синьцзяне и «Цзишань» принадлежащих компании «Янмэй». Кроме того, заключены контракты с более чем десятью компаниями, включая «Индинг» в Шицзячжуане, «Индэ» в Вэйфане, «Индэ» в Карамае, «Тянье Химикалс» принадлежащую CNOOC, «Дэбан Синхуа Химикалс» в Цзянсу, «Цзинчэн Химикалс» в Шаньдуне, «Чжэнъюань Химикалс Групп» в Хэбэе, «Янцюань Коал Компани (Группа)», а также «Улантайань Энерджи Химикалс» в Аргайне. В настоящее время ведутся работы по технической модернизации стенок охлаждения печей из огнеупорных кирпичей, используемых в предприятиях Гуйчжоу Шуичэн Майнинг Груп Хсиньшэн Металлургическая Компания, Хэйлунцзян Бэйдахуанг Аграрная Компания, филиал в Хаолянхэ, а также компании Аньхой Хуайхуа Северо-Западная Энергетическая и Химическая Компания. Это откроет более широкие перспективы для распространения и применения технологии котлов Тсинхуа с водяными стенками охлаждения для водно-угольной смеси. Проект по производству 200 тысяч тонн этиленгликоля в компании «Синьцзян Тянье» строится с учетом объема производства эффективного синтез-газа (CO+H2) в размере 120 000 Нм3/ч в зоне производства. Газификатор использует технологию газификации по методу печи Цинхуа с водяным охлаждением стенок с применением водоугольной суспензии; имеются два газификатора рабочим давлением 6,5 МПа и диаметром 2800 мм без резервного оборудования. Проектная производительность одного газификатора составляет 1500 т угля в сутки. Используя местный бурый уголь из Синьцзяна, концентрация пасты при его одиночном использовании составляет 53%; путем добавления золы концентрация пасты может быть повышена до более чем 58%. Рисунок 4 – Два установки для газификации угля марки «Цинхуа» на предприятии «Синьцзян Тянье». Информация о используемом угле: производитель – Shenhua. Результаты промышленного анализа: содержание влаги – 24,4%; содержание золы – 6,56%; содержание летучих веществ – 30,99%; содержание твердого углерода – 62,45%. Результаты элементного анализа: содержание углерода – 75,71%; содержание водорода – 3,7%; содержание азота – 0,54%; содержание серы – 0,58%; содержание кислорода – 12,91%. Содержание хлора – 0,014%. Содержание мышьяка – 0,35 мг/г. Низкая теплотворная способность – 20,01 МДж/кг. Индекс измельчаемости – HGI/100. Температура плавления золы – 1250 °C. Температура размягчения – 1280 °C. Температура текучести – 1300 °C. Концентрация пасты при стандартных условиях производства – 53,04%. Видимая вязкость угольной пасты при стандартных условиях (100 секунд, 125 °C) – 954 мПа·с. Таблица 1: Показатели бурого угля, используемого в качестве сырья на предприятии «Синьцзян Тянье». В августе 2015 года первая установка для производства угольной пасты марки «Цинхуа» была успешно запущена. Уже через неделю была обеспечена работа всей последующей цепочки производства. В октябре 2015 года обе установки работали параллельно, что позволило получать более 120 000 нм³ газа в час. По состоянию на март 2016 года срок непрерывной работы газификационного котла превысил 100 дней, что позволило реализовать замысел проектирования, заключающийся в стабильной, длительной и эффективной работе устройства. Основные технические показатели: концентрация угольной суспензии: 58% (с добавлением 40% коксовых шлаков); содержание активных газов: CO+H2 ≥ 78%; удельное потребление кислорода: ≤ 420 Нм3/1000 Нм3 (CO+H2); удельное потребление угля: ≤ 620 кг/1000 Нм3 (CO+H2); степень преобразования угля в углерод: ≥ 98%; содержание горючих веществ в шлаке: ≤ 5%. На сегодняшний день печь Цинхуа с водяными стенками для охлаждения сланцевой воды успешно функционирует в промышленных условиях в течение длительного времени на предприятии Тянье в Синьцзяне. Благодаря успешной эксплуатации на предприятии «Тянье» в Синьцзяне, уровень совокупного энергопотребления печей типа «Цинхуа» при газификации коричневого угля в Синьцзяне достиг передовых отечественных показателей. VI. Перспективы развития газификации угля в печи Цинхуа
1. Модернизация устаревших производственных мощностей средних и малых азотно-удобрительных предприятий
В традиционной углехимической промышленности в основном используется технология газификации в фиксированном слое при атмосферном давлении. Ее характерными чертами являются высокое энергопотребление, большой уровень выбросов, высокая степень загрязнения окружающей среды и низкая эффективность – то есть так называемые «три высоких показателя и один низкий». Под давлением множества факторов, характеризующихся высокими ценами, высокими затратами, высокой стоимостью энергии и низкой прибыльностью, необходима реструктуризация традиционной угольной химической промышленности и её модернизация. В настоящее время более 500 предприятий в стране, занимающихся производством газа с использованием фиксированных каталитических носителей, сталкиваются с необходимостью модернизации своего оборудования. Однако газификаторы с пневматическим транспортированием порошкообразного угля из-за высоких капитальных затрат труднодоступны для малых и средних азотно-удобрительных предприятий, которые и так испытывают серьезные трудности в своей деятельности. Поэтому технология газификации с использованием водоугольной суспензии и водоохлаждаемой стенки, характеризующаяся низкими инвестиционными затратами, станет предпочтительным выбором для многих малых и средних азотно-удобрительных предприятий и производителей газа. По сравнению с процессом газификации на неподвижном слое, за счет изменения типа исходного угля и снижения расхода сырья себестоимость производства одной тонны аммиака может быть снижена более чем на 500 юаней. Для предприятия, выпускающего 200 тысяч тонн синтетического аммиака в год, это позволяет сэкономить 100 миллионов юаней ежегодно. Применение газификации в печи Цинхуа с водоугольной суспензией и водяным охлаждением стенок обеспечивает не только безопасность и экологичность, а также длительный срок службы, но и **снижает** капитальные и эксплуатационные затраты. Это значительно повысит производственную эффективность предприятий, способствует защите экологической среды, вносит вклад в развитие местной экономики и увеличение местных финансовых доходов, обеспечивая хорошие социальные и экономические результаты. 2. Технология полной газификации угля в современной угольной химической промышленности. Проекты в этой отрасли обычно характеризуются большим потреблением угля, значительным расходом воды, а также большим количеством сточных вод, отходящих газов и твердых отходов. Среди «трех видов отходов», образующихся при углехимическом производстве, много вредных компонентов, и их утилизация представляет большую сложность. Например, в случае производства природного газа из угля, помимо газификации водно-угольной суспензии, при использовании методов газификации в неподвижном и псевдоожиженном слоях обработка сточных вод представляет собой серьезную проблему; этот вопрос даже был включен в научно-технический проект **«863»**. Несмотря на наличие в настоящее время множества технологий обработки сточных вод от угольной химической промышленности, их эффективность, как правило, является нестабильной, не говоря уже о достижении «нулевых выбросов». Из-за сложности решения проблемы обработки сточных вод запуск или ввод в эксплуатацию многих отечественных проектов по углехимии неоднократно откладывались. 　　В настоящее время при использовании в Китае газификационных технологий, кроме газификации водно-угольной суспензии, таких как газификаторы Lurgi, BGL, «Космический», GSP, SHELL и Ener-G, для процесса газификации необходимо добавлять пар. Для получения этого пара требуется вода, прошедшая обессоливание; из исходной воды после обработки получают питательную воду для котлов. Коэффициент использования воды при этом составляет менее 80%. В засушливых регионах Внутренней Монголии и Синьцзяна, где вода имеет высокое содержание солей, этот показатель еще ниже. На фоне все более строгих экологических требований и усиливающейся нехватки водных ресурсов, обработка сточных вод и экономия воды, скорее всего, станут одними из ключевых факторов, определяющих успех или неудачу проекта по производству угольной химии. 　　Что касается технологии газификации сухого порошка, то на этапе подготовки угольного порошка используется топливный газ или другие средства для удаления избыточной влаги из угля; обычно требуется довести уровень влажности до примерно 2%. Эта вода особенно ценна для таких регионов, испытывающих нехватку водных ресурсов, как Внутренняя Монголия и Синьцзян, однако до сих пор не существует способа её повторного использования. Для поддержания сухости трубопроводов для транспортировки угольной пыли необходимо использовать паровое отопление; часть конденсата не может быть восстановлена, что приводит к потерям. 　 При газификации по технологии «Цинхуа» большая часть воды добавляется в виде угольной суспензии; при этом нет особых требований к содержанию влаги в угле, а требования к качеству добавляемой воды также невысоки. В качестве воды для приготовления суспензии обычно используются труднообрабатываемые органические сточные воды, что способствует охране окружающей среды. Газификация сухого порошка заключается в удалении из угля лишней влаги, после чего поэтапно добавляется необходимое количество воды. Вода, требуемая для газификатора, должна подаваться в виде перегретого пара под высоким давлением; вода, необходимая для стадии конверсии, должна подаваться в виде перегретого пара или котловой воды. Следовательно, по сравнению с газификацией в печи Цинхуа, при газификации сухим порошком требуется более высокое качество воды и больший её объем по сравнению с газификацией с угольной водной суспензией. Что касается сейчас популярных проектов по производству природного газа из угля, то считается, что в печах типа Ручи содержится 8–12% метана, поэтому производство природного газа из угля является экономически целесообразным. Однако печи типа Ручи могут использовать только уголь размером от 8 мм до 50 мм; большое количество угля мелкого размера остается непригодным для использования в процессе добычи. Кроме того, эти печи вырабатывают большое количество сточных вод, содержащих фенолы, которые трудно обработать. Газификационный котел на водно-угольной суспензии использует полузакрытый способ подачи угля, влажное измельчение угля и газификацию в потоке газа; весь процесс сопровождается минимальным уровнем загрязнения. Ни для газификации, ни для преобразования не требуется пар. Для измельчения угля можно использовать сточные воды, содержащие спирты; к тому же объем образующихся сточных вод невелик. В сточных водах присутствует лишь один основной загрязнитель; значение COD в этих водах составляет всего 200–760 мг/л, что облегчает их биологическую обработку. С использованием технологии газификации в печи Цинхуа с водяными стенками для охлаждения водяного слоя, во-первых, можно использовать угольный порошок, получаемый в процессе добычи угля ； Во-вторых, можно утилизировать труднообрабатываемые сточные воды, образующиеся в печах типа Ручи ； В-третьих, это позволяет сократить часть инвестиций, необходимых для обработки сточных вод ； В-четвертых, это позволяет сократить часть расходов на эксплуатацию устройств для обработки сточных вод. 　　Поэтому в отношении конкретных проектов по производству природного газа из угля эксперты рекомендуют сначала определить баланс между кусковым углем и углем в порошкообразном состоянии, исходя из степени комковатости сырьевого угля и объема используемого угля в порошке. Если после этого все еще остается излишек угля в порошке, и нет других способов его использования, то для установок газификации следует рассмотреть использование технологии газификации с фиксированным слоем в качестве основной, с дополнительным применением технологии газификации по методу Тсинхуа. Кроме того, необходимо обеспечить баланс количества чистой воды и сточных вод для их циклического использования. 　 VII. Заключение. Конкуренция в современном мире по сути сводится к борьбе за энергоресурсы. Практика – лучший учитель: в Китае насчитывается более 1000 установок различных типов, что позволяет накопить большой опыт и извлечь уроки. Газификация угля является ключевой технологией для его чистой переработки. Выбор подходящей технологии, а также её стабильная, эффективная и экономичная работа имеют решающее значение для успеха проекта. Успешная реализация технологии газификации с использованием водяных стенок для охлаждения водяного слоя при производстве водно-угольной смеси открыла инновационный путь к более чистой эксплуатации обширных запасов угля с высоким содержанием углерода, серы и водорода. Это значительно укрепило позиции Китая в мире в области газификации угля, а также обеспечило надежную техническую поддержку для эффективного и экологичного использования самого угля.