R-GAS气化技术

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2020年6月22日，由山西阳煤化工机械(集团)有限公司承担制造的，阳煤集团太原化工新材料有限公司800吨级R-GAS煤气化技术工业示范项目核心设备——世界首套R-GAS气化炉制造成功并顺利出厂，进入紧张的设备安装阶段。阳煤化机董事长李广民介绍，R-GAS气化炉采用美国燃气技术研究院(GasTechnologyInstitute，简称GTI)公司专利技术，属世界首套首台，工艺技术先进。该技术借鉴航天领域喷射器的设计经验，气化区域最高温度可达2500℃，可气化高灰熔点劣质煤等原料。其开发与应用可从根本上解决山西省乃至全国高灰熔点煤炭直接气化的难题，一旦成功推广，将有望为山西省劣质煤的绿色使用带来历史性变革。

经测算，采用该技术后山西地区的合成气生产成本可降低0.2元/标准立方米，合成氨成本约可降低420元/吨，尿素生产成本约可降低246元/吨。该项目预计将于今年8月份机械竣工，具备投料试车条件。

据介绍，该设备制作要求高，设备整体堆焊，筒体106个接管，筒体椭圆度、直缝度、精确度要求高、制作难度大等特点，阳煤化机从人员、资金、装备上全力支持，还特聘法国必维公司全程监造，确保R-GAS炉的成功制作。阳煤集团、GTI、东华科技三方签订先进煤气化技术项目框架协议和示范装置设计委托协议，开展800吨级R-GAS煤气化技术工业示范装置设计和建设，项目预算总投资为4.87亿元，在阳煤太化新材料公司破土动工。

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R-GAS气化技术解决高灰熔点煤气化难题，R-GAS煤气化技术由美国气体技术研究院（Gas Technology Institute，简称GTI）开发，气化中心温度可达2500℃以上，可完全气化中国“三高”劣质煤种，从根本上解决劣质煤炭的气化难题，该项目已列入2014年度山西省煤基重点科技攻关项目。GTI计划与山西阳泉煤业（集团）有限责任公司（简称阳煤集团）合作开发完成下一阶段的800吨/天示范工程。GTI为美国能源领域专业研究机构，总部位于美国芝加哥，在能源及煤炭清洁利用领域具有很强技术实力和影响，成功开发HyGas、 U-GAS、Ti-GAS、Blue-GAS等多个煤气化产业化技术。R-GAS新型煤气化技术借鉴航天领域对喷射器、气体流场、高温高压材料的设计经验，经过近三十年的研发，目前在美国芝加哥建有一套投煤量18吨/天的中试装置。

阳煤集团分三次共运送约300吨煤到GTI芝加哥中试装置进行试烧，所选取煤种为山西省典型高灰熔点、高硫、高灰份煤种。阳煤集团、东华工程科技公司全程参与2014年8月、2015年5月的两次短周期测试和2016年6月的长周期测试（连续运行100小时以上）。在未添加助熔剂和配煤情况下，试验效果理想，冷煤气效率、有效气含量、炉壁挂渣情况等技术指标达均达到设计值：

1.气化温度≥2500℃，压力4.0MPa；

2.碳转化率≥99%；

3.冷煤气效率≥83%；

4.合成气有效气（CO+H2）含量≥90%；

5.比氧耗：≤350Nm3/1000Nm3(CO+H2）（放大推算值）；

6.比煤耗：≤460 Kg/1000Nm3(CO+H2)（放大推算值）。

工艺简述如下：

4MPa的高压粉煤均匀输送至烧嘴，烧嘴将粉煤和氧气进行充分均匀分配，保证气化炉的流场为平推流，有效提高了气化炉的效率，气化温度可达2760℃。气化渣和粗煤气进入气化炉急冷区，经快速喷雾急冷系统冷却后，气化粗渣进入底部渣池浴系统，通过渣锁斗排出。经急冷后的粗煤气降至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、水冷壁及快速喷雾急冷系统。

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1、超密相进料系统

   R-GAS煤气化技术的超密相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，气化室内温度可达2760℃，缩短了气化反应时间，在18t/d的中试装置仅为0.1秒，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。

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3、R-GAS煤气化技术的特点

（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％的成本。

（2）煤种适应性更强：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℃。在不添加助溶剂和配煤情况下，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，另一方面保证了气化温度，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，10分钟可达到平衡。

   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，对我国煤气化工业发展起到积极推动作用。

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