對德士古水煤漿加壓化工藝的認(rèn)識

1、對德士古水煤漿加壓化工藝的認(rèn)識王會民（陜西渭河煤化工集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西渭南，714000） 2002-10-16陜西渭河煤化工集團(tuán)有限責(zé)任公司 （簡稱謂化）氣化裝置采用美國德士古公司6.5MPa水煤漿加壓氣化技術(shù)，該裝置在渭化首次投料以來，經(jīng)過工程技術(shù)人員的不斷摸索和技術(shù)改造，得以安全、穩(wěn)定、高負(fù)荷運行。德士古水煤漿氣化裝置主要包括煤漿制備、煤漿儲存與輸送、水煤漿氣化以及灰水處理4個工序，其核心和關(guān)鍵設(shè)備是氣化爐。德士古水煤漿氣化過程是水煤漿與限量控制的氧氣進(jìn)行反應(yīng)，是一種非催化的部分氧化反應(yīng)。氣化過程涉及高溫、高壓、非均相、湍流條件 下的物理和化學(xué)過程的相互作用，也包括大量高度關(guān)聯(lián)的各種

2、反應(yīng)（部分氧化反應(yīng)、分解揮發(fā)反應(yīng)、蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)、水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)等）。目前，人們對氣化爐燃燒室的研究越來越深入，但迄今為止，在工業(yè)應(yīng)用方面還沒有一個突破性的進(jìn)展，工業(yè)生產(chǎn)上仍然不得不把氣化爐（特別是燃燒室）作為一個“黑箱”來對待。因此，工業(yè)生產(chǎn)過程中的氧碳比、岀口工藝氣的水氣比、物料在氣化爐內(nèi)的停留時間、急冷室的調(diào) 節(jié)和控制以及灰水系統(tǒng) pH值的控制就顯得尤為重要。1 碳黑洗滌塔岀口工藝氣的水氣比碳黑洗滌塔岀口工藝氣水氣比的大小對后續(xù)變換工段的運行有很大的影響。提高水氣比，有利于提高平衡變換率和防止積炭、降低甲烷化等副反應(yīng)。但水氣比過高，會降低濕氣中CO濃度，相對縮短接觸時間，從而降低了CO變換

3、率。特別是在變換催化劑使用后期，隨著催化劑活性的降低，就需要逐步提高床層的入口溫度來維持一定的變換率。此時過高的水氣比會使床層溫度偏低，造成操作困難或者不 得不降低系統(tǒng)負(fù)荷。另外，過高的水氣比還會導(dǎo)致變換工段冷凝液偏大，造成冷凝液平衡困難或者工程投資加大。因此，水氣比的高低在 工程上具有重要意義，必須全面考慮，并進(jìn)行詳細(xì)計算。渭化240C，5.97MPa（碳黑洗滌塔出口工藝氣參數(shù)）運行工況下的水氣比計算：查熱力學(xué)性質(zhì)表可以得到 240C對應(yīng)的水蒸汽平衡壓力為戶Pe=3.4138MPst則對比壓力：p r = Pe/Pc= 3.4138 / 21.76 = 0.157式中：Pe H2O的平衡壓力

4、，MPaPc H2O的臨界壓力，MPa 對比溫度：T r=T/=（240+273） /647.3=0.793式中：Tc H2O的臨界溫度，Ko根據(jù)荷根（hougen）和華德生（watson）的普遍化壓縮因子圖，由Pr和Tr查表可以得到，在操作條件下水蒸汽的壓縮因子：Z=0.89。碳黑洗滌塔岀口水氣比為：Pe/ Z/ （P - Pe）=1.50式中：P碳黑洗滌碳的操作壓力，MPa根據(jù)上述計算可以看出，渭化廠運行中水氣比較大，高于設(shè)計值1.44，也大于同類型的德士古水煤漿氣化廠（魯南化肥廠、安徽淮化集團(tuán)水氣比分別為1.361.40、1.041.10）。同時，碳黑洗滌塔出口又有少量的液沫夾帶現(xiàn)象，更

5、進(jìn)一步提高了碳黑洗滌塔出口的水氣比。眾所周知，水氣比的大小取決于操作壓力和其對應(yīng)的溫度。操作壓力取決于設(shè)計條件、系統(tǒng)能耗以及阻力大小，但在實際操作中壓 力調(diào)節(jié)的富裕量很小。碳黑洗滌塔岀口工藝氣的溫度和氣?；乃畾馄胶饷芮邢嚓P(guān)，由于只能通過調(diào)整水量的平衡來對碳黑洗滌塔的岀口 溫度進(jìn)行微調(diào)，所以，溫度的調(diào)節(jié)手段也十分有限。鑒于此，渭化于1998年對碳黑洗滌塔內(nèi)部進(jìn)行局部改造，并在岀口增設(shè)氣液分離罐，基本遏制了工藝氣進(jìn)入后續(xù)工段產(chǎn)生的液沫夾帶現(xiàn)象。并采取如下調(diào)節(jié)方式來進(jìn)一步降低碳黑洗滌塔岀口工藝氣的水氣比：通過增加碳黑洗滌塔底部排放量（相應(yīng)地，為了維持碳洗塔的液位，就需要提高碳洗塔的進(jìn)液量），強(qiáng)化傳

6、熱，帶岀熱量；對灰水處理工段進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，降低進(jìn)入碳黑洗滌塔灰水的溫度；增大塔盤洗滌水（蒸汽冷凝液）的流量?？傊?，碳黑洗滌塔岀口水氣比的高低對裝置運行有較大影響，特別是對于延長變換催化劑的使用壽命有一定的現(xiàn)實意義。渭化廠由于最初設(shè)計條件的限制（高壓、高溫），對于大幅度調(diào)節(jié)工藝氣的水氣比有較大的局限性。因此，對于今后其它企業(yè)的技術(shù)改造和設(shè)計來說， 在工藝包和工程計算中應(yīng)該有一個較大的調(diào)整范圍以不斷適應(yīng)工程的需求。2 氣化爐急冷室急冷室主要有急冷環(huán)、下降管和上升管組成。激冷水經(jīng)過激冷環(huán)分配室的小孔噴射進(jìn)入激冷室，沿下降管內(nèi)表面流下，與煤氣并流接觸，完成降溫、增濕、除灰等過程。一方面，高溫的煤氣和灰

7、分通過輻射和對流將熱量傳遞給水膜，使水膜內(nèi)的水部分汽化，并進(jìn)入煤 氣主流，煤氣溫度急劇降低并增濕；另一方面，激冷水水膜中的水不斷蒸發(fā)，但水膜仍然因激冷水的持續(xù)補(bǔ)充而存在且均勻分布在下降管 的內(nèi)表面，保護(hù)下降管免受高溫帶來的變形。下降管內(nèi)存在氣、液、固三相流，同時也存在傳熱、傳質(zhì)和流動等現(xiàn)象，從而使問題復(fù)雜化。2.1 下降管的中心溫度根據(jù)多維模擬的研究結(jié)果，渭化下降管的中心溫度變化如圖1。卅 一亠 *- 亠ft J/ni田1下障管中心溫度沿管炊的變化與目前渭化的運行工況基本吻合。在下降管1.5m以上的空間，因為溫度下降速度快，下降管承受的溫度梯度變化大，故容易產(chǎn)生鼓包、變形和損壞等異?，F(xiàn)象。2.

8、2 激冷室液位激冷室內(nèi)下降管、上升管環(huán)隙和激冷室液位可視為3個相通的連通管。當(dāng)無氣體在氣化爐流動時三管內(nèi)液位相等，有氣體流動時，下降管岀口處的氣體加速度能擾動黑水形成上升管內(nèi)的多相流。根據(jù)資料，通過齒形孔（下降管底部）的氣體流動能加上激冷室內(nèi)循環(huán)黑水的流動能量與上升管岀口兩相流體流動的能量相平衡，即：液體（位能+壓力能）+氣體（壓力能+加速度能）=兩相流（位能+壓力能+ 加速度能+上升管及擴(kuò)大阻力）。相關(guān)資料的研究表明，渭化激冷室在高液位（2.76m）運行時，激冷室內(nèi)部黑水循環(huán)量相當(dāng)大，高達(dá)3100朋/h;在低液位時黑水循環(huán)量為2050ml/h，這表明下降管下部齒孔面積加大后形成二相流的加速度

9、能下降，從而降低了黑水循環(huán)量，減少了氣體的液體夾帶量，有利于 氣化爐的正常操作。正常運行過程中，氣化爐激冷室的液位控制過高時，會造成激冷室內(nèi)部黑水循環(huán)量的急劇增大，產(chǎn)生工藝氣嚴(yán)重帶灰、帶水的現(xiàn)象,繼而對后續(xù)工段產(chǎn)生嚴(yán)重影響；激冷室液位控制偏低時，會造成岀口工藝氣激冷飽和不充分，工藝氣溫度偏高等問題。在渭化試車期間， 如液位控制在70%左右時（設(shè)計操作液位），會產(chǎn)生嚴(yán)重的帶水現(xiàn)象，帶水量一般達(dá)到激冷室正常補(bǔ)水量的15%35%，甚至更大。氣化爐激冷室最佳液位控制量在計算、分析上是一個十分復(fù)雜的過程，它與氣化爐的運行工況密切相關(guān)。涉及因素也很多，包括煤（體積種、煤中的灰分含量、運行過程中氧碳原子比以

10、及激冷室的設(shè)計結(jié)構(gòu)尺寸等因素。經(jīng)過渭化幾年來的運行，證明激冷室容積適當(dāng)增大 和高度等）對優(yōu)化激冷室液位控制，提高操作彈性，大幅度減少工藝氣帶灰、帶水現(xiàn)象有一定的好處。3 氣化爐燃燒工況3.1 氧碳化理論上，氣化過程的氧碳原子比趨近于1.0，碳轉(zhuǎn)化率隨著氧碳比的增加而增加，以漸近線的方式接近于100% ;在一定煤漿濃度條件下，氧碳比越高，氣化溫度就越高，CQ就升高，工藝氣中的有效氣體成分（甩+CO）就降低，CH4含量會降低。反之，氧碳比越低，氣化溫度就越低，CQ含，量就會降低，工藝氣中的有效氣體成分就會升高，但CH含量就會升高，碳的轉(zhuǎn)化率就會降低。過低的氣化溫度還有可能造成氣化排渣困難，影響氣化

11、爐正常運行。氧碳化的影響見圖25。審-Miez圖2碳轉(zhuǎn)化率與矍饕比示意關(guān)聯(lián)圖圖J氣化爐溫度與示童關(guān)聯(lián)圖i!*!Matt圖坊工藝氓中CQ含議與戦窩比禾意黃聯(lián)陽r* 400libsIl I IH舊血)sn(wr陽5 化滬*P陀漁度力緲竝誇機(jī)曲勢圖（混度為示愈值渭化氣化爐氧氣消耗量 17.75km3/h，單臺氣化爐煤漿消耗量 36.75 X 10開/h，煤漿濃度60.5 %，煤漿密度1.21g /L,氣化爐工 藝氣流量（干基）53.7 X10 3m/h。運行工況下氧碳比的計算： 進(jìn)入氣化爐氧原子摩爾流量（氧氣純度按0.998計）為1.581 xi06moL/ h。 參加氣化爐反應(yīng)碳原子摩爾流量（煤中

12、碳元素含量為68.94 %，煤漿中所加添加劑和助熔劑的影響因量較小，未考慮 ）為1.546 X10 6mol/h。 入氣化爐的氧碳原子比為1.02。工業(yè)生產(chǎn)中，對氣化爐運行的氧碳比應(yīng)綜合考慮，不能單純?yōu)榱俗非蟾叩挠行怏w含量而降低氧煤比，也不能因提高氧碳比而忽視 有效氣體含量和爐膛溫度。氧碳比的選擇既要考慮有效氣體成分的含量，還要保證氣化爐/頃利排渣以及氣化爐運行工況的需求。適宜的 氧碳比在運行中可以通過 CH含量、氣化排放粗渣中的殘?zhí)己?、粗渣中的C“Q含量以及所排粗渣的形狀來判斷氣化爐爐膛溫度。所排粗渣的形狀應(yīng)以外觀光滑、圓顆粒狀占30%50%適中。如果排放的粗渣中發(fā)現(xiàn)拉絲形狀，表明爐膛溫

13、度可能偏高；如果出現(xiàn)粗渣顏色發(fā)黑，細(xì)渣含量很高，可能爐膛溫度偏低。另外，氣化爐爐膛溫度是一個很重要的運行參數(shù)，但目前測量溫度基本上還是采用傳統(tǒng)的直接熱電偶 測量法，而在測量過程中，因熱電偶插入爐膛的尺寸有變化，同時在運行過程中氧煤比不可能恒定不變，因此熱電偶測量端點不可避免受 到灰渣覆蓋的影響，這對于溫度的準(zhǔn)確性有著較大的影響。渭化通過幾年來運行的經(jīng)驗總結(jié)，氧煤比略高于1.0（具體值應(yīng)根據(jù)實際總結(jié)），對于氣化裝置的長周期運行也是較為合理的，氣化爐耐火磚的使用壽命也不會受到影響（渭化耐火磚的壽命大于同類型的生產(chǎn)廠家）。因此，氣化實際運行過程中合理的氧煤比取決于煤種、排渣形狀、甲烷含量、粗渣中Cr

14、2O含量以及工藝氣成分等綜合因素，對于特定的氣化裝置需要通過不斷摸索來確定氧煤比。3.2 氣化爐燃燒室氣化爐燃燒室的反應(yīng)很復(fù)雜，影響因素也很多，除煤種、氧煤比、煤漿濃度等主要因素外，還包括燒嘴壓差、渣口壓差以及燒嘴的霧化程度等。一般將氣化爐燃燒室劃分為3個區(qū)域，即射流區(qū)域、管流區(qū)域和回流區(qū)域。射流區(qū)域內(nèi)的介質(zhì)有水煤漿和來自回流區(qū)的高溫?zé)煔獍l(fā)生發(fā)應(yīng)；管流區(qū)的介質(zhì)為來自氧氣消耗完之前的燃燒產(chǎn)物以及甲烷、殘?zhí)?、水蒸汽等，主要進(jìn)行碳的非均相氣化反應(yīng)、甲烷水蒸汽 轉(zhuǎn)化反應(yīng)、逆變換反應(yīng)等；回流區(qū)中的介質(zhì)為在射流卷吸作用下來自射流區(qū)的燃燒產(chǎn)物、殘?zhí)肌⑺羝冗M(jìn)行反應(yīng)。渭化燒嘴壓差一般為 1.0MPa以下，渣

15、口壓差一般控制在0.1MPa以下，運行工況較為穩(wěn)定。渭化氣化裝置運行部分?jǐn)?shù)據(jù)如表1，2。 1原煤分析RtS!%蛤水內(nèi)水來莎捋笈分固犠CHON S ftfll/MI兒12花弭林4的1血恪6創(chuàng)0曜.羚2 Biiii洗滌塔出口工莒氣塑咸出度壓力出口工藝*熾成廐 七 MJ* 一云） 円 盡 艮耳 昭馬+打M0 二盯 45刃早西34.00 些0 冬曲衛(wèi)抽1）參加氣化反應(yīng)的水量（氣化水的分解率）在煤氣化反應(yīng)的高溫條件下，煤與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，生成CO和氫氣。同時，煤漿中的部分水和部分煤完全燃燒生成的水，與co反應(yīng)，生成氫氣和 CO此間，有吸熱反應(yīng)，也有放熱反應(yīng)。因此，水既是反應(yīng)物，又是溫度緩和劑。渭化氣化過

16、程反應(yīng)所消耗的水量：由碳 黑洗滌塔岀口工藝氣體積流量以及氣體組成，可以計算得到氣化爐燃燒室岀口工藝氣（干基）的質(zhì)量流量（溶解氣體因量小而忽略）為5.386 X10 7g/h ；由參加氣化反應(yīng)的氧氣體積流量可以得到其質(zhì)量流量為2.536 X107g/h;由煤漿濃度和其流量可以計算出進(jìn)入氣化爐燃燒室參加反應(yīng)的總水量為 2.690 X10 7g/h ;由煤漿流量、碳元素含量可以計出參加氣化反應(yīng)煤的有效量為2.327 X107g/h（其中碳的轉(zhuǎn)化率按98%計，助熔劑和添加劑按2.0 %的加入量計）：根據(jù)物料平衡參加氣化直接反應(yīng)所消耗的水量為0.523 X10 7g/h，氣化反應(yīng)消耗的水量（或水的分解率

17、）占進(jìn)氣化爐總水量的百分比為重9.44 %。氣化爐急冷室出口的工藝氣在高溫條件下被水所飽和，其濕基流量約為134.25 X103m1/ h（水氣比按1.5計），因此根據(jù)上述計算，出氣化爐燃燒室工藝氣（濕基）流量有134.25 -80.67=53.68 X10 3ni/h（43.06t / h）的水在急冷室被氣化后隨同工藝氣進(jìn)入下游工序。在氣化爐急冷室內(nèi)，蒸發(fā)和冷凝現(xiàn)象同時存在著一種動態(tài)平衡。通過急冷室內(nèi)的大量水被汽化的現(xiàn)象進(jìn)一步說明了急冷室內(nèi)部黑水循環(huán)量很大， 繼而說明了氣化爐急冷室工況的復(fù)雜性。2）氣化爐燃燒室物料停留時間根據(jù)進(jìn)入氣化的總水量和水的分解率可以計算得到出氣化爐燃燒室工藝氣的體積

18、流量（濕基）為80.67 X10 3用/ ho又根據(jù)氣體狀態(tài)方程 PV/T=PV/T得到燃燒室物料的體積流量 V=7.424X10 3m/ho式中：P。、V。、T。分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體的壓力、 體積和溫度。氣化爐爐堂溫度按132C，壓力按6.34MPa計。又知氣化爐燃燒室的有效體積為重2.7m，故滿負(fù)荷下物料在氣化爐燃燒室的停留時間為6.15s。物料在燃燒室的停留時間同系統(tǒng)負(fù)荷、燃燒室體積等因素相關(guān)聯(lián)，停留時間也影響氣化反應(yīng)進(jìn)行的深度。停留時間較長，一些副反應(yīng)的產(chǎn)物可能會增加，碳的轉(zhuǎn)化率會進(jìn)一步提高。氣化燃燒室進(jìn)行的反應(yīng)很復(fù)雜，氣化反應(yīng)的速率也很快，渭化氣化爐燃燒室物料停留時 間也較長，應(yīng)該可

19、以進(jìn)一步縮短。同時，副反應(yīng)產(chǎn)物的含量甚微，對工業(yè)生產(chǎn)不足以造成影響，這也預(yù)示著僅燃燒室（當(dāng)然還存在燒嘴等諸多因素）而言有進(jìn)一步提高負(fù)荷的空間。4 水系統(tǒng)渭化在開車初期幾年內(nèi)灰水系統(tǒng)pH值相對較高，氨氮含量偏高（pH值8.38.6，NH N200-350mg/L），灰水系統(tǒng)容易結(jié)垢，一些換熱器、管線時常結(jié)垢，導(dǎo)致系統(tǒng)阻力增加，熱平衡困難，給裝置的長周期穩(wěn)定運行造成了很大影響。隨著原的改變和經(jīng)驗的積累，目 前水系統(tǒng)的運行情況得到了一定好轉(zhuǎn)（pH值8.08.2，NH N100- 160mg/L），使裝置的穩(wěn)定運行周期明顯得到提高。4.1 水系統(tǒng)酸性物質(zhì)水系統(tǒng)中一般存在若干酸性物質(zhì)，按照酸性強(qiáng)弱順序依

20、次為氯化氫、甲酸、碳酸、硫化氫等物質(zhì)。這些物質(zhì)是原料煤中所含元素化合物經(jīng)過氣化高壓高溫反應(yīng)的結(jié)果，大多以離子態(tài)溶解于水中。4.2 水系統(tǒng)堿性物質(zhì)煤氣化水系統(tǒng)中存在的堿性物質(zhì)有氨以及可溶性堿金屬的化合物。原料煤經(jīng)氣化反應(yīng)，煤中的堿金屬（Ca2+、MgJ KJ等）生成堿性物質(zhì)，大多進(jìn)入融渣，排出氣化爐外。煤中的氮元素有部分轉(zhuǎn)化成氨（有關(guān)資料報道約 15左右 ），根據(jù)實際生情況可以判斷，系統(tǒng)中富裕的氨足夠平衡水中的酸性物質(zhì)。反應(yīng)生成的氨一部分進(jìn)入氣相，一部分進(jìn)入液相。然而，氨在系統(tǒng)中的分配不平衡，溫度較高的碳黑洗 滌塔、氣化爐急冷室等部位，水相溶解的氨較少，pH值相對較低。溫度較低的下游因溫度較低，

21、氨在水中的含量就較高，pH值相對偏高。4.3 系統(tǒng)水的 pH 值控制對于按設(shè)計條件投入運行的煤氣化裝置，裝置中生成影響水系統(tǒng)PH值的物質(zhì)的量是一定的，不能進(jìn)行調(diào)整，除非更換煤種或改變工藝條件。但反應(yīng)生成的氨在系統(tǒng)中分布呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，溫度較高的上游，氨含量相對較低；溫度較低的下游，氨含量就相對較高。因此碳黑洗滌塔和氣化爐急冷水PH值就通過后續(xù)變換工段的冷凝液量來調(diào)節(jié)。變換工段冷凝液的返回量對整個系統(tǒng)的pH值平衡有很大的影響，返回量過大，就有可能導(dǎo)致工藝氣中氨含量過高，在變換工段產(chǎn)生碳酸氫銨結(jié)晶堵塞設(shè)備；返回量過少，有可能使氣化爐和碳黑洗 滌塔的PH值較低，對系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕。因此，返回進(jìn)入碳黑洗

22、滌塔的變換冷凝液量要根據(jù)實際情況認(rèn)真平衡和調(diào)整。5 德士古水煤漿加壓氣化裝置運行經(jīng)驗總結(jié)a）氣化裝置工藝操作簡單，負(fù)荷彈性大。b）裝置負(fù)荷升降速率快，可以在較短時間內(nèi)滿足后序系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)整變化的需要。c）氣化反應(yīng)的碳轉(zhuǎn)化率高 （可達(dá) 98以上 ）。d）氣化所產(chǎn)工藝氣組成簡單，無焦油等污染物。但有效氣體（CO+H2） 成分低，含量高 （ 或波動范圍大 ） 。e）工藝操作參數(shù) （如氧煤比 ）在工業(yè)生產(chǎn)中的優(yōu)化量值標(biāo)準(zhǔn)不易摸索確定， 難于掌握， 需通過煤質(zhì)、煤漿濃度、 排渣情況、 氣體成分、 氣化爐耐火磚等綜合因素分析、判斷。f）德士古水煤漿加壓氣化裝置的生產(chǎn)穩(wěn)定性有著與其相適應(yīng)的最佳煤種和灰成分的要

23、求。g）與氣化裝置相配套的空分裝置在設(shè)計上應(yīng)有一定的富裕量，以適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)中煤種的不斷變化和優(yōu)化工況對氧氣的調(diào)節(jié)需求。h）水系統(tǒng)合理的配管設(shè)計和運行經(jīng)驗總結(jié)、改進(jìn) （渭化對原設(shè)計已進(jìn)行了局部改造 ）對于減緩管道磨蝕，防止泄露十分重要。另外， 設(shè)計時應(yīng)充分考慮因設(shè)備結(jié)垢所導(dǎo)致的運行參數(shù)和合理能量回收的需要。i ）生產(chǎn)過程中，德士古氣化燒嘴和氣化爐渣口壓差波動大，對氣化爐燃燒工況和氣體成分有一定影響。特別是燒嘴壓差波動頻繁， 影響因素多 （煤漿給料泵、燒嘴使用狀態(tài)等 ） ，準(zhǔn)確原因分析判斷困難。j ）氣化爐激冷室內(nèi)部屬多相流，工況復(fù)雜。因此，急冷室容積、下降管、升氣管以及齒孔面積等參數(shù)的準(zhǔn)確設(shè)計和

24、合理的裕量， 實踐證明是十分必要的。k）單臺氣化爐的合理運行周期主要取決于氣化爐燒嘴的使用壽命，一般以3050d為宜。過長的的運行周期可能會增加燒嘴的檢查、維修費用，也可能因燒嘴沖刷導(dǎo)致氣體偏流而影響燃燒工況，惡化時引起爐磚的局部損壞。l ）不斷改進(jìn)并完善氣化爐爐膛的測溫系統(tǒng)，這對于優(yōu)化工況、延長裝置運行周期是十分必要的。m）急冷室下降管運行過程中溫差變化大，易出現(xiàn)下降管變形和損壞的情況，原因分析判斷困難。n）氣化爐排渣系統(tǒng) （特別是撈渣機(jī) ）的可靠性對于裝置長周期運行十分重要。氣化爐在運行過程中工況可能發(fā)生波動，使一次排渣量過大（如急冷室積渣時 ） ，這對于排渣系統(tǒng)是一次考驗，甚至?xí)l(fā)生因排

25、渣量過大導(dǎo)致?lián)圃鼨C(jī)故障而中斷運行現(xiàn)象（渭化對撈渣機(jī)已進(jìn)行了徹底改造 ） 。o）氣化裝置黑水、灰水系統(tǒng)的pH值調(diào)節(jié)和控制，對于控制酸性腐蝕、減緩堿性條件下的結(jié)垢和提高儀表元件的使用壽命有著重要意義。p）氣化裝置的部分設(shè)備 （如煤漿給料泵、閥門和管件等 ）的安全可靠性對于保證氣化裝置長周期安全穩(wěn)定運行是至關(guān)重要的對水煤漿加壓氣化工藝技術(shù)的評述章榮林(中國天辰化學(xué)工程公司，天津300400 ) 2006-11-171水煤漿加壓氣化工藝技術(shù)的現(xiàn)狀水煤漿加壓氣化是美國德士古公司開發(fā)并應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的。國外已建成投產(chǎn)的裝置有 6套，15臺氣化爐。國內(nèi)已建成投產(chǎn)的裝置有7套，21臺氣化爐；正在建設(shè)、設(shè)計的

26、裝置還有4套，13臺氣化爐。這些已建成投產(chǎn)的裝置最終產(chǎn)品有合成氨、甲醇、醋酸、醋酐、氫氣、一氧化碳、燃料氣、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，各裝置自建成投產(chǎn)后，一直連續(xù)穩(wěn)定、長周期運行。該工藝技術(shù)的專利許可證費已有大幅度降 低，裝備國產(chǎn)化率已達(dá) 90%以上，由于國產(chǎn)化率高，裝置投資相應(yīng)降低。一套投煤量 500 t/d，氣化壓力為4.0MPa的氣化爐系統(tǒng)投資約 7000 萬元。一套投煤量1000t/d，氣化壓力為4.0MPa的氣化爐系統(tǒng)投資約11000萬元。一套投煤量 750t/d，氣化壓力為6.5MPa的氣化爐系統(tǒng) 投資約9000萬元。近年來國內(nèi)有關(guān)大專院校和科研單位還開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的水煤漿氣化工藝技術(shù)

27、。華東理工大學(xué)開發(fā)的多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術(shù)，西北化工研究院開發(fā)的多元料漿加壓氣化技術(shù)，都各有其特點。2 特點及優(yōu)點(1) 水煤漿氣化對煤質(zhì)的適應(yīng)性較廣。煙煤、次煙煤、無煙煤、高硫煤及低灰熔點劣質(zhì)煤、石油焦等均能用作氣化原料。氣化溫度一般比在還原性氣氛下的灰熔點T4高50100C，由于耐火磚襯里承受高溫抗渣的限制，一般要求煤的灰熔點在還原性氣氛下T4 1300C。氣化溫度下的煤灰粘度要求在 2540Pa.s之間，且變化平穩(wěn)。對較高灰熔點的煤，也可以采用高灰熔點煤與低灰熔點煤混配煤或加石灰石 作助熔劑以降低灰熔點的辦法來解決。原料煤中含氯、氟等鹵素低一些比較好，否則在氣化及后續(xù)系統(tǒng)的設(shè)備、

28、管道選材上需要特別注意。原料煤的成漿性必須作實驗室試驗，成漿性好的煤，其煤漿流動性能好，氣化用的氧氣消耗少。要求制成水煤漿的煤漿濃度在60%以上。影響制成高濃度水煤漿的一個重要因素是原料煤的內(nèi)在水分，要求內(nèi)在水分低于10%否則制不成高濃度的水煤漿。西北化工研究院曾對兗礦南屯煤礦洗煤廠的煤泥作過制成高濃度水煤漿的研究，證明洗煤廠煤泥可以制成符合加壓氣化的水煤漿，這樣便可以降低生產(chǎn)成 本。原料煤的可磨性指數(shù)(HGI)要高，原料煤容易磨細(xì)，磨煤消耗的功率就少，成漿性能好。原料煤中灰份含量要低，一般煤中灰分含量從20%筆至6%可節(jié)省煤耗5%左右，氧耗10佐右。有的廠已采用煤灰含量低的洗煤作原料，效果比

29、較好。(2) 氣化壓力從2.5到8.5MPa皆有工業(yè)性生產(chǎn)裝置在穩(wěn)定長周期運行。采用6.5MPa氣化有利于采用甲醇等壓合成工藝，采用8.5MPa氣化有利于采用氨等壓合成工藝，以降低能耗，節(jié)省投資。(3) 氣化系統(tǒng)的熱利用，有兩種形式，一種是廢熱鍋爐型，可回收煤氣中的熱量副產(chǎn)高壓蒸汽，適用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，另一種是水激冷型，可制得水氣比高達(dá)1.4的合成氣，滿足后續(xù)工序一氧化碳變換的需要，變換工序不需要外供蒸汽。適用于煤化工制合成氨、氫氣、甲醇等化工產(chǎn)品。(4) 氣化爐生產(chǎn)能力比較大，目前最大的氣化爐日投煤量為2000t，國內(nèi)最大的氣化爐日投煤量為1000t，直徑3200mm(5) 氣化系統(tǒng)不需要外

30、供蒸汽及輸送氣化原料用的N2或CQ。(6) 氣化系統(tǒng)總熱效率高達(dá) 94% 96% 高于Shell干法氣化(為 91%93%和GSP干法氣化(為88%- 92%。(7) 氣化爐結(jié)構(gòu)簡單，為耐火磚襯里，氣化爐內(nèi)無轉(zhuǎn)動裝置或復(fù)雜的膜式水冷壁內(nèi)件，所以制造方便，造價低。同時，因為采用熱壁爐，內(nèi)部熱容量比較大，耐火磚升溫至1000C以上后，即可直接噴水煤漿投料，生產(chǎn)安全可靠，不像冷壁爐那樣為了開工點火，防止熄火和保證安全生產(chǎn)，在開停車和正常生產(chǎn)時都需要連續(xù)燃燒一部分液化氣或燃料氣。（8） 制備和輸送水煤漿的流程比Shell法和GSP法制備粉煤和輸送粉煤流程短，水煤漿泵送入氣化爐比干法輸送粉爐入爐簡單得

31、多，并且安全可靠，投資省。（9） 氣化爐系統(tǒng)在有備用爐的情況下，氣化裝置運轉(zhuǎn)率可高達(dá)100%遠(yuǎn)高于單臺氣化爐（不設(shè)備用爐）的 Shell法（只有74%-78%），水煤漿法單臺氣化爐的年運轉(zhuǎn)率與Shell 法單臺氣化爐相仿。（ 10）煤氣除塵比較簡單，只需要一個文氏管洗滌器和一臺洗滌塔就可以了，不需要像Shell 法采用國內(nèi)尚不能制造且價格昂貴、需經(jīng)常更換內(nèi)件的高溫高壓飛灰過濾器。（11） 碳轉(zhuǎn)化率高達(dá) 96%98%如采用多噴嘴對置式加壓氣化爐，碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)到99%。（12）粗渣可用作建筑材料，細(xì)渣可作鍋爐用燃料，如返回制漿系統(tǒng)，則更為經(jīng)濟(jì)。排出的一小部分灰水處理簡單，處理后排出對 環(huán)境無污染。

32、后續(xù)工序變換排出的部分冷凝液及工廠排出的廢水，可作為制備水煤漿的用水。氣化后合成氣中的HbS、COS等酸性氣體可在后續(xù)脫除酸性氣體工序中脫除并回收利用?？偟膩碚f，水煤漿加壓氣化工藝屬于潔凈煤氣化工藝技術(shù)。3 缺點和存在的問題（1）氣化用原料煤受氣化爐耐火磚襯里的限制，適宜于低灰熔點的煤，否則需要配煤或加助熔劑，使在還原性氣氛下的煤灰熔點T4 V1300C。（2） 碳轉(zhuǎn)化率較低（96%- 98%，冷煤氣效率較低（73%- 74%）,有效氣成分（CO+H）較低（80%- 83%）,有效氣（CO+H）比氧 耗為336410 m3/km3，有效氣（CO+妙比煤耗為550620 kg/km 3。（注：氧

33、耗和煤耗與煤質(zhì)的關(guān)系比較大）。（ 3）氣化爐現(xiàn)用的耐火磚使用壽命較短，一般為1 -2年，國產(chǎn)磚壽命為 1 年左右，耐火磚較貴， 1 臺投煤量為 1000t/d 的氣化爐耐火磚需 400 萬元左右，有待改進(jìn)。（4）氣化爐噴嘴使用壽命較短，一般使用2個月后，需停車進(jìn)行檢查，維修或更換噴嘴頭部。4 國內(nèi)對德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)的收獲4.1 對工藝技術(shù)的掌握我國自從魯南化肥廠第一套水煤漿加壓氣化裝置（ 2臺氣化爐）于 1993年建成投產(chǎn)以來，相繼建成了上海焦化廠氣化裝置（ 1995 年建成投產(chǎn)），渭河化肥廠氣化裝置（ 1996 年建成投產(chǎn)），淮南化肥廠氣化裝置（ 2000 年建成投產(chǎn)），金陵石化公司

34、氣化裝置（ 2005 年建 成投產(chǎn)），浩良河化肥廠氣化裝置（ 2005 年建成投產(chǎn)），南化公司氣化裝置（ 2006 年建成投產(chǎn)）。由于我國有關(guān)生產(chǎn)廠的精心消化吸收， 已掌握了豐富的連續(xù)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)經(jīng)驗，新裝置一般都能順利投產(chǎn)，短期內(nèi)達(dá)到連續(xù)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、長周期運行。并且掌握了以石油焦為原料的 氣化工藝技術(shù)。4.2 人才的培養(yǎng)通過上述工廠的設(shè)計、建設(shè)，我國已培養(yǎng)出了有豐富經(jīng)驗的工程公司及工程技術(shù)人員，可以獨立進(jìn)行水煤漿加壓氣化的工程設(shè)計和 工程總承包工作，節(jié)約了建氣化裝置的軟件費支出。同時，培養(yǎng)出了有豐富建筑安裝經(jīng)驗的工程公司和工程技術(shù)人員。也培養(yǎng)出了經(jīng)驗豐 富的對煤種作實驗室評價和煤種試燒的工程技術(shù)

35、人員。對于常規(guī)煤種，工程技術(shù)人員已有能力只憑煤種的實驗室評價進(jìn)行氣化裝置的工程 設(shè)計。4.3 裝置的國產(chǎn)化率通過上述裝置的設(shè)計、制造、建設(shè)和生產(chǎn)的工程技術(shù)人員密切配合，裝置的國產(chǎn)化率已有很大提高。軟件設(shè)計全部可以由國內(nèi)有經(jīng) 驗的工程公司承擔(dān)。主要設(shè)備如噴嘴、氣化爐、破渣機(jī)、鎖斗、撈渣機(jī)、文氏管洗滌器、洗滌塔、低壓煤漿泵、高低壓及真空黑水閃蒸罐、 灰水沉降槽、高低壓灰水泵、鎖斗循環(huán)泵、洗滌塔循環(huán)泵、細(xì)灰過濾機(jī)等國內(nèi)都能生產(chǎn)。耐高溫又抗渣的耐火磚，國內(nèi)有幾家耐火材料廠 已都能生產(chǎn)。只有高壓煤漿泵，國內(nèi)正處于試制和試用階段。4.4 裝置的投資水煤漿加壓氣化裝置的建設(shè)費用比Shell法和GSP法都要省

36、，其建設(shè)費用比為 Shell法：GSP法：水煤漿法=（22.5 ）： 1.5 : 1,所以其固定生產(chǎn)成本比其他兩種方法都低。還有一點需要提一下的是煤耗和氧耗問題，它與原料煤質(zhì)的關(guān)系比較大。但是無論是Shell法或GSP法，在粉煤氣化時，需向氣化爐內(nèi)輸入過熱蒸汽，其用量相當(dāng)于120150kg/km3 （CO+H）,過熱蒸汽與粉煤的比例相當(dāng)于（0.220.25 ）： 1,相當(dāng)于水煤漿中含水 20%宣傳資料上介紹的煤耗和氧耗，實際上是忽略了生產(chǎn)過熱蒸汽所用的煤耗及將蒸汽加熱到14001500C的煤耗和氧耗；在正常生產(chǎn)時，需燃燒一部分燃料氣，必將增加氧耗及燃料氣耗（折煤耗）；備煤時煤干燥需要增加煤耗。按宣傳資料介紹，這兩種方法的煤耗和氧耗比較低，有效氣（CO+H煤耗為550600kg/km3,氧耗為330