水煤浆气化工艺对原料煤的要求
水煤浆气化工艺原理
热效率是评价整个煤气化过程能量利用的经济技术指标。气化效率侧重于评价能 量的转移程度，即煤中的能量有多少转移到煤气中; 而热效率则侧重于反映能量 的利用程度。
比煤耗
比煤耗=单位时间内消耗的干煤量/单位时间生产（CO+H2）量，单位kg/km3(标态) 比氧耗
比 氧耗 = 单 位 时 间内 消 耗 的 氧气 量 /单 位 时间 生 产 （CO+H2 ） 量 ， 单位 m3( 标 态)/km3(标态)
➢二次反应：
C+ CO2→2CO 2CO + O2→2CO2 CO+ H2O→H2 + CO2 CO+3H2→CH4 + H2O 3C+2H2O→CH4 + 2CO 2C+ 2H2O→CH4 + CO2
Q = -173.3kJ/mol Q= 566.6kJ/mol Q= 38.4kJ/mol Q= 219.3kJ/mol Q = -185.6kJ/mol Q= -12.2kJ/mol
（三）、煤气化过程的主要评价指标
反映煤气化过程经济性的主要评价指标有气化强度、单炉生产能力、气 化效率、热效率、比煤耗、比氧耗等。 气化强度
所谓气化强度，即单位时间、单位气化炉截面积上处理的原料煤质量或 产生的煤气量。
一般常用处理煤量来表示。气化强度越大，炉子的生产能力越大。气化 强度与煤的性质、气化剂供给量、气化炉炉型结构及气化操作条件有关。
二、气化工艺原理
（四）、气化炉主要操作参数
煤浆浓度的影响
水煤浆的浓度及成浆性能，对气化率、煤气质量、原料消耗、煤浆的输送 及雾化等有很大的影响。如果水煤浆浓度太低，则进入气化炉的水分增加， 水分在蒸发时要消耗大量的热量，为了维持炉温，势必要增加氧量，比氧 耗增加，有效气体成分CO+H2的含量和气化效率都会降低。 氧/煤配比的影响
6.5 MPa水煤浆气化工艺特点及运行
6.5 MPa水煤浆气化工艺特点及运行席文洪，唐卫兵［惠生（南京）化工有限公司，江苏南京210047］2008-02-04水煤浆气化工艺在国内的发展已有十多年的历史，国内水煤浆气化工艺从压力来区分可分为4.0 MPa、6.5 MPa、8.7 MPa 3个等级，虽然从水煤浆气化的本质来讲，不同压力等级的气化工艺其工艺过程相近，但还是有各自不同的特点。
该文就6.5 MPa气化工艺的特点及运行维护方面作一总结。
1 水煤浆的制备要求1）高煤浆浓度：一般要求煤浆浓度大于60％以上，煤浆浓度越高，生产单位有效气的比氧耗与比煤耗越低，冷煤气效率越高。
这是因为愈高的煤浆浓度，即进入气化炉燃烧室的水分愈少，这部分水分需要由液态（温度约40～60 ℃），在气化炉中变成1300～1400 ℃的水蒸气参与气化反应，此过程所需要的热量来自于气化反应，这就要消耗一定量的氧气和有效气体（CO／H2），造成氧耗上升，并使出气化反应室的总有效气含量降低，二氧化碳含量升高，有效气产量降低。
提高水煤浆浓度的措施：煤浆的成浆性能与多种因素有关。
经过研究发现：煤的形成年代越短，煤的内水含量越高，煤的可磨指数越低，制浆的难度越大，越不易制取高浓度的水煤浆。
同时，合理的煤粒级配，优质的添加剂也有助于提高煤浆浓度。
所以，制浆的关键在于煤的有关性质及添加剂的选取。
2）较高的稳定性：水煤浆是液固两相不稳定混合物，极易发生液固两相分层，假如在生产实践中发生分层现象，将会堵塞管道，或造成煤浆泵不打量，严重影响生产。
为了提高煤浆的稳定性，在水煤浆的制备过程中添加了一种由多种活性组分组成的添加剂，从而改变了煤粒的亲水性，增加了煤浆的稳定性，降低了煤浆的黏度。
对于某一种特定的煤而言，煤浆黏度越高，煤浆的稳定性越高，但相对而言煤浆输送功耗越大。
所以，一般控制水煤浆黏度在0.8～1.2 Pa·s。
3）合理的不同粒径的煤粒级配：水煤浆是由处于不同粒径范围的不同煤粒所组成的，煤粒的组成对于煤浆的性质和稳定性都有影响，煤浆中小粒径的煤粒所占比例过大，煤浆浓度将会降低，相应煤浆的稳定性将会提高。
水煤浆气化工艺对原料煤的要求
水煤浆气化工艺对原料煤的要求水煤浆气化炉工艺原则上在高于灰熔点5O～100~C以上的温度下操作，以便于顺利排渣，根据德士古水煤浆气化厂的生产经验，水煤浆加压气化用煤选择原则应以煤的“气化性能及稳定运行性能”为主。
2．1煤的灰分含量灰分是煤中的无用形式成分，为使其能顺利地以液态形式排出水煤浆气化炉，必须将温度升至其灰熔点以上，无谓的增加了氧气消耗有资料表明，在同样的气化反应条件下，灰分每增加l％，氧耗增加0．7％～0．8％，煤耗增大1．3％一1．5％；其次灰分增加，使烧嘴和耐火砖的磨损加剧，寿命大大缩短，同时灰、黑水中的固含量升高，系统管道、阀门、设备的磨损率大大加剧，设备故障率提高。
灰分含量高对成浆性能也有一定的影响，除使煤浆的有效成分降低之外，还使煤质的均匀性变差，消弱了煤浆分散剂的分散性能，在相同的情况下，对提高煤浆浓度不利。
建议所选煤样的灰渣干基含量不高于l3％。
2．2煤的最高内水含量煤的内水含量对气化过程的主要影响表现在对成浆性能的影响，一般认为煤的内水含量越高，煤中的O／C越高，含氧官能团和亲水官能团越多，空隙率越发达，煤的制浆难度越大。
煤质对成浆性能的影响是多方面的，各影响因素之问密切相关。
煤的内在水含量越高时所制得的煤浆浓度越低，而且使添加剂的消耗、煤耗、氧耗均有一定的增加，综合技术与经济方面考虑，水煤浆加压气化原料用煤的最高内在水含量以小于8％为宜.2．3煤渣的熔融特性煤灰的熔融特性是煤的灰熔点(还原条件下)，煤的灰熔点以低于反应温度50～100~C为宜（熔融温度)。
若煤的灰熔点提高，为使气化炉顺利排渣，必须将气化炉的反应温度提高至煤的灰熔点以上，温度提高使气化炉耐火砖的寿命相应缩短(气化炉的操作温度每提高100~C，耐火砖的磨蚀速率增加2倍)，氧耗、煤耗增加。
为了降低操作温度必须加入助熔助，而助熔剂的加入会增加煤中惰性物质含量，使耐火砖磨蚀加剧，提高了制浆成本，固体灰渣处理量增加，灰渣水系统的结垢量上升。
煤气化煤种的选择
煤气化煤种的选择煤种, 煤气化, 选择可用于水煤浆气化的原料种类比较广泛，例如各种烟煤、褐煤、泥煤、石油焦，甚至城市垃圾也可以作为气化原料。
但据国内外各用户的实际运行情况来看，并非所有的煤种都适用于水煤浆气化装置，要保证长周期稳定运行并获得较好的经济效益，必须认真细致地选好煤种。
设计水煤浆气化工艺时，首先需要了解准备作为原料使用的煤炭的物理化学特性，包括工业分析、元素分析、水分、煤灰组成、发热量、灰熔点、可磨指数的测定、实验室煤浆特性试验、助熔剂试验（包括添加剂试验），以评价所选用的煤种煤源在技术上和经济上是否适宜用作气化原料，这些分析和试验都是判定煤种特性的重要依据。
1、煤的质量对气化过程有着十分重要的影响煤的品种很多，按其在地下生成的时间的长短，大体可分为泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤等，它们的煤化程度按上述次序依次增加。
随着气化工艺选取的不同，其对煤品质的要求也不相同。
首选煤种。
高活性、高挥发分的烟煤是德士古水煤浆气化工艺的对原料煤的下述性能和参数应当重视：⑴ 总水分总水分包括外水和内水。
外水是煤颗粒表面附着的水分，来源于煤在煤层中附着的、人为喷洒和露天放置中的雨水，这部分水通过自然风干即可基本消除。
外水对德士古煤气化没有影响，但如果波动太大对煤浆浓度有一定的影响，而且会增加运输成本，应尽量降低。
内水是煤的结合水，以吸附态或化合态形式存在于煤中，煤的内水高同样会增加运输费用，但更重要的是内水是影响成浆性能的关键因素，内水越高成浆性能越差，制备的煤浆浓度越低，对气化有效气体含量、氧气消耗和高负荷运行不利。
⑵ 挥发分及固定碳煤化程度增加，则可挥发物减少，固定碳增加。
固定碳与可挥发物之比称为燃料比，当煤化程度增加时，它也显著增加，因而成为显示煤炭分类及特性的一个参数。
煤中挥发分高有利于煤的气化和碳转化率的提高，但是挥发分太高的煤种容易自燃，给储存煤带来一定麻烦。
⑶ 煤的灰分及灰熔点灰分灰分是指煤中所有可燃物质完全燃烧反应后，其中的矿物质在高温下分解、化合所形成的惰性残渣，是金属和非金属的氧化物和盐类（碳酸盐、硅铝酸盐、硅酸盐、硫酸盐等）的混合体。
水煤浆制备工艺
水煤浆制备三大要素：煤质、煤粉粒度级配、添加剂。
水煤浆生产工序通常包括选煤、破碎、磨矿(加入添加剂)、搅拌与剪切、滤浆等多个环节,每个环节的作用是:(1)选煤是制浆的基础,包括两方面:一是选择合适的制浆用煤或配煤,即成浆性能好,并且具有良好燃烧特性的煤;二是对原料煤进行脱灰脱硫处理,以保证制浆原料煤的质量。
(2)破碎与磨矿是制浆工艺过程中最关键的环节,为了减少磨矿功耗,磨矿前原料煤必须先破碎(按照多破少磨原则,破碎粒度越细越好),然后经过磨矿,直至水煤浆产品所需要的细度,并使其粒度分布达到较高堆积效率。
(3)捏混只有在干磨和中浓度湿法制浆中才使用。
其作用是使干磨所产生的煤粉或中浓度磨矿产品经过滤机脱水所得滤饼能与水和分散剂均匀混合，并形成有一定流动性的浆体，以便于在下一步搅拌工序中进一步混匀。
(4)搅拌的作用是使煤颗粒、水与添加剂充分混合,提高水煤浆的稳定性,而且在搅拌过程中使煤浆受强剪切力处理,加强了添加剂与煤颗粒表面的相互作用,改善了浆体的流动性。
(5)滤浆工艺的作用是除去在制浆过程中出现的粗颗粒和混入浆体的某些杂物,以防止水煤浆在储运和燃烧过程中堵塞管路和喷嘴。
(6)在制浆工艺中,还须配置煤量、水量、添加剂量、煤浆流量、料位、液位等在线检测与控制装置。
制浆原料煤与添加剂的合理选择及制浆工艺的确定是制浆技术的三大要素,也是实现用较低的制浆成本生产优质水煤浆产品的基本条件。
制浆工艺（偏高浓度湿法制浆）流程一般分为：原煤环节、药剂制备环节、磨浆环节及储浆输送环节4部分。
原煤环节是将原煤经皮带输送机送入破碎机中破碎．破碎好的煤再由输送机送到粉煤仓待磨；药剂制备环节是分别将分散剂原液、稳定剂干粉与一定量的水配置成分散剂溶液和稳定剂溶液并泵送至分散剂缓冲桶和稳定剂缓冲桶；磨浆环节是将水、煤、分散剂送入磨机中磨制．从磨机中出来的水煤浆为原始的水煤浆．原始的水煤浆经振动筛除渣流入缓冲搅拌桶进行搅拌．然后经泵送到滤浆器处理。
德士古水煤浆加压气化说明
德士古水煤浆加压气化属于先进的第二代煤气化技术。
炉型主要分为激冷型和废热锅炉型，国内引进的鲁南、渭河、上海焦化、淮南等几套德士古煤气化装置均采用激冷型气化炉。
从厂家运行的实际情况来看，都存在着合成气偏流问题，现就此作简明介绍，仅供有关技术人员和操作人员参考。
1 工艺过程简述德士古水煤浆加压气化的基本工艺过程是用高压煤浆泵将煤浆送入烧嘴，同时将来自空分的高压氧也送入烧嘴，氧走烧嘴的外环隙和中心管，煤浆走内环隙，二者一起由烧嘴喷入气化炉中，充分混合雾化，在1350～1400 ℃温度下进行气化反应，生成的高温合成气和熔融渣一起流经渣口，激冷环、下降管，进入激冷室的激冷水中。
高温合成气和熔融渣与激冷水直接接触激冷，激冷的目的是将高温气体直接冷却到该压力下的饱和蒸汽温度，将熔融渣冷却后沉积，实现气渣分离。
分离出的渣经破渣机，通过锁斗定期排入渣池，由捞渣机捞出装车外运。
激冷水是由激冷水泵从洗涤塔抽出，送入激冷环，并沿下降管内壁旋转均匀分布下流。
激冷水在下降管内壁形成的水膜，不仅避免高温气流及熔渣与下降管内壁直接接触而保护下降管，同时也逐渐降低气体温度。
在激冷水中激冷后的合成气沿下降管和上升管的环隙空间均匀鼓泡上升，出激冷室后，经文丘里洗涤器和洗摘要：结合渭化德士古气化装置运行实际情况，从加强原料煤质量管理，选择适当的操作温度和抓好备炉工作等3方面论述了德士古气化炉稳定运行的要点。
关键词：德士古煤气化炉稳定运行要点我厂德士古水煤浆气化装置是目前国内运行中压力等级最高的一套装置，它的长周期稳定运行，不仅可以使我集团公司的生产水平再上新台阶，同时也为我国的煤化工发展提供有益借鉴。
结合我公司实际运行情况及本人多年操作经验，仅就德士古气化炉稳定运行的要点浅谈一下笔者的看法。
1.加强原料煤的质量管理，提高煤浆浓度为了进一步提高气化炉的生产能力，实现气化炉长周期，安全稳定运行，并达到高产、优质、低耗之目的。
首先要加强煤的质量管理，固定碳、化学活性、机械强度、热稳定性、灰熔点等指标入厂前要严格把关，力求提高；尽量降低硫份、灰分等杂质的含量。
4.1.4水煤浆加压气化原料用煤更换总结_范立明
Fe2O3 也是降低灰熔点及灰渣粘度的组份 。
科技工作者通过大量的研究 , 分析了以上各 组份对灰渣粘度的综合影响并回归出许多有用的 经验公式 , 其中较为常用的是灰渣粘度 250 Poies 所对应的温度 t 250 :
18
t 250
=SiO 2
+CaO
12SiO2 +MgO +当量
Fe2O 3
×100
+610
通过 t 250的高低大概可以判断灰渣流动情况
影响灰渣粘度的主要因素是煤灰渣的组成 , 即灰成份 。 我们知道 , 灰渣中的主要矿物质成份 是 Al2O3 、SiO2 、CaO 、Fe2O3 、MgO 等 。通过调查研究 得出 :
Al2O3 是灰渣熔点 升高 、粘度变 差的主 要成 份 , 而且 Al2O3 越高 , 其软化温度越高 。
SiO 2 是灰渣成份中含量最高的组份 , 一般而 言它使煤的灰熔融特性变差 , 粘度升高 , 但由于它 与其它组份(CaO)可以形成低熔点 的物质 , 因而 其含量在一定的范围之内可以 通过添加 CaO 使 其对灰粘度的影响减弱 。所 以通过计算(SiO2 + Al2O3)/ CaO , 可以粗略判断煤灰熔点的高低 。
通过生产实践并经过对国内外生产装置的运 行考核及认真分析讨论 , 认为 Texaco 水煤浆加压 气化 工艺 原料 煤 选 择的 原 则 应 以 煤 的“ 气 化 性 能 及稳定运行性能” 为主 , 同时兼顾煤的成浆性能 。 煤的气化性能包括其反应活性及在一定工艺条件 下可以达到的各项技术指标 , 而稳定运行性能主 要表现在其能否实现气化炉的顺利排渣 , 设备 、阀 门的故障率及连续运行的时间 。 在以上指导原则
水煤浆气化合适的原料煤特征
水煤浆气化合适的原料煤特征1.主要指标1)成浆性 煤的成浆性好是指煤制浆浓度高、粘度低及泵送性、流动性、动静状态下的稳定性好。
水煤浆加压气化工艺一般要求煤浆浓度在6 0 %以上，粘度在1P a .s左右。
[1]水分内水越低越有利于制备高浓度的煤浆,内水大于8%的煤种是不经济的。
全水分含量越低越好。
[2]哈氏可磨指数 易于破碎的煤容易制成浆,节省磨机功耗。
选煤时应尽可能选择哈氏可磨指数大的煤种。
[3]添加剂用量 制得相同浓度的水煤浆，添加剂用量越少越好。
2)灰分水煤浆气化装置在灰分小于13%时能够经济稳定运行。
煤中灰分不得高于15-20%,越低越好，最好能小于1 0-15%。
3)灰熔点 选择灰融熔温度FT（即灰渣流动温度T4）在1300℃以下的煤质为合适，对激冷流程，越低越好。
4)灰渣粘温特性 灰渣最佳粘度为25-40Pa·s。
最佳粘度对应的操作温度为最佳操作温度,要选择最佳操作温度低,温度范围较宽的煤,这样有利于操作。
5)发热量参考指标25MJ/kg，越高越好。
2.次要指标1)挥发分与化学活性 煤中挥发分高,有利于气化,碳转化率高。
最好Vdaf≧37%。
变质程度浅者化学活性高,在气化炉内反应容易,碳转化率高,因此要选择活性高的煤种。
2)固定碳 固定碳含量越高越好。
3)煤质稳定性 尽可能选择服务年限长、储量大、地质条件相对好、煤层厚的矿点。
4)热稳定性 热稳定性差的煤种在气化炉内容易粉化,有利于充分反应,因此热稳定性差的煤碳化率高。
5)有害元素含量 煤中硫、氯、砷、磷、汞、氟等含量越低越好。
含氯量超过0.5 %(重量)的煤种不能采用。
水煤浆气化装置原料煤的选择
水煤浆气化装置原料煤的选择张永胜(神华包头煤化工有限公司)摘 要： 简要介绍水煤浆气化制取粗煤气，如何选择原料煤种。
关键词： 原料煤；气化；粗煤气采用原料煤制浆气化生产粗煤气的工艺流程在国内外广泛使用，原料煤经煤运系统送至煤贮斗，经称重给料机控制输送量送入棒磨机，加入一定量的水、添加剂、碱液，物料在棒磨机中进行湿法磨煤。
出棒磨机的煤浆浓度约65% ，排入磨煤机出口槽，经出口槽泵加压后送至气化工段煤浆槽。
添加剂选择木质磺酸类添加剂。
调整浆的pH 值在6～ 8，采用42%浓度的碱液。
磨浆水为净化排出的含少量甲醇的废水及甲醇精馏废水。
煤浆由煤浆槽经煤浆加压泵加压后连同空分送来的高压氧通过烧嘴进入气化炉，在6. 5M Pa 压力、1400℃左右高温下，煤浆与氧发生如下主要反应：CmHnSr + m /2 O 2—→mCO + (n/2 - r) H 2 +rH 2SCO + H 2O —→H 2+ CO 2气化反应在气化炉反应段瞬间完成，生成CO 、H 2、CO 2、H 2O 和少量CH 4、H 2S 等气体。
原料中的矿渣在高温下熔融成液态渣沿炉壁流下，与粗煤气一起进入激冷室，在此，粗煤气被激冷到250℃左右，被水汽饱和后离开气化炉，经文丘里洗涤器、碳洗塔、旋风分离器，除去煤气中的飞灰、氨等杂质，进入CO 变换装置。
气化炉反应中生成的熔渣进入激冷室水浴后被分离出来，排入锁斗，定时排入渣池，由捞渣机捞出后装车外运，气化炉及碳洗塔等排出的洗涤水(称为黑水) 送往灰水处理系统。
采用水煤浆加压气化制粗煤气工艺技术要求，必须做好原料煤种试验评价工作。
针对该工艺流程，我们对内蒙古主产煤地区的部分煤矿(豪赖沟矿、杨四塔、石湾子矿、安家坡矿、弓家塔) 所提供的煤样进行了煤质分析及评价，完成了原料粉体制备及粒度级配，并进行了实验室料浆制备、添加助熔剂试验及其成浆性能试验。
根据试验结果，对所提供的煤样进行了用于水煤浆加压气化指标预估及气化性能评价。
汇能煤制气为什么选择水煤浆气化？
汇能煤制气为什么选择水煤浆气化？据了解，国内首家以水煤浆气化技术生产煤制气的项目——内蒙古汇能煤制气项目目前已进入试运营，并有望于近期正式投产。
虽然水煤浆气气化技术在煤化工中并不少见，目前已在煤制甲醇，煤制氢气，煤制合成氨等项目中得到应用，但在煤制天然气领域的应用尚属首例。
若项目运行顺利，我国煤制气技术将获得突破性进展。
作为第一批获得核准的的四个煤制气示范项目之一，汇能煤制气项目进展一直受到各界的关注。
在项目尚未开建之时，就在业内引起了不小的争议。
而争议的焦点则是汇能的工艺技术选择。
汇能煤制气项目与其他煤制气项目最大的不同，是采取了水煤浆气化技术，而其他煤制气项目采用的则主要是成熟的碎煤加压气化技术。
技术选择的不同直接影响着项目的生产成本构成，与传统的碎煤加压气化技术相比，采用水煤浆气化工艺对原料的要求更高，因此两者的成本构成上原料成本占比相差较大。
使用水煤浆加压气化工艺需要以低灰、高热值的动力煤为原料原料，原料成本要高于以褐煤为原料的碎煤加压气化工艺项目。
此外，水煤浆原料还需要额外的造浆成本。
虽然成本要高于传统工艺，但从汇能项目的具体情况来看，水煤浆工艺却是最合适的选择。
原料成本在煤制气项目成本构成中的重要地位使得煤制气项目大多依托企业自身煤炭资源建设运营。
而汇能集团产出的煤炭品种大多是低粘结、弱粘结的优质动力煤。
这类煤炭的成浆性较好，恰好适用于水煤浆技术。
除了原料的适用性外，汇能煤制气项目选用水煤浆工艺的最大好处就是可大幅降低环保投入。
根据目前已投运的煤制气项目的运营来看，以碎煤加压气化工艺处理1吨煤将产生1吨多含有苯酚、焦油等成分的污水，而处理这样1吨污水的花费高达137元。
而水煤浆气化一开始就把固体煤制成了煤浆，减少了粉尘对环境的污染；在气化过程中，反应是密闭加压环境下进行，气化炉本身无有害气体排放，也不会产生焦油、萘、酚等各种难处理的有机物，处理系统相对简单，所需投入也较低。
此外，在此过程中产生的大部分废水还可以返回水煤浆配浆阶段重复利用，水耗由此也将大幅降低。
德士古水煤浆气化工艺概况
德士古水煤浆气化工艺概况1. 概述德士古水煤浆加压气化工艺简称TCGP，是美国德士古石油公司 TEXACO 在重油气化的基础上发展起来的。
1945年德士古公司在洛杉矶近郊蒙特贝洛建成第一套中试装置，并提出了水煤浆的概念，水煤浆采用柱塞隔膜泵输送，克服了煤粉输送困难及不安全的缺点，后经各国生产厂家及研究单位逐步完善，于 80 年代投入工业化生产，成为具有代表性的第二代煤气化技术。
目前使用德士古煤气化技术的装置如表1所示。
德士古水煤浆工艺具有以下特点:1. 1煤种适应性广德士古水煤浆气化在理论上可以广泛利用各种煤种 ,包括高水份、高灰份、高硫份、高粘结性的煤。
在中试装置及工业示范性装置中试烧过各种特性的煤种 ,并取得了成功。
由于煤在磨机中被研磨成一定的粒度 ,小于8目(2. 38mm) ,故原料不受原料煤粒度的限制。
并且可以采用多种原料混烧的办法 ,最大限度地降低了原料的成本。
但考虑到气化工艺的经济性 ,对煤种应有所选择。
1. 2生产连续性较强德士古水煤浆气化工艺采用连续进料、液态排渣 ,在排渣时不影响气化炉运行 ,克服了固定层气化方法间歇性排渣的缺点 ,提高了生产的连续性。
但由于受到工艺烧嘴使用周期的限制 ,一般气化炉连续运行时间在50天左右 ,工艺烧嘴处于高温(1300 - 1400 ℃)工况下 ,应定期停炉检查 ,以确保装置安全运行。
1. 3降低了气体压缩功耗德士古水煤浆气化工艺采用加压气化 ,煤浆的压力由煤浆泵提供 ,氧气压力由液氧泵提供。
视后工序生产压力 ,一般其压力等级分为2. 7MPa、 4. 0MPa、6. 5MPa、 8.5MPa 等 ,省去了后工序气体压缩所需的大量功耗。
1. 4热量回收利用德士古水煤浆气化在高温(1400 ℃左右) 、高压(2. 0～8. 5MPa)下进行生产 ,采用激冷流程或辐射锅炉的方式回收热量。
由于温度、压力较高 ,其回收的热量具有较高的利用价值 ,可以副产不同压力等级的蒸汽以及用于联合发电等。
气化对煤质的要求
灰 渣 的 主 要 成 分 是 SiO2、 Al2O3、 CaO、 Fe2O3 及 MgO 等 ， 其中 SiO2 和 Al2O3 为 酸 性 组 分 ， CaO、 Fe2O3 和 MgO 为碱性组分， 通常煤灰中的酸性组分 与碱性组分比值越大， 煤的灰熔点就越高， 当这个 比 值 约 为 0.8 时 适 宜 使 用 。 由 于 SiO2 能 与 CaO 形 成低熔点的物质 CaSiO3， 因此， 在一定的范围内可 以 通 过 加 入 CaCO3 使 煤 的 灰 熔 点 降 低 ， 但 若 加 入 的 CaCO3 过量 ， 生成了 CaO 会 使 灰 熔 点 升 高 。 除 了 添 加 CaCO3 外 ， 还 可 以 采 用 配 煤 技 术 来 降 低 煤 的灰熔点， 业内很多厂家都进行过配煤试验。 4.3 灰熔点 （灰渣的流动温度）
研究表明煤的内水含量是决定煤浆性能的主要因素灰渣的黏温曲线比灰熔点对气化炉的操作更具指导意义选择在操作温度区间灰渣黏度变化平缓的煤种有利于气化炉的安全平稳运行
燃料与化工
Mar. 2011
4
Fuel & Chemical Processes
Vol.42 No.2
气化对煤质的要求
李 磊 路文学 傅进军 （水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心， 滕州 277527）
关于水煤浆气化技术的简介
气体净化和产品利用
气体净化：采用湿 法洗涤、干法洗涤 等方式去除气体中 的杂质和污染物
产品利用：将净化 后的气体用于发电、 供热、化工等领域
经济效益：提高 能源利用效率， 降低生产成本
环保效益：减少 废气排放，降低 环境污染
05
水煤浆气化技术的优势和挑战
技术优势和应用前景
水煤浆气化技术具有高效、 环保、节能等优点
降低投资成本：通过优化工艺流程、 选用性价比高的设备和材料等手段， 降低投资成本，提高经济效益。
06
水煤浆气化技术的发展趋势和未来展望
技术发展趋势和方向
提高气化效率：通过改进气化技术和设备，提高气化效率，降低能耗和成本。
降低污染排放：通过改进气化技术和设备，降低污染排放，实现绿色环保。
提高气化温度：通过改进气化技术和设备，提高气化温度，提高气化效率和产物质量。 发展新型气化技术：发展新型气化技术，如超临界水煤浆气化技术、等离子体气化技 术等，提高气化效率和产物质量。
设备维护：水煤浆气化设备需要定期维护和检修，以确保其正常运行。
解决方案和改进方向
提高气化效率：通过优化反应条 件、改进催化剂等手段，提高气 化效率，降低能耗和成本。
提高安全性能：加强设备维护和 检修，提高自动化程度，降低操 作风险，确保生产安全。
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减少环境污染：采用先进的环保技 术和设备，减少废气、废水、废渣 等污染物的排放，实现绿色生产。
技术创新和突破对水煤浆 气化技术的影响和意义
国内外研究现状
国内研究：起步较晚，但发展迅速，已取得一定成果 国外研究：起步较早，技术较为成熟，但仍在不断改进和创新 合作交流：国内外研究人员加强合作，共同推动水煤浆气化技术的发展 发展趋势：未来水煤浆气化技术将继续向高效、环保、节能方向发展
德士古加压水煤浆气化技术
德士古加压水煤浆气化技术德士古加压水煤浆气化技术一、德士古加压水煤浆气化工艺技术特点德士古加压水煤浆气化技术是由美国德士古公司在重油气化的基础上开发成功的第二代煤气化技术，是一种以水煤浆为进料、氧气为气化剂的加压气流床并流气化工艺，属于气流床湿法加料、液态排渣的加压气化技术。
气化过程包括煤浆制备、煤浆气化、灰水处理等工序。
德士古加压水煤浆气化技术有以下特点：1、德士古加压水煤浆气化工艺要求原料水煤浆要有良好的稳定性、流动性，较低的灰熔点及泵易输送等特点；2、气化炉内结构简单，炉内无机械传动装置，操作性能好，操作弹性大，可靠程度高；3、高温加压气化，气化采用1300-1500℃的高温，气化压力达2.7～6.5Mpa，已工业化水煤浆气化炉气化压力有3.0、4.0、6.5Mpa 几种。
气化炉能力与压力成正比，气化压力高，能增加反应的速度及增加反应物在气化炉内的停留时间，增加碳的转化率，增加单台气化炉的生产能力，同时可节省后工序气体压缩功，但压力过高工程设计和设备制造难度也就更大。
如产品气用作燃料，气化压力不宜太高；如用作合成氨或甲醇原料气，可以选用4.0-6.5Mpa，应根据工程规模合理选定。
4、碳转化气化效率高，碳转化率高，一般可达90-93%，灰渣中粗渣含碳量约5%，少量细渣含碳量约25%。
单位体积产气量大，粗煤气质量好，有效气成份高，产品气中（CO+H2）可达80%左右；气体中甲烷低、无焦油，可用来生产合成氨、甲醇、制氢、羟基合成原料气，用途广泛；5、灰渣含碳量低；6、水煤浆进料与干粉进料比较，简化了干粉煤给料及加压煤仓加料的问题，具有安全并容易控制的特点，取消了气化前的干燥，节约能量；7、采用半封闭供煤、湿法磨煤以及气流床气化，全过程污染轻微，无焦油等污染物，是一种先进、可靠的气化工艺，世界各国基本公认该技术为环境友好型工艺。
德士古加压水煤浆气化工艺不足之处为：1、受气化炉耐火砖的操作条件和使用寿命的限制，气化温度不宜过高；2、气化炉内砌耐火砖冲刷侵蚀严重，更换耐火砖费用大，增加了生产运行成本；3、喷嘴使用周期短，必须每两个月检查更换一次，停炉更换喷嘴对生产连续运行或高负荷运行有影响，一般需要有备用炉，增加了建设投资；4、水煤浆含水量高，使冷煤气效率和煤气中的有效气体成份（CO+H2）比干法气流床低，氧耗、煤耗均比干法气流床高；5、对管道及设备的材料选择要求严格，一次性工程投资比较高；6、制备水煤浆需多种添加剂，适用于生产合成氨的激冷流程有庞大的灰水处理系统，且细灰中含碳量高达25～30％不易处理。
SHELL煤气化工艺与TEXACO水煤浆气化工艺的比较
SHELL煤气化工艺与TEXACO水煤浆气化工艺的比较shell煤气化工艺与texaco水煤浆气化工艺，是当前先而又成熟的两种煤气化技术，已成功地在工业规模上应用多年。
现将两种气化工艺对比分析如下：（1）原料的适应性shell煤气化就是洁净的煤气化工艺，可以采用褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤等煤种以及石油焦为原料，也可以采用两种煤坦耶尔米的混煤。
猿晒太阳φ亟高灰分（5.7～24.5%，最低35%）、低水分（4.5～30.7%）和低硫分的劣质煤种行气化。
对于原料煤和燃料煤价高很大地区有可能并使其两者合一，既精简耐旱性系统可以又降低生产成本。
对shell煤粉气化工艺，煤种挑选已经不是气化技术的制约因素，而是经济因素。
可知该工艺在煤种挑选上极具灵活性。
在texaco水煤浆气化工艺中也能使用很多煤种：如烟煤、次烟煤、石油焦和煤液化残渣，因而对原料适应性同样是很广的。
但是在煤种选择上需考虑以下两点：1应选用含水低，尤其是内水含量低的煤种，以满足制取高浓度水煤浆的需要；2选用灰融点低和灰粘度适宜的煤种。
灰融点ft（t3）最好低于1300℃，以利于控制合适的气化温度，延长炉内耐火砖的使用寿命，达到降低消耗减轻成本的目的。
（2）浸出煤的准备工作原料用煤通常是粉、粒混杂不均，需筛选和研磨破碎使其达到一定粒度，以满足输送和气化操作要求。
在shell煤气化工艺中，将煤研磨至气化最合适粒度的同时，用惰性气体的热风行潮湿。
出来磨机时煤粉的粒度90%wt<100μ，对本项目煤种，煤粉含水量掌控在5%（wt）左右，以满足用户气相运送干活粉料的建议。
在texaco水煤浆气化工艺中，通常采用一段湿磨工艺，小于10毫米粉煤与水、添加剂同时加至磨煤机，过筛后制得高浓度水煤浆。
制浆要求煤粉的“粗”“细”颗粒要有合理比例：一般通过420μ煤粉占90～95%，通过44μ占25～35%较为适宜。
研磨操作中加入稳定剂后，可使煤浆浓度提高1～2%，使煤浆浓度达到60～67%工业应用的水平。
水煤浆连续气化工艺流程与工艺条件
水煤浆连续气化工艺流程与工艺条件The continuous gasification process of coal-water slurry is a complex industrial process that involves the conversion of coal into a clean synthetic gas. This process requires a combination of high temperatures, pressures, and various chemical reactions to produce the desired gas products. 水煤浆连续气化工艺是一个复杂的工业过程，涉及将煤转化为清洁合成气体。
这个过程需要高温、高压和各种化学反应的结合，以生产所需的气体产品。
One of the key components in the coal-water slurry gasification process is the gasifier, which is responsible for converting the coal-water slurry into a synthetic gas. Gasification takes place at high temperatures, typically above 700°C, in the presence of a gasifying agent such as oxygen or steam. 煤水浆气化过程中的一个关键组成部分是气化器，它负责将煤水浆转化为合成气。
气化在高温下进行，通常在700°C以上，在氧气或蒸汽的存在下进行。
The success of the coal-water slurry gasification process relies heavily on the optimal process conditions, including temperature, pressure, residence time, and the composition of the gasifying agent. Theseparameters play a crucial role in determining the efficiency and quality of the gas production. 煤水浆气化过程的成功在很大程度上取决于最佳的工艺条件，包括温度、压力、停留时间和气化剂的组成。
德士古水煤浆气化工艺对煤种的要求
德士古水煤浆气化工艺对煤种的要求(1)总水分总水:包括外在水分和内在水分外在水分是煤粒表面附着的水分,来源于人为喷洒和露天放置中的雨水,通过自然风干即可失去。
外在水分对德士古煤气化没有影响,但如果波动太大对煤浆浓度有一定影响,而且会增加运输成本,应尽量降低。
内在水分是煤的结合水,以吸附态或化合态形式存在于煤中,煤的内在水分高同样会增加运输费用,但更重要的是内在水分是影响成浆性能的关键因素。
内在水分越高成浆性能越差,制备的煤浆浓度越低,对气化时的有效气体含量、氧气消耗和高负荷运行不利(2)挥发份及固定碳煤化程度增加,则可挥发物减少,固定碳增加。
固定碳与可挥发份之比称为燃料比,当煤化程度增加时,它也显著增加,因而成为显示煤炭分类及特性的一个参数。
煤中的挥发份高,有利于煤的气化和碳转化率的提高,但是挥发份太高的煤种容易自燃,给储煤带来一定麻烦。
(3)煤的灰份灰份虽然不直接参与气化反应,但却要消耗煤在氧化反应中所产生的反应热,用于灰份的升温、熔化及转化。
灰份含有率越高,煤的总发热量就越低,浆化特性也较差。
根据资料显示,同样反应条件下,灰份含量每增加1%,氧耗约增加0.7%-0.8%,煤耗约增加1.3%-1.5%。
(4)煤的灰熔点、灰渣黏温特性及助熔剂1)、煤灰的熔融性习惯上用4个温度来衡量,即煤灰的初始变形温度T1,软化温度T2,半球温度T3,和流动温度T4,煤的灰熔点一般是指流动温度,它的高低与灰的化学组成密切相关。
SiO2、Al2O3、CaO、和Fe2O3组分约占灰份组成的90%-95%,它们的含量相对变化对灰熔点影响极大,一般认为,灰份中Fe2O3、CaO、MgO的含量越多,灰熔点越低;SiO2、Al2O3含量越高,灰熔点越高。
2)、灰渣黏温特性是指熔融灰渣的黏度与温度的关系,熔融灰渣的黏度是熔渣的物理特性,一旦煤种确定,它只与实际操作温度有关,熔渣在气化内主要受自身的重力作用向下流动,同时流动的气流也向其施加一部分作用力,熔渣的流动特性可能是牛顿流体,也可能是非牛顿流体,这主要取决于煤种和操作温度的高低。
煤浆气化工艺14-9-22
煤浆气化工艺目录一、工艺流程简介 (1)1.1工艺原理 (1)1.2装置流程说明 (2)二、设备列表 (5)三、主要设备工艺参数及联锁报警 (8)3.1主要设备工艺参数 (8)3.2气化炉联锁与报警 (12)六、主要操作画面 (16)6.1DCS画面 (16)6.2现场画面 (19)6.3其他画面 (23)一、工艺流程简介1.1工艺原理1.1.1 制浆原理煤制备高浓度水煤浆工艺是针对原料煤的磨矿特性和水煤浆产品质量要求，采用“分级研磨”的方法，能够使煤浆获得较宽的粒度分布，从而明显改善煤浆中煤颗粒的堆积效率，进而提高煤浆的重量浓度。
从界区外的煤预处理工段来的碎煤加入料斗中，煤斗中的煤经过煤称重给料机送入粗磨煤机。
来自废浆槽的水通过磨机给水泵和细磨机给水泵送入到粗磨机和细磨机前稀释搅拌桶。
所用冲洗水直接来自生产水总管，本工艺包不考虑其储存或输送。
添加剂从添加剂槽中通过添加剂泵送到粗磨煤机中。
在磨煤机上装有控制水煤浆PH 值和调节水煤浆粘度的添加剂管线。
经过细浆制备系统后的细浆通过泵计量输送至粗磨煤机。
破碎后的煤、细浆、添加剂与水一同按照设定的量加入到粗磨机入口中，经过粗磨机磨矿制备后的为水煤浆产品，然后进入设在磨机出口的滚筒筛，滤去较大的颗粒，筛下的水煤浆进入磨煤机出料槽，由搅拌槽自流入高剪切处理桶，经过剪切处理后的煤浆质量得到较大改善。
高剪切后的大部分煤浆泵送煤浆储存槽，以便后续气化用；少部分煤浆泵送至细磨机粗浆槽，并加入一定比例的水进行稀释搅拌，配置成浓度约为40％的煤浆，然后由泵送至细磨机进行磨矿，细磨机磨制后的煤浆自流入旋振筛，除去大颗粒后的细浆用泵送入粗磨机。
制浆单元的水煤浆制备工艺是以褐煤为原料，采用分级研磨方法通过粗、细磨机上制备出气化水煤浆。
1.1.2 气化工艺原理为53.4%的水煤浆与空分来的5.5MPa、纯度为99.6%纯氧经喷嘴充分混合后进行部分氧化反应。
气化炉内的气化过程包括：干燥（水煤浆中的水气化）、热解以及由热解生成的碳与气化剂反应三个阶段。
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水煤浆气化工艺对原料煤的要求
水煤浆气化炉工艺原则上在高于灰熔点5O～100~C以上的温度下操作，以便于顺利排渣，根据德士古水煤浆气化厂的生产经验，水煤浆加压气化用煤选择原则应以煤的“气化性能及稳定运行性能”为主。
2．1煤的灰分含量
灰分是煤中的无用形式成分，为使其能顺利地以液态形式排出水煤浆气化炉，必须将温度升至其灰熔点以上，无谓的增加了氧气消耗有资料表明，在同样的气化反应条件下，灰分每增加l％，氧耗增加0．7％～0．8％，煤耗增大1．3％一1．5％；其次灰分增加，使烧嘴和耐火砖的磨损加剧，寿命大大缩短，同时灰、黑水中的固含量升高，系统管道、阀门、设备的磨损率大大加剧，设备故障率提高。
灰分含量高对成浆性能也有一定的影响，除使煤浆的有效成分降低之外，还使煤质的均匀性变差，消弱了煤浆分散剂的分散性能，在相同的情况下，对提高煤浆浓度不利。
建议所选煤样的灰渣干基含量不高于l3％。
2．2煤的最高内水含量
煤的内水含量对气化过程的主要影响表现在对成浆性能的影响，一般认为煤的内水含量越高，煤中的O／C越高，含氧官能团和亲水官能团越多，空隙率越发达，煤的制浆难度越大。
煤质对成浆性能的影响是多方面的，各影响因素之问密切相关。
煤的内在水含量越高时所制得的煤浆浓度越低，而且使添加剂的消耗、煤耗、氧耗均有一定的增加，综合技术与经济方面考虑，水煤浆加压气化原料用煤的最高内在水含量以小于8％为宜.
2．3煤渣的熔融特性
煤灰的熔融特性是煤的灰熔点(还原条件下)，煤的灰熔点以低于反应温度50～100~C为宜（熔融温度)。
若煤的灰熔点提高，为使气化炉顺利排渣，必须将气化炉的反应温度提高至煤的灰熔点以上，温度提高使气化炉耐火砖的寿命相应缩短(气化炉的操作温度每提高100~C，耐火砖的磨蚀速率增加2倍)，氧耗、煤耗增加。
为了降低操作温度必须加入助熔助，而助熔剂的加入会增加煤中惰性物质含量，使耐火砖磨蚀加剧，提高了制浆成本，固体灰渣处理量增加，灰渣水系统的结垢量上升。
煤的灰熔点以低于l300℃为宜，考虑到煤的气化效率及耐火砖的使用周期等方面的因素，最好的煤种灰熔点在1250～l300℃，如果原料煤的灰熔点太低，由于生产条件下煤灰的黏度降低，也会加剧对耐火砖的侵蚀，较低灰熔点的煤种可以通过配煤来解决。
2．4灰的粘温特性
黏度是衡量流体流动性能的主要指标，要实现气化温度下灰渣以液态顺利排出气化炉，黏度应在合适的范围之内，既要保证在耐火砖表面形成有效的灰渣保护层，又要保持一定的流动性。
根据国内外对液态排渣锅炉的研究指出，灰渣的黏度应在25～40Pa·S之间方可保证顺利排渣，水煤浆气化炉在操作温度下灰渣黏度控制在25～3OPa·S 为宜。
影响灰渣黏度的主要因素是煤灰的组成，即灰成分。
煤灰的主要矿物质成分是Al2O3、SiO2、MgO等，通过调查研究表明：A12O3是灰渣熔点升高、黏度变差的主要成分。
Al2O3含量越高，煤灰的流动温度越高；A1203含量高于40％时，煤灰的流动温度大于l500℃。
MgO含量一般很少，MgO又和SiO2形成低熔点的硅酸盐。
起到降低灰融熔温度的作用。
SiO2是煤灰成分中含量最高的组分，使煤的灰熔融特性变差，黏度升高，但它与其它的组分(CaO)可以形成低熔点的
物质，因而可依据其含量，在一定范围内添加CaO以消弱对灰黏度的影响。
CaO是降低灰熔点的组分，与si02形成低熔点的硅酸盐。
因而CaO是最常用助熔剂组分，但其含量过高则析出CaO单体，反而使灰熔点升高，黏度增大。
其添加量应控制在与灰分之比为20％左右。
Fe203也是降低灰熔点及灰渣黏度的组分，因为Fe203在还原气氛下被H2或CO还原为FeO，FeO与灰渣中的Sio2和AL2O3形成低熔点的共熔物。
Fe2O3含量低于20％的煤灰，Fe2O3含量每增加l％，煤灰的软化温度平均降低l8℃。
K2O和Na20含量增高，煤灰熔融温度显著下降，每增加l％，煤灰的流动温度平均降低16~C。
2．5煤灰的焦渣特性
灰渣黏度是煤灰的高温特性，是指测定煤挥发分后所残留下焦渣的特性，共分8类，序号越大粘结性越强，一般认为水煤浆加压气化工艺的原料煤结渣特性应为l～2类。
2．6煤的挥发分
原料煤的挥发分代表一种煤的变质程度，变质程度越大，燃烧火焰越长，反应活性越好。
煤的内在水分与挥发分有一定的关系，当煤的挥发分在25％4-5％时内在水分最低；大于30％，随着挥发分的增加而增加；当大于40％时，增加较快；小于20％时，随着挥发分的降低而增加。
煤的变质程度越高，成浆性越差。
2．7煤的硫含量
对气化操作的本身并无显著影响，但生成的煤气只要高于露点温度操作，即可避免设备腐蚀，硫含量的高低对甲醇洗工序的影响很大。
2．8煤的可磨性
煤被破碎的难易程度称为煤的可磨性，不同的煤有不同的可磨性指数。
煤的可磨性直接影响磨机的选择和工况条件的确定，既影响水煤浆的产量和质量又影响磨机的消耗。
可磨性普遍采用哈特格罗夫法测定（哈氏可磨性指数HGI)，HGI 越高，表示煤越易磨碎，换言之，煤越软。
可磨性好的煤实际上可以得到更多的微细颗粒，因而提高了堆积效率，易制的高浓度的水煤浆。
当HGI小于50时候，煤浆浓度急剧下降。
HGI越大，煤的成浆性越好。
2．9水煤浆配煤技术l21
煤料的反应性、成浆性、灰熔融温度是衡量煤种适应能力的主要指标，无烟煤反应活性低，褐煤成浆性差，均不适宜于水煤浆气化，最适宜的是长焰煤、气煤等。
同时还应注意到煤灰在还原性气氛下的流动温度和粘温特性。
对煤质的一般要求如下：①主要指标：放热量达25．121MJ／kg。
越高越好；煤灰的流动温度在1300~C为宜，过高过低都不利于气化；煤中灰的含量不得高于13％，越低越好。
②次要指标：考虑到煤浆的制备、泵送特性、煤的反应活性及气化效率，则全水分含量越低越好，挥发分含量越高越好，固定碳含量适中为好，煤中有害元素硫、氯、砷等越低越好；可磨性指数越大越好。
配煤的理论依据：所选用煤种的放热量在22．00MJ／kg以上，并且放热量高的与放热量低的搭配，使煤的发热量达25．12MJ ／kg以上；成浆性、灰分等指标达到水煤浆气化技术的最低要求；采用不同煤种的混配以改变煤灰组成降低灰熔融温度，即：将煤灰组分中MgO、Fe203、K20、Na20含量高的煤与灰熔融温度较高的煤混配来降低灰熔融温度。