德士古水煤浆气化工艺分析

德士古水煤浆气化工艺分析

摘要：近些年，水煤浆逐渐发展起来，已成为我国重点发展的环保类产品。德

士古水煤浆气化技术作为一种环保型煤气化技术，已在我国应用较长时间。笔者

就德士古水煤浆气化技术展开研究，从相关概述入手，随即对其工艺流程及工艺

原理进行分析，最后提出这一工艺的优、缺点，以期丰富学术上该项技术的研究

内容。

关键词：水煤浆；新型燃料；气化工艺

前言

所谓的水煤浆技术，实际上是使固态煤燃料转化为液态煤基燃料的过程，一

方面，该项技术会保留煤的燃烧特性，另一方面，又会使其拥有重油液态相类似

的特点。液态煤基燃料作为新型清洁燃料，具有制备简单、安全可靠以及便于运

输储存等特点，西方较为发达的国家已将其用到较多工程中，我国关于煤炭资源

较多，相对石油资源较少，在工业化进程不断发展的时代背景下，大力发展该项

技术对我国发展意义重大。

一、德士古水煤浆气化工艺概述

德士古水煤浆气化工艺作为从天然气及重油中生成合成气的工艺，由美国的

德士古公司研发[1]，在1948年，美国研究出了首套15吨煤的测试设备，进行

20种固体原料的测试，主要有：无烟煤、褐煤、石油焦、烟煤以及煤液化。又于1956年建立气化炉，运行压力为2.8MPa，每日的处理量达到了100吨。现今，

在不断发展下日投煤量已达到1600吨，该技术已成为二代气化技术中发展最迅速、最成熟的技术，其喷嘴位于气化炉顶部，由于它实际喷射速度较高，会发生

物料短路，还会出现碳转化率低等不良现象。该技术的关键在于气化炉，气化炉

的关键在于喷嘴，因此，关于这一技术的实际发展方向，应重点对新型喷嘴进行

研究，才是关键所在，我国在“九五”时期，对多喷嘴对置式水煤浆气化炉进行大

力研究，已在国际上领先，更是在“十五”期间，使其进入商业示范推广发展环节。我国研究出的这一技术作为一种新型技术，是经四喷嘴对置产生撞击流，从而进

一步强化混合效果，使热质传递效果更佳，最终提升气化反应效果，与传统的水

煤浆气化技术相比，成本更低、效果更好。不过存在寿命短、运行稳定性不佳以

及气化率不高等缺点，因此还应加大研究力度，将发展重点放在大型成套化发展上，以实现可持续发展清洁低碳的目的。

二、德士古水煤浆气化技术的流程及原理研究

1.工艺流程

在这一工艺技术中，主要由三部分组成，分别是水煤浆制备、气化以及灰水

处理。水煤浆制备环节，主要是将煤炭作为原料，再加入水及添加剂，进而对水

煤浆的流动特性做出改变，最终制成水煤浆，其流体为假塑性流体，是非牛顿型

流体中的一种形式，料浆各项性能均比较稳定、运输方便，通过煤浆泵，将其送

至气化工段[2]。气化环节，在水煤浆制备环节制备成的水煤浆及氧气会在气化炉

中进行气化反应，经过反应后会产生粗合成气，主要是由CO、、成分构成。灰

水处理环节，会对洗涤塔及气化炉产生的灰水进行处理，脱除酸性气体及灰尘，

处理后，灰水会经过换热回收高温煤气的热量，再将其送入洗涤塔，最终达到循

环利用目的。

2.工艺原理

氧气与水煤浆会由喷射形式经烧嘴到达气化炉中，温度到达1300℃。压力在

6.5MPa时发生气化反应，产生由CO、、构成的合成气。气化炉是气化系统中的

主要设备，在内部会发生十分复杂的强放热反应，具有较强的耦合性，有较为严

格的相关操作条件要求，通常会经过三个步骤：步骤一，煤裂解及挥发分燃烧。

气化炉燃烧室会有特别高的温度，当氧气及水煤浆进入气化炉后，在高温影响下，水分会迅速变为水蒸汽，而煤粉则会产生热裂解反应，最终释放出挥发分。这一

时刻，气化炉中会存在较高的温度以及丰富的氧气，挥发分和产生的裂解产物在

氧气作用下会迅速燃烧，最终形成煤焦。步骤二，燃烧与气化反应。在这一步骤中，主要进行煤焦的反应，共有两个方面，一是煤焦及氧气发生燃烧，最终生成CO、等气体；二是煤焦与及水蒸汽进行气化反应，最终产生及CO。步骤三，气

化反应。在这一步骤中，气化炉中存在的氧气已完全反应，具体发生气化反应的

物质是煤焦、甲烷等，同、水蒸汽，最终产生及CO。通常情况下，在气化炉中

会发生的反应为：

C + →2CO

CO + O→+

三、分析德士古水煤浆气化技术的优缺点

1.工艺优点

关于该技术的优点主要体现在以下几方面：第一，在煤原料选择上，并未有

特殊要求，灰熔块体积以及灰熔点不会对其产生较大的限制；第二，可不间断的

进行生产，反应原料在气化炉内可不间断的产生，即会有不间断的原料投放到气

化炉中发生反应，同时德士古系统实际操作难度性较小，气化装置在生产上具备

较强的能力；第三，单炉产量增加与否与气化反应压力高低息息相关，德士古水

煤浆气化工艺中，合成气体生产时会产生较高压力，反应开始后后期无需进行加

压操作，最小能量消耗下实现较高的单炉产量[3]。第四，合成气体质量较高，经

气化后，水煤浆产生的合成气体质量好，有较高纯度，通常体积分数不低于80%；第五，在气化炉中会产生放热反应，随后会将炉内温度提升至1100至1540℃，

在如此高温下，利于提升煤炭转化率，此外，放热过程中的热能可回收，将其二

次利用；第六，生产工艺安全可靠，主要是因为气化反应在水氛围中进行，不会

产生煤灰粉进而污染环境，安全隐患低，具有较强的实用性。

2.工艺缺点

关于德士古水煤浆气化工艺缺点主要体现在以下几方面：第一，水煤浆实际

制备环节，会有较大的噪音，通常产生的噪音在95dB，会对人体健康产生一定影响；第二，高压煤浆泵的设备比较容易发生损耗，维修费用高、使用寿命短；第三，水煤浆气化环节，在氧气量及纯度上的要求较大，以确保满足气化炉中的反

应需求，因此，在煤原料选择上应注意，选择成分好、灰熔点低以及灰分含量低

的原料，以降低氧气要求。第四，在水煤浆进行气化反应时，会有较高的温度要求，炉内温度不低于1200℃，才会充分发生气化反应，而对于这样的温度标准仅

靠自身装置很难实现，因此需要额外设置加温设备，势必会使设备投资成本增加；第五，气化炉是水、煤、灰进行气化反应的主要场所，气化炉内衬的耐火砖使用

寿命不长，导致气化炉的造价成本高，通常一炉砖所需的成本在百万元；第六，

气化反应环节会产生灰渣，通常选择液态排渣方式排渣，会对排渣系统阀门造成

较大的损耗，排渣系统阀门通常是进口的，造价较高；第七，煤渣灰很容易通过

合成气洗涤系统导致管道堵塞。