现代煤化工新技术

现代煤化工新技术

唐宏青

第一章科学发展煤化工

煤炭属低效、高污染能源。现代煤化工必须走出一条科技含量高、资源消耗低、环境污染少、经济效益好的新的发展路子。

第二章发展煤化工的热点问题

一吨原煤转化为0.20吨油（合成油品），或以一吨原煤转化为300标米甲烷（合成天然气）

第三章

第四章

4.1 概述

Texaco（德士古）水煤浆加压气化工艺简称TCGP。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。TCGP技术包括煤浆制备、灰渣排除、水煤浆气化等技术，其核心和关键设备是气化炉。该气化炉主要结构是采用单喷嘴下喷式的进料方式，壁炉是耐火砖。反应后的气体采用水激冷流回收热量。单炉容量目前最大可达日投煤量2000t，操作压力大多为4Mpa、6.5Mpa，少数项目已达到8.45Mpa。操作温度为1350℃，产物中的有效气体（CO+H2）含量为82%。

山东鲁南化肥厂，于1993年投产。渭河化肥厂的运煤系统在地下，输送系统是密封的，环保效果不错，有“花园式工厂”的美称。

水煤浆技术的主要优点是流程简单、压力较高、技术成熟、投资低。不足之处是该技术对煤质有较高的限制（灰熔点〈1250℃），气化效率和碳转化率相对较低，比氧耗略高，总能耗略高，耐火砖寿命不到2年，喷嘴运行3个月要维修。

TCGP过程是水煤浆与限量的氧气进行反应，是一种非催化的部分氧化反应。气化过程是在高温、高压、非均相、湍流条件下进行。过程中的氧炭比、出口工艺气的水汽比、物料在气炉内的停留时间、急冷室的调节和控制以及灰水系统pH值的控制就显得尤为重要。4.2.1 TCGP原理

水煤浆与99.6%纯氧经TCGP烧嘴呈射流状进入气化炉，在高温、高压下进行气化反应，生成CO+H2（合成气）。

4.2.2 TCGP的主要影响因素

（1）煤质的影响。水煤浆具有较高的浓度（58%～65%）、较好的稳定性（煤浆不易分层沉降）及较好的流动性（黏度〈1200mPa·S）。原煤：较好的反应活性；较高的发热量；较好的可磨性；较低的灰熔点；较好的黏温特性；较低的灰分；进磨机的煤粒度合适。（2）氧煤比、反应温度的影响。氧煤比在生产中是指氧气和水煤浆的体积比，理论上一般用氧、碳原子比表示，它是控制炉温即反应温度的重要参数。氧煤比增加，气化炉温度升高；若氧煤比进一步增大，碳转化率增加不大。由于过量氧气进入气化炉，会导致合成气中CO2含量增加，同时高温工况会缩短耐火砖的使用寿命。

（3）助熔剂的影响。TCGP气化是在煤的灰熔点以上操作，灰熔点高，操作温度就会相应提高，比氧耗增大，对耐火砖材料的要求更加苛刻。因此对灰熔点高的煤种适当添加助溶剂（石灰石）。

（4）反应压力。气化反应为体积增大反应，提高压力对化学平衡不利。但基于以下原因采用加压操作：加压气化增加了反应物密度，加快了反应速度，提高了气化效率；加压气化有利于提高水煤浆的雾化质量；设备体积减小，单炉产气量增大，便于实现大型化；可以降低后工序气体压缩功耗。

4.3 TCGP流程

4.3.1 制浆系统

洗粉煤（〈6mm）进入料仓，敬圆盘给料机给料到称重胶带输送机上，计量并调整给料量将煤送入煤磨机，与一定量的水、添加剂、石灰石、氨水混合磨成一定粒度分布、浓度为60～65%的水煤浆。煤浆出煤磨机前由煤磨机出口处配带的滚筒欲筛，将煤浆中8目以上的大粒煤筛除后煤浆进入煤磨机出料槽，经煤磨机出料槽泵输送至煤浆振动筛再次筛除大颗粒煤及杂物等，合格的煤浆自流至煤浆槽，再煤浆给料泵送至气化炉。

为改善煤浆的成浆性，设置了添加剂槽、搅拌器和添加剂泵。磨煤时按一定比例将添加剂由泵加入煤磨机中，以改善煤粒表面性能，使煤粒在水中均匀分散，从而提高煤的成浆性能。

4.3.2 合成气系统

加压后的水煤浆与高压氧气经TCGP烧嘴混合后呈雾状，分别经喷嘴中心管及外环隙喷入气化炉燃烧室，在燃烧室中进行复杂的气化反应，反应温度为1350～1450℃，压力为4.0～6.0MPa，生成的煤气和熔渣，经激冷环以下降管进入气化炉激冷室冷却，冷却后的合成气经喷嘴洗涤器进入碳洗塔，熔渣落入激冷室底物冷却、固化，定期排出。在碳洗塔中，合成气进一步冷却、除尘、并控制水汽比（即水汽与干气的摩尔比），出碳洗塔的合成气进入后工

序。

4.3.3 烧嘴冷却系统

TCGP烧嘴是气化装置的关键设备，一般为三流道外混式设计，在烧嘴中煤浆被高速氧气流充分雾化，以利于气化反应。为防止烧嘴被气化炉内部高温损坏，在烧嘴外侧设置了冷却盘管，在烧嘴头部设置了水夹套，并由一套单独的系统向烧嘴供应冷却水，该系统设置了复杂的安全联锁。

4.3.4 锁斗系统

落入激冷室底部的固态熔渣，经破渣机破碎后进入锁斗系统，锁斗系统设置了一套复杂的自动循环控制系统，用于定期收集炉渣。锁斗系统的循环分为减压、清洗、排渣、充压四部分，每个循环约30min，保证在不中断气化炉运行的情况下定期排渣。

4.3.5 闪蒸及水处理系统

该系统主要用于水的回收处理。气化炉和碳洗塔排出的含固量较高的黑水，送往水处理系统后循环使用。首先黑水送入高压、真空闪蒸系统，进行减压闪蒸，以降低黑水温度，释放不溶性气体及浓缩黑水，经闪蒸后的黑水含固量进一步提高，送往沉降槽澄清，澄清后的水循环使用。

4.3.6 工艺技术标准

气化条件：压力 2.7～6.5Mpa

气化温度：1300～1500℃

原料煤：610（kg/kNm3有效气）

氧耗：400（Nm3/kNm3有效气）

碳转化率：95～99%

冷煤气效率：72%

煤气组成：有效成分78～82%。

4.4 TCGP关键设备

4.4.1 磨机：一般采用湿式棒磨机

4.4.2 煤浆泵：采用荷兰制造的（GEHO）三缸往复式隔膜泵

4.4.3 TCGP：用于水煤浆和氧气的高度混合、雾化，采用外混式三流道设计，中心管和外环隙走氧气，内环隙走煤浆。

4.4.4 气化炉：燃烧室和激冷室。激冷室安装有激冷环、下降管、导气管、水分离挡板等内件。熔渣在激冷室水浴中冷却、固化。合成气也在激冷室冷却并初步除尘。