水煤浆加压气化工艺技术优化

水煤浆加压气化工艺技术优化
摘要：在煤炭多种利用方式中，煤气化技术虽然过程复杂、仅占我国煤炭消费
总量的6%左右，但却是煤炭高效加工、转化的龙头，也是煤炭清洁利用的关键，更是保障国家经济、能源安全和社会可持续发展的基础。

煤气化技术已有近百年
的历史，尤其在石油危机期间世界各国广泛开展了煤气化技术的研究。

煤气化技
术根据煤炭进料类型的不同主要分为干粉气化和水煤浆气化。

干粉气化技术存在
磨煤过程粉煤的安全性问题、粉煤气流输送的计量精度难以达到炉内氧煤比的控
制要求而导致炉内温度波动影响装置安稳长运行、高挥发分煤的安全性较差、高
灰熔点煤成熟度不够、装置长周期运行成绩不佳等一系列问题。

而水煤浆气化技
术具有技术成熟、设备相对简单、生产过程安全可靠、易于大型化、投资及产品
成本低等优点，因前景广阔而被广泛应用。

关键词：水煤浆；加压气化；工艺优化
1水煤浆加压气化工艺技术特点
首先，水煤浆加压气化工艺对于原料的质量要求不高，所以很容易找到化工
生产所需的水煤浆原料，进行加压气化以后可满足煤化工生产需要。

其次，水煤
浆加压气化装置可以满足合成氨和合成甲醇等工艺技术的要求，能够长期处于连
续稳定的运行状态。

关于加压气化系统的热利用，可采用锅炉和水激冷气的方式
实现热能交换，但需要安装相应的设备。

再次，水煤浆加压气化工艺技术属于清
洁技术，满足煤化工生产中节能环保的要求。

也就是利用该技术可以减少污染物
质的排放，降低对环境的破坏程度。

但是为了提高气化效率必须要使用低灰的燃
煤作为原料，或者添加助溶剂。

因为碳的转化率低且有效成分少，而有效气体的
消耗量却大。

同时气化工艺所使用的气化炉的耐火砖的使用寿命较短，且要经常
性地对喷嘴进行维修或更换，这样又会给气化工艺带来伤害。

2水煤浆技术研究进展
2.1添加剂对水煤浆特性的影响。

煤颗粒表面主要呈现疏水性的非极性结构，因此在水中更易于聚并沉降。

这就需要一定的表面改性手段，以降低颗粒的聚并
趋势。

水煤浆体系中添加量极少的分散剂对水煤浆性质的改善具有至关重要的作用。

分散剂都是双亲性分子。

在水煤浆体系中，其疏水端通过范德华力、疏水作
用力等吸附于煤的表面，而亲水端则伸展在水中。

此外，亲水端会束缚周边的水
分子而形成水化膜，从而阻碍颗粒的聚并，改善水煤浆的流变性。

尽管水煤浆分
散剂本身也具有一定的稳定作用，但为了保证水煤浆的长途运输，就必须要添加
适量稳定剂。

稳定剂的作用主要是在水煤浆体系中形成空间网格结构，从而大幅
度增大颗粒间的空间阻隔，或者通过强化水化膜的结构来避免颗粒的聚并沉降。

但无论哪种方式，稳定剂的加入均不应显著影响水煤浆的正常流动特性。

2.2煤质对水煤浆特性的影响。

煤质因素对水煤浆可制浆浓度，流变性和稳定性的影响研究主要集中在工业分析特性、元素组成特性、岩相组成特性、矿物组
成特性等。

张荣曾将中国17种煤的38个不同的煤质因子作为考察对象，利用多
元非线性回归的方式得到了成浆性评价指标D，以及用此评价指标计算可制浆浓
度C的方法，见式(1)。

D=7.5－0.051HGI+0.233Mad+0.0257×O2
C=77－1.2×D (1)
式(1)中所需要的参数仅为哈氏可磨性指数(HGI)、空气干燥基水分(Mad)以及
氧含量，即可通过一般性的常规检测就可以利用式(1)进行成浆性的预判，这可以
节省大量的时间和分析成本。

从式(1)看，氧含量的影响是呈平方式的，因此对成
浆性的影响更为显著。

2.3粒度分布对水煤浆特性的影响。

水煤浆颗粒的粒度分布对流变性、稳定性和成浆浓度具有重要的影响。

通过合理的粒度级配获得具有高堆积效率的水煤浆
颗粒粒度分布后，等浓度下的流变性将变好，表观粘度将下降。

这意味着可以进
一步提高水煤浆的制浆浓度，而粘度不会超过工业应用的要求。

当前，在实验室
中的大部分试验研究采用的级配方法是多粒度分布物料相互混合。

而工业生产中
绝大多数采用单磨机高浓度制浆工艺直接制备水煤浆，这种工艺主要通过调整磨
介的粗细比例来优化研磨出料的粒度分布，从而使体系的空隙率降低，进而提高
固体体积浓度。

例如，对某煤样的粗细样品分别单独制浆及级配制浆试验研究得出，当细煤粉质量分数为60%～70%时，制备水煤浆的表观粘度和静态稳定性达
到最佳。

利用级配技术提高成浆浓度的关键在于如何判断已有粒度分布的颗粒是
否具有良好的堆积效率。

3水煤浆加压气化工艺技术的优化措施
3.1处理气化装置的问题。

（1）应解决气化炉中托板砖温度过高的问题。

在
气化炉中进行气化反应时，托板砖的温度太高会影响气化进程，严重时会发生危
险事故。

因此，可采取对托板砖进行改造的方式降低托板砖的温度，使其运行稳定。

比如更换托板砖的热电偶，做好水质的管理。

这些都可以稳定住托板砖的温度，从而有利于提高气化的效率。

（2）水煤浆加压气化中，在激冷室内也会出
现零件损坏的问题，所以有必要对激冷室的结构进行改造，同时及时置换水量、
对激冷环做好清理工作，可避免激冷室内件损坏，提高激冷环的使用寿命，提高
气化装置的运行效率。

同时为解决闪蒸系统分离效果差的问题，必须要从源头开
始降低原煤中的灰分，这样才能避免发生飞灰分离效果差的问题，减少原煤中的
灰分才能去除气化分离过程中的飞灰，进而满足加压气化工艺技术措施实施的要求。

（3）在水煤浆加压气化的过程中，各种泵机组也会发生零部件的损坏，而
部件损坏自然会影响气化的效率和效果。

为此，必须对泵机组装置进行合理选择
和维护，对于低压煤浆泵和激冷水泵应该优先选择高强度高耐磨性的叶轮部件，
但又要保证在气化运转的过程中不会发生破碎，否则泵机组就失去了运行的功能。

3.2提高原煤的质量。

对原煤进行加工处理是因为只有保证原煤的质量才能使水煤浆加压气化正常进行，才能取得理想的气化效果。

因为原煤中含有的灰分和
内水较多，会影响水煤浆制备质量，因此首先要采取高效清洁的煤处理技术，使
原煤中的灰分和内水减少，使原煤符合设计标准，然后在一定的条件下进行水煤
浆制备，这样制备出来的水煤浆才是符合后续生产要求的产品。

其次，水煤浆加
压气化对碳的转化率要求较高，这是为了能生成稳定的水煤气，满足后续煤化工
生产的要求，从而提高有效气的效率和质量，降低氧气和煤等能源的消耗，在保
证水煤浆气化效果的同时还能提高产品生产效率，为企业带来更多的经济效益。

此外，提高原煤的质量，使煤具有较高的适应能力，可使水煤浆制备更加简单，
生产出的合成气体可为煤化工企业生产提供原料。

而且随着原煤质量的提升，水
煤浆加压气化工艺技术也在不断进步，制备过程无污染，所生成的气体对环境友好。

结语
综上，我国水煤浆气化技术从研究到工业化装置的长周期稳定运行，对我国
现代煤化工产业的发展起到了举足轻重的作用。

尤其是多种具有自主知识产权的
水煤浆气化技术的开发及大规模工业化应用，不仅实现了煤基化工多联产和产业
链的延伸，而且强化了我国在世界煤化工、煤基多联产等领域的地位，对世界煤
炭清洁、安全、高效利用提供了多元化的技术支撑。

参考文献
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