德士古水煤浆气化技术特点

德士古水煤浆气化技术特点
摘要：由于工业化时代的降临，能源在人们生活中的位置越来越重要，资源变
得不可或缺，能源被越来越多的人们所需要，同时，也提高了我国能源开发和加
工的技术水平。

且主要分析了德士古水煤浆气化技术的特点与工艺，探究了我国
德士古水煤浆气化技术的发展历程，综合实际状况对存在的问题进行了梳理总结，对德士古水煤浆气化技术的研发与应用进行了简单的分析。

关键词：德士古水煤浆气化技术；特点；发展
水煤浆是70年代末国际石油危机时出现的一项煤炭高新技术产品，它是由70%左右的煤炭、30%的水和少量添加剂组成的外观像重油的产品。

水煤浆技术
是将固态的煤燃料变为液态的煤基燃料。

它既保留了煤的燃烧特性，又具备了类
似重油的液态应有的特点。

用它代替重油燃烧，是一种制备相对简单、便于运输
储存、安全可靠的新型清洁燃料，在西方发达国家已经得到工程应用。

我国是一
个煤炭资源丰富而石油资源相对短缺的国家，煤炭消耗占我国能源总消耗的75%。

煤气化作为洁净煤技术的重要组成部分，具有主导性地位，而德士古水煤浆气化
技术又是煤炭气化技术的典型代表。

它是一种以水煤浆为进料的加压气流床气化
工艺，具有对煤种适应性大、整体热利用率高等优点。

本文介绍了德士古水煤浆
气化工艺，并对其应用前景进行了展望。

一、加压水煤浆气化的优点
1.对煤种的要求较传统的方式来说更宽泛
年份浅一点的烟煤和粉煤都可以作为原料。

对1350℃的要求是不超过灰熔点
的温度。

煤的耐磨性和塑性都很好，60％为水煤浆最低浓度。

2.气化压力范围大
工业装置操作压力可以在2.5~8.0MPa，其中4.0MPa更常见，现在对越来越
大的设备需求增大，越来越多地采用6.5MPa，高气化压力可以节省合成压缩功。

3.气化炉热利用率高
热冷却过程中产生的蒸汽含量高的合成气体用于合成氨的生产。

在转化过程
中不再需要蒸汽。

废锅工艺也可回收热量，产生高压蒸汽。

4.气化炉内无传动装置，结构比较简单。

5.单位体积产量大，直径2800mm，4.0MPa气化炉，日产氨或甲醇500t，目
前中国最大直径气化炉为4000mm。

6.活性气体成分高，可使H2≥80%，炉渣污染小，污水污染小，易处理。

该煤
气由于高温气化，甲烷含量极低（CH4≤0.1%），无焦油，不受气化炉炉渣污染，
可用作铺装炉渣。

污水含有较少的氰化物，易于处理。

7.一氧化碳和氢的含量是碳化学合成的最佳原料气，可用于合成氨、甲醇、
氢和羟基的生产。

8.碳转化率很高，最高可以达到98%以上。

二、德士古水煤浆气化炉模型
1.气化过程流程
水煤浆以及自空分来氧气基于特定比例进入到燃烧室中，在高温以及高压作
用之下就会产出合成气，煤中灰分则就会在高温状况之下熔融，并且与合成气离
开燃烧室，通过顺流的方式进入到下部的激冷室，进入到洗涤塔中，在通过洗涤
之后合成共气进入到变换工段中。

洗涤塔底部的黑水一部分成为急冷水，另一部
部分通过灰水处理之后则循环应用。

2.气化机理
气化过程就是煤炭在高温作用之下发生化学反应，其主要如下：煤热裂解以
及挥发分燃烧，因为反应的温度较高，煤发生热裂解释放挥发。

裂解产物以及挥
发会在高温、高氧浓度之下迅速地被燃烧，这样就会释放出大量的反应热。

第二，固体以及气化剂反应。

脱除挥发分煤粉颗粒以及水蒸气，在氧化反应的影响之下
就会生成各种气体，产生反应热。

第三，生产气体以及固体反应，气化炉中的氧
气就会被完全消耗，在进行煤焦反应，则就会生成CO以及CH4。

3.合理选择热力学方法
在化工模拟中，选择物性方法直接影响计算的精准度。

煤气化属于高温、高
压的反应过程，气体属于非极性以及弱极性的轻气体，主要通过RK-SOAVE、PR-BM等方式进行处理，通过这些方式进行气体加工以及炼油工艺计算。

三、德士古水煤浆气化技术在我国的发展与创新
20世纪80年代，为了调整无烟煤工艺，我国引进了德士古水煤浆气化技术
手段，1993年我国第一套水煤浆加压气化装置才试车成功。

德士古水煤浆气化技术喷嘴在气化炉顶部位置，因为其喷射速度较高，导致物料短路等问题的出现，
很容易造成碳转化率低等问题。

德士古水煤浆气化技术的关键就是气化炉，而气
化炉的关键就是喷嘴，进行多喷嘴对置式水煤浆气化炉研究，是我国在“九五”期
间的重要成就，达到了国际领先水平。

而在“十五”期间，已经进行入了商业示范
推广阶段。

多喷嘴对置式水煤浆气化技术是新型的技术手段，主要通过四喷嘴对
置形成一种撞击流，有效地强化了混合效果，提升了热质传递效果，气化效果显著，高于传统的德士古水煤浆加压气化技术，成本低廉。

四、德士古水煤浆气化技术设备与工艺手段
1.工艺流程简述
德士古水煤浆气化工艺技术主要包括水煤浆制备工段、气化工段、灰水处理
工段三部分组成，水煤浆制备工段是以煤炭为原料，加入能改变水煤浆流动特性
的添加剂和水制成水煤浆，制得的水煤浆的流体属于非牛顿型流体中的假塑性流体，料浆的各项性能稳定，容易运输，由煤浆泵提供动力后送入气化工段；在气
化工段，由煤浆制备工段送来的水煤浆和氧气在气化炉内发生气化反应，反应后
得到粗合成气，其主要成分为CO、H2和CO2。

在灰水处理工段，气化炉和洗涤
塔出来的灰水在此工段除尘、脱除酸性气体，处理后的灰水，经过换热回收高温
煤气的热量后，再次进入洗涤塔，实现水的循环利用。

2.气化压力
德士古水煤浆加压气化有一个很大的优点就是可以把气体压缩的成本降低。

并且气化反应本身就是一种增容反应，在加压气化过程中，压缩氧比常压压缩气
体方式也更加经济。

当氨合成压力为22MPa，气体压力为3MPa时，压缩功可节
省45%左右。

此外，增加工作压力可以使碳与气化炉的接触更加紧密，提高燃烧
器的雾化效果，从而提高碳的转化率，其转化率可达98%以上；而普通压力气化
只有93%~95%；增加运行压力可降低气流速度，较有利于气体中的灰的分离，其
渣分离效率可达93%~95%；增加运行压力可增加气化强度，更有趣的是，加压气
化可以帮助气化后等压力（如6.5MPa）甲醇的合成。

对于气化压力的选择，通常是根据气体的最终使用情况、后续部分的工艺要求等进行核算确定的。

3.氧煤比
氧煤比做为水煤浆气化技术最重要的参数，在煤浆浓度为60%的情况下，改
变氧气流量使得氧煤比的变化范围为0．5～1．5，发现在氧气流量小于
0．543kmol•s－1，CO流量随着氧气流量的增加而增加，当氧气流量超过0．543kmol•s－1而继续增加时，CO流量减少，含量降低。

H2流量最大出现在氧气流量为0．488kmol•s－1时，之后氧气流量继续增加，H2发生燃烧反应变为H2O，表现为合成气中H2O含量迅速升高，消耗已经生成的H2，导致H2流量下降较快。

因此在化工生产过程中如果以合成气中的CO作为生产甲酸、草酸和醋酸等物质的原料，应控制氧气流量在0．543kmol•s－1左右，此时CO流量和含量均达到最大值。

若化工过程以有效气的生成量最多为生产目标，应该控制氧气流量为0．488kmol•s－1，此时H2流量及含量为最大值，适合作为合成氨工艺的原料。

结束语：
基于国家能源安全角度分析，推动煤炭的清洁利用是较为关键的内容。

但在工业化生产实践中仍暴露出一些急待解决的问题，包括水煤浆气化氧耗高、需热备用炉、气化炉耐火材料寿命短、气化炉炉膛热电偶寿命短、工艺烧嘴寿命短、气化装置投资大、激冷环寿命短等，所以，合理的发展应用德士古煤气化技术不仅仅会在根本上优化煤气化工艺水平，也会推动相关产业的发展，对于社会经济发展具有重要的推动作用与价值。

参考文献：
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