对水煤浆加压气化工艺技术的评述

对水煤浆加压气化工艺技术的评述

章荣林（中国天辰化学工程公司，天津 300400） 2006-11-17

1 水煤浆加压气化工艺技术的现状

水煤浆加压气化是美国德士古公司开发并应用于工业化生产的。国外已建成投产的装置有6套，15台气化炉。国内已建成投产的装置有7套，21台气化炉；正在建设、设计的装置还有4套，13台气化炉。这些已建成投产的装置最终产品有合成氨、甲醇、醋酸、醋酐、氢气、一氧化碳、燃料气、联合循环发电，各装置自建成投产后，一直连续稳定、长周期运行。该工艺技术的专利许可证费已有大幅度降低，装备国产化率已达90%以上，由于国产化率高，装置投资相应降低。一套投煤量500 t/d，气化压力为4.0MPa的气化炉系统投资约7000万元。一套投煤量1000t/d，气化压力为4.0MPa的气化炉系统投资约11000万元。一套投煤量750t/d，气化压力为6.5MPa的气化炉系统投资约9000万元。

近年来国内有关大专院校和科研单位还开发了具有自主知识产权的水煤浆气化工艺技术。华东理工大学开发的多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术，西北化工研究院开发的多元料浆加压气化技术，都各有其特点。

2 特点及优点

（1）水煤浆气化对煤质的适应性较广。烟煤、次烟煤、无烟煤、高硫煤及低灰熔点劣质煤、石油焦等均能用作气化原料。气化温度一般比在还原性气氛下的灰熔点T4高50～100℃，由于耐火砖衬里承受高温抗渣的限制，一般要求煤的灰熔点在还原性气氛下T4＜1300℃。气化温度下的煤灰粘度要求在25~40Pa.s之间，且变化平稳。对较高灰熔点的煤，也可以采用高灰熔点煤与低灰熔点煤混配煤或加石灰石作助熔剂以降低灰熔点的办法来解决。

原料煤中含氯、氟等卤素低一些比较好，否则在气化及后续系统的设备、管道选材上需要特别注意。

原料煤的成浆性必须作实验室试验，成浆性好的煤，其煤浆流动性能好，气化用的氧气消耗少。要求制成水煤浆的煤浆浓度在60%以上。影响制成高浓度水煤浆的一个重要因素是原料煤的内在水分，要求内在水分低于10%，否则制不成高浓度的水煤浆。西北化工研究院曾对兖矿南屯煤矿洗煤厂的煤泥作过制成高浓度水煤浆的研究，证明洗煤厂煤泥可以制成符合加压气化的水煤浆，这样便可以降低生产成本。原料煤的可磨性指数（HGI）要高，原料煤容易磨细，磨煤消耗的功率就少，成浆性能好。

原料煤中灰份含量要低，一般煤中灰分含量从20%降至6%，可节省煤耗5%左右，氧耗10%左右。有的厂已采用煤灰含量低的洗煤作原料，效果比较好。

（2）气化压力从2.5到8.5MPa皆有工业性生产装置在稳定长周期运行。采用6.5MPa气化有利于采用甲醇等压合成工艺，采用8.5MPa 气化有利于采用氨等压合成工艺，以降低能耗，节省投资。

（3）气化系统的热利用，有两种形式，一种是废热锅炉型，可回收煤气中的热量副产高压蒸汽，适用于联合循环发电，另一种是水激冷型，可制得水气比高达1.4的合成气，满足后续工序一氧化碳变换的需要，变换工序不需要外供蒸汽。适用于煤化工制合成氨、氢气、甲醇等化工产品。

（4）气化炉生产能力比较大，目前最大的气化炉日投煤量为2000t，国内最大的气化炉日投煤量为1000t，直径Φ3200mm。

（5）气化系统不需要外供蒸汽及输送气化原料用的N2或CO2。

（6）气化系统总热效率高达94%～96%，高于Shell干法气化（为91%~93%）和GSP干法气化（为88%～92%）。

（7）气化炉结构简单，为耐火砖衬里，气化炉内无转动装置或复杂的膜式水冷壁内件，所以制造方便，造价低。同时，因为采用热壁炉，内部热容量比较大，耐火砖升温至1000℃以上后，即可直接喷水煤浆投料，生产安全可靠，不像冷壁炉那样为了开工点火，防止

熄火和保证安全生产，在开停车和正常生产时都需要连续燃烧一部分液化气或燃料气。

（8）制备和输送水煤浆的流程比Shell法和GSP法制备粉煤和输送粉煤流程短，水煤浆泵送入气化炉比干法输送粉炉入炉简单得多，并且安全可靠，投资省。

（9）气化炉系统在有备用炉的情况下，气化装置运转率可高达100%，远高于单台气化炉（不设备用炉）的Shell法（只有74%～78%），水煤浆法单台气化炉的年运转率与Shell法单台气化炉相仿。

（10）煤气除尘比较简单，只需要一个文氏管洗涤器和一台洗涤塔就可以了，不需要像Shell法采用国内尚不能制造且价格昂贵、需经常更换内件的高温高压飞灰过滤器。

（11）碳转化率高达96%~98%，如采用多喷嘴对置式加压气化炉，碳转化率可达到99%。

（12）粗渣可用作建筑材料，细渣可作锅炉用燃料，如返回制浆系统，则更为经济。排出的一小部分灰水处理简单，处理后排出对环境无污染。

后续工序变换排出的部分冷凝液及工厂排出的废水，可作为制备水煤浆的用水。

气化后合成气中的H2S、COS等酸性气体可在后续脱除酸性气体工序中脱除并回收利用。

总的来说，水煤浆加压气化工艺属于洁净煤气化工艺技术。

3 缺点和存在的问题

（1）气化用原料煤受气化炉耐火砖衬里的限制，适宜于低灰熔点的煤，否则需要配煤或加助熔剂，使在还原性气氛下的煤灰熔点T4＜1300℃。

（2）碳转化率较低（96%～98%），冷煤气效率较低（73%～74%），有效气成分（CO+H2）较低（80%～83%），有效气（CO+H2）比氧耗为336～410 m3/km3，有效气（CO+H2）比煤耗为550～620 kg/km3。（注：氧耗和煤耗与煤质的关系比较大）。

（3）气化炉现用的耐火砖使用寿命较短，一般为1～2年，国产砖寿命为1年左右，耐火砖较贵，1台投煤量为1000t/d的气化炉耐火砖需400万元左右，有待改进。

（4）气化炉喷嘴使用寿命较短，一般使用2个月后，需停车进行检查，维修或更换喷嘴头部。

4 国内对德士古水煤浆加压气化技术的收获

4.1 对工艺技术的掌握

我国自从鲁南化肥厂第一套水煤浆加压气化装置（2台气化炉）于1993年建成投产以来，相继建成了上海焦化厂气化装置（1995年建成投产），渭河化肥厂气化装置（1996年建成投产），淮南化肥厂气化装置（2000年建成投产），金陵石化公司气化装置（2005年建成投产），浩良河化肥厂气化装置（2005年建成投产），南化公司气化装置（2006年建成投产）。由于我国有关生产厂的精心消化吸收，已掌握了丰富的连续稳定运转经验，新装置一般都能顺利投产，短期内达到连续稳产、高产、长周期运行。并且掌握了以石油焦为原料的气化工艺技术。

4.2 人才的培养

通过上述工厂的设计、建设，我国已培养出了有丰富经验的工程公司及工程技术人员，可以独立进行水煤浆加压气化的工程设计和工程总承包工作，节约了建气化装置的软件费支出。同时，培养出了有丰富建筑安装经验的工程公司和工程技术人员。也培养出了经验丰富的对煤种作实验室评价和煤种试烧的工程技术人员。对于常规煤种，工程技术人员已有能力只凭煤种的实验室评价进行气化装置的工程设计。

4.3 装置的国产化率

通过上述装置的设计、制造、建设和生产的工程技术人员密切配合，装置的国产化率已有很大提高。软件设计全部可以由国内有经验的工程公司承担。主要设备如喷嘴、气化炉、破渣机、锁斗、捞渣机、文氏管洗涤器、洗涤塔、低压煤浆泵、高低压及真空黑水闪蒸罐、灰水沉降槽、高低压灰水泵、锁斗循环泵、洗涤塔循环泵、细灰过滤机等国内都能生产。耐高温又抗渣的耐火砖，国内有几家耐火材料厂