林彬彬（中国天辰化学工程公司，天津 300400） 2004-07-16
1 概述
能源是发展国民经济和提高人民生活水平的重要物质基础，而我国能源资源的特点，又决定了我国是以煤为主的能源结构。能源生产和消费结构中煤炭的比例分别为75.5%和75%。据有关方面预测，即使到2010年，我国能源结构中，煤炭的比例仍高居71.7%和69%。能源结构中以煤炭为主的局面长期不会改变。
一般说来，面向未来的洁净煤气化技术生产体系是以洁净煤气化技术为基础，将城市煤气、洁净发电和供热、液体燃料等清洁能源产品的生产与碳一化学深加工相结合，如联合循环发电（IGCC）和碳一化学甲醇、醋酸等为基础的化工生产相结合。这种洁净气化技术生产体系与目前常规燃煤锅炉技术相比，不但在热效率上有较大的提高，而且对大气环境的影响具有根本性的改变。尤其对高硫煤而言，更具有特殊的意义。
预计未来，当石油和天然气的成本因资源枯竭会明显上涨，煤炭不仅是能源资源，也将是化学工业惟一可靠的基本原料来源。特别是生产合成氨和碳一化学含氧化合物，煤化工更具有竞争力。
因此，我国自80年代末至今已相继引进鲁南、上海三联供、渭河、淮南、浩良河五套以水煤浆为原料的德士古气化装置，现又引进的还有金陵化肥、神木甲醇、南化大化肥、湘火炬等装置，同时也有兖矿、惠生等公司正在同德士古公司接触。我国90%以上的氮肥企业是以无烟煤或焦炭为原料，使用固定床间歇气化技术生产半水煤气，作为合成氨（或甲醇）的原料气。该气化技术存在的主要问题：一是原料（无烟煤、焦炭）价格高，企业亏损，生产难以为继；二是环境要求越来越高，间歇式固定床气化吹风气排放对环境的污染较严重，治理困难。为了解决上述问题，使企业走出困境，就必须采用高新技术加快企业改造步伐，提高企业的竞争能力，同时随着天然气和油品价格的上涨，醇醚燃料和甲醇的广泛应用，以煤为原料的德士古水煤浆加压气化将有越来越广泛的市场。
2 德士古气化技术的特点
德士古水煤浆加压气化法为目前世界上先进的气化技术之一，属气流床加压气化法。其特点是该工艺对煤的适应范围较宽，可利用粉煤，单台气化炉生产能力较大，气化操作温度高，液态排渣，碳转化率高，煤气质量好，甲烷含量低，不产生焦油、萘、酚等污染物。排出粗灰渣可以用作水泥的原料和建筑材料。三废处理简单，易于达到环境保护的要求。生产控制水平高，易于实现过程自动化及计算机控制。
（1）工业化情况
Texcao公司自1957年在蒙特培罗（Monetebello）研究室开始以氧为气化剂对煤、焦进行气化研究，1973年建立了一套投煤量15t/d 的试验装置进行加压水煤浆气化试验。经过30年的试验及工业化过程，德士古水煤浆加压气化工艺已经发展成为一项先进、成熟可靠的煤气化工艺。具体工业应用情况见表1。
（2）加压水煤浆气化的优点
①煤种适应性广。年轻烟煤，粉煤皆可作原料，灰融点要求不超过1350℃，煤可磨性和成浆性好，制得煤浆浓度要高于60%为宜。
②气化压力范围大。从2.5～8.0MPa皆有工业化装置，以4.0MPa较为普遍，随着装置规模的大型化，6.5MPa也越来越被采用，气化压力高可节省合成气压缩功。 ③气化炉热量利用率高。有激冷工艺制得含蒸汽量高的合成气如用于生产合成氨，在变换工序不需再外加蒸汽，也可采用废锅流程
回收热量，副产高压蒸汽，但废锅设备价格较高，可择优选用。
④气化炉内无传动装置，结构比较简单。
⑤单位体积产气量大，一台直径2800mm，4.0MPa气化炉产生气体，可日产氨（或甲醇）500t，国内已有最大直径3200mm。
⑥有效气成分高，CO+H2≥80%，排渣无污染，污水污染小，易处理。因高温气化，气体中含甲烷很低（CH4≤0.1%），无焦油，气化炉排渣无污染，可用作铺路路渣，污水含少，易处理。
⑦产品气一氧化碳和氢含量高是碳一化学最好的合成原料气，可用来生产合成氨、甲醇、制氢、羟基合成原料气，用途广泛。
⑧碳转化率高，最高可达98%以上。
3 水煤浆气化对煤质的要求
(1)Texaco水煤浆气化对煤质适应性较广。除褐煤、泥煤及热值低于22940kJ/kg、灰熔点高于1350℃的煤不太适用外，其他粘结性煤、含灰量较高的煤、石油焦、烟煤均可作原料。
(2)煤中灰含量对消耗指标的影响。煤中灰含量增加会增加氧气的消耗，同时也增加每m3有效气（CO+H2）的煤消耗量，一般煤中灰含量从20%降到6%，可节省5%的无灰干基煤消耗，节省氧气消耗10%左右。同时也使灰、黑水中的固含量升高，系统管道、阀门、设备的磨损率大大加剧。我们认为煤的含灰量应≤19%。
(3)煤的灰熔点。由于气化炉内操作温度一般在煤的灰熔点T3以上（通常要高50～100℃），鉴于炉内耐火材料承受高温的限制，要求煤的灰熔点T3不要超过1350℃，如果煤的性质较好，但灰熔点较高一些，可采取加助熔剂如石灰石，石灰粉等把灰熔点降下来，以保证炉内耐火材料使用寿命。
(4)煤的可磨性。煤的可磨性是指煤可磨碎的难易程度，通常用哈氏指数（Hardgrove Index）来表示。
(5)煤的成浆性。水煤浆气化炉是将煤制成煤浆送入气化炉，煤的内水主要表现在对成浆性能的影响，一般认为煤的内水含量越高，
煤的O/C比越高，亲水官能团越多，煤的制浆难度越大。例如褐煤，成浆性很差，就不宜选作原料。
水煤浆加压气化原料煤的最高内水≤10%，故对煤的成浆性很重要，在选用原料煤时除正常工业分析，一定要进行成浆试验，制成煤浆浓度最好在60%以上。浓度越高，耗氧量越少，煤浆浓度在65%左右为宜。
4 Texaco水煤浆气化的工艺流程
根据气化后工序加工不同产品的要求，加压水煤浆气化有三种工艺流程，激冷流程，废锅流程和废锅激冷联合流程。对于合成氨、甲醇生产，多采用激冷流程，这样气化炉出来的粗煤气，直接用水激冷，被激冷后的粗煤气含有较多水蒸气，可直接送入变换系统而不需再补加蒸汽，因无废锅，投资较少。如对产品气用作燃气透平循环联合发电工程则多采用废锅流程，副产高压蒸汽用于蒸汽透平发电机组。对产品气用作羰基合成气、甲醇，通常采用废锅和激冷联合流程。亦称半废锅流程，即从气化炉出来粗煤气经辐射废锅冷却到700℃左右，然后用水激冷到所需要的温度，使粗煤气显热产生的蒸汽能满足后工序的要求。后两种流程由于投资较大和操作复杂，现在德士古水煤浆气化生产厂基本上不采用。
5 关键设备国产化
（1）煤浆泵
鲁南化肥厂同上海大隆机器厂、沈阳有冶金机械总厂联合开发的高低压煤浆泵应用于鲁南化肥厂德士古水煤浆加压气化，目前运行良好，价格远远低于进口设备。我公司设计的多套德士古水煤浆加压气化的低压煤浆泵全部采用国产设备，由于高压煤浆泵为气化部分的心脏，为保证连续稳定生产目前所有的工厂基本上选用进口的高压煤浆泵。
（2）耐火砖
洛阳耐火材料研究院、新乡耐火材料厂开发的国产耐火砖成功应用于鲁南化肥厂以后，经生产检验，各项性能已超过进口耐火砖，现国内新上的德士古炉都采用国产耐火砖，气化炉耐火砖使用时间基本上超过一年以上，最长的达到10000h以上。
（3）气化炉烧嘴
随着华东理工大学开发出具有我国自主知识产权的四喷嘴对置水煤浆加压气化技术的成功，气化炉的喷嘴已可以国产化，其性能优于或达到国外产品。现国内引进的德士古气化装置为考核德士古技术性能，首次基本上采用德士古气化炉烧嘴。
综上所述，德士古水煤浆气化技术的关键设备除了引进高压煤浆泵、高压煤浆阀及高压氧阀外，其他的所有设备都可以采用国产设备。鲁南化肥厂的第三台德士古气化炉也全部采用国产设备，现运行良好。因此，作为世界上最先进的以煤为原料的气化技术之中，德士古投资为最省。
6 结束语
随着石油、天然气的价格上涨，无烟块煤（或焦炭）的急剧暴涨，同时甲醇、二甲醚替代石油燃料及煤间接液化合成汽油、柴油在中国的发展，水煤浆加压气化技术作为世界上最先进的以煤为原料的气化技术之一，一方面从鲁南化肥厂1994年的第一台德士古气化炉的投运，相继上海三联供、渭河、淮南的投产，国内已形成一套丰富连续稳定的操作经验，将以最省的投资和较低的能耗来替代现有的渣油、石脑油及无烟块煤（或焦炭）为原料的化肥厂的合成气技术，另一方面世界范围内以煤气化为基础的多联产、多联供技术的迅速崛起，拓宽了煤的利用价值，保护环境，有利于国家能源结构调整，为我国的煤化工发展提供有力的技术支持。
夏洪强，陈方林（安徽淮化集团有限公司，安徽淮南 232038） 2005-09-16
淮化集团德士古水煤浆加压气化装置为三台气化炉，两开一备，采用美国德士古 (TEXACO) 技术，由日本宇部公司(UBE)设计，于2000年8月化工投料试车一次成功，成为国内继山东鲁化、上海焦化、陕西渭化之后，第四套运行的德士古装置。该装置设计的灰分值为14.76%。但由于煤炭供应的紧张，我公司原料煤的灰分一直居高不下，大部分时间灰分在20%左右，有时甚至高达25%以上，由此造成洗涤塔阻力上升较快，致使一台气化炉运行不到20天就必须停炉清理，同时导致合成气带灰带水以及变
换催化剂失活等问题。本文就灰分高造成的合成气带灰、带水及洗涤塔阻力上升快等等问题进行分析，并提出一些改进措施。
1 德士古气化系统粗合成气洗涤过程
淮化装置德士古合成气洗涤流程示意图见图1。合格的水煤浆和空分来的氧气经德士古烧嘴喷入气化炉燃烧室，氧气和水煤浆在1300～1400℃、4.0MPa条件下，进行部分氧化反应，生成的水煤气和熔融灰渣经过均布激冷水的下降管进入激冷室的水浴中，大部分的熔渣经冷却固化后落入激冷室底部。粗合成气沿下降管和上升管的环隙上升出气化炉激冷室，在合成气出口管处设有冲洗水，以防气体中固体颗粒在出口管累积堵塞，同时给合成气增湿。经过初步洗涤的合成气进入喷嘴洗涤器，在这里加入大量增湿水，使合成气夹带的固体颗粒完全湿润，以便在洗涤塔内快速除去。经增湿的合成气沿洗涤塔内下降管进入底部水浴中，再向上穿过水层，大部分固体颗粒沉降到塔底部，与合成气分离。上升的合成气沿下降管和导气管的环隙向上穿过两层冲击式塔板，并与洁净的喷淋水逆向接触，洗涤余下的固体颗粒，再经除雾器除去雾沫后送往下游工序。要求出洗涤塔的合成气含尘量小于1mg/m3。
图1 淮化装置德士古合成气洗涤流程示意图
2 合成气洗涤的初步改进
2001年下半年，煤灰分在16%～20%之间，一台气化炉清理后一般运行16天左右，就会有洗涤塔带灰带水现象，20天左右带水就相当严重，且洗涤塔阻力上升至0.25MPa以上，被迫停炉清理。车间工程技术人员在认真分析和研究之后，认为洗涤塔阻力上升的原因如下：（1）煤质发生变化，灰分上升是主要原因；
（2）洗涤塔有关尺寸不太合理；
（3）工艺指标不合理，造成气化炉、洗涤塔洗涤效果均不好；
（4）分散剂、絮凝剂添加量需调整，并加强管理。
在分析了原因之后，实施了以下改进措施。
（1）增加一排除雾器，使原三组除雾器变成四组。
（2）对塔板进行扩孔，孔径由原来的φ6mm扩为φ7mm，增加筛孔面积，降低孔速。
（3）增加塔板堰槽高度，塔板溢流堰最终增加到134mm，水封槽溢流堰槽高度最终增加到184mm。
（4）调整工艺指标如下：
①加大激冷水量，由原109m3/h增加到120m3/h以上；
②加大喷射洗涤器的水量(超过70m3/h)；
③加大洗涤塔排黑水量(超过15m3/h)。
（5）加强分散剂和絮凝剂的使用管理，保证灰水品质。
实施以上技改后，在现有灰分下基本实现了一台气化炉运行30至40天不带水、不带灰的目标（在此灰分下工艺烧嘴也只能使用30余天，就需倒炉更换）。
汽化炉
3 合成气洗涤的进一步改进
2004年初煤炭供应异常紧张，至2月下旬，所供煤的灰分大部分在20%～25%之间，再次造成洗涤塔阻力上升较快，致使一台气化炉运行20天左右就必须停炉清理。
为此车间工程技术人员进行了认真分析和研究，并借鉴了其他德士古厂家工艺流程和工艺参数。发现
淮化厂的水气比波动较大，而造成这种现象的原因主要是洗涤塔排水不稳定，这是因为两台洗涤塔共用一台排黑水管线，排水压差不同造成的，并且由于排水不稳定进一步造成洗涤塔内有灰尘累积。为此车间决定借鉴鲁化厂流程将两台洗涤塔排黑水分开走，以解决由相互排斥造成的排水不稳定问题。改造前后排水流程图见图2（虚线部分为新增管线、阀门及其他管件）。
图2 洗涤塔排水流程图
改造非常成功，基本消除了洗涤塔阻力上升问题，有效延缓了系统带灰带水周期，同时稳定了水气比，从而消除了变换炉操作不稳定因素，加之带灰的减少，大大延长了变换催化剂的使用寿命。改造
效果见表1。
表1 洗涤塔排黑水流程改造前后情况比较
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