德士古水煤浆气化工艺分析论文_张健

摘要：近些年，水煤浆逐渐发展起来，已成为我国重点发展的环保类产品。德士古水煤浆气化技术作为一种环保型煤气化技术，已在我国应用较长时间。笔者就德士古水煤浆气化技术展开研究，从相关概述入手，随即对其工艺流程及工艺原理进行分析，最后提出这一工艺的优、缺点，以期丰富学术上该项技术的研究内容。

关键词：水煤浆；新型燃料；气化工艺

前 言

所谓的水煤浆技术，实际上是使固态煤燃料转化为液态煤基燃料的过程，一方面，该项技术会保留煤的燃烧特性，另一方面，又会使其拥有重油液态相类似的特点。液态煤基燃料作为新型清洁燃料，具有制备简单、安全可靠以及便于运输储存等特点，西方较为发达的国家已将其用到较多工程中，我国关于煤炭资源较多，相对石油资源较少，在工业化进程不断发展的时代背景下，大力发展该项技术对我国发展意义重大。

一、德士古水煤浆气化工艺概述

德士古水煤浆气化工艺作为从天然气及重油中生成合成气的工艺，由美国的德士古公司研发[1]，在1948年，美国研究出了首套15吨煤的测试设备，进行20种固体原料的测试，主要有：无烟煤、褐煤、石油焦、烟煤以及煤液化。又于1956年建立气化炉，运行压力为2.8MPa，每日的处理量达到了100吨。现今，在不断发展下日投煤量已达到1600吨，该技术已成为二代气化技术中发展最迅速、最成熟的技术，其喷嘴位于气化炉顶部，由于它实际喷射速度较高，会发生物料短路，还会出现碳转化率低等不良现象。该技术的关键在于气化炉，气化炉的关键在于喷嘴，因此，关于这一技术的实际发展方向，应重点对新型喷嘴进行研究，才是关键所在，我国在“九五”时期，对多喷嘴对置式水煤浆气化炉进行大力研究，已在国际上领先，更是在“十五”期间，使其进入商业示范推广发展环节。我国研究出的这一技术作为一种新型技术，是经四喷嘴对置产生撞击流，从而进一步强化混合效果，使热质传递效果更佳，最终提升气化反应效果，与传统的水煤浆气化技术相比，成本更低、效果更好。不过存在寿命短、运行稳定性不佳以及气化率不高等缺点，因此还应加大研究力度，将发展重点放在大型成套化发展上，以实现可持续发展清洁低碳的目的。

二、德士古水煤浆气化技术的流程及原理研究

1.工艺流程

在这一工艺技术中，主要由三部分组成，分别是水煤浆制备、气化以及灰水处理。水煤浆制备环节，主要是将煤炭作为原料，再加入水及添加剂，进而对水煤浆的流动特性做出改变，最终制成水煤浆，其流体为假塑性流体，是非牛顿型流体中的一种形式，料浆各项性能均比较稳定、运输方便，通过煤浆泵，将其送至气化工段[2]。气化环节，在水煤浆制备环节制备成的水煤浆及氧气会在气化炉中进行气化反应，经过反应后会产生粗合成气，主要是由CO、、成分构成。灰水处理环节，会对洗涤塔及气化炉产生的灰水进行处理，脱除酸性气体及灰尘，处理后，灰水会经过换热回收高温煤气的热量，再将其送入洗涤塔，最终达到循环利用目的。

2.工艺原理

氧气与水煤浆会由喷射形式经烧嘴到达气化炉中，温度到达1300℃。压力在6.5MPa时发生气化反应，产生由CO、、构成的合成气。气化炉是气化系统中的主要设备，在内部会发生十分复杂的强放热反应，具有较强的耦合性，有较为严格的相关操作条件要求，通常会经过三个步骤：步骤一，煤裂解及挥发分燃烧。气化炉燃烧室会有特别高的温度，当氧气及水煤浆进入气化炉后，在高温影响下，水分会迅速变为水蒸汽，而煤粉则会产生热裂解反应，最终释放出挥发分。这一时刻，气化炉中会存在较高的温度以及丰富的氧气，挥发分和产生的裂解产物在氧气作用下会迅速燃烧，最终形成煤焦。步骤二，燃烧与气化反应。在这一步骤中，主要进行煤焦的反应，共有两个方面，一是煤焦及氧气发生燃烧，最终生成CO、等气体；二是煤焦与及水蒸汽进行气化反应，最终产生及CO。步骤三，气化反应。在这一步骤中，气化炉中存在的氧气已完全反应，具体发生气化反应的物质是煤焦、甲烷等，同、水蒸汽，最终产生及CO。通常情况下，在气化炉中会发生的反应为：

C + →2CO

CO + O→+

三、分析德士古水煤浆气化技术的优缺点

1.工艺优点

关于该技术的优点主要体现在以下几方面：第一，在煤原料选择上，并未有特殊要求，灰熔块体积以及灰熔点不会对其产生较大的限制；第二，可不间断的进行生产，反应原料在气化炉内可不间断的产生，即会有不间断的原料投放到气化炉中发生反应，同时德士古系统实际操作难度性较小，气化装置在生产上具备较强的能力；第三，单炉产量增加与否与气化反应压力高低息息相关，德士古水煤浆气化工艺中，合成气体生产时会产生较高压力，反应开始后后期无需进行加压操作，最小能量消耗下实现较高的单炉产量[3]。第四，合成气体质量较高，经气化后，水煤浆产生的合成气体质量好，有较高纯度，通常体积分数不低于80%；第五，在气化炉中会产生放热反应，随后会将炉内温度提升至1100至1540℃，在如此高温下，利于提升煤炭转化率，此外，放热过程中的热能可回收，将其二次利用；第六，生产工艺安全可靠，主要是因为气化反应在水氛围中进行，不会产生煤灰粉进而污染环境，安全隐患低，具有较强的实用性。

2.工艺缺点

关于德士古水煤浆气化工艺缺点主要体现在以下几方面：第一，水煤浆实际制备环节，会有较大的噪音，通常产生的噪音在95dB，会对人体健康产生一定影响；第二，高压煤浆泵的设备比较容易发生损耗，维修费用高、使用寿命短；第三，水煤浆气化环节，在氧气量及纯度上的要求较大，以确保满足气化炉中的反应需求，因此，在煤原料选择上应注意，选择成分好、灰熔点低以及灰分含量低的原料，以降低氧气要求。第四，在水煤浆进行气化反应时，会有较高的温度要求，炉内温度不低于1200℃，才会充分发生气化反应，而对于这样的温度标准仅靠自身装置很难实现，因此需要额外设置加温设备，势必会使设备投资成本增加；第五，气化炉是水、煤、灰进行气化反应的主要场所，气化炉内衬的耐火砖使用寿命不长，导致气化炉的造价成本高，通常一炉砖所需的成本在百万元；第六，气化反应环节会产生灰渣，通常选择液态排渣方式排渣，会对排渣系统阀门造成较大的损耗，排渣系统阀门通常是进口的，造价较高；第七，煤渣灰很容易通过合成气洗涤系统导致管道堵塞。

总 结

综上所述，我国应用德士古水煤浆气化工艺已有较长时间，该工艺主要分为三个阶段，即水煤浆制备、气化以及灰水处理，在温度、气化炉、压力等方面有一定的要求，具有操作简单、可持续生产等特点，同样也有相应的缺点，如投入成本较大等，作为典型的煤气化工艺手段，该项技术已逐渐趋于成熟，应合理对该技术进行发展应用，从根本上提升煤气化工艺水平，以推动产业发展，达到促进我国社会经济发展的目的。

参考文献：

[1]刘欢，刘铁成，冯霄.德士古水煤浆气化过程模拟[J].计算机与应用化学，2016，33（9）.

[2]谭延泽，宁超，仇静昕.德士古水煤浆气化工艺流程模拟的分析[J].化工管理，2018（8）：204-204.

[3]孙庆国，李国峰，张永帅.德士古水煤浆气化工艺概况和应用前景研究[J].江西化工，2019，141（01）：28-29.

作者简介：

张健（1990.04--），性别：男，民族：汉，籍贯：山东，学历：本科，现工作单位：神华新疆化工有限公司

论文作者:张健

论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期

论文发表时间:2020/1/13

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