1 水煤漿加壓氣化工藝技術(shù)的現(xiàn)狀

    水煤漿加壓氣化是美國德士古公司開發(fā)并應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的,。國外已建成投產(chǎn)的裝置有6套,，15臺(tái)氣化爐。國內(nèi)已建成投產(chǎn)的裝置有7套,，21臺(tái)氣化爐,；正在建設(shè)、設(shè)計(jì)的裝置還有4套,，13臺(tái)氣化爐,。這些已建成投產(chǎn)的裝置最終產(chǎn)品有合成氨、甲醇,、醋酸,、醋酐、氫氣,、一氧化碳,、燃料氣,、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電,，各裝置自建成投產(chǎn)后,，一直連續(xù)穩(wěn)定、長周期運(yùn)行,。該工藝技術(shù)的專利許可證費(fèi)已有大幅度降低,，裝備國產(chǎn)化率已達(dá)90%以上，由于國產(chǎn)化率高,，裝置投資相應(yīng)降低,。一套投煤量500 t/d，氣化壓力為4.0MPa的氣化爐系統(tǒng)投資約7000萬元,。一套投煤量1000t/d,，氣化壓力為4.0MPa的氣化爐系統(tǒng)投資約11000萬元。一套投煤量750t/d,，氣化壓力為6.5MPa的氣化爐系統(tǒng)投資約9000萬元,。

    近年來國內(nèi)有關(guān)大專院校和科研單位還開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的水煤漿氣化工藝技術(shù)。華東理工大學(xué)開發(fā)的多噴嘴對(duì)置式水煤漿加壓氣化技術(shù),，西北化工研究院開發(fā)的多元料漿加壓氣化技術(shù),，都各有其特點(diǎn)。

2   特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)

    （1）水煤漿氣化對(duì)煤質(zhì)的適應(yīng)性較廣,。煙煤,、次煙煤、無煙煤,、高硫煤及低灰熔點(diǎn)劣質(zhì)煤,、石油焦等均能用作氣化原料。氣化溫度一般比在還原性氣氛下的灰熔點(diǎn)T4高50～100℃,，由于耐火磚襯里承受高溫抗渣的限制,，一般要求煤的灰熔點(diǎn)在還原性氣氛下T4＜1300℃。氣化溫度下的煤灰粘度要求在25~40Pa.s之間,，且變化平穩(wěn),。對(duì)較高灰熔點(diǎn)的煤，也可以采用高灰熔點(diǎn)煤與低灰熔點(diǎn)煤混配煤或加石灰石作助熔劑以降低灰熔點(diǎn)的辦法來解決,。

    原料煤中含氯,、氟等鹵素低一些比較好，否則在氣化及后續(xù)系統(tǒng)的設(shè)備,、管道選材上需要特別注意,。

    原料煤的成漿性必須作實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，成漿性好的煤,，其煤漿流動(dòng)性能好,，氣化用的氧氣消耗少,。要求制成水煤漿的煤漿濃度在60%以上。影響制成高濃度水煤漿的一個(gè)重要因素是原料煤的內(nèi)在水分,，要求內(nèi)在水分低于10%,，否則制不成高濃度的水煤漿。西北化工研究院曾對(duì)兗礦南屯煤礦洗煤廠的煤泥作過制成高濃度水煤漿的研究,，證明洗煤廠煤泥可以制成符合加壓氣化的水煤漿,，這樣便可以降低生產(chǎn)成本。原料煤的可磨性指數(shù)（HGI）要高,，原料煤容易磨細(xì),，磨煤消耗的功率就少，成漿性能好,。

    原料煤中灰份含量要低,，一般煤中灰分含量從20%降至6%，可節(jié)省煤耗5%左右,，氧耗10%左右,。有的廠已采用煤灰含量低的洗煤作原料，效果比較好,。

    （2）氣化壓力從2.5到8.5MPa皆有工業(yè)性生產(chǎn)裝置在穩(wěn)定長周期運(yùn)行,。采用6.5MPa氣化有利于采用甲醇等壓合成工藝，采用8.5MPa氣化有利于采用氨等壓合成工藝,，以降低能耗,，節(jié)省投資。

    （3）氣化系統(tǒng)的熱利用,，有兩種形式,，一種是廢熱鍋爐型，可回收煤氣中的熱量副產(chǎn)高壓蒸汽,，適用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電,，另一種是水激冷型，可制得水氣比高達(dá)1.4的合成氣,，滿足后續(xù)工序一氧化碳變換的需要,，變換工序不需要外供蒸汽。適用于煤化工制合成氨,、氫氣,、甲醇等化工產(chǎn)品。

    （4）氣化爐生產(chǎn)能力比較大,，目前最大的氣化爐日投煤量為2000t,，國內(nèi)最大的氣化爐日投煤量為1000t，直徑Φ3200mm,。

    （5）氣化系統(tǒng)不需要外供蒸汽及輸送氣化原料用的N2或CO2,。

    （6）氣化系統(tǒng)總熱效率高達(dá)94%～96%,，高于Shell干法氣化（為91%~93%）和GSP干法氣化（為88%～92%）。

    （7）氣化爐結(jié)構(gòu)簡單,，為耐火磚襯里,，氣化爐內(nèi)無轉(zhuǎn)動(dòng)裝置或復(fù)雜的膜式水冷壁內(nèi)件，所以制造方便,，造價(jià)低,。同時(shí),，因?yàn)椴捎脽岜跔t,，內(nèi)部熱容量比較大，耐火磚升溫至1000℃以上后,，即可直接噴水煤漿投料,，生產(chǎn)安全可靠，不像冷壁爐那樣為了開工點(diǎn)火,，防止熄火和保證安全生產(chǎn),，在開停車和正常生產(chǎn)時(shí)都需要連續(xù)燃燒一部分液化氣或燃料氣。

    （8）制備和輸送水煤漿的流程比Shell法和GSP法制備粉煤和輸送粉煤流程短,，水煤漿泵送入氣化爐比干法輸送粉爐入爐簡單得多,，并且安全可靠，投資省,。

    （9）氣化爐系統(tǒng)在有備用爐的情況下,，氣化裝置運(yùn)轉(zhuǎn)率可高達(dá)100%，遠(yuǎn)高于單臺(tái)氣化爐（不設(shè)備用爐）的Shell法（只有74%～78%）,，水煤漿法單臺(tái)氣化爐的年運(yùn)轉(zhuǎn)率與Shell法單臺(tái)氣化爐相仿,。

    （10）煤氣除塵比較簡單，只需要一個(gè)文氏管洗滌器和一臺(tái)洗滌塔就可以了,，不需要像Shell法采用國內(nèi)尚不能制造且價(jià)格昂貴,、需經(jīng)常更換內(nèi)件的高溫高壓飛灰過濾器。

    （11）碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)96%~98%,，如采用多噴嘴對(duì)置式加壓氣化爐,，碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)到99%。

    （12）粗渣可用作建筑材料,，細(xì)渣可作鍋爐用燃料,，如返回制漿系統(tǒng)，則更為經(jīng)濟(jì),。排出的一小部分灰水處理簡單,，處理后排出對(duì)環(huán)境無污染。

    后續(xù)工序變換排出的部分冷凝液及工廠排出的廢水,，可作為制備水煤漿的用水,。

氣化后合成氣中的H2S,、COS等酸性氣體可在后續(xù)脫除酸性氣體工序中脫除并回收利用。

    總的來說,，水煤漿加壓氣化工藝屬于潔凈煤氣化工藝技術(shù),。

3  缺點(diǎn)和存在的問題

    （1）氣化用原料煤受氣化爐耐火磚襯里的限制，適宜于低灰熔點(diǎn)的煤,，否則需要配煤或加助熔劑,，使在還原性氣氛下的煤灰熔點(diǎn)T4＜1300℃。

    （2）碳轉(zhuǎn)化率較低（96%～98%）,，冷煤氣效率較低（73%～74%）,，有效氣成分（CO+H2）較低（80%～83%），有效氣（CO+H2）比氧耗為336～410 m3/km3,，有效氣（CO+H2）比煤耗為550～620 kg/km3,。（注：氧耗和煤耗與煤質(zhì)的關(guān)系比較大）。

    （3）氣化爐現(xiàn)用的耐火磚使用壽命較短,，一般為1～2年,，國產(chǎn)磚壽命為1年左右，耐火磚較貴,，1臺(tái)投煤量為1000t/d的氣化爐耐火磚需400萬元左右,，有待改進(jìn)。

    （4）氣化爐噴嘴使用壽命較短,，一般使用2個(gè)月后,，需停車進(jìn)行檢查，維修或更換噴嘴頭部,。

4  國內(nèi)對(duì)德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)的收獲

4.1  對(duì)工藝技術(shù)的掌握

    我國自從魯南化肥廠第一套水煤漿加壓氣化裝置（2臺(tái)氣化爐）于1993年建成投產(chǎn)以來,，相繼建成了上海焦化廠氣化裝置（1995年建成投產(chǎn)），渭河化肥廠氣化裝置（1996年建成投產(chǎn)）,，淮南化肥廠氣化裝置（2000年建成投產(chǎn)）,，金陵石化公司氣化裝置（2005年建成投產(chǎn)），浩良河化肥廠氣化裝置（2005年建成投產(chǎn)）,，南化公司氣化裝置（2006年建成投產(chǎn)）,。由于我國有關(guān)生產(chǎn)廠的精心消化吸收，已掌握了豐富的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn),，新裝置一般都能順利投產(chǎn),，短期內(nèi)達(dá)到連續(xù)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn),、長周期運(yùn)行,。并且掌握了以石油焦為原料的氣化工藝技術(shù)。

4.2  人才的培養(yǎng)

    通過上述工廠的設(shè)計(jì),、建設(shè),，我國已培養(yǎng)出了有豐富經(jīng)驗(yàn)的工程公司及工程技術(shù)人員,，可以獨(dú)立進(jìn)行水煤漿加壓氣化的工程設(shè)計(jì)和工程總承包工作，節(jié)約了建氣化裝置的軟件費(fèi)支出,。同時(shí),，培養(yǎng)出了有豐富建筑安裝經(jīng)驗(yàn)的工程公司和工程技術(shù)人員。也培養(yǎng)出了經(jīng)驗(yàn)豐富的對(duì)煤種作實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)和煤種試燒的工程技術(shù)人員,。對(duì)于常規(guī)煤種,，工程技術(shù)人員已有能力只憑煤種的實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)進(jìn)行氣化裝置的工程設(shè)計(jì)。

4.3  裝置的國產(chǎn)化率

    通過上述裝置的設(shè)計(jì),、制造,、建設(shè)和生產(chǎn)的工程技術(shù)人員密切配合，裝置的國產(chǎn)化率已有很大提高,。軟件設(shè)計(jì)全部可以由國內(nèi)有經(jīng)驗(yàn)的工程公司承擔(dān),。主要設(shè)備如噴嘴、氣化爐,、破渣機(jī)、鎖斗,、撈渣機(jī),、文氏管洗滌器、洗滌塔,、低壓煤漿泵,、高低壓及真空黑水閃蒸罐、灰水沉降槽,、高低壓灰水泵,、鎖斗循環(huán)泵、洗滌塔循環(huán)泵,、細(xì)灰過濾機(jī)等國內(nèi)都能生產(chǎn),。耐高溫又抗渣的耐火磚，國內(nèi)有幾家耐火材料廠已都能生產(chǎn),。只有高壓煤漿泵,，國內(nèi)正處于試制和試用階段。

4.4  裝置的投資

    水煤漿加壓氣化裝置的建設(shè)費(fèi)用比Shell法和GSP法都要省,，其建設(shè)費(fèi)用比為Shell法∶GSP法∶水煤漿法=（2～2.5）∶1.5∶1,，所以其固定生產(chǎn)成本比其他兩種方法都低。

    還有一點(diǎn)需要提一下的是煤耗和氧耗問題,，它與原料煤質(zhì)的關(guān)系比較大,。但是無論是Shell法或GSP法，在粉煤氣化時(shí),，需向氣化爐內(nèi)輸入過熱蒸汽,，其用量相當(dāng)于120~150kg/km3（CO+H2）,，過熱蒸汽與粉煤的比例相當(dāng)于（0.22～0.25）∶1，相當(dāng)于水煤漿中含水20%,。宣傳資料上介紹的煤耗和氧耗,，實(shí)際上是忽略了生產(chǎn)過熱蒸汽所用的煤耗及將蒸汽加熱到1400～1500℃的煤耗和氧耗；在正常生產(chǎn)時(shí),，需燃燒一部分燃料氣,，必將增加氧耗及燃料氣耗（折煤耗）；備煤時(shí)煤干燥需要增加煤耗,。按宣傳資料介紹,，這兩種方法的煤耗和氧耗比較低，有效氣（CO+H2）煤耗為550～600kg/km3,，氧耗為330～360 m3/km3,，加上以上這些煤耗和氧耗，實(shí)際上有效氣（CO+H2）總煤耗將為620～670 kg/km3 ,，總氧耗將為380~410 m3/km3,。煤耗和氧耗不但沒有降低，反而比水煤漿氣化法多了或相仿,。另外還要考慮制煤粉和輸送煤粉增加的電耗,。

    鑒于以上幾點(diǎn)，水煤漿加壓氣化工藝技術(shù)是一項(xiàng)成熟,、國產(chǎn)化率高,、投資省、建成后就能順利投產(chǎn),，長周期穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的工藝技術(shù),。

5  對(duì)國內(nèi)開發(fā)的水煤漿技術(shù)的建議

    近年來，華東理工大學(xué),、兗礦魯南化肥廠和中國天辰化學(xué)工程公司開發(fā)研制了多噴嘴對(duì)置式水煤漿加壓氣化工藝技術(shù),，通過兗礦國泰化工有限公司（兩套日處理1000~1150t的多噴嘴對(duì)置式水煤漿加壓氣化爐，氣化壓力4.0MPa,，配套生產(chǎn)240 kt/a甲醇,，聯(lián)產(chǎn)71.8MW電）和山東德州華魯恒升化工股份有限公司（一套日處理煤750t的多噴嘴對(duì)置式水煤漿加壓氣化爐，氣化壓力6.5MPa,。）的設(shè)計(jì),、制造、建設(shè),、生產(chǎn),、實(shí)踐，證明該氣化工藝技術(shù)基本上是成功的。比單噴嘴頂噴氣化爐可降低氧耗8%,，煤耗2.2%,，并且都通過了鑒定驗(yàn)收。但兩個(gè)公司的多噴嘴對(duì)置式水煤漿加壓氣化爐都存在氣化爐頂部耐火磚磨蝕較快和爐頂超溫的問題,，有待改進(jìn),。有的專家認(rèn)為主要是爐頂高徑比取得過小，導(dǎo)致爐子頂部耐火磚磨蝕過快引起的,。作者認(rèn)為現(xiàn)在的多噴嘴對(duì)置式水煤漿加壓氣化爐已比常規(guī)同生產(chǎn)能力的單噴嘴頂噴氣化爐要高出許多,，如再加高及加大直徑，必然在噴嘴頂部空間會(huì)形成死氣層,，停車時(shí)氣化爐內(nèi)難以用氮?dú)庵脫Q干凈,，不夠安全，且增加投資?，F(xiàn)在的多噴嘴對(duì)置式水煤漿加壓氣化爐由于比常規(guī)的單噴嘴頂噴氣化爐要高,，再加上多3套噴嘴和其相應(yīng)的高壓煤漿泵、煤漿閥,、氧氣閥,、止回閥、切斷閥以及連鎖控制儀表,，一套氣化爐系統(tǒng)的投資已比常規(guī)的單噴嘴氣化爐多約3000萬元,，每年還要多增加維護(hù)檢修費(fèi)。雖然氧耗和煤耗都有所降低,，但是由于其固定生產(chǎn)成本高，維修費(fèi)用高,，已失去了一部分優(yōu)越性,。所以作者認(rèn)為應(yīng)從多噴嘴的安裝角度、水煤漿和氧氣從噴嘴噴出的速度,、噴嘴噴射型式上下功夫加以改進(jìn),，促成該工藝技術(shù)的發(fā)展。

    近年來,，西北化工研究院開發(fā)的多元料漿加壓氣化工藝技術(shù)引起了煤化工界和建設(shè)單位的重視,，一些新建廠又把注意力集中到建設(shè)多元料漿加壓氣化裝置上來。開發(fā)多元料漿的目的是在制備多元料漿時(shí)摻入油類制成發(fā)熱量較高的水,、油,、煤多元料漿，提高煤漿的熱值,，降低煤耗和氧耗,。作者認(rèn)為該工藝技術(shù)有一定的片面性，國內(nèi)許多以重油和石腦油為原料的化肥廠,，由于原料漲價(jià),，生產(chǎn)成本提高,，都在以煤代油改變?cè)下肪€，現(xiàn)在又提出水煤漿中摻和重油,，不符合國情,。同時(shí)，摻少了意義不大,，如摻重油后的多元料漿熱值想達(dá)到相當(dāng)于煤的熱值,，則1 m3水煤漿（水煤漿濃度按63%）中要摻入670 kg重油，如重油價(jià)按3500元/t,，煤價(jià)以400元/t計(jì),，則1噸多元料漿的價(jià)格約為1400元，在工業(yè)生產(chǎn)上是用不起的,。所以有待改進(jìn),。