摘要：水煤浆是由70%左右的煤炭、30%的水和少量添加剂组成，德士古水煤浆加压气化工艺是在重油气化基础上发展起来的第二代煤气化技术，是一种简单、成熟、方便的煤气化工业应用技术，而且相比于传统方式而言，水煤浆还有环保、节能的优势，其主要工艺流程包括制备水 煤浆、煤浆储存和运输、水煤浆气化和水处理4道工序，本文简要分析了德士古水煤浆加压气化工艺的优缺点和工艺流程。
关键词：德士古；水煤浆、加压气化；工艺流程
德士古水煤浆加压气化的基本工艺过程是使用煤浆泵将煤浆送入德士古烧嘴中，同时将空气中的高压氧也送入其中，两者一同进入气化炉中，充分混合雾化，在1400摄氏度温度下进行气化反应，生成的高温合成气和残渣一起进入冷激室，将合成器经过冷却、除尘等工序装瓶，将残渣冷却后沉积在底部，实现有效气与残渣的分离。
一、德士古水煤浆加压气化工艺优缺点
1.优点：（1）煤种适应范围广，理论上可以利用高水分、高灰份、高粘结性的煤种，既不受熔点限制，也不受煤块度大小限制，其最终都会湿磨成水煤浆。（2）资源利用率高，液氧泵提供，一般其压力等级为2.7MPa、4.0MPa、6.7MPa、8.5MPa等，气化压力高，减少后续不必要的工序。同时热能利用率高，水煤浆气化通常在1400摄氏度下进行，常利用冷激的方式回收利用热能。（3）化工污染物少，由于该工艺是在1400摄氏度下进行，产物中不含有焦油等污染物，同时废水中的主要成分是含氰化合物，易于处理。
2.缺点：（1）工作噪音大。（2）需热备用炉，气化炉一般工作两个月左右就要单炉停车检修，而备用炉需要在1000摄氏度以上温度下才可以正常投料，因此在正常工作时，也要保持备用炉处在热备用状态，增加耗能。（3）工艺烧嘴寿命短，在高温和煤浆持续冲刷下，烧嘴的使用寿命不超过2个月。（4）黑水管线易堵塞、结垢，气化炉和碳洗塔排出的黑水中固体废渣含量非常多，经常堵塞黑水管，影响设施正常运行。
二、德士古水煤浆加压气化工艺的要点
1.制浆系统
取适当原料煤放入磨煤机中，同时在磨机中添加石灰水、氨水等工艺水，经磨煤机研磨成适当粒度分布的水煤浆，在这一工序中要选择高质量的添加剂，可以改变煤浆流动性，同时尽量减少磨机停车次数，否者会因为用水冲洗管线而引起煤浆浓度降低[1]。
2.水煤浆气化
气化炉是水煤浆气化的重要设备，德士古水煤浆气化工艺中气化炉分为燃烧室和冷激室两部分，上部为燃烧室，是气化反应的场所，内衬三层作用不同的耐火砖和耐火材料。下部为激冷室，安装有激冷环、下降管、导气管等。煤浆槽中的水煤浆被送至气化炉中后，煤将和氧气经由炉顶喷嘴进入炉内，在1300-1400摄氏度温度下，进行裂解、燃烧、气化反应生成粗煤气，反应后的粗煤气和熔渣一起经气化炉底部激冷室激冷后，使气体和固体残渣分开，固体残渣从气化炉底部排出，同时高温的粗煤气经过降温，把热量传递给水，产生大量水蒸气，粗煤气和水煤气的混合气送出气化炉。气化炉内反应很复杂，影响因素包括煤种、氧煤比、煤浆浓度、烧嘴压差、雾化程度等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在气化炉内可能会进行以下化学反应：
CmHnSr+O2=CO+H2+H2S+Q
CmHnSr+O2=CO2+H2O+COS+Q
a.2C+O2=2CO+Q1
b.C+O2=CO2+Q2
c.2CO+O2=2CO2+Q3
d.H+O2=H2O
e.C+H2O=CO+H2-Q4
f.CO2+H2=CO+H2O-Q5
g.CH4+H2O=CO+3H2-Q6
h.C+CO2=2CO-Q7
i.CH4=C+2H2
j.COS+H2O=H2S+CO2
k.11C+O2+H2=HCOOH
l.12N2+3H2=2NH3
m.13N2+H2+2C=2HCN
n.CO+H2O=CO2+H2+Q8
O.CO+2H2=CH4+Q9
可以将气化炉燃烧室划分为三个区域，分别是射流区、管流区和回流区，（1）射流区水分蒸发后，挥发性气体逐渐放出来，在1400摄氏度高温下，释放出的挥发性气体在0.1s左右就与来自回流区CO、H2等相遇，发生燃烧反应。温度持续升高下，煤裂解变成煤焦，放出大量热。裂解后的煤焦同样和剩余氧气发生化学反应生成一氧化碳、二氧化碳等气体[2]。（2）管流区进行的反应主要是碳的非均相气化反应、甲烷水蒸气转化反应、逆变换反应等，其中反应f与反应i将沿着生成CO和H2的方向进行，反应7沿着生成CO的方向进行，反应h沿着生成CO+H2的方向进行。（3）回流区是前两个过程的共存区。
3.闪蒸和水处理
水煤浆气化需要大量的水，为了减少资源损耗，可以将气化炉激冷后产生的黑水，经由多级处理后，其他大部分返回气化单位循环使用。利用闪蒸装置除去其中溶解的气体和沉降在黑水中的细渣，剩下经处理过的水叫灰水，澄清后即可循环利用。
4.德士古烧嘴
德士古烧嘴也称为工艺烧嘴，是德士古公司的专利产品，烧嘴的主要材料是Incone1600，并会在表面堆焊一层stellite6耐磨层，在正常运行期间烧嘴头部煤浆通道口处的磨损是不可避免的，烧嘴一般使用期限是45-60天，其损坏主要原因有两点：（1）高温下，金属硬度下降，小颗粒状煤长时间冲刷在烧嘴，磨损加快。（2）烧蚀，气化炉内产生回流现象，回流的高温堆烧嘴产生烧蚀{3}。
5.氧煤比
氧煤比就是指进入气化炉内的氧原子与碳原子的比，由碳化学特性可知，碳在完全燃烧下会产生CO2，不完全燃烧情况下会产生CO，在一定程度上，氧煤比逐渐提高会提高气化炉的气化效率，但是当氧煤比过高时，碳完全燃烧会生成大量的CO2，CO含量减少，反而会降低气化效率，查找相关资料再结合实际生产中还存在一定的热能损耗情况，因此氧碳比一般控制在0.96-1.02之间为宜。
6.碳洗塔和激冷环
碳洗塔是将气化炉中合成气除尘，并控制水气比，是由下降管、降液管、两层湿式冲击塔板导气管等构成。激冷环位于燃烧室下方，由螺栓将两者相连，同时下方焊接到激冷室下降管上，激冷水是由激冷水泵从洗涤塔抽出，送入激冷环，激冷环的结构会使激冷水沿着管内壁缓缓下流的同时，在内壁会形成一层水膜，水膜不仅可以降低气体温度，还可以防止高温气流和残渣与下降管内壁的直接接触，损坏下降管。
7.锁斗系统和破渣机
锁斗系统的主要功能是将固体残渣排出，运行过程依次是减压、清洗、排渣、充压。该系统设置一套自主循环控制系统，可以定期收集残渣并排出。破渣机都是安装在激冷室的正下方，主要由电击、驱动轴、破碎刀具等构成，将大块残渣破碎到50mm以下，同时该仪器还设有力矩检测装置，能够自动正反转，提高了性能。
结语
总而言之，水煤浆代替燃油是国家经济发展的需要，我国引进相关技术不仅促进了我国经济发展，同时也加快了我国相关技术的科研工作。但是现阶段德士古水煤浆气化工艺仍存在一些不足之处，我国相关工作人员要总结以往经验、提出科学合理的改进方案，促进我国水煤浆气化工艺的安全、节能、高效。
参考文献：
[1] 段清兵，张胜局，段静.水煤浆制备应用技术及发展展望[J].煤炭科学技术，2017，45（01）：205-213.
[2] 李雪冰，李丽，黄泽春，等.水煤浆气化炉协同处置煤液化残渣的PAHs排放特征[J].中国环境科学，2017，37（10）：3845-3852.
[3] 武林智.对德士古水煤浆加压气化工艺的认识[J].中国石油和化工标准与质量，2018，38（23）：175-176.
作者简介：
吴鹏（1989.11-），性别：男，民族：汉族，籍贯：河南，学历：本科 现工作单位：神华新疆化工有限公司
论文作者:吴鹏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/14
标签：水煤浆论文; 残渣论文; 气化炉论文; 工艺论文; 摄氏度论文; 燃烧室论文; 气体论文; 《基层建设》2019年第28期论文;