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德士古水煤浆加压气化的几个重要影响因素
孙鸿，丛玉梅（贵州开阳化工有限公司，贵州 开阳 550300） 日期：2007-8-17
德士古水煤浆加压气化作为第二代煤气化技术，有其独特的优越性，但也存在某些方面的局限，我们理应对其影响因素进行探究，以便更好地指导生产。下面我们就从原料煤、配煤及助熔剂、水煤浆浓度及粒度、氧煤比、气化炉操作压力和气化炉主要部件等方面着重进行探讨： 1 原料煤的选用
根据德士古水煤浆加压气化技术的特性，在原料煤的选用上，应特别注意以下几点： （1）原料必须定点供应，这样煤质才能稳定，操作才容易控制，系统才能得以稳定运行。 （2）发热量要达25.12MJ/kg（一般的烟煤都能达到这个要求），越高越好。
（3）挥发分含量越高，越有利于德士古气化反应，增加煤气产率。优化指标为Vdaf＞37%。 （4）固定碳含量越高越好。
（5）选用含内在水份较低的煤，这样水煤浆的浓度可以制得高一些。根据经验，最高内在水分Ｍad≤8%为宜。
（6）选用的原料煤成浆性要好，这样制得的水煤浆才具有浓度高、表观粘度低、流动性好和稳定性好的性能。目前评价成浆难易程度的数学模型如下： Ｄ=7.5＋0.5Ｍad－0.05HGI
式中，Ｍad——煤的分析基最高内在水分；HGI——煤的哈氏可磨指数；Ｄ——成浆难度指数。 当Ｄ≤4时，煤易成浆；4＜Ｄ≤7，成浆难易程度一般；7＜Ｄ≤10，煤难于成浆；Ｄ＞10，极难成浆。
（7）煤中的灰含量越低越好。煤中的灰分是不直接参加气化反应的惰性物质，但在煤气化时要消耗热量用于灰分本身的熔化，使氧耗增加。根据有关资料介绍，在同样气化压力、温度、水煤浆浓度和有效气体产率等条件下，原料煤中灰分含量增加5%，氧气消耗增加3.5%～4.5%，煤耗要增加6%～10%。另外，原料煤的灰含量增加，水系统的灰含量也会随之增加，造成渣水处理系统灰垢严重，影响系统的长周期稳定运行。因此，在一般情况下，宜选用灰分含量低的煤，有利于节约能耗，降低成本，但经过技术经济比较，有时灰分含量稍高的煤也是可以采用的。一般要求不高于15%～20%。
（8）宜选用低灰熔点的煤，以煤灰流动点T4（还原性气氛下）＜1300℃的煤最为合适。煤的灰熔点高，气化炉的操作温度就要相应提高。气化炉操作温度每提高100℃，单位产品合成气的氧气消耗要增加6%～7%，相应地，原料煤消耗也要增加，同时还会影响气化炉耐火砖使用寿命。实验和生产实践证明，灰熔点低的煤，其灰渣的粘温特性不一定就好。
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（9）煤灰渣的粘温特性要好。原料煤在气化炉中气化时，其所含灰分呈熔融状态排出气化炉气化室，为了延长气化炉耐火砖的寿命，一般气化温度只要超过灰渣流动点50～100℃左右就可以，不能太高。同时，还应该了解灰分流动点T4与开始变形点T1的温差△T；△T小，操作容易掌握。煤灰的粘温特性是确定液态排渣气化炉操作温度的重要参数，实践指出，为使气化炉正常排渣，操作中，熔渣粘度应小于25Ｐa·s为宜。否则，容易堵渣口。所以，在做煤种评价试验时，还应该做煤灰渣的粘温特性试验，描绘出煤灰渣的粘温特性曲线，了解在不同温度下熔渣的粘度及流动性，以利于气化温度的控制。
（10）煤的反应活性越高越好。我国采用CO2与煤进行反应，以CO2的还原率来表示煤的反应活性。 （11）煤的可磨性要好（可磨指数越大越好），要有利于煤浆粒度的分布，这样可以节省制水煤浆的动力，减少钢球的磨损和消耗。
（12）煤中一般都含有卤素，卤素在气化时会进入合成气和渣水中，会腐蚀后续设备和管道，影响管道的使用寿命，所以煤中的卤素含量以低为好。
（13）煤中硫含量不能过高。硫在气化炉中反应，有的产物易使水系统结垢，有的产物能降低有效气体含量。另外，还有腐蚀设备及管道的可能。
（14）煤不要长期堆放。长期堆放，由于缓慢氧化会使煤变质。 2 配煤和助熔剂
在原料煤灰熔点较高、灰渣粘温特性较差时，我们可以对入炉煤采用混配的方法，配入灰熔点低、灰渣粘温特性好的煤，以达到降低灰熔点，改善灰渣粘温特性的目的。另外，还可以通过添加一定的助熔剂来降低灰熔点，提高熔渣的流动性。我们常用的助熔剂是碳酸钙（石灰石），一般添加原则如下。 （1）煤灰中ｍ(SiO2)/ｍ(Al2O3)（质量比）小于3时，CaO在灰中的含量达30%～35%时熔点最低，若再增加CaO，熔点不降低反而有可能升高。
（2）煤灰中ｍ(SiO2)/ｍ（Al2O3）（质量比）大于3时，ｍ（SiO2）大于50%，灰中CaO含量为20%～25%时熔点最低，如果再增加CaO含量，其熔点将超过1350℃。
以上说明，石灰石的添加量有一个最佳值。这是因为石灰石高温下分解出的CaO在灰渣—石灰石体系中起着双重的作用：它作为氧化剂破坏了硅聚合物，使粘度和熔点降低；与此同时，又形成了高熔点的原硅酸钙（其纯物质在2130℃下熔融）。在大量添加石灰石的情况下，该物质又升高了体系的熔点温度和粘度，故添加石灰石不是愈多愈好。另外，还要考虑石灰石的添加会使水煤浆的粘度和析水率有所增高，使水的硬度有所增高。 3 水煤浆浓度及粒度
（1）煤浆浓度 水煤浆浓度是德士古水煤浆气化的一个基本条件。所谓水煤浆的浓度是指煤浆中煤的质量分数，该浓度与煤炭的质量、制浆的技术密切相关。需要说明的是，水煤浆中的水分含量是指全
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水分，包括煤的内在水分。通常使用的煤也并不是完全干的，一般含有5%～8%甚至更多的水分。理论上可制得的最高煤浆浓度为（Ｃ）：
Ｃ=77－1.2Ｄ（成浆难度指数）
随着煤浆浓度的提高，煤气中的有效成分（CO+H2）增加，氧气的消耗（比氧耗）下降。据资料报道，水煤浆浓度由44%增加到56%，冷煤气效率将提高40%。因此提高和稳定水煤浆的浓度将有利于提高气化效率。
（2）煤浆粒度 煤浆的粒度对碳的转化率有很大影响。因为煤粒停留的时间和固—气反应的比接触面积与颗粒尺寸密切相关，较大的颗粒离开烧嘴后，在反应区的停留时间比小颗粒的停留时间短，而且，颗粒越大气固相的接触面积减小，这双重的影响结果是使大颗粒煤的转化率降低，导致灰渣中的含碳量增大。
综上所述，就单纯气化过程而言，似乎水煤浆的浓度越高、煤浆粒度越小，越有利于气化。但实际生产过程中，不得不考虑煤浆的输送和煤浆在气化炉中的雾化，因为浓度越高、粒度越小，粘度就越大，输送和雾化也就更困难，煤浆浓度一般控制在60%～70%，粒度小于0.5mm，70%以上为14～60μm。在工业规模的条件下，煤浆粘度是其浓度和粒度的制约因素。工业上采用添加表面活性剂来降低其粘度，但其作用并不是无限的。
表面活性剂是一种两亲分子，由疏水基和亲水基两部分组成。在水煤浆中，表面活性剂的亲水基伸入水中，而疏水基端却被煤粒的表面吸引，对煤粒起到很好的分散作用。水煤浆用的表面活性剂多选择芳烃类中与煤结构相近的物质，这样可以在煤的表面更好地吸附。
总之，德士古水煤浆加压气化的收益明显受到水煤浆浓度和粒度的影响。 4 氧煤比
氧煤比是德士古水煤浆加压气化最重要的工艺条件，它对碳的转化率起决定性的影响。根据“六五”国家科技攻关项目——水煤浆加压气化制合成气开发研究（中间试验）技术总结报告中所列数据，绘出图1。
图1 氧煤比对碳转化率等的影响
1—碳转化率；2—温度；3—冷煤气效率；4—CO2含量；5—CH4含量；6—有效气（CO＋H2）比氧耗/m/km；
7—有效气（CO＋H2）比煤耗/kg/km；8—干煤产气率/m/kg
由图中看到，碳转化率和反应温度随氧煤比的增大而显著增高；冷煤气效率和产气率随氧煤比的增大先逐渐增高，然后又逐渐下降，出现最大值；二氧化碳的含量和比煤耗随氧煤比的增大先逐渐下降，然后又逐渐增高，出现最小值；比氧耗随氧煤比的增大而逐渐增大；甲烷含量随氧煤比的增大而逐渐下降。另外，再考虑到烧嘴和耐火砖的使用寿命等因素，德士古水煤浆加压气化的收益将随着氧煤比的增大而先
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