德士古水煤浆加压气化技术的优化创新

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1、德士古水煤浆加压气化技术的优化创新王延昆，王伟（兖矿国宏公司气化部，山东邹城）2007-03-230 前 言  目前我国以煤为原料生产合成氨、氢气和羰基合成气的工业装置，其造气大致分为德士古水煤浆加压气化、鲁奇碎煤加压气化、常压固定层间歇气化和近期引进的谢尔粉煤加压气化等几种。其中比较先进的气化方法为德士古水煤浆加压气化和谢尔粉煤加压工艺两种。前者是50年代初期，由美国德士古公司在重油部分氧化气化基础上开发成功的，随后在日本、瑞典和意大利等国工业应用。我国的兖矿鲁南化肥厂、淮南化肥厂和吉化公司化肥厂等均采用这种工艺。后者是荷兰壳牌公司开发的一种先进煤气化技术

2、。始于1972年，期间经历了数次小试、中试和工业化放大试验，于1993年在荷兰Demclec建成循环联合发电装置，从而实现该技术的工业化。我国的湖北双环科技股份有限公司、洞庭氮肥厂和柳州化学工业公司等10余家企业，已将该技术用于合成氨和甲醇的生产。   有许多文献报道：与德士古水煤浆加压气化技术相比，Shell煤气化具有对煤质要求低，合成气中有效组分（CO+H2>89%）含量高，原煤和氧气消耗低，环境污染小和运行费用低等特点。但笔者认为上述观点并不全面，本文结合多年来对德士古水煤浆加压气化操作的体会，对这两种气化工艺进行比较，谈谈水煤浆气化技术的优化创新。1

3、 两种气化工艺存在的技术问题1.1 谢尔技术   壳牌公司的SCGP技术，由于是干法进料，气化炉的操作温度比较高，碳的转化率比较高，系统的热量利用率比较高，氧气的消耗也比较少。但是由于是干粉进料，在加压状态下进行气流输送，对进料系统阀门的耐磨性能和密封性能要求比较高，而且进料的压力也不能控制得太高，还有无用的氮气进入气化炉内，显然不如德士古技术的水煤浆进料方便。另外干粉进料的谢尔气化过程实际只是纯氧条件下的部分氧化过程，入炉水蒸气的分解率非常低，引入蒸汽的目的，实际是为了通过部分水蒸气的分解，调节气化炉内的温度，通过引入蒸汽消耗热量，这样做并不科学。在这一点

4、上德士古气化工艺的气化炉内水蒸气的比例比较大，水蒸气的分解量比较大，能从水当中得到氢气，从而大大提高单位质量原煤的产气率，其经济效益是十分可观的。因为一分子碳和水蒸气反应可以生成一分子ＣＯ和一分子Ｈ2，而一分子碳和一个氧原子反应只能生成一分子ＣＯ。1.2 德士古气化技术   德士古水煤浆气化炉采用湿法进料，因此操作比较方便。但因为采用液体排渣技术，由此而产生了一系列的问题，比如：要求煤种的灰熔点和灰分含量不能太高，煤灰在操作条件下熔融灰的黏度比较低，流动性比较好等。所有这一切要求都是基于要保证液体排渣的顺利进行，产生这些问题的根本原因在于进料带入了大约35%

5、的水。德士古气化最大的优势是水煤浆进料而带来的操作上的方便，最大的问题也是源于水煤浆进料而产生的热量平衡紧张和排渣的困难。因为由于这35%的水进入气化炉后，水分的蒸发、升温要吸收大量的热量，导致了TCGP气化工艺气化炉内的反应温度相应比干粉气化低，气化炉内的热量平衡状况比较紧张，因而碳的转化率比干粉气化低，氧耗也比干煤粉气化高。   人们往往用气化炉产生的合成气中ＣＯ＋Ｈ2的高低来对比德士古气化和谢尔气化两种气化技术的优劣，笔者认为用这种方法来比较并不科学。表1列出了两种气化工艺的气体组成。由表1可见，Shell气化产生的气体中CO含量高，H2和CO2含量都

6、低，经过变换后才能达到与Texaco气化后相同的组成，因此，可以说干煤粉气化单位质量原煤的产气率并不高。因为合成气生产厂家进行煤炭气化的目的是生产氢气，出炉粗煤气中CO+H2的含量实际上并不能真正代表有效气的含量。Shell气化产生的CO含量高，在变换工段要消耗大量的水蒸气来完成高含量CO合成气的变换过程，因此，如果以每生产1000m3氢气来计算各种消耗，谢尔气化的许多经济技术指标就不那么优越了，投资巨大的废热锅炉系统产生的水蒸气刚好供后续工段变换使用，还不如德士古气化用激冷流程，使热量回收和气体除尘同时进行，投资少、操作简单、运行费用低、洗涤效果好。表1 

7、不同气化工艺组成对比               %2 水煤浆气化技术的优化创新思路   通过上面的分析可以看出水煤浆气化的优点是：(1)水煤浆气化技术在进料上比较方便和安全；(2)水煤浆气化单位质量原料煤的有效气产量比干煤粉气化高；(3)合成气的冷却和洗涤采用激冷流程，比Shell气化采用废锅流程投资少，而且操作简单，洗涤效果好。但是水煤浆气化工艺在原料的选择上有一些限制，认真分析水煤浆气化技术问题的根源在于入炉的水消耗了气化炉内太多的热量，再加上气化反应本身就是一个较强的吸热过程，所以德士古气化炉从安放烧嘴的燃烧室上部到下面的排渣口，温度下降的梯度是比较

8、明显的，又是采用液体排渣形式，所以对原料发热量、灰熔