水煤浆气化技术指的是以水煤浆为原料, 在气化炉内与氧气进行氧化反应, 最终获得合成气 (主要是CO、H2) 的过程, 整个过程需要高温高压、非均相、流动、传递等复杂的物化过程。水煤浆气化技术是煤炭清洁技术, 是煤炭能源转化技术, 是我国可持续发展的能源技术。世界上工业化的煤气化技术有三种, 一是固定床, 如Lurgi技术, 二是流化床, 如高温温克勒等, 三是气流床, 如GE、多喷嘴对置式气化技术, 多喷嘴对置式水煤浆气化技术是我国自主研发的煤气化技术。从长远发展的角度看, 我国水煤浆气化技术的发展趋势是煤气化技术大型化产业发展。
2013年4月, 齐鲁石化第二化肥厂采用了GE水煤浆技术, 利用65bar高压气化工艺运行了481天, 这481天的生产周期创下了我国气化装置最长运行周期记录, 同时也给同类装置的运行提供了参考, 在2012年中国石化集团公司专业考核中, 该套工艺装置各项性能指标测试性能均取得最佳成绩。这种运行周期上的突破可以在生产过程中确保下游产品能够安全、稳定、连续、高负荷的生产。
煤炭气化技术有的是水煤浆给料, 如Texaeo水煤浆气化技术、GE水煤浆气化技术, 给料中含有20%质量的水, 有的是干煤粉给料, 如Shell气化技术, 采用氮气为输送介质。不管是哪一种煤炭气化技术, 都具有很强大煤种适应性, 煤种可以选择烟煤、气煤等, 对煤的反应活性几乎无要求, 可以适应高灰熔点、高灰分、高水分、高含硫量的煤种, 工厂生产是可以就近选择煤种, 大大节约了运输成本。
水煤浆气化技术可以回收热量, 因其在高温高压下生产, 可以采用激冷流程, 可以用于合成氨的生产, 或者辐射锅炉的方式回收热量, 可以用于联合发电。采用水煤浆气化技术的生产过程具有连续性, 连续进料、液态排渣, 且压缩了大量功耗, 采用加压气化, 由煤浆泵和液氧泵提供压力, 整个过程不产生焦油、萘、酚等污染物, 排除很少的工业废水, 并且可以将工业废水 (如含酚废水) 循环利用, 也有些废渣可用于建材生产, 大大减轻了对环境的污染, 保护环境。
我国第一套水煤浆气化装置来自于上海化工研究院负责仿制的德士古气化工艺设计, 从1969年至1971年在浙江省巨州化工厂投运, 直到八九十年代, 我国形成了“德士古水煤浆气化热”, 九家企业联合与美国Texaco公司签订意向书, 兖矿鲁化成功应用了德士古水煤浆加压气化技术, 被列为“九五”期间全国重点科技节能成果。
起初的德士古水煤浆气化技术不成熟, 2005年实现了双炉连续运行75天的周期, 2007年实现了单炉连续运行197天的周期, 运行方式不断优化, 并进行了技术创新, 研发了新型气化喷嘴, 耐火砖和关键设备国产化, 如兖矿鲁化联合开发的锁斗循环泵、洗涤塔循环泵和捞渣机等设备, 自主开发了水质稳定、煤浆制备等技术, 如筛选出国内独有的黑水絮凝处理技术, 开发了添加造纸废液直接用于煤浆制备的技术。
2003年1月14日, 多喷嘴对置式水煤浆气化技术通过了工业示范验收, 形成了技术设计软件包。2003年5月1日, 兖矿集团以兖矿鲁南化肥厂为依托建设了国泰化工有限责任公司在多喷嘴对置式水煤浆气化技术工业示范装置上投料成功, 打通了整个工艺流程, 成功实现了产业化, 为我国自主大型煤气化技术的应用奠定了坚实基础。2005年投产商业化示范装置, 当年达产, 其运行都表现出良好的运行性能指标。2008年兖矿鲁南化肥厂配套建设了一台4.0MPa、处理煤1150t/d的新型多喷嘴水煤浆加压气化技术, 于7月1日投料成功, 并投入运行, 实现了连续运行83天16小时40分钟的周期。
目前该技术在国内多家企业投入使用, 30%市场份额来自于多喷嘴对置式水煤浆气化技术, 而国外多个国家如美国、加拿大、印度等对该项技术也有兴趣, 2007年, 兖矿许可授权于全球排名第43位的美国Valero能源公司, 实施石油焦气化技术, 这是首次由国内向美国等国外发达国家输送大型化工成套技术着标志和中国煤气化工行业登上新的台阶。
回顾德士古水煤浆气化的历史, 发展到现代新型多喷嘴对置式水煤浆气化技术的整个历程, 我国水煤浆气化事业不断地改进和创新, 本文探讨了水煤浆气化技术的特点并列出实例, 国产化的应用, 优化了我国能源结构, 并带来技术的革新, 画出了一副辽阔的发展前景图。
摘要：我国是一个人口和资源消耗大国, 煤炭的生产和消费也居于全世界之首, 社会各行业的发展离不开煤炭, 近年煤炭能源的开发也朝着加压化煤气化技术发展。水煤浆气化技术具有工艺流程简单, 不污染环境, 对煤种适应性强, 生产力大, 气化压力高, 合成质量好等特点。本文阐述了水煤浆气化技术的特点及应用, 明确了水煤浆气化技术在我国发展的必要性。
关键词：水煤浆,气化技术,工艺特点,应用
[1] 于光元, 李亚东.煤气化工艺技术分析[J].洁净煤技术, 2005, 11 (4) :39-43.
[2] 陈建利.新型 (多喷嘴对置) 水煤浆气化炉技术的研发及在洁净煤领域的应用前景[J].化肥工业, 2006, 33 (4) :20-23.
