对德士古水煤浆加压化工艺的认识

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1、对德士古水煤浆加压化工艺的认识王会民(陕西渭河煤化工集团有限责任公司，陕西渭南，)2002-10-16   陕西渭河煤化工集团有限责任公司(简称谓化)气化装置采用美国德士古公司6.5MPa水煤浆加压气化技术，该装置在渭化首次投料以来，经过工程技术人员的不断摸索和技术改造，得以安全、稳定、高负荷运行。   德士古水煤浆气化装置主要包括煤浆制备、煤浆储存与输送、水煤浆气化以及灰水处理4个工序，其核心和关键设备是气化炉。德士古水煤浆气化过程是水煤浆与限量控制的氧气进行反应，是一种非催化的部分氧化反应。气化过程涉及高温、高压、非均相、湍流条件下的

2、物理和化学过程的相互作用，也包括大量高度关联的各种反应(部分氧化反应、分解挥发反应、蒸汽转化反应、水煤气转化反应等)。目前，人们对气化炉燃烧室的研究越来越深入，但迄今为止，在工业应用方面还没有一个突破性的进展，工业生产上仍然不得不把气化炉(特别是燃烧室)作为一个“黑箱”来对待。因此，工业生产过程中的氧碳比、出口工艺气的水气比、物料在气化炉内的停留时间、急冷室的调节和控制以及灰水系统pH值的控制就显得尤为重要。   1 碳黑洗涤塔出口工艺气的水气比   碳黑洗涤塔出口工艺气水气比的大小对后续变换工段的运行有很大的影响。提高水气比，有利于提高

3、平衡变换率和防止积炭、降低甲烷化等副反应。但水气比过高，会降低湿气中CO浓度，相对缩短接触时间，从而降低了CO变换率。特别是在变换催化剂使用后期，随着催化剂活性的降低，就需要逐步提高床层的入口温度来维持一定的变换率。此时过高的水气比会使床层温度偏低，造成操作困难或者不得不降低系统负荷。另外，过高的水气比还会导致变换工段冷凝液偏大，造成冷凝液平衡困难或者工程投资加大。因此，水气比的高低在工程上具有重要意义，必须全面考虑，并进行详细计算。渭化240℃，5.97MPa(碳黑洗涤塔出口工艺气参数)运行工况下的水气比计算：查热力学性质表可以得到24

4、0℃对应的水蒸汽平衡压力为户Pe=3.4138MPa。则对比压力：   pr＝Pe／Pc＝3.4138／21.76＝0.157式中：Pe—H2O的平衡压力，MPa；      Pc—H2O的临界压力，MPa。    对比温度：   Tr=T／Tc=(240+273)／647.3=0.793   式中：Tc—H2O的临界温度，K。   根据荷根(hougen)和华德生(watson)的普遍化压缩因子图，由Pr和Tr查表可以得到，在操作条件下水蒸汽的压缩因子：Z=0.89。   碳黑洗涤塔出口水气比为：   Pe／Z／(P－Pe)=1.50 

5、 式中：P—碳黑洗涤碳的操作压力，MPa。 根据上述计算可以看出，渭化厂运行中水气比较大，高于设计值1.44，也大于同类型的德士古水煤浆气化厂(鲁南化肥厂、安徽淮化集团水气比分别为1.36～1.40、1.04～1.10)。同时，碳黑 洗涤塔出口又有少量的液沫夹带现象，更进一步提高了碳黑洗涤塔出口的水气比。   众所周知，水气比的大小取决于操作压力和其对应的温度。操作压力取决于设计条件、系统能耗以及阻力大小，但在实际操作中压力调节的富裕量很小。碳黑洗涤塔出口工艺气的温度和气。化的水气平衡密切相关，由于只能通过调整水量的平衡来对碳黑洗涤塔的出

6、口温度进行微调，所以，温度的调节手段也十分有限。鉴于此，渭化于1998年对碳黑洗涤塔内部进行局部改造，并在出口增设气液分离罐，基本遏制了工艺气进入后续工段产生的液沫夹带现象。并采取如下调节方式来进一步降低碳黑洗涤塔出口工艺气的水气比：①通过增加碳黑洗涤塔底部排放量(相应地，为了维持碳洗塔的液位，就需要提高碳洗塔的进液量)，强化传热，带出热量；②对灰水处理工段进行适当调节，降低进入碳黑洗涤塔灰水的温度；③增大塔盘洗涤水(蒸汽冷凝液)的流量。   总之，碳黑洗涤塔出口水气比的高低对装置运行有较大影响，特别是对于延长变换催化剂的使用寿命有一定的

7、现实意义。渭化厂由于最初设计条件的限制(高压、高温)，对于大幅度调节工艺气的水气比有较大的局限性。因此，对于今后其它企业的技术改造和设计来说，在工艺包和工程计算中应该有一个较大的调整范围以不断适应工程的需求。  2 气化炉急冷室   急冷室主要有急冷环、下降管和上升管组成。激冷水经过激冷环分配室的小孔喷射进入激冷室，沿下降管内表面流下，与煤气并流接触，完成降温、增湿、除灰等过程。一方面，高温的煤气和灰分通过辐射和对流将热量传递给水膜，使水膜内的水部分汽化，并进入煤气主流，煤气温度急剧降低并增湿；另一方面，激冷水水膜中的水不断蒸发，但水膜仍

8、然因激冷水的持续补充而存在且均匀分布在下降管的内表面，保护下降管免受高温带来的变形。下降管内存在气、液、固三相流，同时也存在传热、传质和流动等现象，从而使问题复杂化。2.1 下降管的中心温度