杨延，刘卫
（陕西延长石油兴化化工有限公司，陕西 兴平713100）
［摘 要］水煤浆气化是应用广泛的一种气化技术，而水煤浆浓度作为水煤浆气化工艺的重要控制指标，直接影响着煤气化过程的氧耗、煤耗及整个气化装置的生产成本。简介水煤浆制备的技术要点，以陕西延长石油兴化化工有限公司水煤浆气化装置制浆系统为例，阐述其通过优化原料煤煤种和科学合理配煤以及新上料浆细磨系统提高水煤浆浓度的工艺措施和技术应用。实践表明，落实工艺措施和应用提浓技术后，陕西兴化气化装置制浆系统的水煤浆浓度由59.60%提高至约64%，粗煤气中有效气（CO+H2）含量提高2个百分点，气化装置氧耗有效降低，氨醇产品产量明显提高。
［关键词］水煤浆气化；水煤浆制备；水煤浆浓度；原料煤煤种；配煤；料浆细磨系统；工艺措施；技术应用
［中图分类号］TQ544 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2021）02-0011-04
0 引 言
煤气化是煤炭清洁利用的核心技术之一，是煤化工产业的龙头。近年来，随着新型洁净煤气化技术的兴起，其广泛应用于合成氨、甲醇、烯烃、乙二醇等产品的合成气制取及煤制油、煤制氢、煤制天然气等行业；在众多的煤气化技术中，水煤浆气化是工艺成熟、运行稳定、应用广泛的一种气化技术。而水煤浆浓度作为水煤浆气化工艺的重要控制指标，直接影响着煤气化过程的氧耗、煤耗及整个气化装置的生产成本；高浓度水煤浆的制备，对于水煤浆气化装置降低消耗、提高生产能力、提升企业经济效益至关重要。
1 水煤浆制备的技术要点
水煤浆制备目前大多采用湿法磨煤工艺，即将原料煤、水及少量添加剂在磨机中磨制成均匀、稳定的浆体，成品水煤浆要求其浓度高、粒度分布适宜、流动性好，同时还应具有良好的稳定性，以避免产生硬沉淀。要制备出质量符合要求的水煤浆，需把控好以下一些技术要点。
1.1 正确选择制浆用原料煤
制浆用原料煤首先应满足下游用户对煤质的要求。原料煤煤质指标主要包括固定碳、水分、挥发分、灰分、灰熔点、发热量、元素分析、可磨性指数、化学活性等。煤炭的总水分包括外水和内水。内水是煤的结合水，以吸附态或化合态形式存在于煤中，是影响成浆性能的关键因素。一般多用哈氏可磨性指数（HGI）表述煤的可磨性，它是指煤样与粉碎性为100的标准煤进行比较而得到的相对粉碎性数值，指数越高则越易粉碎。煤阶越低，内水越高，煤中O/C越高，亲水官能团越多，孔隙率愈发达，可磨性指数越小，越难制浆；另外，煤中所含可溶性高价金属离子越多，制浆难度越大。灰分及灰熔点是水煤浆气化用煤的重要控制指标，水煤浆气化希望煤中有效元素碳和氢的含量越高越好，其他元素越低越好。煤的化学活性越高，气化反应能力越强，有利于气体质量的提高。从经济运行角度来看，筛选原料煤时应统筹考虑原料煤成本及煤质特性，尽可能选择煤中有害物质含量少、可磨性好、灰渣特性好、产气率高的煤种。
1.2 粒度级配技术
粒度级配是指由两种或两种以上的不同粒度煤样按一定比例混合，以使混合后的颗粒有较好的粒度分布。煤浆中不同大小的煤粒相互填充，能够减少空隙（减少制浆用水），达到较高的堆积效率，提高空间利用率，有利于制备低粘度、高浓度和稳定性好的优质水煤浆。粒度级配技术是水煤浆气化工艺的关键技术之一。
1.3 合理选择制浆工艺与设备
磨机的性能决定着原料煤破碎为颗粒的粒径及处理负荷。常用的制浆磨机有球磨机、棒磨机两类，球磨机易于磨制微细颗粒，而棒磨机的产品粒度上限比球磨机大很多，对提高堆积效率有利。制浆工艺的选取直接决定着成品水煤浆的性能。在给定的原料煤煤质条件下，如何使成品水煤浆的粒度分布达到较高的堆积效率，需通过合理选择磨煤设备与制浆工艺来实现。
1.4 选择性能匹配的制浆添加剂
煤粒属疏水性物质，不易被水润湿，在水中不易充分分散，因而水煤浆制备过程中会使用少量化学药剂（称作添加剂）。制浆添加剂的分子作用于煤粒与水的界面，在煤粒表面形成水化膜，降低浆体的粘度、增强浆体的分散作用，从而提高水煤浆的稳定性。据化学结构不同，水煤浆添加剂可分为阴离子型、阳离子型、两性型和非离子型，目前工业上多采用阴离子型添加剂，如萘磺酸盐、腐殖酸磺酸盐、木质素磺酸盐等。选用制浆添加剂时，一是要以性价比最优为原则，不单纯追求添加剂的效能；二是要按照粒度级配与添加剂互补原则确定经济适用的添加剂。
2 提高水煤浆浓度的工艺措施及技术应用
陕西延长石油兴化化工有限公司（简称陕西兴化）主生产装置产能为300 kt/a合成氨、300 kt/a甲醇、100 kt/a甲胺、100 kt/a乙醇，其水煤浆气化装置制浆系统能力为1 150 kt/a，配置3台φ4 300 mm×6 000 mm的棒磨机（两开一备）。制浆系统工艺流程为：煤储运系统来的粒径<20 mm的碎煤进入磨机前煤仓，经煤称重给料机称量后送入磨机，配制好的添加剂也按制浆所需量由添加剂给料泵送入磨机中，由磨煤水槽底部磨煤水泵输送来的各类工艺废水经磨机给水阀调节至合适量后也进入磨机，煤、工艺废水及添加剂经棒磨机研磨成一定浓度和粒度分布的水煤浆；合格水煤浆经滚筒筛滤去3 mm以上的大颗粒后溢流至小煤浆槽，小煤浆槽内的煤浆经低压煤浆泵送至大煤浆槽以备气化炉使用（大、小煤浆槽顶部分别安装有搅拌器，搅拌煤浆使其处于均匀悬浮状态）。
陕西兴化气化装置制浆系统原设计煤浆浓度为58%，后通过优化原料煤煤种和科学合理配煤、新上料浆细磨系统改善煤浆粒度分布，成品水煤浆浓度提高至约64%，具体如下。
2.1 优化原料煤煤种和科学合理配煤
以前陕西兴化气化装置采用华亭、宝鸡、陕北等矿区的原料煤，制备出的水煤浆浓度基本维持在58.50%。众所周知，煤中水分的降低能够缓解输煤下料口的堵塞，利于制浆系统处理主装置产生的更多高浓度废水；煤中灰分的降低有利于减轻设备磨损，延长设备的使用寿命和气化炉的运行周期；入炉煤低位发热量的提高有利于增加产气量，提高氨醇产量。为优化原料煤煤种、科学合理配煤，提高成品水煤浆浓度，实现系统高产稳产，2018年11月，组织相关技术人员对甘肃、陕北及内蒙古等煤矿矿区进行了考察，结合考察情况，修订了制浆系统用原料煤煤质指标，对原料煤的水分、灰分、挥发分等指标进行了调整，详见表1。
更多内容详见《中氮肥》2021年第2期