Texaco气化工艺、流程和主要设备

德士古煤气化工艺分析作者：刘强来源：《环球市场》2017年第17期摘要：我国的德士古煤气运行水平明显低于国际水平，为了提高德士古运行水平，保证工作效率，因此有必要对德士古煤气化工艺进行分析。

文章指出德士古煤气化技术优势和劣势，通过分析德士古煤气化技术工艺组成部分指出其工艺要点，讨论了德士古煤气化技术废气、废气处理。

关键词：德士古；煤气化；工艺分析引言德士古（Texaco）水煤浆气化技术是国内外成功应用的煤气化技术之一，但据有关统计数据显示，国内装置的运行整体水平低于国际水平。

企业安全生产、提高经济效益的前提条件就是煤气化工艺及装置的长周期安全运行，因此煤气化工艺以及装置的长周期安全运行受到了高度关注，达到装置安、稳、长、满、优运行是企业迫切需要达到的目标。

1德士古煤气化工艺分析1.1德士古煤气化技术水煤浆加压气化技术，属气流床加压气化技术，原料煤磨制成水煤浆后经泵进入气化炉顶部单烧嘴下行制气，原料煤输送、制浆、泵送入炉系统比干粉煤加压气化要简单明了。

德士古煤气化技术原料煤适用范围广泛，烟煤、无烟煤、气煤、高硫煤、次烟煤及低灰熔点的劣质煤、石油焦等都可以用作气化原料。

1.2德士古煤气化技术优缺点1.2.1优点。

德士古气化工艺可以利用烟煤、次烟煤、石油焦以及煤加氢液化残渣等。

不受灰熔点限制，由于煤最终要磨制成水煤浆，所以煤的块度大小不受限制。

排渣经排渣系统固定程序控制，无需停车，气化开停车次数少，保证操作系统稳定。

炉内气化压力高，节约了能耗和成本；合成气质量较好，炉内气化温度高；安全性能较高，气化系统水在本系统循环使用，外排废水较少，比较环保。

1.2.2缺点。

煤在磨制成煤浆的过程中，由于磨料的相互碰撞，不可避免地产生噪音污染，一般制浆厂房的噪音都在95dB以上，给现场操作人员的身体健康带来极为不利的影响。

煤浆泵备件消耗高，购买周期长，水煤浆气化耗氧量高，需要备用热源，气化炉耐火材料寿命短。

2德士古煤气化工艺分析2.1工艺流程水煤浆气化过程有煤浆制备、煤浆气化、灰水处理等工序：将煤、石灰石、添加剂称量后加入到磨煤机中，与一定量的水混合后磨成一定粒度的水煤浆；煤浆由高压给料泵与空分装置来的氧气一起进入气化炉，在1300-1400℃下送入气化炉工艺喷嘴开始氧化成为粗煤气；经喷嘴洗涤器粗煤气进入碳洗塔，冷却除尘后进入一氧化碳变换工序；经灰水处理工段4级闪蒸处理后，一部分气化炉出口灰水返回碳洗塔作洗涤水，通过泵进入气化炉，剩余部分灰水作废水处理。

一、Texaco煤气化工艺介绍德士古水煤浆加压气化工艺简称TCGP，是美国德士古石油公司TEXACO在重油气化的基础上发展起来的。

1 945年德士古公司在洛杉矶近郊蒙特贝洛建成第一套中试装置，并提出了水煤浆的概念，水煤浆采用柱塞隔膜泵输送，克服了煤粉输送困难及不安全的缺点。

7 0年代开发并推出具有代表性的第二代煤气化技术，即加压水煤浆气化工艺，70年代末80年代初完成示范工作并实现工业化，80年代投入工业化生产，成为具有代表性的第二代煤气化技术。

德士古水煤浆气化技术包括煤浆制备、灰渣排除、水煤浆气化等技术。

先后在美国、日本、德国及我国渭河、鲁南、上海三联供建成投产多套工业生产装置，经多年的运行实践证明，德士古加压水煤浆气化技术是先进并成熟可靠的。

见下图。

水煤浆经高压煤浆泵加压后与高压氧气(纯度为98％以上)经德士古烧嘴混合后呈雾状，分别经喷嘴中心管及外环隙喷入气化炉燃烧室，在燃烧室中进行复杂的气化反应，反应温度为1350-1450℃，压力为4.0-6.0Mpa，生成的煤气(称为合成气)和熔渣，经激冷环及下降管进入气化炉激冷室冷却，冷却后的合成气经喷嘴洗涤器进入碳洗塔，熔碴落入激冷室底部冷却、固化，定期排出。

在碳洗塔中，合成气进一步冷却、除尘，并控制水气比(即水汽与干气的摩尔比)，然后合成气出碳洗塔进入后工序。

气化炉和碳洗塔排出的含固量较高黑水，送往水处理系统处理后循环使用。

首先黑水送入高压、真空闪蒸系统，进行减压闪蒸，以降低黑水温度，释放不溶性气体及浓缩黑水，经闪蒸后的黑水含固量进一步提高，送往沉降槽澄清，澄清后的水循环使用。

二、德士古水煤浆气化工艺的环保优势德士古水煤浆气化工艺的气化反应是在1200~1500℃的高温下进行的，炉膛中的还原气氛使煤或残留物的有机成分几乎完全分解，并且阻碍了有害于环境的新化合物例如烃类的生成。

典型的灰渣组成如下：灰分组成：这些灰渣与燃煤电厂的灰渣没有什么区别，也被广泛的应用在建材行业中。

Texaco合成气洗涤的两次改造我公司Texaco合成气洗涤的两次改造夏洪强，陈方林（安徽淮化集团有限责任公司，安徽淮南 232038） 2004-12-160 前言我公司德士古水煤浆加压气化装置有3台气化炉，2开1备，由日本宇部公司(UBE)设计,于2000年8月化工投料试车一次成功, 成为国内继山东鲁化、上海焦化、陕西渭化之后的第4套德士古装置。

该装置设计灰分值为14.76%，但由于煤炭供应紧张，公司所用原料煤的灰分一直较高,灰分含量通常都在20%左右，有时甚至高达25%以上，由此造成洗涤塔阻力上升较快，致使其中1台气化炉运行不到20 d 就必须停炉清理；同时带来合成气带灰、带水及变换催化剂失活等问题。

本文就灰分高造成的合成气带灰、带水及洗涤塔阻力上升快等问题进行分析，并对实施的改造措施进行介绍。

1 Texaco气化系统粗合成气洗涤过程合格的水煤浆和从空分来的氧气经烧嘴喷入气化炉燃烧室, 氧气和水煤浆在1300～1400℃、4.0 MPa条件下进行部分氧化反应, 生成的水煤气和熔融灰渣经过均布激冷水的下降管进入激冷室的水浴中，大部分的熔渣经冷却固化后落入激冷室底部。

粗合成气沿下降管和上升管的环隙上升后，出气化炉激冷室。

在合成气出口管处设有冲洗水，以防气体中固体颗粒在出口管累积堵塞，同时给合成气增湿。

经过初步洗涤的合成气进入喷嘴洗涤器，在此加入大量增湿水，使合成气夹带的固体颗粒完全湿润，以便在洗涤塔内快速除去。

经增湿的合成气沿洗涤塔下降管进入底部水浴中，再向上穿过水层，大部分固体颗粒沉降到塔底部与合成气分离。

上升的合成气沿下降管和导气管的环隙向上穿过两层冲击式塔板，并与洁净的喷淋水逆向接触，洗涤余下的固体颗粒，再经除雾器除去雾沫后送往后工序。

要求出洗涤塔的合成气含尘量＜1 mg/m3。

我公司Texaco合成气洗涤流程示意图见图1。

图1 Texaco合成气洗涤流程示意图2 合成气洗涤的第一次改造2.1 合成气带灰、带水及洗涤塔阻力上升原因2001年下半年，煤的灰分通常都在16%～20%，1台气化炉清理后运行仅16 d左右就会出现洗涤塔合成气带灰、带水现象，20 d 左右带水已相当严重，且洗涤塔阻力上升至0.25 MPa以上,被迫停炉清理。

德士古煤气化技术及工艺流程德士古公司Texaco Inc德士古公司1902年成立于美国得克萨斯州的休斯敦，原名为得克萨斯公司，1959年改为Texaco(德士古)。

德士古公司是世界著名的跨国石油公司之一，主要从事石油和天然气的勘探、生产、炼制、运输和销售。

德士古的几个主要子公司情况如下：德士古美国公司(TEXACO U.S.A.)负责在美国的勘探、生产、炼制以及石油和油品的运输和销售。

德士古欧洲公司(TEXACO.EUROPE)负责在欧洲国家的勘探、生产、提炼和销售业务。

德士古中东/远东公司(TEXACO MIDDLE EAST FAR EAST)负责在沙特和印尼及该地区其他一些产油国的原油生产与供应活动。

加德士石油公司(Caltex Petroleum Corp.)负责在亚洲、东非及环太平洋地区55个国家的石油加工和销售业务，是德士古与谢夫隆公司的合资公司，德士古拥有加德士公司50%的股份。

加德士公司的炼油和销售活动遍及60多个国家，主要分布在苏伊士以东地区。

Texaco德士古煤气化技术Texaco-德士古煤气化技术的气化炉主要结构是水煤浆单喷嘴下喷式，大部分是采用水激冷工艺流程，但在IGCC发电项目的，也采用废锅流程。

单炉容量目前最大可达日投煤量2000吨，操作压力大多采4MPa、6.5MPa，少数项目也已达到8.4MPa。

中国引进德士古煤气化技术最早的是山东鲁南化肥厂，于1993年投产，目前已有十来家使用德士古煤气化技术。

有着30年应用经验的德士古煤气化技术在中国应用也十几年了，是较成熟的煤气化技术。

从技术的掌握和操作的熟练，设备的国产化和配套的耐火材料的制造都有较大优势。

德士古煤气化技术的主要优点是水煤浆带来的，即较容易把压力升上去。

如南化的气化炉压力达到了8.4MPa，这样就可能实现不需压缩直接合成甲醇，节省了压缩能耗。

德士古煤气化技术的缺点也跟水煤浆有关，水煤浆中含有40%的水，使它的热值降低。

德⼠古⽓化技术Texaco Texaco（（德⼠古德⼠古））⽓化技术德⼠古⽓化是⼀种以⽔煤⽓为进料的加压⽓流床⽓化⼯艺。

⼀、德⼠古⽓化的基本原理德⼠古⽓化的基本原理德⼠古⽔煤浆加压⽓化过程属于⽓化床疏相并流反应，⽔煤浆通过喷嘴在⾼速氧⽓流的作⽤下，破碎、雾化喷⼊⽓化炉。

氧⽓和雾状⽔煤浆在炉内受到耐⽕砖⾥的⾼温辐射作⽤，迅速经历预热、⽔分蒸发、煤的⼲馏、挥发物的裂解燃烧以及碳的⽓化等⼀系列复杂的物理、化学过程，最后⽣成⼀氧化碳，氢⽓⼆氧化碳和⽔蒸⽓为主要成分的湿煤⽓，熔渣和未反应的碳，⼀起同向流下，离开反应区，进⼊炉⼦底部激冷室⽔浴，熔渣经淬冷、固化后被截流在⽔中，落⼊渣罐，经排渣系统定时排放。

煤⽓和饱和蒸汽进⼊煤⽓冷却系统。

⽔煤浆是⼀种最现实的煤基流体燃料,燃烧效率达96~99%或更⾼,锅炉效率在90%左右,达到燃油等同⽔平。

也是⼀种制备相对简单,便于输送储存,安全可靠,低污染的新型清洁燃料。

具有较好的发展与应⽤前景。

⽔煤浆的⽓化是将⼀定粒度的煤颗粒及少量的添加剂在磨机中磨成可以泵送的⾮⽜顿型流体,与氧⽓在加压及⾼温条件下不完全燃烧,制得⾼温合成⽓的技术,以其合成⽓质量好、碳转化率⾼、单炉产⽓能⼒⼤、三废排放少的优点⼀直受到国际社会的关注。

⼆、Texaco Texaco（（德⼠古德⼠古））⽓化炉技术特点德⼠古⽓化炉是⼀种以⽔煤浆进料的加压⽓流床⽓化装置，⽔煤浆由⽓化剂夹带由专门的喷嘴喷⼊炉内，瞬间⽓化。

优点优点：：（1）甲烷含量低，利于甲醇与氨的合成（2）设备结构简单，内件很少；理论上可以⽤于任何煤种（3）具有较长的实际运⾏经验，操作危险性⼩，可⽤率达80%-85%（4）利⽤⽔煤浆便于⾼压泵送的特点，可以制备压⼒很⾼的粗煤⽓（5）能充分利⽤⼀切污⽔源制作⽔煤浆（6）⽓化炉的运⾏费⽤较低（7）后续的除灰系统⽐较简化缺点缺点：：对煤质要求⽅⾯，要求活性好，灰熔点低，由于其⼯艺原料是⽔煤浆（含碳60%左右）要求流动性、成浆性、灰熔点、可磨性、灰份要求严格必须试烧认可，改变煤种也需要经过试烧认可。

一、德士古(TEXACO)气化法德士古气化法是一种以水煤浆为进料的加压气流床气化工艺。

德士古气化炉由美国德士古石油公司所属的德士古开发公司在1946年研制成功的。

1953年第一台德士古重油气化工业装置投产。

在此基础上，1956年开始开发煤的气化。

本世纪70年代初期发生世界性能源危机，美国能源部制订了煤液化开发计划，于是，德士古公司据此在加利福尼亚州蒙特贝洛(Moutebello)研究所建设了日处理15t的德士古气化装置，用于试烧煤和煤液化残渣。

联邦德国鲁尔化学公司(Ruhrchemie)和鲁尔煤炭公司l(R1flhrkohie)取得德士古气化专利，于1977年在奥伯豪森一霍尔顿(Oberl!fausezi-Hoiten)建成目处理煤150t的示范工厂。

此后，德士古气化技术得到了迅速发展。

目前国外共有一套中试装置，三套示范装置和四套生产装置，见下表。

除这些已建成的装置外，还有一些装置在设计或计划之中。

德士古气化炉是所有第二代气化炉中发展最迅速、开发最成功的一个，并已实现工业化。

(一)德士吉气化的基本原理和德士古气化炉德士古水煤浆加压气化过程属于气流床疏相并流反应。

德士吉气化炉的结构如下图所示。

水煤浆通过喷嘴在高速氧气流的作用下，破碎、雾化喷入气化炉。

氧气和雾状水煤浆在炉内受到耐火衬里的高温辐衬作用，迅速经历预热、水分蒸发、煤的干馏、挥发物的裂解燃烧以及碳的气化等一系列复杂的物理、化学过程，最后生成以一氧化碳、氢气、二氧化碳和水蒸气为主要成分的湿煤气、熔渣和未反应的碳，一起同流向下离开反应区，进入炉子底部激冷室水浴，熔渣经淬冷、固化后被截留在水中，落入渣罐，经排渣系统定时排放。

煤气和饱和蒸气进入煤气冷却净化系统。

气化炉是一直立圆筒形钢制受压容器，炉膛内壁衬以高质量的耐火材料，以防止热渣和热粗煤气的侵蚀。

气化炉近于绝热容器，其热损失非常低。

蒙特贝洛中试用气化炉直径1.5m，高6m，操作压为在2.07~8.27MPa。

壳牌煤气化与德士古煤气化工艺对比前言壳牌加压气化法与德士古水煤浆加压气化法均为目前世界上较先进的气化技术，同属气流床加压气化法。

其共同特点是工艺对煤的适应范围较宽，可利用粉煤，单台气化炉生产能力较大，气化操作温度高，液态排渣。

碳转化率高，煤气质量好，甲烷含量低，不产生焦油、萘、酚等污染物，炉灰渣可以用作水泥的原料和建筑材料，“三废”处理简单，易于达到环境保护的要求，生产控制水平高，易于实现过程自动化及计算机控制。

但两种气化技术在许多方面有着各自鲜明的特点，本文从以下几个方面对比壳牌（SHELL）和德士古(TEXACO)的气化技术。

一、壳牌（SHELL）和德士古（TEXACO）工艺比较Shell煤气化的基本思路是: (1)夹带物流;( 2)纯氧作气化剂; (3)夹套水冷壁;(4)液态排渣; (5)对称切向进料喷嘴; (6)干粉进料。

流程简述:原料煤输送至磨煤机,磨煤机把原料煤粉碎至合适有效的气化尺寸(质量分数为90 %的颗粒小于100µm) ,煤粉碎的同时用惰性气体干燥,把蒸发后的水蒸气带走,经内部分离器分级后,合格的煤粉被收集在沉降池里,气化所需要的氧气由空气装置提供,空分装置来的氮气经压缩后为输煤系统提供低压氮气和高压氮气。

干燥后的合格的煤粉被氮气输送至煤加压及供料系统,加压后的煤粉、氧气和蒸汽通过成对喷嘴进入气化炉,气化炉的操作压力为3. 0M Pa～4. 0M Pa,反应温度高达1 400℃～1700℃,熔渣自气化炉的下部流出,与水接触,形成固体颗粒通过灰锁排出。

温度为1500℃的出口气体与冷激气混合后,降至900℃进入废锅,经废热锅炉回收热量,合成气温度降至250℃,再经陶瓷过滤器将合成气中的粉尘降至3 m g/m3～5 m g/m3,进入水洗塔,使合成气中的粉尘含量进一步降至1 mg/m3送后工序。

工艺特点:具有操作弹性大、原料适用性强、环保性能好等,煤种适应范围广,碳转化率> 99. 5 %,气体成分中(CO + H2)的体积分数> 90%,冷煤气效率高，达80～83%；氧耗低，与Texco水煤浆气化相比，氧耗至少低15%。

texaco水煤浆气化炉筑炉施工工法目录一、工艺原理 (2)二、工艺程序 (3)三、机具设备 (7)四、劳动组织与施工管理 (8)五、质量标准及质量管理 (9)六、安全措施 (10)七、技术经济效果 (11)八、工程实例 (11)TEXACO水煤浆气化炉筑炉是国内首次引进的新型化工用炉，•其主要工艺指标目前居世界领先水平，且节能效果显著，被国家计委、国家科委列为“八五”期间重点引进的高新技术项目之一。

该炉耐火衬里由法国***公司承担设计••（目前国际上独家具备TEXACO水煤浆气化炉耐火衬里设计资格），耐火材料均由法国***公司提供（其中ZIRCHROM80型向火面耐火砖和CHROMCOR 10LC 耐火浇注料在国际上为独家专利产品）。

耐火衬里施工是TEXACO水煤浆气化炉安装工程的关键。

和国内一般常见的化工用炉相比，其筑炉工程具有以下显著特点：１、炉膛工作温度高（1600 C）、压力大（正压2.94MPa），且锥底区域物料冲刷剥蚀力很强，•因此，对耐火衬里施工质量要求十分严格；２、•施工程序复杂，施工各环节衔接紧密，交叉平行作业多；３、•向火面耐火砖大都为特异型，含铬、锆量达92％，组砌、加工难度大；４、•主要耐火材料价格十分昂贵，备品少，国内目前亦无相近理化指标的耐火材料进行代换，•故对材料检验、保管、运输、使用等环节必须进行系统强化管理；• ５、•炉型和主要耐火材料均为国内首次使用，缺乏可借鉴的施工经验。

本工法是在山东***化肥厂TEXACO水煤浆气化炉筑炉施工实践中开发的。

•它采用了先进合理的工艺流程和严密完整的特异型耐火砖组砌方法，使施工全过程始终处于程序化管理和质量受控状态；在施工测量方法上，它运用误差控制理论，突破传统的施工测量模式，•采用独特的基准中心线设置方式；并相应设计、制作若干专用炉内检测工具，形成了高精度、易操作的施工测量方法；又根据向火面耐火材料高硬度、高抗磨性的物理特性，对国内筑炉机具进行了重要的改进，使之具备了与进口刀具、钻头等组合使用的功能，较大幅度地提高了加工效率和精度。