＊曹成 盧文會 高菁 馬鵬 白濤 郝海剛*

（1.內(nèi)蒙古大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 內(nèi)蒙古 010021 2.內(nèi)蒙古金祥達(dá)新材料技術(shù)有限公司 內(nèi)蒙古 017200 3.中科合成油內(nèi)蒙古技術(shù)研究院有限公司 內(nèi)蒙古 017100 4.內(nèi)蒙古伊泰化工有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古 017400）

“十四五”是開啟全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家新征程的首個5年規(guī)劃，中央對能耗雙控工作提出更高更嚴(yán)的要求。與此同時，我國向世界做出莊嚴(yán)承諾，CO2排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，爭取于2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和?，F(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)作為近年發(fā)展起來的新型化工產(chǎn)業(yè)，對保障國家能源安全具有重要作用，是煤炭清潔高效利用的重要途徑之一，但碳排放強(qiáng)度高，單個項(xiàng)目碳排放量大，因此探尋現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)低碳化發(fā)展迫在眉睫。

在核心技術(shù)突破的前提下，急需對現(xiàn)代煤化工企業(yè)的整體工藝技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化升級，特別是對其中的配套技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化升級，以期實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代煤化工企業(yè)的產(chǎn)能效益雙豐收。煤氣化技術(shù)是現(xiàn)代煤化工的龍頭技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)，煤氣化成本和效率對現(xiàn)代煤化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有著重大影響。水煤漿氣化在投資、運(yùn)行費(fèi)用、安全穩(wěn)定、環(huán)保、節(jié)能、節(jié)水等方面具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢，因此大多數(shù)現(xiàn)代煤化工企業(yè)采用水煤漿氣化技術(shù)。通過提高水煤漿濃度，降低運(yùn)行過程中的比煤耗、比氧耗和二氧化碳排放量是當(dāng)前現(xiàn)代煤化工企業(yè)技術(shù)改造的重要方向。

一種水煤漿提濃技術(shù)是超細(xì)磨粒度級配技術(shù)。超細(xì)磨粒度級配技術(shù)的原理是通過不同的磨機(jī)將煤粉顆粒磨成大小不同的顆粒，通過顆粒填充的方式,從而實(shí)現(xiàn)水煤漿的提濃。但在現(xiàn)有水煤漿裝置上進(jìn)行改造，需要企業(yè)重新設(shè)計制漿工藝，增加設(shè)備和操作人員，企業(yè)需要增加固定投資和運(yùn)行費(fèi)用。另一種水煤漿提濃技術(shù)是應(yīng)用高效分水煤添加劑進(jìn)行提濃。高效水煤漿添加劑的主要作用是改變煤粉顆粒的表面性質(zhì)，促使煤粉均勻分散在水中，提高濃度，降低粘度，形成流動良好的漿體。此技術(shù)不需要增加設(shè)備、操作人員和固定投資，在保持工藝流程和設(shè)備不變的條件下，是企業(yè)進(jìn)行水煤漿提濃的首選技術(shù)。

內(nèi)蒙古伊泰化工有限責(zé)任公司作為內(nèi)蒙古自治區(qū)煤化工龍頭企業(yè)，積極響應(yīng)國家政策，針對水煤漿氣化工藝過程，研究制定了詳細(xì)的節(jié)能降耗、降本增效的措施。研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)蒙古金祥達(dá)新材料技術(shù)有限公司聯(lián)合內(nèi)蒙古大學(xué)開發(fā)出的高效復(fù)配型水煤漿添加劑可將該公司現(xiàn)用煤成漿濃度從58%～59%之間提高到60%～61%之間。為了驗(yàn)證高效復(fù)配型水煤漿添加劑的工業(yè)提濃效果，及對生產(chǎn)運(yùn)行和氣化參數(shù)指標(biāo)的影響，內(nèi)蒙古伊泰化工有限責(zé)任公司開展了水煤漿工業(yè)提濃實(shí)驗(yàn)，以期實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、降本增效的目的。

1.煤質(zhì)分析

內(nèi)蒙古伊泰化工有限責(zé)任公司使用的煤種由周邊多個礦井所提供，氣化配煤約有10種，配煤種類和比例不固定，對入爐煤質(zhì)要求如表1所示。

表1 煤質(zhì)分析

2.制漿工藝

內(nèi)蒙古伊泰化工有限責(zé)任公司采用常規(guī)棒磨機(jī)，濕法制漿工藝進(jìn)行水煤漿制備，制漿工藝流程如圖1所示。由于該公司使用含氨廢水進(jìn)行制漿，廢水中氨根離子弱化了添加劑與煤粉顆粒的相互作用，使得制備的水煤漿濃度偏低，約為59%左右，低濃度影響了水煤漿氣化爐的整體氣化效率。因此，該公司希望在不改變制漿工藝的前提下，通過使用高效復(fù)配型水煤漿添加劑提高水煤漿濃度。

圖1 水煤漿制備工藝流程

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

(1)煤漿性質(zhì)變化

工業(yè)提濃實(shí)驗(yàn)從2021年5月22日開始至5月31日結(jié)束。圖2、圖3為工業(yè)提濃實(shí)驗(yàn)期間每日濃度、黏度平均值。從圖中可看出，磨機(jī)和大槽每日平均濃度逐步增加，而黏度逐步降低。濃度從實(shí)驗(yàn)前日平均濃度59.03%逐步增加到了60.83%，最高日平均濃度可以達(dá)到61.50%；日平均黏度從實(shí)驗(yàn)前的約1251mPa·s降到了905mPa·s。

圖2 每日濃度平均值

圖3 每日粘度平均值

(2)氣化爐參數(shù)變化

圖4、圖5是氣化爐B和氣化爐C在實(shí)驗(yàn)期間比氧耗和比煤耗變化趨勢圖。從圖中可看出，兩個氣化爐的比氧耗和比煤耗呈現(xiàn)鋸齒形波動變化，總體呈現(xiàn)出下降趨勢。整個實(shí)驗(yàn)期間，氣化爐B的平均比氧耗是421Nm3/1000Nm3，比煤耗是664kg/1000Nm3；氣化爐C的平均比氧耗是432Nm3/1000Nm3，比煤耗是672kg/1000Nm3。26日至30日，氣化爐B的平均比氧耗是419Nm3/1000Nm3，比煤耗是662kg/1000Nm3；氣化爐C的平均比氧耗是431Nm3/1000Nm3，比煤耗是672kg/1000Nm3；由此可見，隨著濃度的升高，比煤耗和比氧耗呈現(xiàn)下降趨勢。

圖4 氣化爐比氧耗

圖5 氣化爐比煤耗

圖6是提濃實(shí)驗(yàn)期間氣化爐合成氣有效氣量變化趨勢圖。圖6中可出，兩個氣化爐的有效氣量呈現(xiàn)鋸齒形波動變化，總體呈現(xiàn)出上升趨勢。圖7是氣化爐實(shí)驗(yàn)期間平均有效氣量。圖中可看出，有效氣量隨煤漿濃度的增加而增加。5月22日至5月30日，氣化爐B的平均有效氣量是63132Nm3/h，氣化爐C的平均有效氣量61468Nm3/h；添加劑置換完成后，5月26日至5月30日，氣化爐B的平均有效氣量是63543Nm3/h，氣化爐C的平均有效氣量61734Nm3/h；5月28日至5月30日，氣化爐B的平均有效氣量是63762Nm3/h，氣化爐C的平均有效氣量61771Nm3/h。由上圖可見，隨著煤漿濃度升高，合成氣有效氣量呈現(xiàn)增加趨勢。

圖6 氣化爐有效氣量

圖7 氣化爐平均有效氣量

實(shí)驗(yàn)運(yùn)行期間A磨機(jī)進(jìn)煤量約為11256.87t，B磨機(jī)進(jìn)煤量約為11160.87t，扣除含水率，實(shí)際進(jìn)干煤量約為18518.57t。

理論上現(xiàn)場共有高效復(fù)配型水煤漿添加劑48t，添加劑含水量約為9%，再扣除人為損失約0.5t后，添加劑加入量按干粉計算約43t，在工業(yè)應(yīng)用期間添加劑平均添加率約為0.232%（干對干），這低于該公司規(guī)定的添加率0.26%。

4.結(jié)論

使用新型高效復(fù)配型水煤漿添加劑可實(shí)現(xiàn)提濃降粘的目的，通過分析工業(yè)提濃實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出如下結(jié)論：

（1）新型高效復(fù)配型水煤漿添加劑可以將內(nèi)蒙古伊泰化工有限責(zé)任公司現(xiàn)用煤成漿濃度從58%～59%之間提高到60%～61%之間。

（2）隨煤漿濃度的增加，兩個氣化爐比煤耗、比氧耗呈現(xiàn)下降趨勢，有效氣量呈現(xiàn)明顯增加趨勢。

（3）新型高效復(fù)配型水煤漿添加劑在實(shí)驗(yàn)期間泡沫、沉淀，運(yùn)行可靠。

綜上，使用新型高效復(fù)配型水煤漿添加劑制得水煤漿的成漿性能表現(xiàn)優(yōu)異，水煤漿大槽中煤漿的日平均濃度從59.03%提高至60.83%，最高可達(dá)61.5%，平均提濃1.8%，最高可提高2.5%；平均粘度從1251cP降到了905cP，下降約27.6%。在工業(yè)應(yīng)用期間，比氧耗、比煤耗呈現(xiàn)明顯下降趨勢，有效氣量呈現(xiàn)明顯上升趨勢，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)水煤漿提濃降粘、企業(yè)降本增效的目的。