高效复配型水煤浆添加剂工业提浓应用研究

＊曹成 卢文会 高菁 马鹏 白涛 郝海刚*

（1.内蒙古大学化学化工学院 内蒙古 010021 2.内蒙古金祥达新材料技术有限公司 内蒙古 017200 3.中科合成油内蒙古技术研究院有限公司 内蒙古 017100 4.内蒙古伊泰化工有限责任公司 内蒙古 017400）

“十四五”是开启全面建设社会主义现代化国家新征程的首个5年规划，中央对能耗双控工作提出更高更严的要求。与此同时，我国向世界做出庄严承诺，CO2排放力争于2030年前达到峰值，争取于2060年前实现碳中和。现代煤化工产业作为近年发展起来的新型化工产业，对保障国家能源安全具有重要作用，是煤炭清洁高效利用的重要途径之一，但碳排放强度高，单个项目碳排放量大，因此探寻现代煤化工产业低碳化发展迫在眉睫。

在核心技术突破的前提下，急需对现代煤化工企业的整体工艺技术进行优化升级，特别是对其中的配套技术进行优化升级，以期实现现代煤化工企业的产能效益双丰收。煤气化技术是现代煤化工的龙头技术和关键技术，煤气化成本和效率对现代煤化工企业的经济效益有着重大影响。水煤浆气化在投资、运行费用、安全稳定、环保、节能、节水等方面具有独特的技术优势，因此大多数现代煤化工企业采用水煤浆气化技术。通过提高水煤浆浓度，降低运行过程中的比煤耗、比氧耗和二氧化碳排放量是当前现代煤化工企业技术改造的重要方向。

一种水煤浆提浓技术是超细磨粒度级配技术。超细磨粒度级配技术的原理是通过不同的磨机将煤粉颗粒磨成大小不同的颗粒，通过颗粒填充的方式,从而实现水煤浆的提浓。但在现有水煤浆装置上进行改造，需要企业重新设计制浆工艺，增加设备和操作人员，企业需要增加固定投资和运行费用。另一种水煤浆提浓技术是应用高效分水煤添加剂进行提浓。高效水煤浆添加剂的主要作用是改变煤粉颗粒的表面性质，促使煤粉均匀分散在水中，提高浓度，降低粘度，形成流动良好的浆体。此技术不需要增加设备、操作人员和固定投资，在保持工艺流程和设备不变的条件下，是企业进行水煤浆提浓的首选技术。

内蒙古伊泰化工有限责任公司作为内蒙古自治区煤化工龙头企业，积极响应国家政策，针对水煤浆气化工艺过程，研究制定了详细的节能降耗、降本增效的措施。研究发现，内蒙古金祥达新材料技术有限公司联合内蒙古大学开发出的高效复配型水煤浆添加剂可将该公司现用煤成浆浓度从58%～59%之间提高到60%～61%之间。为了验证高效复配型水煤浆添加剂的工业提浓效果，及对生产运行和气化参数指标的影响，内蒙古伊泰化工有限责任公司开展了水煤浆工业提浓实验，以期实现节能降耗、降本增效的目的。

1.煤质分析

内蒙古伊泰化工有限责任公司使用的煤种由周边多个矿井所提供，气化配煤约有10种，配煤种类和比例不固定，对入炉煤质要求如表1所示。

表1 煤质分析

2.制浆工艺

内蒙古伊泰化工有限责任公司采用常规棒磨机，湿法制浆工艺进行水煤浆制备，制浆工艺流程如图1所示。由于该公司使用含氨废水进行制浆，废水中氨根离子弱化了添加剂与煤粉颗粒的相互作用，使得制备的水煤浆浓度偏低，约为59%左右，低浓度影响了水煤浆气化炉的整体气化效率。因此，该公司希望在不改变制浆工艺的前提下，通过使用高效复配型水煤浆添加剂提高水煤浆浓度。

图1 水煤浆制备工艺流程

3.实验结果

(1)煤浆性质变化

工业提浓实验从2021年5月22日开始至5月31日结束。图2、图3为工业提浓实验期间每日浓度、黏度平均值。从图中可看出，磨机和大槽每日平均浓度逐步增加，而黏度逐步降低。浓度从实验前日平均浓度59.03%逐步增加到了60.83%，最高日平均浓度可以达到61.50%；日平均黏度从实验前的约1251mPa·s降到了905mPa·s。

图2 每日浓度平均值

图3 每日粘度平均值

(2)气化炉参数变化

图4、图5是气化炉B和气化炉C在实验期间比氧耗和比煤耗变化趋势图。从图中可看出，两个气化炉的比氧耗和比煤耗呈现锯齿形波动变化，总体呈现出下降趋势。整个实验期间，气化炉B的平均比氧耗是421Nm3/1000Nm3，比煤耗是664kg/1000Nm3；气化炉C的平均比氧耗是432Nm3/1000Nm3，比煤耗是672kg/1000Nm3。26日至30日，气化炉B的平均比氧耗是419Nm3/1000Nm3，比煤耗是662kg/1000Nm3；气化炉C的平均比氧耗是431Nm3/1000Nm3，比煤耗是672kg/1000Nm3；由此可见，随着浓度的升高，比煤耗和比氧耗呈现下降趋势。

图4 气化炉比氧耗

图5 气化炉比煤耗

图6是提浓实验期间气化炉合成气有效气量变化趋势图。图6中可出，两个气化炉的有效气量呈现锯齿形波动变化，总体呈现出上升趋势。图7是气化炉实验期间平均有效气量。图中可看出，有效气量随煤浆浓度的增加而增加。5月22日至5月30日，气化炉B的平均有效气量是63132Nm³/h，气化炉C的平均有效气量61468Nm³/h；添加剂置换完成后，5月26日至5月30日，气化炉B的平均有效气量是63543Nm³/h，气化炉C的平均有效气量61734Nm³/h；5月28日至5月30日，气化炉B的平均有效气量是63762Nm³/h，气化炉C的平均有效气量61771Nm³/h。由上图可见，随着煤浆浓度升高，合成气有效气量呈现增加趋势。

图6 气化炉有效气量

图7 气化炉平均有效气量

实验运行期间A磨机进煤量约为11256.87t，B磨机进煤量约为11160.87t，扣除含水率，实际进干煤量约为18518.57t。

理论上现场共有高效复配型水煤浆添加剂48t，添加剂含水量约为9%，再扣除人为损失约0.5t后，添加剂加入量按干粉计算约43t，在工业应用期间添加剂平均添加率约为0.232%（干对干），这低于该公司规定的添加率0.26%。

4.结论

使用新型高效复配型水煤浆添加剂可实现提浓降粘的目的，通过分析工业提浓实验数据得出如下结论：

（1）新型高效复配型水煤浆添加剂可以将内蒙古伊泰化工有限责任公司现用煤成浆浓度从58%～59%之间提高到60%～61%之间。

（2）随煤浆浓度的增加，两个气化炉比煤耗、比氧耗呈现下降趋势，有效气量呈现明显增加趋势。

（3）新型高效复配型水煤浆添加剂在实验期间泡沫、沉淀，运行可靠。

综上，使用新型高效复配型水煤浆添加剂制得水煤浆的成浆性能表现优异，水煤浆大槽中煤浆的日平均浓度从59.03%提高至60.83%，最高可达61.5%，平均提浓1.8%，最高可提高2.5%；平均粘度从1251cP降到了905cP，下降约27.6%。在工业应用期间，比氧耗、比煤耗呈现明显下降趋势，有效气量呈现明显上升趋势，实现了工业水煤浆提浓降粘、企业降本增效的目的。