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世界首套煤直接液化瀝青生產(chǎn)裝置高含固物料防沉積技術(shù)對比論述

文檔作者：李　帥文檔來源：中國神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司		更新日期： 2026年05月11日	點擊數(shù)：
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技術(shù)應(yīng)用與研究
世界首套煤直接液化瀝青
生產(chǎn)裝置高含固物料防沉積技術(shù)對比論述
李　帥　　中國神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司
【摘　要】2011年以來，神華鄂爾多斯煤炭直接液化（年產(chǎn)100萬噸油品）示范裝置實現(xiàn)了平穩(wěn)長周期運行，煤制油
從無到有，正朝著從有到強(qiáng)的方向發(fā)展，煤制油產(chǎn)品也從簡單向多元化方向發(fā)展，煤制油油品主要面向
航煤和軍用柴油，發(fā)揮著煤直接液化的油品特點，油渣的利用是煤液化工藝優(yōu)化和產(chǎn)品鏈延伸的一個重
要環(huán)節(jié)。
【關(guān)鍵詞】液化；瀝青；固物料；防沉
【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2021.20.035
一、沉降過程難點及解決問題所應(yīng)用技術(shù)對比
煤直接液化油渣萃取裝置通過沉降分離方式將分離
器內(nèi)物料根據(jù)固含量分為三個等級沉降時間為72小時，
分別是頂部占比40%的頂液，含固量為0.5%，中間占比
40%中間液，含固量為2-3%，底部占比20%的底液，含
固量為20%。沉降分離器滿容積為1970m3。
底部含固量在20%物料，在加工完成頂部20%瀝青之
后，需要返回前部工段進(jìn)行回?zé)挘敲锤吆痰臑r青質(zhì)
的物料如何在靜止72小時后，實現(xiàn)均勻處理，成為重要
處理難題。
傳統(tǒng)高含固物料，例如重質(zhì)油，催化油漿，熟煤
漿，生煤漿等物料在開停工及工藝生產(chǎn)處理過程中產(chǎn)
生，都需要存儲和處置，這些物料都有一個共同的特
點，就是固含量高，沉積快，防沉積措施不到位極易出
現(xiàn)固體團(tuán)聚沉積，影響再次加工的輸送過程，會造成儲
罐底部堆積，常規(guī)采用的防止沉積的方案為采用1個頂
部攪拌器或者采用多個側(cè)面攪拌器，進(jìn)行攪動，但無論
是頂部攪拌或者側(cè)面攪拌，設(shè)備故障率及高，需經(jīng)常維
護(hù)，且攪拌效果不理想。
1．?dāng)嚢栊问浇榻B。常見的攪拌方法有機(jī)械轉(zhuǎn)動攪
拌、氣流均質(zhì)攪拌和超聲波傳導(dǎo)攪拌三種。
（1）機(jī)械轉(zhuǎn)動攪拌。工作原理：依靠攪拌葉片在混
合物料流體中中轉(zhuǎn)動對其進(jìn)行攪拌。
適用領(lǐng)域：用于中、低壓立式鋼制容器中為主。
優(yōu)點：效率高、適用性廣。
缺點:傳動部件多，易發(fā)生機(jī)械故障，安裝復(fù)雜，與
設(shè)備本體連接密切。
（2）氣流均質(zhì)攪拌。工作原理：利用氣體噴射到流
體層內(nèi)，對流體產(chǎn)生攪拌作用，或使氣體分散到流體底
部后以密集狀態(tài)上升促進(jìn)液體產(chǎn)生對流循環(huán)，從而實現(xiàn)
攪拌。
適用領(lǐng)域：腐蝕性液體，高溫高壓液體；大型設(shè)備、
構(gòu)筑物內(nèi)機(jī)械轉(zhuǎn)動攪拌裝置難以安裝和使用的場合。
優(yōu)點：安裝方便，無發(fā)生機(jī)械故障的隱患，幾乎不
影響設(shè)備本體的穩(wěn)定.
缺點:不適于高粘度液體；攪拌氣流不能與物料發(fā)生
化學(xué)反應(yīng)。
（3）超聲波傳導(dǎo)攪拌。工作原理：利用聲波場在流
體中的振動碰撞傳播特性（分子按聲頻進(jìn)行振動）來加
速傳質(zhì)速率。
適用領(lǐng)域：腐蝕性液體，高溫高壓液體；大型設(shè)備、
構(gòu)筑物內(nèi)機(jī)械轉(zhuǎn)動攪拌裝置難以安裝和使用的場合。
優(yōu)點：特別適用于機(jī)械設(shè)備無法安裝在其內(nèi)的場
合，如高壓反應(yīng)釜、工業(yè)窯爐的煙道等。
缺點:應(yīng)用范圍窄，主要功效是加速化學(xué)反應(yīng)速率。
本 攪 拌 系 統(tǒng) 涉 及 的 沉 降 罐 尺 寸 為 ：
φ14500mm×H13000mm。要使沉降罐內(nèi)沉泥順利排出
罐外，傳統(tǒng)的機(jī)械傳動攪拌處理方式有兩種，一是機(jī)械
傳動攪拌混勻+抽吸泵抽出，二是刮泥機(jī)+抽吸泵抽出；
但以上兩種方式在本系統(tǒng)中均存在問題。
機(jī)械攪拌：因罐較高，直徑較大，導(dǎo)致槳葉尺寸較
大，運行中易對罐體的穩(wěn)定性造成影響；中心軸太粗，
不易加工，長期使用容易發(fā)生鋼材疲勞破壞；一旦機(jī)械
傳動部位發(fā)生故障，需要清罐置換后檢修，檢修工作量
大，影響生產(chǎn)進(jìn)度，且存在重大安全隱患；一般不能帶
負(fù)荷啟動，容易發(fā)生電機(jī)過載。
二、攪拌方式的選擇
方案一：氣流均質(zhì)攪拌
氣流均質(zhì)攪拌工藝采用的核心部件是射流噴嘴, 帶壓
的工作流體通過射流噴嘴時,高速流動的流體流過其漸縮
喉管,在喉管處形成局部真空,經(jīng)過喉管后又因為沖擊作用
形成局部高壓,氣液在低、高壓交替作用下被分割成大量
微小的氣泡,形成氣液混合體，并從頭部噴出。混合體的
沖量相對于氣體大大增加，加大了氣流的沖刷強(qiáng)度與作
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技術(shù)應(yīng)用與研究
用范圍，有利于將容器底部的不溶物充分?jǐn)噭硬⑴c溶液
混勻均質(zhì)，射流噴嘴內(nèi)特別設(shè)計的螺旋形氣液流道，使
射流噴嘴的氣液混合均勻穩(wěn)定、噴射距離變長，沖擊力
增大。
1.工藝說明。氣流均質(zhì)攪拌系統(tǒng)由循環(huán)泵、氮氣緩
沖罐和懸混裝置組成。懸混裝置包含沉降罐外的底液循
環(huán)管道、氮氣輸送管道、氣液混合室以及罐內(nèi)的布流管
道及其上安裝的射流噴嘴。
系統(tǒng)工作時通過氮氣緩沖罐將要求的加壓氮氣輸送
到懸混裝置的氣液混合室，同時循環(huán)泵將底液也輸送到
懸混裝置的混合室，而后懸混裝置上的“射流噴嘴”就
會將氣液混合體噴出，按一定角度射流到沉降罐內(nèi)的底
液中，底液被“懸混裝置”驅(qū)動而混合均勻。
2.工藝性能特點。a) 混合效率高：采用特殊內(nèi)流道
結(jié)構(gòu)的噴嘴，噴嘴內(nèi)氣液在低、高壓交替作用下被分割
成大量微小的氣泡，形成氣液混合體，交替高、低壓的
沖擊混合甚至能使氣體迅速乳化到循環(huán)液當(dāng)中，混合均
勻的氣液混合體高速沖入罐底液中，產(chǎn)生強(qiáng)烈的攪拌混
合作用。b) 供氣設(shè)計簡單：采用氮氣緩沖罐強(qiáng)制(有壓)
供氣模式，設(shè)計簡單，操作便捷，容易維護(hù)；c) 氣液混
合體噴射作用距離長：懸混裝置上的噴嘴向下最大射流
深度超過0.5m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)水射器及其它穿孔氣流均
質(zhì)攪拌管。d) 不堵塞：與傳統(tǒng)射流器相比，射流噴嘴
采用特殊內(nèi)流道結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)非常光滑流暢，正常運行的
情況下幾乎不會出現(xiàn)任何故障（制作材料腐蝕、磨損除
外），更不會像傳統(tǒng)穿孔氣流均質(zhì)攪拌管一樣易堵塞。
e) 使用壽命長：通常的微孔氣流均質(zhì)攪拌器的使用壽命
約3 年左右就出現(xiàn)膜片老化脫落等現(xiàn)象，而不得不費時
費力重新更換，射流噴嘴采用的是不銹鋼材質(zhì)，使用壽
命可長達(dá)五年以上，使用碳纖維或剛玉制造的射流噴嘴
使用壽命更可達(dá)到十年以上。
3.存在問題。此方案需要增設(shè)外掛式懸混罐4臺，底
部設(shè)置噴頭138個，雖然比傳統(tǒng)攪拌形式好，但也有不足
之處，外掛式懸混罐影響操作空間，138個噴頭布置在罐
底，影響底部清理。
方案二：混合均質(zhì)攪拌系統(tǒng)
1.混合均質(zhì)工藝說明。射流混合器由耦合分配器和
射流器組成，其中耦合分配器由混合液進(jìn)入管、混合液
分配腔、氣體吸氣管、氣體分配腔等組成；射流器采用
文氏管射流原理，由混合液進(jìn)口、導(dǎo)流環(huán)、動力噴嘴、
氣體吸入口、混合腔、擴(kuò)散腔組成。
運行時，新鮮洗油經(jīng)葉輪加壓后通過混合液進(jìn)入管
泵入混合液分配腔，經(jīng)分配后的混合液流過射流器導(dǎo)流
環(huán)后進(jìn)入動力噴嘴形成射流，噴入混合腔產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)；
氣體經(jīng)吸氣管吸入氣體分配腔后進(jìn)入射流器混合腔，在
混合腔內(nèi)進(jìn)行氣、液充分混合，混合后通過混合腔后段
將射流的動能逐步轉(zhuǎn)變成壓能后進(jìn)入擴(kuò)散腔。在擴(kuò)散腔
內(nèi)，氣、液混合物進(jìn)一步混合。同時，在射流流體壓力
的作用下，射流微小氣泡，從擴(kuò)散腔的噴嘴中傾斜向下
噴出、擴(kuò)散，形成對液體和對沉降罐底部沉積物的沖
擊、攪拌，由池底上升至液面。混合流體從混合噴嘴以
相對較高的速度撞到罐內(nèi)液體， 隨后依靠混合流體的拖
曳作用將其夾帶而走，這樣最終動力流體，吸入氣體和
拖曳夾帶流體的總和，使整個罐內(nèi)液體攪動起來并將罐
內(nèi)形成湍流狀態(tài)進(jìn)而充分混合。
2.射流混合器優(yōu)勢
覆蓋面積大，單臺設(shè)備最大服務(wù)直徑可達(dá)9m，無攪
拌死角，攪拌充分，形成氣泡可達(dá)μm級，氣、液、固三
相充分混合，罐內(nèi)無需維護(hù)，不堵塞，允許直徑20mm的
顆粒通過，沒有密封問題，可以實現(xiàn)氮氣內(nèi)循環(huán)攪拌和外
源氮氣攪拌的切換。低能耗，附屬設(shè)備投資費用低。
3.混合均質(zhì)系統(tǒng)攪拌方式切換
通過控制氮氣管道的閥門射流混合器可實現(xiàn)動力充
氮和無動力自吸充氮的切換。由于混合運行時會產(chǎn)生負(fù)
壓，當(dāng)打開自吸管道閥門時即可將罐內(nèi)氮氣吸入射流混
合器進(jìn)行氣、液、固三項混合攪拌；當(dāng)關(guān)閉自吸管道閥
門，打開外源氮氣管道閥門，即可實現(xiàn)外源動力充氮，
此時可充入的氮氣更多，為保證氮氣和液體充分混合。
三、總結(jié)
混合均質(zhì)系統(tǒng)利用本身混合腔進(jìn)行混合，不需要外
掛懸混罐，減少了設(shè)備數(shù)量，優(yōu)化了空間，底部布置簡
單，只需要5個曝氣頭即可滿要求，底部清理操作簡捷，
解決了傳統(tǒng)攪拌器的弊端，延長了運行周期，為高含固
的物料處理提供了解決方案。
參考文獻(xiàn)：
[1]李克健,吳秀章,舒歌平. 煤直接液化技術(shù)在中國的發(fā)展
[J].潔凈煤技術(shù),2014

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