德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)運行中的問題和處理對策

郭 煜

（蒲城清潔能源化工有限責(zé)任公司，陜西 蒲城 715506）

德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)是傳統(tǒng)工藝技術(shù)，最初由美國引進(jìn)，在重油氣化基礎(chǔ)上升級，以水煤漿為進(jìn)料，以氧氣為氣化劑的加壓氣流床并流類氣化技術(shù)工藝。將德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)引入國內(nèi)后，技術(shù)工藝實踐成果明顯，為能源加工等工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入強大動能，通過實踐經(jīng)驗積累，發(fā)掘到德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)實施中易出現(xiàn)裝置帶灰等不良狀況，需結(jié)合多種現(xiàn)代化工藝技術(shù)實踐效力，強化德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)應(yīng)用效能，本文針對德士古水煤漿氣化技術(shù)應(yīng)用情況進(jìn)行分析，找出實踐中存在的問題，提出改善措施。

1 德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)運行中的問題

當(dāng)前水煤漿氣化主要存在的問題包括備用爐需熱備，氣化爐耐火材料壽命短，高溫?zé)崤級勖?，氣化裝置投資大。國內(nèi)大多水煤漿氣化裝置比氧耗在400m3/1000m3以上，主要原因是水煤漿氣化爐內(nèi)存在大量水，蒸發(fā)需要熱量，應(yīng)選擇低灰熔點的煤，制備高濃度水煤漿。水煤漿氣化爐運行時間較短，不可預(yù)知的影響因素較多，運行氣化爐出現(xiàn)異常停車，備用爐六小時內(nèi)可具備投料開車條件。目前國內(nèi)大多煤氣化裝置通過加強運行氣化爐管理改善其運行時間較短的問題。

德士古煤氣化爐燃燒室溫度在1400℃以上，氣化爐燃燒室內(nèi)耐火材料隔熱，向火面磚在高溫環(huán)境中，氣化爐耐火磚費用高，更換爐磚需在受限空間作業(yè)，氣化爐更換向火面磚需2個月。日常生產(chǎn)中應(yīng)減少氣化爐爐溫操作波動，避免氣化爐頻繁停車，氣化爐溫升時應(yīng)嚴(yán)格按照升溫曲線進(jìn)行，檢修期間保持氣化爐燃燒室處于干燥狀態(tài)。德士古水煤漿氣化工藝技術(shù)為德士古公司專利技術(shù)，德士古氣化中部分設(shè)備為專利設(shè)備，煤氣化裝置運行條件限制較多，部分設(shè)備、閥門等需采購進(jìn)口。隨著相關(guān)大型化工企業(yè)水煤漿氣化裝置投產(chǎn)，國內(nèi)設(shè)計院已可承擔(dān)其工程設(shè)計。

德士古氣化爐工藝燒嘴運行時間也是制約氣化爐長期運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵點，一般壽命在60～120d，氣化爐停車原因中主要是燒嘴引起，實際操作中監(jiān)護(hù)燒嘴運行情況非常重要，氣化爐燒嘴是運行系統(tǒng)的危險點，氣化爐燒嘴設(shè)置專門工藝聯(lián)鎖系統(tǒng)，根據(jù)工藝燒嘴進(jìn)出口冷卻水流量，燒嘴出口冷卻水CO含量判斷是否處于安全運行狀態(tài)。

2 水煤漿加壓氣化技術(shù)制備單元改造

寧夏能化甲醇年產(chǎn)50萬噸甲醇，以本地煤與內(nèi)蒙煤為制漿原料，氣化系統(tǒng)采用氣化爐三臺，煤漿制備系統(tǒng)采用棒磨機制漿工藝[2]。氣化裝置運行由于添加劑等原因造成水煤漿粒度級配較低，煤漿穩(wěn)定性較差，磨煤機啟動離合器空壓機系統(tǒng)故障率較高，維護(hù)成本較高。為提高水煤漿濃度，降低氣化爐氧耗，公司對煤漿制備工段進(jìn)行改造。

棒磨機出料槽煤漿通過配漿泵計量與生產(chǎn)工藝水按設(shè)定指標(biāo)稀釋進(jìn)入粗漿槽混合，通過粗漿泵計量后送至細(xì)磨機研磨，細(xì)漿槽內(nèi)部分煤漿通過細(xì)漿泵送至超細(xì)磨機研磨。合格的超細(xì)漿流至超細(xì)漿槽溢流后與細(xì)漿混合，通過超細(xì)泵輸送至磨棒機中，形成煤漿三級粒度級配，提高煤漿濃度，改善煤漿穩(wěn)定性，提高其反應(yīng)活性，有效減少爐壁局部超溫現(xiàn)象。煤漿提濃工藝在較大顆粒間填滿細(xì)顆粒，減小顆粒間隙，提高單位體積內(nèi)煤漿質(zhì)量。水煤漿提濃改造前，用三種方法進(jìn)行煤漿成漿性實驗。第一代單棒磨機制漿工藝下，顆粒粒徑不合理，流動性較差，煤漿沉淀速度快。第二代煤漿提濃條件下，煤漿濃度提高2.3個百分點。第三代煤漿提濃條件下，煤漿濃度提高63%，比單棒磨機制漿提高4.4個百分點。

煤漿提濃改造依托分級研磨技術(shù)，通過優(yōu)化水煤漿粒級配比，提高煤漿濃度3個百分點，為企業(yè)創(chuàng)造3970萬元/年經(jīng)濟價值，投資回收期為5個月。

3 氣化單元擴能改造

寧夏能化公司以煤為原料，裝置生產(chǎn)規(guī)模為50萬t/a甲醇，氣化裝置采用德士古水煤漿加壓氣化工藝，氣化爐操作壓力為6.5 MPa，氣化爐運行模式為2開1備，凈化裝置采用林德低溫甲醇洗凈化技術(shù)，項目配置2套空分裝置。甲醇裝置按園區(qū)規(guī)劃為下游產(chǎn)品提供原料。由于醋酸裝置原設(shè)計部分原料為聚乙烯醇裝置副產(chǎn)醋酸甲酯,原建醋酸裝置未達(dá)產(chǎn)，為達(dá)到預(yù)期醋酸裝置規(guī)模效益，需提高CO原料供應(yīng)量。為適應(yīng)市場，提高裝置盈利能力。部分裝置設(shè)備設(shè)計富余量較大，改造前氣化裝置消耗氧氣量7.5萬m3/h，為實現(xiàn)裝置設(shè)備能力最大化，對甲醇裝置進(jìn)行擴能改造，發(fā)揮裝置設(shè)備運行能力。

氣化爐生產(chǎn)能力增加后，對燃燒室影響較小，對激冷室影響較大，氣量增大要考慮激冷環(huán)能否及時冷卻合成氣，氣量增大導(dǎo)致氣體流速增大。將氣化爐設(shè)計參數(shù)與關(guān)鍵運行數(shù)據(jù)與2016年投產(chǎn)的內(nèi)蒙某企業(yè)甲醇?xì)饣b置對比。氣化爐增產(chǎn)后，產(chǎn)氣量等急速上升，激冷水流量隨負(fù)荷增加，原有激冷環(huán)分布效果差，造成激冷環(huán)損壞。寧夏能化甲醇?xì)饣b置氣化爐渣口尺寸為737 mm，將渣口尺寸改為838 mm，渣口尺寸過小易造成氣化爐排渣不暢。新生產(chǎn)能力下需對渣口，下降管進(jìn)行改造，渣口擴大增強氣化爐排渣能力，減少爐渣對耐火磚的侵蝕速度，保護(hù)激冷環(huán)與下降管。氣化采用德士古水煤漿氣化工藝生產(chǎn)，工藝燒嘴尺寸根據(jù)氣化爐投煤量設(shè)計，擴能后投煤量增幅明顯。氣化爐本體設(shè)備不更換，更改工藝燒嘴尺寸滿足擴能需求。燒嘴入口煤漿接管不變，煤漿流速在合理范圍內(nèi)，氧氣流速在合理范圍內(nèi)，根據(jù)燒嘴外氧速比參數(shù)計算，頭部零件尺寸需調(diào)整。公司氣化裝置大部分設(shè)備與對比項目規(guī)格接近，經(jīng)核算容器本體不需改造。原裝置脫氧水槽除氧段易發(fā)生結(jié)垢，造成低壓閃蒸罐較長時間超壓，脫氧水槽頂部放空蒸氣造成較大浪費，對黑水角閥造成嚴(yán)重腐蝕，在除氧器管線增加酸性氣冷卻器。脫氧水槽排出高溫氣體經(jīng)冷卻，冷凝下液體流至灰水槽回收利用，灰水脫氧水槽操作壓力較低，火炬系統(tǒng)壓力波動不凝氣無法進(jìn)入火炬管線，保留原有直接至大氣放空管線。現(xiàn)有高壓煤漿泵打量為110 m3/h，設(shè)計煤種單套高壓煤漿泵需處理煤漿量為100 m3/h，高壓煤漿設(shè)計煤漿密度為1310 kg/m3，煤漿提濃后密度1256 kg/m3，煤漿提濃對高壓煤漿運行無影響。原設(shè)計3臺低壓煤漿泵為往復(fù)式泵，輸送能力不夠，改造增加1臺離心式低壓煤漿泵，擴能改造后增加2臺同規(guī)格離心泵。原設(shè)計缺陷，受泵房空間限制，原有激冷泵出口分兩路，改造后對兩路水分開，激冷水泵至氣化爐激冷環(huán)冷卻降溫，對氣化爐出口合成氣進(jìn)行洗滌除塵。

4 結(jié)語

本文以寧夏能化甲醇公司水煤漿氣化裝置氣化生產(chǎn)系統(tǒng)問題為出發(fā)點，進(jìn)行煤漿濃度提高技術(shù)分析改造，針對集團內(nèi)同行中水煤漿氣化規(guī)模對比提出改造項目，對工藝燒嘴、關(guān)鍵動設(shè)備進(jìn)行改造，對裝置運行后暴露出的問題進(jìn)行工藝優(yōu)化，使裝置穩(wěn)定運行，降低能耗。