德士古水煤漿加壓氣化技術運行中的問題和處理對策

郭 煜

（蒲城清潔能源化工有限責任公司，陜西 蒲城 715506）

德士古水煤漿加壓氣化技術是傳統工藝技術，最初由美國引進，在重油氣化基礎上升級，以水煤漿為進料，以氧氣為氣化劑的加壓氣流床并流類氣化技術工藝。將德士古水煤漿加壓氣化技術引入國內后，技術工藝實踐成果明顯，為能源加工等工業產業發展注入強大動能，通過實踐經驗積累，發掘到德士古水煤漿加壓氣化技術實施中易出現裝置帶灰等不良狀況，需結合多種現代化工藝技術實踐效力，強化德士古水煤漿加壓氣化技術應用效能，本文針對德士古水煤漿氣化技術應用情況進行分析，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運行中的問題

當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，高溫熱偶壽命短，氣化裝置投資大。國內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存在大量水，蒸發需要熱量，應選擇低灰熔點的煤，制備高濃度水煤漿。水煤漿氣化爐運行時間較短，不可預知的影響因素較多，運行氣化爐出現異常停車，備用爐六小時內可具備投料開車條件。目前國內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，氣化爐燃燒室內耐火材料隔熱，向火面磚在高溫環境中，氣化爐耐火磚費用高，更換爐磚需在受限空間作業，氣化爐更換向火面磚需2個月。日常生產中應減少氣化爐爐溫操作波動，避免氣化爐頻繁停車，氣化爐溫升時應嚴格按照升溫曲線進行，檢修期間保持氣化爐燃燒室處于干燥狀態。德士古水煤漿氣化工藝技術為德士古公司專利技術，德士古氣化中部分設備為專利設備，煤氣化裝置運行條件限制較多，部分設備、閥門等需采購進口。隨著相關大型化工企業水煤漿氣化裝置投產，國內設計院已可承擔其工程設計。

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的關鍵點，一般壽命在60～120d，氣化爐停車原因中主要是燒嘴引起，實際操作中監護燒嘴運行情況非常重要，氣化爐燒嘴是運行系統的危險點，氣化爐燒嘴設置專門工藝聯鎖系統，根據工藝燒嘴進出口冷卻水流量，燒嘴出口冷卻水CO含量判斷是否處于安全運行狀態。

2 水煤漿加壓氣化技術制備單元改造

寧夏能化甲醇年產50萬噸甲醇，以本地煤與內蒙煤為制漿原料，氣化系統采用氣化爐三臺，煤漿制備系統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，煤漿穩定性較差，磨煤機啟動離合器空壓機系統故障率較高，維護成本較高。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行改造。

棒磨機出料槽煤漿通過配漿泵計量與生產工藝水按設定指標稀釋進入粗漿槽混合，通過粗漿泵計量后送至細磨機研磨，細漿槽內部分煤漿通過細漿泵送至超細磨機研磨。合格的超細漿流至超細漿槽溢流后與細漿混合，通過超細泵輸送至磨棒機中，形成煤漿三級粒度級配，提高煤漿濃度，改善煤漿穩定性，提高其反應活性，有效減少爐壁局部超溫現象。煤漿提濃工藝在較大顆粒間填滿細顆粒，減小顆粒間隙，提高單位體積內煤漿質量。水煤漿提濃改造前，用三種方法進行煤漿成漿性實驗。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，通過優化水煤漿粒級配比，提高煤漿濃度3個百分點，為企業創造3970萬元/年經濟價值，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，裝置生產規模為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，項目配置2套空分裝置。甲醇裝置按園區規劃為下游產品提供原料。由于醋酸裝置原設計部分原料為聚乙烯醇裝置副產醋酸甲酯,原建醋酸裝置未達產，為達到預期醋酸裝置規模效益，需提高CO原料供應量。為適應市場，提高裝置盈利能力。部分裝置設備設計富余量較大，改造前氣化裝置消耗氧氣量7.5萬m3/h，為實現裝置設備能力最大化，對甲醇裝置進行擴能改造，發揮裝置設備運行能力。

氣化爐生產能力增加后，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能否及時冷卻合成氣，氣量增大導致氣體流速增大。將氣化爐設計參數與關鍵運行數據與2016年投產的內蒙某企業甲醇氣化裝置對比。氣化爐增產后，產氣量等急速上升，激冷水流量隨負荷增加，原有激冷環分布效果差，造成激冷環損壞。寧夏能化甲醇氣化裝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。新生產能力下需對渣口，下降管進行改造，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，保護激冷環與下降管。氣化采用德士古水煤漿氣化工藝生產，工藝燒嘴尺寸根據氣化爐投煤量設計，擴能后投煤量增幅明顯。氣化爐本體設備不更換，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，氧氣流速在合理范圍內，根據燒嘴外氧速比參數計算，頭部零件尺寸需調整。公司氣化裝置大部分設備與對比項目規格接近，經核算容器本體不需改造。原裝置脫氧水槽除氧段易發生結垢，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，火炬系統壓力波動不凝氣無法進入火炬管線，保留原有直接至大氣放空管線。現有高壓煤漿泵打量為110 m3/h，設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。原設計3臺低壓煤漿泵為往復式泵，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臺同規格離心泵。原設計缺陷，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冷卻降溫，對氣化爐出口合成氣進行洗滌除塵。

4 結語

本文以寧夏能化甲醇公司水煤漿氣化裝置氣化生產系統問題為出發點，進行煤漿濃度提高技術分析改造，針對集團內同行中水煤漿氣化規模對比提出改造項目，對工藝燒嘴、關鍵動設備進行改造，對裝置運行后暴露出的問題進行工藝優化，使裝置穩定運行，降低能耗。