德士古水煤浆加压气化技术运行中的问题和处理对策

郭 煜

（蒲城清洁能源化工有限责任公司，陕西 蒲城 715506）

德士古水煤浆加压气化技术是传统工艺技术，最初由美国引进，在重油气化基础上升级，以水煤浆为进料，以氧气为气化剂的加压气流床并流类气化技术工艺。将德士古水煤浆加压气化技术引入国内后，技术工艺实践成果明显，为能源加工等工业产业发展注入强大动能，通过实践经验积累，发掘到德士古水煤浆加压气化技术实施中易出现装置带灰等不良状况，需结合多种现代化工艺技术实践效力，强化德士古水煤浆加压气化技术应用效能，本文针对德士古水煤浆气化技术应用情况进行分析，找出实践中存在的问题，提出改善措施。

1 德士古水煤浆加压气化技术运行中的问题

当前水煤浆气化主要存在的问题包括备用炉需热备，气化炉耐火材料寿命短，高温热偶寿命短，气化装置投资大。国内大多水煤浆气化装置比氧耗在400m3/1000m3以上，主要原因是水煤浆气化炉内存在大量水，蒸发需要热量，应选择低灰熔点的煤，制备高浓度水煤浆。水煤浆气化炉运行时间较短，不可预知的影响因素较多，运行气化炉出现异常停车，备用炉六小时内可具备投料开车条件。目前国内大多煤气化装置通过加强运行气化炉管理改善其运行时间较短的问题。

德士古煤气化炉燃烧室温度在1400℃以上，气化炉燃烧室内耐火材料隔热，向火面砖在高温环境中，气化炉耐火砖费用高，更换炉砖需在受限空间作业，气化炉更换向火面砖需2个月。日常生产中应减少气化炉炉温操作波动，避免气化炉频繁停车，气化炉温升时应严格按照升温曲线进行，检修期间保持气化炉燃烧室处于干燥状态。德士古水煤浆气化工艺技术为德士古公司专利技术，德士古气化中部分设备为专利设备，煤气化装置运行条件限制较多，部分设备、阀门等需采购进口。随着相关大型化工企业水煤浆气化装置投产，国内设计院已可承担其工程设计。

德士古气化炉工艺烧嘴运行时间也是制约气化炉长期运转的关键点，一般寿命在60～120d，气化炉停车原因中主要是烧嘴引起，实际操作中监护烧嘴运行情况非常重要，气化炉烧嘴是运行系统的危险点，气化炉烧嘴设置专门工艺联锁系统，根据工艺烧嘴进出口冷却水流量，烧嘴出口冷却水CO含量判断是否处于安全运行状态。

2 水煤浆加压气化技术制备单元改造

宁夏能化甲醇年产50万吨甲醇，以本地煤与内蒙煤为制浆原料，气化系统采用气化炉三台，煤浆制备系统采用棒磨机制浆工艺[2]。气化装置运行由于添加剂等原因造成水煤浆粒度级配较低，煤浆稳定性较差，磨煤机启动离合器空压机系统故障率较高，维护成本较高。为提高水煤浆浓度，降低气化炉氧耗，公司对煤浆制备工段进行改造。

棒磨机出料槽煤浆通过配浆泵计量与生产工艺水按设定指标稀释进入粗浆槽混合，通过粗浆泵计量后送至细磨机研磨，细浆槽内部分煤浆通过细浆泵送至超细磨机研磨。合格的超细浆流至超细浆槽溢流后与细浆混合，通过超细泵输送至磨棒机中，形成煤浆三级粒度级配，提高煤浆浓度，改善煤浆稳定性，提高其反应活性，有效减少炉壁局部超温现象。煤浆提浓工艺在较大颗粒间填满细颗粒，减小颗粒间隙，提高单位体积内煤浆质量。水煤浆提浓改造前，用三种方法进行煤浆成浆性实验。第一代单棒磨机制浆工艺下，颗粒粒径不合理，流动性较差，煤浆沉淀速度快。第二代煤浆提浓条件下，煤浆浓度提高2.3个百分点。第三代煤浆提浓条件下，煤浆浓度提高63%，比单棒磨机制浆提高4.4个百分点。

煤浆提浓改造依托分级研磨技术，通过优化水煤浆粒级配比，提高煤浆浓度3个百分点，为企业创造3970万元/年经济价值，投资回收期为5个月。

3 气化单元扩能改造

宁夏能化公司以煤为原料，装置生产规模为50万t/a甲醇，气化装置采用德士古水煤浆加压气化工艺，气化炉操作压力为6.5 MPa，气化炉运行模式为2开1备，净化装置采用林德低温甲醇洗净化技术，项目配置2套空分装置。甲醇装置按园区规划为下游产品提供原料。由于醋酸装置原设计部分原料为聚乙烯醇装置副产醋酸甲酯,原建醋酸装置未达产，为达到预期醋酸装置规模效益，需提高CO原料供应量。为适应市场，提高装置盈利能力。部分装置设备设计富余量较大，改造前气化装置消耗氧气量7.5万m3/h，为实现装置设备能力最大化，对甲醇装置进行扩能改造，发挥装置设备运行能力。

气化炉生产能力增加后，对燃烧室影响较小，对激冷室影响较大，气量增大要考虑激冷环能否及时冷却合成气，气量增大导致气体流速增大。将气化炉设计参数与关键运行数据与2016年投产的内蒙某企业甲醇气化装置对比。气化炉增产后，产气量等急速上升，激冷水流量随负荷增加，原有激冷环分布效果差，造成激冷环损坏。宁夏能化甲醇气化装置气化炉渣口尺寸为737 mm，将渣口尺寸改为838 mm，渣口尺寸过小易造成气化炉排渣不畅。新生产能力下需对渣口，下降管进行改造，渣口扩大增强气化炉排渣能力，减少炉渣对耐火砖的侵蚀速度，保护激冷环与下降管。气化采用德士古水煤浆气化工艺生产，工艺烧嘴尺寸根据气化炉投煤量设计，扩能后投煤量增幅明显。气化炉本体设备不更换，更改工艺烧嘴尺寸满足扩能需求。烧嘴入口煤浆接管不变，煤浆流速在合理范围内，氧气流速在合理范围内，根据烧嘴外氧速比参数计算，头部零件尺寸需调整。公司气化装置大部分设备与对比项目规格接近，经核算容器本体不需改造。原装置脱氧水槽除氧段易发生结垢，造成低压闪蒸罐较长时间超压，脱氧水槽顶部放空蒸气造成较大浪费，对黑水角阀造成严重腐蚀，在除氧器管线增加酸性气冷却器。脱氧水槽排出高温气体经冷却，冷凝下液体流至灰水槽回收利用，灰水脱氧水槽操作压力较低，火炬系统压力波动不凝气无法进入火炬管线，保留原有直接至大气放空管线。现有高压煤浆泵打量为110 m3/h，设计煤种单套高压煤浆泵需处理煤浆量为100 m3/h，高压煤浆设计煤浆密度为1310 kg/m3，煤浆提浓后密度1256 kg/m3，煤浆提浓对高压煤浆运行无影响。原设计3台低压煤浆泵为往复式泵，输送能力不够，改造增加1台离心式低压煤浆泵，扩能改造后增加2台同规格离心泵。原设计缺陷，受泵房空间限制，原有激冷泵出口分两路，改造后对两路水分开，激冷水泵至气化炉激冷环冷却降温，对气化炉出口合成气进行洗涤除尘。

4 结语

本文以宁夏能化甲醇公司水煤浆气化装置气化生产系统问题为出发点，进行煤浆浓度提高技术分析改造，针对集团内同行中水煤浆气化规模对比提出改造项目，对工艺烧嘴、关键动设备进行改造，对装置运行后暴露出的问题进行工艺优化，使装置稳定运行，降低能耗。