8.7MPa水煤漿加壓氣化技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用技術(shù)研究總結(jié)

毛凱 張君 閆來洲（蒲城清潔能源化工有限責(zé)任公司，陜西蒲城715500）

0 引言

蒲城清潔能源化工有限責(zé)任公司由陜西煤業(yè)化工集團(tuán)公司和中國長江三峽集團(tuán)公司共同出資設(shè)立，注冊資本70億元，負(fù)責(zé)建設(shè)和運營180萬噸/年甲醇、70萬噸/年聚烯烴項目，廠址位于陜西蒲城渭北煤化工業(yè)園區(qū)。項目總投資199.5 億元，2010年開工建設(shè)，2014年底建成投產(chǎn)。

項目主要工藝過程為：以煤為原料，經(jīng)水煤漿加壓氣化制取合成氣，經(jīng)變換、凈化及甲醇合成得到中間產(chǎn)品甲醇，采用DMTO二代技術(shù)生產(chǎn)乙烯、丙烯并經(jīng)聚合最終生產(chǎn)聚乙烯、聚丙烯產(chǎn)品。主要產(chǎn)品為：30 萬噸/年聚乙烯（PE）、40 萬噸/年聚丙烯（PP）。

作為全球首套使用DMTO-II 技術(shù)和首次在同類裝置采用8.7MPa水煤漿加壓氣化技術(shù)的大型現(xiàn)代煤化工項目，對于升級和發(fā)展新型煤化工產(chǎn)業(yè)具有極為顯著的示范引領(lǐng)作用。以陜西神木豐富的長焰煤為原料，采用國內(nèi)外先進(jìn)、成熟的工藝技術(shù)，通過生產(chǎn)甲醇制取烯烴，實現(xiàn)了煤炭資源的高效、清潔轉(zhuǎn)化利用，具有技術(shù)裝備先進(jìn)、自動化程度高、綜合能耗低、水資源豐富、交通物流便捷等多方面的顯著優(yōu)勢。

公司氣化裝置采用8.7MPa德士古水煤漿氣化技術(shù)，共設(shè)置6 臺氣化爐（4 開2 備）；單臺氣化爐投煤量約2400t/d，為目前在運德士古氣化工藝中壓力等級最高，單爐投煤量最大的裝置。為保證氣化裝置的安全、穩(wěn)定、高負(fù)荷運行，自我公司2014 年10 月份氣化爐首次投料成功至今，一直致力于8.7MPa 水煤漿氣化工藝的工業(yè)化應(yīng)用研究之中；截止目前為止，共完成包括工藝燒嘴改造研究、氣化爐下降管改型、激冷水泵攻關(guān)、鎖斗循環(huán)泵變頻改造等多項技術(shù)革新，創(chuàng)造了氣化裝置連續(xù)運行459天，氣化爐單臺運行最長81天的成績。

通過8.7MPa水煤漿氣化工藝的工業(yè)化研究的推進(jìn)，保證了我公司甲醇中心的連續(xù)、穩(wěn)定、高負(fù)荷運行；氣化爐倒?fàn)t及檢修頻次大大降低，從而大大降低了檢修費用。為整個行業(yè)提供了實際運行數(shù)據(jù)，為高壓煤氣化技術(shù)趨向成熟化給與了強(qiáng)有力的支撐，使行業(yè)推行大型化工生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

1 技術(shù)研究內(nèi)容

根據(jù)公司工藝特點，在2010 年進(jìn)行充分調(diào)研后，對比各個氣化工藝特點，我公司選用德士古8.7MPa 水煤漿加壓氣化技術(shù)，該工藝創(chuàng)造了水煤漿氣化壓力等級最高、單爐生產(chǎn)能力世界最大、氣化裝置總生產(chǎn)能力最大的“世界三最”。為做好該項目的工業(yè)化運行，我公司自2014 年10 月氣化爐首次投料成功后一直致力于8.7MPa水煤漿氣化工藝的工業(yè)化應(yīng)用研究之中。

我公司的氣化裝置主要任務(wù)是原料煤經(jīng)煤漿制備、煤漿氣化、粗工藝氣洗滌、一氧化碳變換等工序，產(chǎn)出工藝氣并初步處理，把合格工藝氣送往低溫甲醇洗，最終為甲醇合成提供原料氣。同時通過灰水處理等工序回收熱量和水，排出固體廢棄物。主裝置包括原料儲存與準(zhǔn)備、煤漿制備、氣化、灰水處理、變換、沉渣池等工段。本裝置設(shè)置的設(shè)計能力大約為9588噸干基煤。一共設(shè)有6個氣化系列，6臺φ3200×4150mm氣化爐，4臺運行，2 臺備用，氣化壓力為8.7Mpa（A）。系統(tǒng)設(shè)置6 套氣化爐系統(tǒng)、2 套變換系統(tǒng)、灰水處理6 套高、中、低、真空閃蒸系統(tǒng)與氣化爐一對一、共用3套細(xì)灰沉降系統(tǒng)。

2 技術(shù)優(yōu)勢

（1）氣化裝置壓力等級的提高更加有利于氣化反應(yīng)，比氧耗＜360Nm3/KNm3，比煤耗＜600kg/KNm3、碳轉(zhuǎn)化率＞99.8%，均優(yōu)于設(shè)計值，更優(yōu)于6.5MPa的氣化爐。

（2）同規(guī)模比6.5MPa 的氣化裝置減少一臺氣化爐，因此大規(guī)模氣化裝置選擇高壓力等級更加有利于工廠化運行。

（3）采取8.7Mpa 氣化技術(shù)可實現(xiàn)甲醇的等壓合成，減少了壓縮機(jī)的投資及維護(hù)費用。

3 應(yīng)用情況

針對8.7Mpa水煤漿氣化工藝特點，結(jié)合我公司實際運行情況，自2014年10月首次運行至今，我公司針對氣化裝置工藝運行瓶頸，先后突破了工藝燒嘴運行周期短、激冷水泵氣蝕、氣化爐下降管變形、鎖斗循環(huán)泵出口管線易磨穿改造等技術(shù)難題，具體情況如下：

（1）調(diào)整工藝燒嘴頭部尺寸，將燒嘴環(huán)隙由4.16mm逐步調(diào)整為6.15mm，燒嘴冷卻水夾套承插焊改為對接焊，并在焊縫處增設(shè)高溫耐火氈保護(hù)層。經(jīng)過改造后目前氣化工藝燒嘴最長運行時間達(dá)到81天，平均運行時間由之前25天延長至60天。

（2）更改氣化爐下降管強(qiáng)度，將氣化爐下降管厚度由原設(shè)計的6mm更改為10mm，解決了氣化爐投料過程中下降管頻繁變形、損壞問題。

（3）根據(jù)激冷水泵性能曲線將低壓灰水改造至激冷水泵入口，解決了氣化爐在開停車階段水溫高、壓力低易氣蝕問題。

（4）更改磨煤機(jī)筒體螺栓形式，解決了磨煤機(jī)筒體漏漿嚴(yán)重問題；完成磨機(jī)主減速機(jī)改造，解決了磨機(jī)小齒輪斷齒問題。

（5）更改鎖斗循環(huán)水泵為變頻泵，降低鎖斗循環(huán)水泵出口流速，解決了鎖斗循環(huán)管線磨穿問題。

（6）優(yōu)化系統(tǒng)配置，將3臺除氧水槽氣、液相進(jìn)行聯(lián)通，解決了除氧槽操作壓力不穩(wěn)，除氧槽內(nèi)件損壞導(dǎo)致的高壓灰水泵損壞問題；將3臺沉降槽進(jìn)料管進(jìn)行聯(lián)通，改沉降槽運行模式為2開1備，確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定。

（7）將沉降槽底流泵出口管線由4″更改為6″降低管道流速，解決了此段管線易磨穿問題，將運行周期由半年提高至一年半。

（8）為解決高壓氣化灰水硬度高、NH4-N 值高等因素導(dǎo)致的，自2015年開始對灰水除硬、除氨進(jìn)行技術(shù)研究，現(xiàn)已建成灰水蒸氨、除硬裝置并投入運行，將灰水中總硬度由1800mg/L降至50mg/L 以下，將NH4-N 值由1200mg/L 降至300mg/L 以下，大大緩解灰水管道、設(shè)備的結(jié)垢。

（9）更改閃蒸系統(tǒng)減壓角閥結(jié)構(gòu)型式，延長角閥緩沖罐并更改緩沖罐內(nèi)部堆焊材質(zhì)，將其使用壽命由初期的20天延長至200天左右。

2014年10月26日至今，經(jīng)過三年時間的不斷摸索及研究，目前氣化單爐運行平均時間由最初的20 天左右延長至60 天；氣化爐單爐運行時間最長達(dá)到81天；氣化裝置連續(xù)運行時間達(dá)到359天；氣化裝置負(fù)荷平均達(dá)到105%；甲醇負(fù)荷達(dá)到115%。

4 結(jié)語

通過8.7MPa 水煤漿氣化工藝的工業(yè)化研究的推進(jìn)，保證了我公司甲醇中心的連續(xù)、穩(wěn)定、高負(fù)荷運行；氣化爐倒?fàn)t及檢修頻次大大降低，從而大大降低了檢修費用。

通過8.7MPa 水煤漿氣化工藝的工業(yè)化研究，為整個行業(yè)為提供了實際運行數(shù)據(jù)，為高壓煤氣化技術(shù)趨向成熟化給予了強(qiáng)有力的支撐，使行業(yè)推行大型化工生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，具有較高的示范意義。