李玉成，栾运加
（山东华鲁恒升化工股份有限公司，山东 德州253024）
［摘 要］山东华鲁恒升化工股份有限公司传统产业升级1 200 kt/a甲醇项目气化装置采用多喷嘴水煤浆加压气化工艺。多喷嘴气化装置于2017年9月28日一次投料开车成功，总体运行状况良好；但运行初期灰水系统灰水pH持续偏低，历时近1 a之久，导致低压段设备及管道多处出现腐蚀、泄漏，曾一度困扰系统的正常生产与稳定运行。通过对业内多喷嘴气化装置的运行分析、研究和对比，并结合华鲁恒升的生产实践，认为黑水中的酸性物来源以气化炉内反应产生的甲酸为主，而低压灰水pH低则是由于闪蒸系统中酸性气（CO2）溶于灰水及部分H2S等残留所致。采取一系列优化改进措施和工艺调整后，目前灰水水质稳定，多喷嘴气化装置运行状况良好。
［关键词］多喷嘴气化装置；灰水pH偏低；原因分析；气化流场；副产物甲酸；闪蒸及沉降系统；酸性气溶解；优化改进
［中图分类号］TQ546.5 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2021）04-0005-03
1 多喷嘴气化装置概况
山东华鲁恒升化工股份有限公司（简称华鲁恒升）传统产业升级1 200 kt/a甲醇项目中，气化装置采用华东理工大学专利技术——多喷嘴水煤浆加压气化工艺，其技术特点主要为，采用多喷嘴对置式气流床气化炉及复合床高温煤气冷却洗涤设备，混合器、旋风分离器、水洗塔三单元组合分级净化的煤气初步净化工艺，蒸发分离直接换热式渣水处理工艺［1］ 。
华鲁恒升1 200 kt/a甲醇项目多喷嘴气化炉为当时华东理工大学设计的最大多喷嘴气化炉，气化炉直径3 880 mm，设计投煤量2 500 t/d，采用两开一备的运行模式。多喷嘴气化装置于2017年9月28日一次投料成功。多喷嘴气化炉自投运以来，持续保持较高运行负荷，最高投煤量可达2 700 t/d，所产粗煤气中有效气（C0+H2）含量相对较高，平均82.35%，最高达83.50%，烧嘴使用寿命及气化炉运行周期平均在80 d（气化装置运行周期主要制约因素为烧嘴泄漏，最短一次由于烧嘴泄漏仅运行17 d就被迫停炉连投，最近两年因引入多家烧嘴维修单位协作，烧嘴使用寿命有所延长），日常执行计划倒炉操作，气化装置总体运行状况良好。但在多喷嘴气化装置运行初期，由于灰水系统灰水pH持续偏低，导致低压段设备及管道多处出现腐蚀、泄漏，曾一度困扰系统的正常生产与稳定运行，后通过采取一系列优化改进措施和工艺调整，灰水水质得到控制。
2 多喷嘴气化装置工艺流程及气化流场特点
2.1 工艺流程简介
多喷嘴气化装置煤浆制备系统制得的煤浆，经高压煤浆泵加压分两路分别进入一对对置安装的水平烧嘴，与来自空分装置的高压纯氧在预热完全的气化炉内进行气化反应，生成以CO和H2为主的粗煤气。粗煤气与灰渣经激冷环、下降管、激冷室冷却分离，粗煤气经旋风分离器除尘、水洗塔洗涤后送变换系统，气化炉黑水、旋风分离器黑水、水洗塔黑水则经黑水角阀减压送蒸发热水塔，与来自低压灰水泵的灰水进行换热，换热后的低压灰水送水洗塔，再经泵送气化炉激冷室；蒸发热水塔气相经冷却送变换汽提塔或放空火炬，蒸发热水塔底部黑水则经低压闪蒸系统和真空闪蒸系统二次闪蒸，灰水循环利用，闪蒸气送火炬。
2.2 气化流场特点
多喷嘴气化炉的实际运行中，因其特殊的气化流场（四喷嘴与单喷嘴气化炉流场分布的比较如图1）和技术优势［2］ ，即采用两对对置式水平安装的4个烧嘴，利用其多股物料的射流撞击，不仅加速了物料在气化炉内的混合，促进了传质传热，而且4个烧嘴位于气化炉上筒体的同一水平面，相互垂直分布，使得烧嘴的雾化效果更佳，促进了炉内一次反应的快速完成，直接进入管流区完成二次反应，提高气化效率。在相同水煤浆品质下［注：华鲁恒升1 200 kt/a甲醇项目建成后，对制浆系统进行了技改，原200 kt/a甲醇项目单喷嘴多元料浆气化炉（设计投煤量1 200 t/d）可以共用1 200 kt/a甲醇项目制浆系统的煤浆］，1 200 kt/a甲醇项目多喷嘴气化炉较200 kt/a甲醇项目单喷嘴气化炉所产粗煤气中有效气（C0+H2）含量增加约1.5%～2.0%，气化效率提升明显。
3 灰水pH持续偏低问题描述及原因分析
3.1 问题描述
华鲁恒升多喷嘴气化装置运行初期，灰水系统灰水pH持续偏低，历时近1 a之久，导致低压段设备及管道多处出现腐蚀、泄漏。起初，气化炉前几次常规停车进行系统检查时，设备、管道内壁没有结垢现象，与200 kt/a甲醇项目多元料浆气化装置灰水系统设备内结垢较严重有明显不同；后来，多喷嘴气化装置出现了设备故障及泄漏，不利于现场操作调整，存在安全隐患，险些造成系统停车，最终引起重视。
华鲁恒升多喷嘴气化装置灰水系统设备故障及泄漏问题出现后，通过较长时间的查找分析，并结合气化炉运行状况及低压灰水水质分析数据（见表1），发现灰水pH总体偏低——基本上在5.0～6.5之间，即整个灰水系统为酸性环境，酸性环境对碳钢设备、管件的腐蚀，加上固体颗粒的冲刷，导致在管件弯头三通处以及介质流速快的变径处，如低压灰水泵的出入口、阀门前后等，出现设备与管线泄漏以及阀门无法彻底切断等问题。
经初步分析及多方论证，我们认为，低压灰水呈酸性的主要原因为气化炉内的反应生成了甲酸，但目前甲酸的形成机理尚不明确。华鲁恒升于2018年5月组织了一次对业内多套多喷嘴气化装置的考察，通过与烟台万华聚氨酯股份有限公司、江苏索普化工股份有限公司、安徽华谊化工有限公司等企业及相关专家进行交流，发现这些企业也存在类似情况，但目前均没有有效的工艺调节手段。2018年11月中旬，华鲁恒升停用了灰水分散剂，并根据灰水水质分析数据计算H+平衡情况，采用了向灰水槽添加固体烧碱及液碱的方式，但灰水系统腐蚀泄漏情况没有得到明显改善。
3.2 灰水pH偏低原因初探
更多内容详见《中氮肥》2021年第4期