摘要：重油部分氧化法生产的目的是获得含有较高浓度的氢气和一氧化碳，以及含有尽可能少的甲烷和游离碳黑的合成气，同时要求重油、氧气和蒸汽的消耗量最低。这些主要取决于生产设备及采用的工艺条件、操作方法。本文对重油部分氧化操作关键过程控制参数进行探讨，总结气化炉安全操作的经验教训。
关键词：部分氧化 合成气 氧油比 汽油比
1 工艺状况介绍
造气装置采用重油气化技术，其工艺流程为部分氧化法废热锅炉流程，合成气生产能力为9000NM3/h，装置原料为重油、蒸汽和氧气。 蒸气和重油混合后经工艺烧嘴环隙进入气化炉，氧气在进入工艺烧嘴前与5%蒸气混合，这股5%蒸气的作用是吹扫聚集在氧气管线中的氧气，气化单元三大物料在气化炉内1350℃的高温条件下发生部分氧化还原反应生成以CO和H2为主的合成气。该过程包括氧化、裂解、转化等反应，是一个十分复杂的化学反应过程。这些反应中甲烷蒸汽均相转化反应速度为最慢，对整个气化反应起到关键控制作用，因此合成气中甲烷含量是该关键过程的重要控制指标，加以特殊控制，指标为0.1 ～0.35 %。
2 工艺参数控制
2.1气化炉炉膛温度
气化炉炉膛温度是装置生产最关键的控制参数。对气化反应全过程起控制作用的甲烷蒸汽转化反应及游离碳与蒸汽和二氧化碳的转化反应均为可逆吸热反应。因此从化学平衡的角度出发，提高反应温度可以提高甲烷和碳黑的转化率，降低生成甲烷和碳黑的含量，降低炉膛温度，甲烷和碳黑含量增加。操作温度由于受到气化炉内衬耐火材料性能和工艺烧嘴的限制，要控制粗合成气中碳黑生成量，在一般情况下气化炉的操作温度维持在1200～1300范围内。合成气在线甲烷自动分析仪AR4201监测合成气中甲烷含量。保证分析仪指示准确，及时与化验分析进行比较，保证甲烷控制在指标之内。
2.2操作压力
对甲烷和碳黑的转化反应来说，是体积增加的反应，从化学平衡角度来分析，提高气化炉的操作压力是不利于反应平衡的。但是由于实际生产过程中，甲烷与碳黑的转化反应距离平衡很远，主要是由反应速度控制反应的程度。压力升高不利于甲烷的转化。
2.3氧油比
氧油比对气化反应有决定性的影响。氧气的加入量直接影响反应温度和生产的混合气体组成。碳黑的生成量是氧油比的函数，油量一定时，碳黑量随着氧油比的增加而减少。若氧气量变化6%，碳黑生成量的变化为原料油中总碳的1～4%。因此，氧油比控制在1.09~1.19kg/kg，直接影响反应温度，油量一定，提高氧油比，甲烷含量降低。
2.4汽油比
加入蒸汽可以调节气化过程中碳与氢的比例，起到控制反应温度、雾化重油的作用。但是蒸汽的加入量也有一定的限制，蒸汽加入过多会降低气化反应温度，影响气化反应效果。根据甲烷转化率、碳转化率、氧气消耗量、合成气的有效气体成份来调节汽油比。因此，汽油比控制为0.4kg/kg，汽油比过高，反应温度降低，甲烷含量增加。
3 安全生产控制
3.1气化炉内爆
造气装置开停车发生的爆炸现象被称为“气化炉内爆”，它不但会造成潜在的不安全因素，而且会严重损坏工艺烧嘴、进料管线和后部设备。投料后的气化炉内爆是一种特殊的点火，它具有明显的爆炸现象。氧气是一种高效助燃剂，而气化反应是一个高温高压的燃烧反应，因此气化炉停车时不允许出现氧气阀泄漏现象，否则将发生爆炸事故。
气化炉系统中影响氧气积聚的主要机理是氧气切断阀的渗漏量。
虽然在检修过程中已经对切断阀门进行了打压，但是一旦这种阀门投入使用，低渗漏很难避免，当氧气切断阀关闭时，氧气阀门的渗漏会引起烧嘴头部出现“回烧现象”， 低速氧气渗漏与残留在气化炉内的残余合成气燃烧造成烧嘴头部损坏，处于不良状态中的烧嘴会增加投料内爆的可能性。
3.2爆炸的具体形成过程
3.2.1氧气系统阀门泄漏严重(包括流量控制阀和放空阀)，如果氧气系统在气化炉前压力降低，在停车时出现合成气倒流现象，这种合成气混入氧气管线的现象会烧坏阀门而增大泄漏。泄漏严重将导致管线、设备爆炸。
3.2.2通过切断阀渗漏出来的氧气，在投料准备时会积聚在气化炉内和后续设备内，氧气留在气化炉内会形成富氧代替富油气，引起投料内爆。
3.2.3如果氧气聚集起来，或者排到后续设备中形成一定的氧气空间，气化炉投料时会因为气化炉燃料或合成气起火，引起局部爆炸。
3.2.4在装置停车时，如果合成气无法正常卸出，氧气切断阀渗漏，氧气很快会与合成气在后续系统形成爆炸气而发生过氧爆炸事故。
3.3易酿成火灾的部位
重油气化区域入炉氧气管线和碳洗塔出口管线，为易爆炸和发生火灾的部位。因此在造气装置周围布置有消防设施，造气炉两侧25米处有1#消防栓可供直接扑救火灾使用。西侧2#消防栓，东侧8#消防栓可供消防加水用。在造气泵房、氧压机、丁北泵房、工艺压缩厂房等处共设有8kg干粉24瓶，35kg干粉车4个，可供操作人员扑救初起火灾使用。
3.4紧急处理措施
造气装置气化系统发生过氧爆炸预案中，需要作如下紧急处理：
A当班操作人员立即按下紧急停车按钮HS4103，使装置进入停车状态。
B现场人员立即关闭氧压机出口阀切断氧气供给，在安全的情况下，将发生事故的系统隔离。
C主操作人员在现有的操作条件下尽可能以最快的速度在PV4211处将合成气泄入火炬。
D保持气化炉主蒸气、5%蒸气进入气化炉，稀释可燃气浓度，使火焰尽快熄灭。
E如果火势有继续蔓延的趋势，立即切断附近的可燃物料源，并通知消防人员做好火焰进一步蔓延的防范工作。
F总控人员在进行上述工艺处理的同时，立即拨打119向消防队报警，并向车间值班人员和调度汇报。
G付班长带领巡检和泵房人员立即用1#消防栓对周围设备进行冷却保护， 同时到造气泵房、 氧压机、丁北泵房等处取8kg干粉和35kg干粉进行扑救，阻止火势漫延。
H在报警的同时，派人到指定路口迎接消防员，消防车可通过1#门直接到达事故地点。
3.5预防措施
A氧气隔离系统---氮气缓冲器
使用氮气缓冲器是为了提供高压惰性气体，以防止氧气在开停车过程中渗漏到气化炉中去，其次是可获得氧气切断阀渗漏的系数，过量的氮气消耗表明氧气切断阀已需要检修。
B氧气阀门应做定期检查，这些阀门可以在气化炉停车期间按照上图流程所示通过小管道的阀门来做检查，通过渗漏情况决定阀门是否检修。
C在气化炉开工过程中，尽量缩短氧气在炉前的放空时间，从而达到降低氧气渗漏的目的。
4 总结
造气装置核心设备气化炉操作具有高温高压的特点，因此严格控制好重油部分氧化过程温度、压力等关键参数，避免发生气化炉内爆及火灾等事故，为了保证装置安全生产，要随时完善气化炉内爆及火灾等事故应急预案，并对员工进行不间断培训