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Shell煤气化工艺的评论和改进建议
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Shell煤气化工艺的评论和改进建议
第6期(总第121期)
2005年12月
煤化工
CoalChemicalIndustry
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Shell煤气化工艺的评论和改进建议
唐宏青
(中国石化企业宁波工程企业(原兰州院),兰州730060)
摘
要
表达了Shell煤气化技术的发展过程,介绍了Shell煤气化工艺和主要设施的特点,回顾国内的
装置建设状况,坦言一些存在的问题,并提出Shell工艺的改进建议:在为中国设计的制氢气、氨和甲醇化工装置中,将废锅流程改为激冷流程,可以明显降低投资,加快建设周期,提升开车速度,降低运行成本。
要点词
Shell
煤气化
工艺
Shell煤气化工艺的评论和改进建议
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Shell煤气化工艺的评论和改进建议
废锅流程
激冷流程
文章编号:1005-9598(2005)-06-0009-06中图分类号:TQ54
文件表记码:A
收稿日期:2005-08-15
作者简介:唐宏青(1941—),男,1965年毕业于北京大学,原兰州石化设计院副总工程师,教授级高工,现任全国化学-9-
Shell煤气化过程[1￣6]是目前生界上较为先进的第二代煤气化工艺之一。按学术上的分类,Shell煤气化属气流床气化。煤粉、氧气及少许水蒸气在加压条件下并流进入气化炉内,在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转变等一系列物理和化学过程,气化产物为以H2和CO为主的合成气,CO2的含量极少。
1Shell煤气化技术的发展历程
自20世纪50年代起,壳牌企业就参加了气化技
术的开发。当时,该企业开发了以油为原料的壳牌气化技术(SGP),到现在已有150多套SGP设施获取技术转让。在累积油气化经验后,1972年开始在该企业的阿姆斯特丹研究院(KSLA)进行煤气化技术研究。1976年,煤气化工艺(SCGP)已达到必定水平并建立一座办理煤量为6t/d的试验厂,利用该装置一共试验了30多个不一样的煤种。
1978年,在汉堡周边的哈尔堡炼油厂建设一座办理煤量为150t/d的工厂,企业利用这座装置进行了一系列成功的试验,至1983年该装置停止运行
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为止,累计运行了6100h,此中包含超出1000h的连续运行,顺利完成了工艺开发和过程优化的任务。
在汉堡中试装置成功运行的基础上,1987年,壳牌企业在美国休斯顿周边的DeerPark石化中心建设了一座规模较大的工厂,这座命名为SCGP1的示范厂进煤量为每天250t高硫煤或每天400t高湿度、高灰褐煤,共累积了15000h的操作经验。SCGP1试验了约18种原料,包含褐煤致使石油焦。这些试验结果充分证明壳牌煤气化技术在靠谱性、原料灵巧性、负荷可调性和环保方面都达到了极高水平,该示范装置运行成功。
1988年,荷兰国家电力局决定由其手下的Demkolec企业在荷兰南部的BuGGenun兴建一座发电能力净输出为253MW的煤气化结合循环发电厂(IGCC)。Shell企业为装置供给专利技术及基础工程设计,其煤气化妆置设计能力为单炉日办理2000t煤、。该电厂于1993年终试车,1994年初开始为期3年的示范期,在此时期,该装置成功地完成了14个煤种的试验,并对商业化电站规模的靠谱性操作、环保、负荷调理及经济方面进行了全面的评估。该装置的实践表示,碳的转变率可达99%以上,装置负荷可在40%￣100%之间调整。到2001年,气化妆置运行率在95%以上,今后Shell企业开始向市场推出壳牌煤气化工艺。Shell技术进展见表1。
因而可知,Shell煤气化技术的进度从中试开30!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"
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编者按:固然Shell煤气化工艺是目前生界上较为先进的第二代煤气化工
艺之一,但是这类工艺不是完美无缺的。国内引进该技术应用于氢、氨、醇生产的
过程中将面对着好多困难,认识上有好多不足。本文作者结合多年的工程实践经
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验,坦言Shell煤气化工艺存在的一些问题,并提出Shell工艺的改进建议,可供业界同行参照。
2005年第6期
煤化
工
气化技术的开发是艰巨的,为我国正在流行的煤气化技术的开发供给了很好的启示。
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Shell煤气化工艺及特点简介
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Shell煤气化工艺流程
典型的Shell煤气化工艺流程见图1。
来自煤场的煤和石灰石经过称重给料机按必定
比率混和后进入磨煤机混磨(按质量计,此中90%粒度<100μm),并由热风作为动力带走煤中的水分,再经过袋式过滤器过滤,干燥的煤粉进入煤粉仓中储存。
来自空分的氧气经氧压机加压并预热后与中压过热蒸汽混杂后导入喷嘴。
出煤粉仓的煤粉经过锁斗装置,,与蒸汽、氧气一起进入气化炉内燃烧,反应温度约为1500℃￣1600℃,。
送来的冷煤气激冷至900℃,而后经输气管换热器、合成气冷却器回收热量后温度降至350℃,再进入高温高压陶瓷过滤器除掉合成气中99%的飞灰。出高温高压过滤器的气体分为2股,一股进入激冷气压缩机压缩后作为激冷气,另一股进入文丘里清洗器和清洗塔,经高压工艺水除掉此中节余的灰并将温度降至150℃后去气体净化妆置。办理后的煤气含尘量小于1mg/m3,而后送后续工序。
在气化炉内产生的熔渣沿气化炉壁流入气化炉底部的渣池,遇水固化成玻璃状炉渣,而后经过采集器、渣锁斗,准时排放至渣脱水槽,再经过捞渣机捞出送至渣场,作为商品销售。
在高温高压过滤器中采集的飞灰经飞灰气提塔气提并冷却至100℃后进入飞灰贮罐,一部分飞灰返回至磨煤机,另一部分作为商品销售。
气化炉膜式壁内和各换热器由泵进行强迫水循环,,经汽水分别后表1
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Shell技术进展
年代1972￣19761978￣198319871988￣1993
(建设)1994￣1996(示范)
2001
规模(投煤量/d)
6t150t
250t高硫煤或400t高湿度、高灰褐煤
2000t
253MW(IGCC)2000t253MW(IGCC)
地点荷兰阿姆斯特丹
德国汉堡美国休斯顿荷兰南部的BuGGenun荷兰南部的BuGGenu
n
实效
30多个不一样的煤种
累计运行了6100h,连续运行超出1000h
18种原料,运行15000h
14个煤种,碳的转变率可达99%以上,
装置负荷可在40%￣100%之间调整气化妆置运行率在95%以上,达到商业化
图1Shell煤气化工艺流程简图
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干煤粉进料
煤种适应性比较广,从无烟煤、烟煤、褐煤到石油焦均可气化,对煤的灰熔融性温度范围的要求比其余气化工艺较宽一些。关于较高灰分、较高水分、较高含硫量的煤种也相同适应。但是,实质使用时,还是尽量选择比较好的煤为宜。粉煤用密封料斗法升压(即中止升压),常压粉煤经变压仓升压进入工作仓(压力仓),其压力略高于气化炉,粉煤用氮气或CO2夹带入炉(经喷嘴)。
气化温度高
气化温度约1400℃￣1600℃,,碳转变率高达99%以上,产品气体相对洁净,不含重烃,甲烷含量极低,煤气中有效气体(CO+H2)高达90%以上。高温气化不产生焦油、酚等凝聚物,不污染环境,甲烷含量极少,煤气质量好。
氧耗低
氧耗量与煤种相关,本工艺的氧耗比较低,吨煤耗量约为600m3(神府煤),因此与之配套的空分装置投资可减少。
干煤粉下喷式喷嘴,并有冷却保护
Shell气化炉使用多个喷嘴,采纳成双对称部署,喷嘴的空气动力学设计是经过研究计算后确立的。气化炉喷嘴安置在气化炉下部,对列式部署,数目一般为4个￣6个。喷嘴冷却水系统是防范气化炉内高温对喷嘴造成过热损坏。软水经喷嘴冷却水泵分别打入喷嘴,出喷嘴的冷却水进入冷却器进行冷却后循环使用。S
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hell企业专利气化喷嘴设计保证寿命为8000h,这是一个重要考据。
气化炉
Shell煤气化炉的单炉生产能力大,本工艺投入运行的单炉气化压力
,日办理煤量已达1000t￣2000t。该煤气化炉采纳水冷壁结构,无耐火砖衬里,保护量少,运行周期长,无需备炉。该炉主要由内筒和外筒两部分构成,外筒只承受静压而不承受高温,内件形成气化空间、炉渣采集空间、气体输送空间。气化炉内筒上部为燃烧室,下部为激冷室,煤粉及氧气在燃烧室反应,温度为1600℃左右。
高温煤气激冷和冷却
气化形成的混杂粗煤气气流夹带部分液渣(￣40%)
,为防范液渣在凝固时粘壁,需用急冷法固化液渣,使炉温瞬时降至灰渣融化温度(ST)以下,在气化炉上部经激冷冷却至900℃左右,使此中夹带的熔炉,在废热锅炉内与脱氧水(,40℃)进行热交换,冷却至300℃左右。
废热锅炉
采纳废锅法(水管式)回收高温煤气显热,要承受高温高压和粉尘的冲洗,操作条件比较恶劣。因为温差大,如何减少热应力给设施带来的伤害也是一定考虑的问题。废热锅炉的金属外筒为受压容器,温度不高(￣350℃)。内件由圆筒型水冷壁和若干层盘管型水冷壁构成,为除掉水冷壁上的积灰,可设置若干数目的气动敲击除灰装置进行振动除灰。
热效率高,煤中约83%的热能转变成合成气,
约15%的热能被回收为高压或中压蒸汽,总的热效率为98%左右。
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气化操作采纳先进的控制系统,此中包含
Shell企业专有的工艺计算机控制技术,为保护设施和操作人员安全,设有必需的DCS、ESD(紧急泊车系统)系统,负气化操作在最正确状态下进行。表2列出壳牌煤气化工艺的主要性能参数。
,用高
效飞灰过滤器除尘法回收飞灰,飞灰经采集并变压后返回常压煤仓(再气
化),总的碳转变率较高(￣99%),脱除的飞灰进入飞灰采集罐,出飞灰采集
罐的飞灰返回气化炉循环使用。
气化炉高温排出的熔渣经激冷后成玻璃状
颗粒,性质稳固,对环境影响比较小。气化污水中含***化物少,简单办理,有可能做到近零排放。
3Shell煤气化工艺存在的问题
固然唐宏青:Shell煤气化工艺的评论和改进建议表2
壳牌煤气化工艺的主要性能参数
名称气化工艺适用煤种气化压力/MPa气化温度/℃气化剂进料方式
单炉最大投煤量/t?d-11000m3合成气耗氧量/m3
碳转变率/%冷煤气效率/%合成气/%
主要性能参数气流床、液态排渣褐煤、次烟煤、烟煤、石油焦
￣￣1600
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纯氧干煤粉2000330￣360￣9980￣85￣90
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2005年第6期
煤化工煤气化技术之一,但是这类工艺不是完美无缺的。
这类炉型在外国固然有成功经验,但那是用在发电上的[7]。
引进该技术应用于氢、氨、醇生产的过程中将面对着好多困难,认识上有好多不足。工艺流程和一些指标数据和长处是依据在发电流程上获取的,其实不完整适合于制氢、氨、醇生产。在与其余气化技术比较时,比较的数据不是在相同条件下获取的,产生失真[8]。对这样的新技术,我们要有一个消化汲取的过程,也就是一个客观事实的认识过程。在这方面,国内的功夫明显下得不够。况且在设施选型、流程配置、施工管理以及从试车到正常运行等方面,也都要有一个认识过程。
煤气化的三大要点设施(即煤气化炉、输气导管、废热锅炉)的内件在外国制造,工期较长;喷嘴、煤粉阀、渣阀、灰阀等完整依赖进口;其余大型设施,即飞灰过滤器、高压氮气缓冲罐的运输和吊装比较困难。
Shell企业在设计上比较守旧,在选材上很苛刻,要求进口的设施太多。装置控制的自动化程度很高,采纳串级、前馈、分程、比值及序次控制和逻辑控制,经过DCS、ESD、PLC实现生产过程的集中控制和管理。有20多个泊车联锁,一旦操作中出现问题就联锁泊车,所以对配套工程、操作、设施检修、设施性能的要求很高。
为保持水冷壁管的水量均匀分布,有的水冷壁管内径仅7mm,对锅炉给水的水质要求高,同时对水汽系统配管、设施安装及试车的要求也高。
国内相关设施的制造厂家都是第一次制作配套设施,存在一个熟****的过程,特别是三大件的外壳和内件的组装技术要求高、难度大、制作周期延长。,部分抵消
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