淺析殼牌氣流床煤氣化技術(shù)

2009年12月云南化工Dee. 2009第36卷第6期Yunnan Chemical TechnologyVol. 36 ,No.6淺析殼牌氣流床煤氣化技術(shù)馬勇(河南煤業(yè)化工集團公司鶴壁煤業(yè)集團公司煤化工籌建處,河南鶴壁458000)摘要:我國是一個(gè)缺油少氣、多煤炭的國家,有效利用有限資源.特別是合理利用媒炭資源,對保障經(jīng)濟的可持續發(fā)展具有積極的意義。隨著(zhù)科技進(jìn)步的加速,現代煤化工技術(shù)得到快速發(fā)展.通過(guò)煤氣化過(guò)程將固體的煤炭轉化為氣態(tài)的燃料或化工原料,是提高資源有效利用率的重要措施。介紹了我國主要的煤氣化技術(shù)發(fā)展狀況,重點(diǎn)分析了當今殼牌氣流床煤氣化技術(shù)的工藝特點(diǎn)。關(guān)鍵詞:煤氣化:氣流床;殼牌中圈分類(lèi)號: TQ546 文獻標識碼: A文章編號: 1004 -275X(2009 )06 001殼牌煤氣化技術(shù)概況和布置來(lái)分，又可分為單噴嘴直噴和多噴嘴對噴Shell煤氣化技術(shù)從20世紀70年代開(kāi)始研兩類(lèi);以氣化爐內是否襯有耐火保溫材料來(lái)分,又究,在進(jìn)行了多次小試、中試,示范化裝置建設基有熱爐壁和水冷壁兩種;干粉煤進(jìn)料加壓氣化爐礎上于1989年在荷蘭德姆克勒克聯(lián)合循環(huán)發(fā)電以Shell爐為代表, Shell氣流床氣化技術(shù)特點(diǎn):干廠(chǎng)建造了250MW工業(yè)化裝置,該裝置于1998年煤粉進(jìn)料,純氧為氣化劑,多噴嘴對置式、廢鍋換投人運行。該技術(shù)屬于氣流床技術(shù),工藝流程主熱、水冷壁、液態(tài)排渣。煤粒與氣流作同向運動(dòng)。要包括原料煤的預處理、煤的加壓和投料、煤的氣操作條件:溫度1300~1 6009 ,操作壓力3.5~化除灰、煤氣凈化、以及配套的水處理、空分、氮3. 8 MPa。氣系統等。對于殼牌煤氣化技術(shù),目前除國外的3氣流床煤氣化的基本化學(xué) 反應-套工業(yè)化裝置以外,國內從2001年起,已經(jīng)有廣西柳州化肥廠(chǎng)、中石化湖南洞庭氮肥廠(chǎng)、中國神煤氣化是偝氣化劑使煤轉化為燃料氣或合成華煤制油有限公司、中石化湖北枝江化肥廠(chǎng)、中石氣的過(guò)程,為達到--定的化學(xué)組成和足夠快的反化安徽安慶化工總廠(chǎng)、大連大化公司合成氨廠(chǎng)、云應速度,通常在高溫( > 900C)和一定壓力下進(jìn)南云天化集團、云南沾化集團、中原大化、鶴煤集行,所涉及的反應包括:團等多家單位引進(jìn)了十幾套Shell爐工藝,生產(chǎn)能煤熱解一→CH&+CO+CO2 +力從20萬(wàn)Va至60萬(wàn)Va不等。殼牌煤氣化技術(shù)H2+油/焦油+C(半焦)(1)基本用于生產(chǎn)合成氨、尿素、甲醇、含氧化合物以C+O2一CO2 + 409kJImol(2)及合成氫燃料等的原料氣,該技術(shù)成為目前國內C +1/202一CO + 123kJ/mol(3)投資最大的煤氣化裝置。C+ H20- =CO + H2 - 119kJ/mol(4)C+CO2一2C0 - 162 kJ/mol(5)2 Shell 氣流床的特點(diǎn)CO+H20 =CO2 + H2 +42kJ/mol(6)現有的氣流床氣化工藝按進(jìn)料形式不同,可CO +3H2一-CH, + H20 + 206kJ/mol7)分成干煤粉進(jìn)料和水煤漿進(jìn)料兩大類(lèi);以爐內氣由于煤富炭少氫(≤5%),高溫下首先熱解流方向分,可分為上行和下行兩類(lèi);以工藝流程可(1)轉化為大量炭(半焦) ,因此氣化過(guò)程主要考察分為廢鍋型和直接水激冷型兩類(lèi);按噴嘴的數量氣化反應(4)、(1)、(5)和供熱反應(2).(1)、收稿:2009-10-19接受:009-11-22作者簡(jiǎn)介:馬勇(1969-) ,男,河南林州人,助理工程師,主要從事煤氣化工中國煤化工YHCNMHG2009年第6期馬勇:淺析殼牌氣流床煤氣化技術(shù)●61●(3) ,反應(6)為快速氣相反應。進(jìn)入氣化爐內進(jìn)行部分氧化反應，溫度為1500~1600C ,壓力3.5 ~4.0 MPa,出氣化爐的粗合成氣先4 Shell 氣流床工藝流程在氣化爐頂部被循環(huán)壓縮機送來(lái)的冷合成氣激冷到煤(混合- -定量的石灰石,- 般在10%左右)進(jìn)900C左右,然后經(jīng)輸氣管換熱器、廢熱鍋爐回收熱人磨煤機混磨( 90%粒度要求< 100 μm) ,并由熱風(fēng)量后溫度降至280 ~ 350C ,再進(jìn)人高溫高陶瓷過(guò)濾爐提供的熱風(fēng)作為動(dòng)力帶走煤中的水分,再經(jīng)過(guò)粉器除去合成氣中99%的飛灰,出過(guò)濾器的氣體分為煤袋式過(guò)濾裝置過(guò)濾,干燥的煤粉進(jìn)入煤粉貯倉中2段,一股進(jìn)入激冷氣壓縮機壓縮后作為激玲氣,另貯存氧氣經(jīng)氧壓機加壓并預熱后與中壓過(guò)熱蒸汽混一股進(jìn) 人文丘里洗滌器和洗滌塔,經(jīng)洗滌除去其中合后導人噴嘴。出煤粉倉的煤粉通過(guò)鎖斗裝置,由的剩余的灰,處理后的煤氣含塵量小于1 mg/m',然氣體(N2和CO2)加壓送至噴嘴,與蒸汽、氧氣一起后送后續工序,見(jiàn)圖1。激冷氣漱冷氣壓縮機煤、助瘠劑過(guò)熱蒸汽。鍋爐給水返回氣磨煤及十燥N|330C160C中壓蒸汽。煤進(jìn)料化水爐除干四體一溫先去凈化爾、蒸汽或去磨煤爐渣圈1 Shell 氣流床工藝流程團Figure 1 Proesig flow chart of sells entrained - bed在氣化爐內產(chǎn)生的熔渣沿氣化爐流人氣化爐細,不然會(huì )影響其碳轉化率,煤粉應小于250目(0.底部的渣池,遇水固化玻璃狀爐渣,然后通過(guò)集061 mm)。對反應性較好的低變質(zhì)煤,如褐煤和次煙器、渣鎖斗,定時(shí)排放至渣脫水槽,再通過(guò)撈渣機煤類(lèi),可略微放大粒度,但這些煤往往內在水分較撈出送至渣場(chǎng),作為商品出售。高,可磨指數較低,磨煤功率消耗也很難降低。但對在高溫高壓過(guò)濾器中收集的飛灰經(jīng)飛灰氣提于灰熔點(diǎn)較高的煤需加入助熔劑(石灰)來(lái)降低煤的塔氣提并冷卻進(jìn)入飛灰貯罐,- -部分飛灰返回至灰熔點(diǎn),因此,從經(jīng)濟運行角度考慮,煤種還是要有磨煤機,另一部分作為商品出售。所選擇。采用加壓氣化,氧耗低。由于采用了水冷氣化爐膜式壁和各換熱器由泵進(jìn)行強制水循壁結構,無(wú)需耐火磚襯里,同時(shí)氣化爐內無(wú)運轉部環(huán),產(chǎn)生的高壓飽和蒸汽進(jìn)入汽包，經(jīng)汽水分高后件,配套氣化爐燒嘴使用壽命長(cháng),一般可達一年以進(jìn)入蒸汽總管,水循環(huán)使用。上,使該設備連續運轉周期長(cháng),這也是和其它煤氣化技術(shù)的一個(gè)較大不同點(diǎn)。5 Shell 煤氣化技術(shù)的優(yōu)勢與劣勢2)生產(chǎn)能力大:氣化爐的單爐生產(chǎn)能力大,5.1 優(yōu)勢目前單臺設備投煤量可達到2000Vd,相應甲醇1)煤種適應性較廣,對原料煤幾乎沒(méi)有要求,從生產(chǎn)能力可達1 500~1 600 Vd,適應現代企業(yè)大無(wú)煙煤、煙煤、褐煤到石油焦均可氣化，對煤的灰熔規模生產(chǎn)的需或融性適應范圍寬,即使高灰分、高水分高含硫量的中國煤化工,數量一般為4煤種也同樣適應,這也是其它煤氣化技術(shù)難以比擬YHCNMHG嘴對噴時(shí),相對的,為適應瞬間反應要求,氣流床氣化須將煤磨得很的噴嘴有一一個(gè)小的夾角,這樣可使爐內氣流產(chǎn)生.62●云南化工2009年第6期的旋轉,由于離心力的作用使煤粉燃燒后的渣能來(lái)確保生產(chǎn)的安全。確保儀表測量系統的完好和安均勻的掛在爐壁內,保護水冷壁, 延長(cháng)的設備使全聯(lián)鎖的靈敏,這是加壓氣流床氣化工藝的成熟,可用壽命,裝置的操作彈性較大?？康臉酥?。目前,尤其是殼牌,由于采用干粉進(jìn)料,4)碳轉化率高:干煤粉進(jìn)料碳轉化率達據稱(chēng),在儀表和自控這一部分的費用比德士古還高99% ,煤氣中有效氣含量約90%。很多。加壓氣流床氣化爐內的溫度很高,殼牌氣化5)高溫制氣使氣化反應進(jìn)行的很徹底,因此爐運行的爐內溫度高達1600C , 長(cháng)期準確測量的難所得煤氣中副產(chǎn)物很少,不含重烴,煤氣品質(zhì)好。度就更大了。因整套設備控制點(diǎn)多,經(jīng)常出現控制6)環(huán)境性能好:不產(chǎn)生影響環(huán)境的有害物，點(diǎn)儀表指求不準。對環(huán)境污染小。5)無(wú)備爐,單臺爐無(wú)備用是采用殼牌技術(shù)的化7)便于實(shí)現自動(dòng)控制:能與現代的計算機控廠(chǎng)較嚴重的問(wèn)題,雖然單爐已達100 天的運行周制技術(shù)相結合,實(shí)現智能控制和自動(dòng)控制,盡可能期,對于氣化系統已經(jīng)很不易了。但還達不到化工降低工人的勞動(dòng)強度。廠(chǎng)長(cháng)周期運轉的要求。但是如果增加備用爐,投資增加太多,經(jīng)濟上不合理。5.2 劣勢1)該氣化技術(shù)的關(guān)鍵設備需要在國外制造，同6建議時(shí)噴嘴陶瓷濾芯，煤粉閥等也完全依賴(lài)進(jìn)口,裝置選擇殼牌煤氣化技術(shù)應注意的幾點(diǎn):國產(chǎn)化率低,使該氣化裝置的投資在目前國內煤氣1)應當根據原料情況確定采用煤氣化技術(shù),而化技術(shù)中最高,使產(chǎn)品成本中折舊占較大比例。同不能先確定煤氣化方式再選合適的煤種。在裝置設時(shí)裝置建設周期較長(cháng),一般建設周期要三年甚至更計時(shí)對采用的煤種情況了解不夠全面和透徹,從而多。這是該技術(shù)的-個(gè)最大不足。2)由于采用干法進(jìn)料，碳轉化率高,熱效率高,熱造成裝置開(kāi)車(chē)后，當地煤不能使用,必須到外地運:損失小,能耗低,有效氣含量高。但由于氣化爐熱利用煤。對于所采用的原料煤,要對它的產(chǎn)地、煤炭品采用廢鍋流程使所產(chǎn)煤氣中氫碳比約0.5,氫碳比太質(zhì)儲量、產(chǎn)量、出廠(chǎng)價(jià)格到廠(chǎng)價(jià)格、供應的穩定性低,而生產(chǎn)甲醇所需氫碳比應超過(guò)2,生產(chǎn)合成氨要求等各方面因素了解清楚,對煤的物理、化學(xué)性質(zhì)主要全部CO進(jìn)行變換，因此該裝置所產(chǎn)煤氣需后續的變包括碳含量熱值熱穩定性、粘結性、灰份含量等影換T段消耗大量蒸汽來(lái)完成CO的變換。因此從氣體響造氣的各種因素,通過(guò)測試得出確定的數據,對以成分角度考慮,該技術(shù)更適合于發(fā)電裝置,而不適合生上各種因素進(jìn)行綜合比較,確定采用何種煤有最佳的綜合效益。產(chǎn)甲醇和合成氨等化工產(chǎn)品。2)確定產(chǎn)品的生產(chǎn)規模和能力,不同煤氣化3)系統復雜,抗干擾能力差。4)對原料操作控制的要求很高,故障多,儀技術(shù)對于所建裝置的規模效益是不盡相同的,同時(shí)相應的裝置投資、建設周期、對市場(chǎng)的適應性均表失靈率高:如供煤的連續,對氣流床氣化來(lái)說(shuō)是一個(gè)極其有所不同。.熏要的安全運行條件,供煤系統的故障造成過(guò)氧,爐3)各企業(yè)在選取煤氣化技術(shù)方式時(shí),均應因地內溫度急劇上升,甚至會(huì )引起爆炸事故。在現代的制宜,對所上項目進(jìn)行全面的綜合分析,對項目的氣流床氣化工藝中,往往采用聯(lián)鎖控制的辦法, -旦原料、技術(shù)、市場(chǎng)、環(huán)保等多方面因素進(jìn)行全面了發(fā)現供煤流量計測量值低于聯(lián)鎖值,立即切斷氧氣解,優(yōu)化處理,才能使項目避免或減少投資的風(fēng)險性,使企業(yè)獲得最大的效益。Analysis on Shells Entrained - Bed Gasification TechnologiesMA Yong(Coal Science Isitule of Hemei Company of Henan Coal Chemical Industry Group, Preparation and Construction ffice, Henan, Hebi)Abstract: China is lack of petroleum, natural gas and rich in coal, eficient uilization of limited reource, epeiallyrational utilize of caol reource has great meaning to the sustainable de中國煤化工rmtion development of science and tchnology , model Coal Science technologyg8urementto changing the solid coal to be gas or to be chemical materiale.YHCNMHGKey words: gaifcaion technologes; entrained - bed; shell