Shell煤氣化技術(shù)及其在我國的應用

第33卷化肥工業(yè)第6期Shl煤氣化技術(shù)及其在我國的應用汪家銘(川化集團有限貴任公司成都610301)摘要She煤氣化技術(shù)歷經(jīng)30多年的發(fā)展,已成為當今世界上先遺的潔凈煤氣化技術(shù)之一。介紹了Shl煤氣化技術(shù)的發(fā)展歷程、技術(shù)特點(diǎn)、目前國內應用中存在的一些問(wèn)題以及國內引進(jìn)裳王的建設和投產(chǎn)情鞏。關(guān)詞 Shell煤氣化技術(shù)應用Shell Coal Gasification Technology and its Use in ChinaWang jiamingAbstract The Shell coal gasification technology has experienced over 30 years of developmentd become one of the advanced clean coal gasification processes in the word at present. A descriptionis given of the course of development of the Shell technology, its technical features, some problems inits use at home currently and the construction and onstream situation of the units importedsification technology use煤氣化技術(shù)是一種最潔凈的煤炭綜合利用技近年來(lái)She公司極力開(kāi)拓中國市場(chǎng),從術(shù),能夠避免煤炭直接燃燒產(chǎn)生的污染。該技術(shù)2001年6月在國內簽訂第一個(gè)技術(shù)轉讓協(xié)議起是將煤炭轉化為含有H2和C0的粗合成氣然后5年多來(lái)已有15家企業(yè)陸續與之簽訂了技術(shù)轉作為工業(yè)原料再加工成各種化工產(chǎn)品。讓協(xié)議。到目前為止,已有1套SCGP裝置順利從煤氣化技術(shù)發(fā)展進(jìn)程來(lái)看,早期的煤氣化建成投產(chǎn),并取得了良好的經(jīng)濟效益。本文簡(jiǎn)要技術(shù)都是使用塊煤和小煤粒作為氣化原料制取合介紹SCP的發(fā)展歷程技術(shù)特點(diǎn)在國內應用中成氣稱(chēng)為第一代煤氣化技術(shù)。進(jìn)入20世紀80存在的一些問(wèn)題及目前技術(shù)轉讓項目的進(jìn)展概年代后,隨著(zhù)潔凈煤氣化工藝的開(kāi)發(fā)和研究采用況。先進(jìn)的氣流床反應器,以水煤漿或干粉煤為原料,大規模、單系列、加壓氣化實(shí)現了工業(yè)化應用,稱(chēng)1SCP發(fā)展歷程為第二代煤氣化技術(shù)。Shl公司的石化燃料氣化可以追溯到20世Shel煤氣化技術(shù)(SCGP)是目前世界上較為紀50年代當時(shí)開(kāi)發(fā)了以渣油為原料的She氣先進(jìn)的,屬于氣流床氣化的第二代煤氣化技術(shù)其化工藝(ScP),20世紀70年代初期又在渣油氣工藝過(guò)程為粉煤氧氣及少量水蒸氣在加壓條件化的基礎上開(kāi)發(fā)了Shel粉煤氣化技術(shù)。She粉下并流進(jìn)人氣化爐內在極為短暫的時(shí)間內完成煤氣化技術(shù)從1972年開(kāi)始進(jìn)行中試前后經(jīng)歷了升溫、揮發(fā)分脫除裂解、燃燒及轉化等一系列物30多年的技術(shù)開(kāi)發(fā)歷程(表1)。理和化學(xué)過(guò)程氣化產(chǎn)物是以H2和CO為主的合成氣CO2含量很少,典型的SCP煤氣成分為C02SCP的技術(shù)特點(diǎn)65%H230%、N2+Ar3.1%、CO21.6%、H2S+中國煤化工氣化爐可以采用Cos0.3%、CH微量。CNMHG料對煤的灰熔點(diǎn)本文作者的聯(lián)系方式winning?56@sohu.com第33卷化肥工業(yè)第6期表1Sh煤氣化技術(shù)(ScGP)的發(fā)展歷程時(shí)間日投煤量/裝置建設地點(diǎn)運行情況She阿姆斯特丹研究中心試驗了30多個(gè)不同煤種試用多種設備材料及氣體處理工藝She德國哈爾堡煉油廠(chǎng)運行了6100h,進(jìn)行操作程序的優(yōu)化工作運行15000h進(jìn)行了18種高硫、高灰分、高水分的原料煤的試20~30美國休斯頓Sbel石油公司迪爾帕克廠(chǎng)燒裝置建設荷蘭發(fā)電局德姆克勒公司聯(lián)合循環(huán)發(fā)1998年實(shí)現商業(yè)化運行,成功地氣化了12個(gè)煤種氣化壓力28MPa碳轉化率>99%,氣化裝置負荷40%-100%,運轉率1997-1998示范運行5%以上中國湖北雙環(huán)化工集團有限公司2006年5月17日生產(chǎn)出合格合成氨用原料氣,成為世界上首套用于合成氨生產(chǎn)的She煤氣化裝置范圍比其它氣化技術(shù)更寬,對于較高水分、灰分和計設備制造、工藝流程和試車(chē)投產(chǎn)的情況來(lái)看含硫量的煤種也同樣適應。以下幾個(gè)方面值得關(guān)注。(2)單系列能力大。目前已投入生產(chǎn)運行的(1)適用范圍單臺氣化爐內徑4600mm,氣化壓力4.0MPa,日SCP生產(chǎn)的合成氣,在國外主要用于發(fā)電,投煤量達2000t以上,更大規模日投煤量2500t作為生產(chǎn)合成氨、甲醇的原料還沒(méi)有使用的先例,以上的氣化裝置也正在實(shí)現工業(yè)化。其工藝流程和一些操作數據都是根據發(fā)電流程得(3)氣化溫度高。氣化溫度為1450-1600到的并不完全適合于氫氨醇的生產(chǎn)。目前國℃,碳轉化率可達99%左右,氣體產(chǎn)品潔凈,煤氣內SCGP的引進(jìn)主要是用于制合成氨和甲醇的原中有效成分可達90%以上冷煤氣效率達80%料氣,由于沒(méi)有成熟的經(jīng)驗可供借鑒,在設備制85%,其余1%熱能被回收副產(chǎn)中壓或高壓蒸造、流程配置施工管理投料試車(chē)到操作運行等汽,總熱效率在98%左右。方面都要有一個(gè)還步消化吸收和認識掌握的過(guò)4)氧耗量低。氣化氧耗量比水煤漿氣化工程。此外裝置的高壓氮氣和超高壓氮氣的用量藝低15%-20%,噸煤氣化氧耗量約為600m3都很大這在一定程度上部分抵消了其節能的優(yōu)(神府煤),因而與之配套的空分裝置可相應減少勢。投資費用。(2)設備制造(5)運轉周期長(cháng)。氣化爐壁冷卻采用水冷膜She煤氣化裝置的氣化爐輸氣導管、廢熱壁結構型式,并采用掛渣措施保護氣化爐壁,無(wú)耐鍋爐三大關(guān)鍵設備的內件都是在國外制造,工期火磚襯里;噴嘴設計使用壽命為800h,維護工較長(cháng);噴嘴、煤粉閥、排渣閥灰閥等設備制造困作量小;氣化爐內無(wú)轉動(dòng)部件,運轉安全可靠。難、要求精度高,完全依賴(lài)進(jìn)口;飛灰過(guò)濾器高壓(6)環(huán)境效益好。SCGP從煤粉制備到產(chǎn)生氮氣緩沖罐等大型設備的運輸現場(chǎng)加工和安裝潔凈合成氣的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中對污染物都實(shí)行都比較困難;與之配套的磨煤機、激冷氣壓縮機了全過(guò)程控制高溫氣化物不產(chǎn)生焦油、酚等凝聚強制循環(huán)泵在國內都是第一次制造缺少制作經(jīng)物高溫排出的熔渣經(jīng)激冷后成性質(zhì)穩定的玻璃驗;由國內制造的氣化爐外殼廢熱鍋爐外殼等與狀顆粒,可作為商品出售;氣化污水中含氰化物內件的現場(chǎng)組裝技術(shù)精度要求高難度大,制造成少,易于處理;利用高效飛灰過(guò)濾器除塵回收飛本也較高灰,并可返回氣化爐循環(huán)使用。(3)煤質(zhì)要求中國煤化工種適應性廣泛,但3存在的問(wèn)題CNMHG適用于SCGP。為雖然SCGP是目前世界上最先進(jìn)的煤氣化技了確保煤氣化裝置的長(cháng)周期穩定運行,要選用灰術(shù)之一,但由于其生產(chǎn)鏈長(cháng)、工程量大在裝置設熔點(diǎn)低活性好、灰分含量低的煤種對于灰熔點(diǎn)第33卷化肥工業(yè)第6期較高的煤種需加人助燃劑以改變熔渣的性能,通備數量較多特別是氣化爐和廢熱鍋爐的投資很常煤的灰分質(zhì)量分數在8%-15%為最佳。在實(shí)大,制造工藝復雜。目前國內引進(jìn)的10余套際運行中,必須根據用戶(hù)提供的煤種經(jīng)過(guò)試燒,才SCGP裝置無(wú)一例外地選用了氣化爐+廢熱鍋爐能準確地進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)裝置的設計。的流程,由此每套裝置的投資費用至少增加1億(4)操作控制元以上。是否一定要采用這種流程配套,還值得Shl煤氣化裝置的組態(tài)技術(shù)復雜、自動(dòng)化控商榷。對于同樣規模的煤氣化裝置,SCGP的投制程度高,其中包括She專(zhuān)有的工藝計算機控制資比 Texaco和GSP都要高。技術(shù)采用串級、前饋、分程、比值的順序控制和邏(7)建設周期輯控制,通過(guò)DCS、 ESD PLC實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程的集國內第一套引進(jìn)SCGP的是湖北雙環(huán)公司中控制和管理,使氣化裝置在最佳的操作狀態(tài)下于2001年6月簽訂技術(shù)轉讓協(xié)議,開(kāi)始工藝包設運行。全套裝置共有20多個(gè)開(kāi)停車(chē)聯(lián)鎖,一且操計和基礎工程設計,2002年7月進(jìn)行詳細工程設作中出現問(wèn)題就會(huì )立即聯(lián)鎖停車(chē)以保護裝置的安計,2005年初項目建成2006年5月投料試車(chē)成全,因此對配套工程、設備維護的要求就相當嚴功前后歷時(shí)近5年。用于合成氨生產(chǎn)的柳化公格司和中石化湖北分公司原計劃開(kāi)車(chē)的時(shí)間一再推(5)除塵能力遲,可望在近期投產(chǎn),但也都是2001年開(kāi)始實(shí)施按SCP裝置的設計,經(jīng)高溫多室式陶瓷除項目的,至今也有5年多的時(shí)間了。其它項目均塵器后的氣體中的微粒不大于20m,這對于發(fā)是在2003-2004年間簽訂技術(shù)轉讓協(xié)議的,投產(chǎn)電裝置來(lái)說(shuō)并不存在較為嚴重的影響。但生產(chǎn)合日期至少還得1-2年。因此,引進(jìn)項目的建設周成氨和甲醇的合成氣中若帶有這種微粒就可能期長(cháng),相應投資回收期也長(cháng)。進(jìn)人變換催化劑中,或者經(jīng)過(guò)變換催化劑后進(jìn)入低溫甲醇洗系統中。目前的設計是在陶瓷除塵器4應用概況后增設濕法洗滌塔,具體應用效果需在長(cháng)期生產(chǎn)SCP生產(chǎn)的合成氣用途廣泛,既可用作生運行過(guò)程中才能得到檢驗。產(chǎn)化工產(chǎn)品的原料,又可以用于制取運輸燃油、城(6)投資費用市煤氣、合成天然氣及發(fā)電。目前國內已經(jīng)簽約日投煤量為200t的Shl煤氣化裝置總投引進(jìn)的15套SCP裝置建設及投產(chǎn)情況如表2資為10~20億元,且選材很苛刻,要求進(jìn)口的設所示。表2國內引進(jìn)的SCGP裝置建設及投產(chǎn)情況企業(yè)名稱(chēng)日投煤量產(chǎn)品名稱(chēng)簽約日期計劃開(kāi)車(chē)時(shí)間湖北雙環(huán)化工集團有限公司合成氨2001-062006-05中石化岳陽(yáng)殼牌煤氣化有限公司2001-11廣西柳州化工股份有限公司合成氨2006-09中石化湖北化肥分公司合成氨中石化安慶分公司合成氨云天化集團天安有限公司合成氨云南沾化有限責任公司合成氨大化集團有限責任公司2004-02永城煤電(集團)有限責任公司河南中原大化有限公司甲甲甲2004-02河南開(kāi)祥化工有限公司l1002004-02河南新鄉中新化工集團有限公司中國神華內蒙古煤制油有限公司2x2000中國煤化工天津渤?；ぜ瘓F天津堿廠(chǎng)2x2000合成氨CNMHG中國神華寧夏煤業(yè)集團4x2000制氫2006-07第33卷化肥工業(yè)第6期4.1合成氨19日簽訂 Shell煤氣化工藝技術(shù)轉讓合同,2003(1)湖北雙環(huán)年10月28日動(dòng)工興建。因投產(chǎn)日期數次推遲,國內引進(jìn)SCGP用于合成氨生產(chǎn)的裝置有7目前上述2個(gè)項目仍未能建成投產(chǎn)。套,其中最先簽約的是湖北雙環(huán)。2001年6月經(jīng)其它引進(jìn)SCGP用于合成氨生產(chǎn)的中石化安原國家經(jīng)貿委批準立項該裝置的煤氣化部分由慶分公司、云天化集團天安公司、云南沾化公司均She公司提供基礎設計包,五環(huán)公司進(jìn)行詳細工是在2003年簽訂技術(shù)轉讓協(xié)議的,其中云南的2程設計配套公用工程由雙環(huán)公司設計院設計。個(gè)項目已于2003年11月動(dòng)工興建,估計最早也經(jīng)過(guò)5年多的基礎設計、設備制造、配套安裝要在200年才能建成投產(chǎn)。2006年5月17日投料試車(chē)成功,當天生產(chǎn)出合4.2甲醇格的合成氨原料氣,成為國內采用SCGP生產(chǎn)合用于制取甲醇的SCGP簽約都是在2004年。成氨的第一套裝置,也是世界上首套用于生產(chǎn)合河南永城煤電公司于2004年2月與Shl就500成氨的SGP裝置kt/a甲醇工程煤氣化技術(shù)轉讓正式達成協(xié)議。永該項目是湖北雙環(huán)實(shí)施的“油改煤”工程,先煤集團作為國內新興的優(yōu)質(zhì)無(wú)煙煤生產(chǎn)基地,采后累計投資719億元。該公司原200ka合成用SCP生產(chǎn)500k/a甲醇項目將成為國內單系氨裝置采用的原料是價(jià)格昂貴的重油在該裝置列最大的甲醇生產(chǎn)裝置,也是世界上第一套用于建成后,取代重油的是價(jià)格便宜的河南粉煤。以生產(chǎn)甲醇的SCGP裝置。前每生產(chǎn)1t合成氨需0.84t重油,油價(jià)為3200中原大化煤化工項目總投資50億元,采用元/t,現在噸氨耗1.45t粉煤,煤價(jià)基本穩定在CGP生產(chǎn)甲醇,已于2005年1月18日開(kāi)工建470元/t左右僅此一項每天可降低生產(chǎn)成本109設,2010年建成后將達到500k/a甲醇、100k/a萬(wàn)元。據初步測算裝置正常運行后,每年可節約二甲醚50kt/a聚甲醛的生產(chǎn)能力。整個(gè)工程分生產(chǎn)成本2億元。目前該裝置的生產(chǎn)負荷已逐步三期建設,其中一期工程計劃投資164億元,預提高至110%,各項工藝指標運行正常,合成氣和計在2007年建成投產(chǎn)。有效氣產(chǎn)量均達到設計值,原有的重油氣化裝置4.3制氫已全部停車(chē)。直接液化的煤制油工藝是煤炭在高溫、高壓(2)廣西柳化條件下,催化加氫直接液化成液態(tài)烴類(lèi)化合物煤廣西柳州化工股份有限公司于2001年10月氣化的制氫裝置是用于提供煤制油所需的氫氣。與Shl公司正式簽訂技術(shù)轉讓協(xié)議,2004年42004年4月12日,Shl公司正式向中國最大的月工程開(kāi)始全面啟動(dòng)。目前該項目已基本建成,煤炭企業(yè)神華集團轉讓SGP技術(shù),在內蒙古建即將進(jìn)入投料開(kāi)車(chē)的關(guān)鍵階段。設一家日投煤量為4000t煤氣化廠(chǎng),年生產(chǎn)油品該項目建成投產(chǎn)及配套的變換和冷凍項目完1000kt,預計在2007年建成投產(chǎn),將成為國內第成后柳化的合成氨生產(chǎn)能力將達到300kt/a,噸套采用SCGP煤炭直接液化制油的生產(chǎn)裝置。氨煤耗從1.68t下降至1.33t,由此合成氨成本2006年7月11日, Shell公司與神華寧夏煤下降幅度約38%,尿素成本下降34%,硝酸成本業(yè)集團公司簽訂了聯(lián)合研究協(xié)議除采用She煤下降26%。同時(shí)由于采用蒸汽透平代替電力驅炭間接液化核心技術(shù)外,雙方還決定在寧夏寧東動(dòng)壓縮機,使噸氨電耗從1300kW·h降至150煤炭基地投資60億美元共同開(kāi)發(fā)煤炭間接液化按合成氨產(chǎn)量粗略計算,噸氨成本為項目將共建1座日產(chǎn)汽油柴油等油品及化工原900元左右,每年可降低生產(chǎn)成本約3億元。料7萬(wàn)桶的煤炭間接液化工廠(chǎng),年處理煤炭3200(3)其它裝置kt,預計在2012年投入運行。月正式sd煤氣化合資項目協(xié)議20年10月8日開(kāi)5V山凵中國煤化工始工程建設。中石化湖北化肥分公司于2001年CNMHG業(yè),特別是化肥6月與She2公司簽訂技術(shù)轉讓協(xié)議,2003年8月企業(yè)優(yōu)化原料路線(xiàn)、實(shí)現制氨原料的多元化、降低第33卷化肥工業(yè)第6期生產(chǎn)成本、提高原料利用率建設資源節約型和環(huán)對引進(jìn)技術(shù)的不斷探索、認識掌握和提高的過(guò)境友好型企業(yè),提供了一種先進(jìn)適用的現代潔凈程。煤氣化技術(shù)。(3)近年來(lái)SCGP在國內的引進(jìn)并投產(chǎn)成2)國內已投產(chǎn)的或在建的制合成氨制甲功,使我國煤制氣技術(shù)有了較大的發(fā)展,已顯示出醇、制氫的SCCP裝置都是投入工業(yè)化運行的世極大的推廣應用價(jià)值和良好的產(chǎn)業(yè)化前景,有利界第一套裝置,由于沒(méi)有國外成功的經(jīng)驗可供借于推動(dòng)我國煤制氣產(chǎn)業(yè)的全面技術(shù)進(jìn)步鑒,因此裝置的設計建設、開(kāi)車(chē)和運行就是一個(gè)(收稿日期2006-08-21)能量轉換器在合成氨裝置中的應用多種類(lèi)型:按其結構內采用的轉子軸承不同,可分1弛放氣中氨的回收工藝簡(jiǎn)介為氣軸承透平膨脹機和油軸承透平膨脹機等;按目前國內氮肥企業(yè)對合成氨弛放氣中氨的回其采用的工作介質(zhì)種類(lèi)不同,可分為液(如水等收一般仍采用水洗法。該工藝雖然能回收弛放氣多種液體)透平膨脹機、氣(氫氣、氮氣、煙氣、化中的氨但卻存在諸多無(wú)法克服的不足之處:(1)工混合尾氣、空氣)透平膨脹機等;按其采用的工需耗費大量洗氨用軟水;(2)浪費了大量的蒸汽;作介質(zhì)壓力不同,可分為中壓和低壓透平膨脹機(3)生產(chǎn)過(guò)程中有大量稀氨水無(wú)法處理,不符合等。環(huán)保要求;(4)回收的氨的附加值低。合成氨系統弛放氣的壓力為12-1.6MPa近年來(lái)國內已研發(fā)成功深冷法來(lái)回收弛放氣(有的企業(yè)為2.0~2,2MPa),通過(guò)能量轉換器,中的氨。深冷法是利用弛放氣內各組分的氣液相弛放氣在通流部分膨脹獲得動(dòng)能并通過(guò)風(fēng)機、軸變點(diǎn)溫度不同采用深冷技術(shù)使合成氨弛放氣溫輸出外功,從而消耗了本身的內能,獲得了最大絕度快速下降至-70~-60℃,從而使其中的氣態(tài)熱焓降,得到了所需要的低溫,使氨分子液化,從氨相變成液態(tài),并分離回收。該工藝可一次性使而達到組分分離的目的。弛放氣中的氨下降至2%左右提氨后的弛放氣在深冷法氨回收裝置中,除了快速能量轉換經(jīng)換熱器逐段回收冷量后送至造氣吹風(fēng)氣鍋爐內器具有高速轉動(dòng)部件外,其余設備都屬于無(wú)轉動(dòng)燃燒,其核心設備為能量轉換器。部件的靜止設備,只要工藝流程布局合理設計符由于深冷法在不消耗任何外來(lái)能量(故又稱(chēng)合要求,都可以獲得比較理想的運行效果。為無(wú)動(dòng)力氨回收新裝置)的情況下回收弛放氣中由于無(wú)動(dòng)力能量轉換器精度要求高,其設計的氨并返回系統內生產(chǎn)尿素,不僅降低了企業(yè)的制造安裝調試等質(zhì)量對整個(gè)裝置的安全性、可能耗,而且提高了回收氨的附加值因此一般情況靠性運行周期及企業(yè)效益有著(zhù)直接影響,一旦出下3~6個(gè)月就能回收全部投資故障整個(gè)裝置將無(wú)法運行。特別是化肥企業(yè)的2能量轉換器簡(jiǎn)介生產(chǎn)介質(zhì)易燃易爆,因此在材料密封上都必須要快速能量轉換器又稱(chēng)為透平膨脹機,它是深安全可靠、無(wú)泄漏。一般要求能量轉換器的連續冷法氨回收工藝中唯一制造冷源的高精度設備。運轉時(shí)間不低于裝置的連續運轉時(shí)間,這就要求該快速能量轉換器無(wú)須外供能源就能將具有一定設計合理材料剛性好軸承止推力強,只有這樣壓力的工作介質(zhì)快速膨脹降壓,使工作介質(zhì)的壓才能保證轉子和軸承在高速旋轉下的工作穩定力能轉換成動(dòng)能,再通過(guò)自身的耗能部件吸收工作介質(zhì)的內能,從而使工作介質(zhì)快速深度降溫混3結語(yǔ)合氣中的不同組分就可在不同溫度段內被液化分采用快速能量轉換器來(lái)回收合成氨弛放氣中離氨的深冷法和相應的無(wú)動(dòng)力裝置具有其獨特的優(yōu)能量轉換器主要由制冷部件(或稱(chēng)通流部件)、自身耗能部件(或稱(chēng)負載通流部件)和主體點(diǎn)運中國煤化工,經(jīng)過(guò)一段時(shí)期的CNMHG滿(mǎn)意的效果。部件組成。按其自身結構所采用的介質(zhì)種類(lèi)、工(蘇州申華低溫成套設備有限公司作介質(zhì)壓力、透平通流部分處理量的不同可分成15l01沈銘鈞)