Shell煤气化技术在合成氨生产中的应用

第31卷化肥工业第4期Shell煤气化技术在合成氨生产中的应用.彭爱华(湖北双环科技股份有限公司 应城432407 )摘要湖北双环科技股份 有限公司合成氨生产原料由重油改为煤介绍了所采用的Shell粉煤气化技术及其工程设计情况对主要设备选型、流程配置、配套工程作了介绍并提出了应该注意的问题。关键词Shell 粉煤气化应用Use of Shell Coal Gasification Technology in Ammonia ProductionPeng AihuaAbstract Shuanghuan Technology Co. , Ltd of Hubei Province planned to change its feedstockfor ammonia production from heavy oil to coal. Shell pulverized coal gasification technology adopted inthe project and the design of the project listed. The types of the major equipment selected , configura-tion of the production process and the auxiliary projects described. The points for attention also presen-ted.Keywords Shell pulverized coal gasification use湖北双环科技股份有限公司是以重油为原料且使用寿命短向火面砖必须每年更换1次(2 )生产合成氨、采用联合制碱法生产纯碱和氯化铵烧嘴使用寿命短,必须每2个月检查更换1次;的大型联合企业2003年生产合成氨200kt、纯碱(3 )耗氧量高,有效气( CO + H2 )含量仅80%左和氯化铵各590 kt。近年来,由于受原油价格上右,且对煤种有一定的要求[4)灰和渣的含碳量涨的影响公司的生产和经营遇到了前所未有的较高处理比较困难。困难迫使企业改变原料路线。在经过反复调研与Texaco水煤浆气化技术相比,Shell 公司研和论证的基础.上公司决定采用Shell煤气化技术究开发的干粉煤气化技术有以下特点( 1 )采用实现合成氨原料油改煤”并于2001年6月经膜式水冷壁取代耐火砖延长了使用寿命(2 )烧国家经贸委批准立项建设。嘴使用寿命一-般在1年左右( 3 )煤气中有效气含量90%碳转化率>99% ( 4 )气化温度高渣1 Shell 煤气化技术制合成氨的可行性分析和灰中含碳量低易处理不污染环境[ 5 )对煤目前国内、外比较先进的煤气化技术主要有种无特殊要求。目前世界上应用该技术生产煤气Texaco水煤浆气化技术和Shell粉煤气化技术等。用于燃气-蒸汽联合循环发电的荷兰DemkoleTexaco水煤浆气化技术在国内已有4家企业电厂250 MW机组自1993年投入运行以来煤气采用还有一些企业正在投资建设。该工艺经过化部分运行稳定发电机组部分的缺陷解决后于多年的运行,已经积累了丰富的经验无论是在技1997年正式投人商业化运营。尽管该技术到目术上还是设备上国内都作了很多的研究,因此采:中国煤化工贰生产上的报道但其用Texaco水煤浆气化技术是非常成熟可靠的。.生YHCNMH成份经适当净化处理后但该技术也存在着一些缺点( 1 )耐火砖价格高可以达到生产合成氨要求。*本文作者的联系电话0712 - 359101045第31卷化肥工业第4期2 Shell 煤气化工艺及特点简介Shell煤气化工艺流程见图1。2.1 Shell煤气化工艺流程激冷气激冷气压缩机0-煤、助熔剂中压蒸汽[磨煤及干燥] N合成气冷却器返回气| 返回气330C160C中一压气化炉势一[除干固体一口湿洗].去变换_气、蒸内千灰外运炉渣或去磨煤图1 Shell 煤气化工艺流程简图.来自煤场的煤和石灰石通过称重给料机按一(1)煤种适应性广对煤的活性无特殊要求。定比例混和后进人磨煤机混磨并由热风作为动在Demkolee电厂已经气化过10多种煤均能正力带走煤中的水份再经过袋式过滤器过滤干燥常生产但从经济运行角度考虑(助熔剂的加人的煤粉进人煤粉仓中贮存。出煤粉仓的煤粉通过量和耗氧量及保护水冷璧等因素)煤种应有适锁斗装置由氮气加压至4.2 MPa并以氮气作为当的选择。动力送至烧嘴与蒸汽、氧气一起进人气化炉内燃(2)由于采用膜式水冷壁结构水冷壁内壁烧反应温度约为1500~1700C,压力3.5涂1层耐火材料依靠熔渣来保护水冷壁使用寿MPa。出气化炉的气体先在气化炉顶部被激冷压命长维护量少。缩机送来的冷煤气激冷至900 C然后经输气管(3)由于气化温度高碳转化率高灰和渣中换热器、合成气冷却器回收热量后温度降至350含碳量低不污染环境。C再进人高温高压陶瓷过滤器除去合成气中(4 )装置自动化程度高,有DCS. ESD(紧急99%的飞灰。出高温高压过滤器的气体分为2停车系统)系统组成为保护设备和操作人员安股，一股进入激冷气压缩机压缩后作为激冷气另全设有很多联锁保护系统。-股进人文丘里洗涤器和洗涤塔经高压工艺水除其中剩余的灰并将温度降至150 C后去气体3主要设计技术 参数净化装置的变换工序。3.1煤种 的选择在气化炉内产生的熔渣沿气化炉壁流入气化我公司设计选用河南新密煤其化学组成炉底部的渣池遇水固化成玻璃状炉渣然后通过(干燥、无灰基组成)为C 88. 86%、H3.95%、0收集器、渣锁斗定时排放至渣脱水槽再通过捞4. 80%、N 1.83%、S0.55%、C10.01% , 应用基渣机捞出送至渣场作为商品出售。组成为固定碳40. 03%、挥发份34. 1%、水份在高温高压过滤器中收集的飞灰经飞灰气提8.53%、灰份25.87%、低位热值24. 98 MIJ/kg、 灰.塔气提并冷却至100 C后进入飞灰贮罐, -部分熔点14109飞灰返回至磨煤机另- .部分作为商品出售。中国煤化工特性.气化炉膜式壁内和各换热器由泵进行强制水MYHCNMHG有效气产量55000m2循环产生的5.4 MPa饱和蒸汽进人汽包经汽水/h标态)设计消耗指标为煤39.8 V/h、石灰石分离后进人蒸汽总管水循环使用。2.48Vh、氧气(纯度99%标态)20400m'/h、超2.2 Shell 煤气化工艺的特点高压氮气( 80 C 7.2 MPa标态)12 000 m'/h、高46第31卷化肥工业第4期压氮气(40 C 5.2 MPa标态)8 000 m'/h、低压公司生产外壳由上海锅炉厂生产过滤元件在现氮气(40 C ,0.6 MPa ,标态)4 500 m'/h、 蒸汽场组装。由于气体温度高外壳壁厚达100 mm ,(265 °C 4.5 MPa)2 t/h 副产蒸汽( 250 C 5.4该设备总重约200t。MPa )50 t/h。(4)磨煤系统。磨煤系统包括磨煤机、循环出气化工段的气体组成CO 55.3%、N29. 0%、风机、热风炉和袋式除尘器设计采用2套磨煤系H2 19. 1%、CO2 2. 2%、H2O 14%、H2S 1 000 x统1开1备。单套磨煤系统能力约57 Vh能满10-6温度150 C压力3.25 MPao足满负荷生产的需要。磨煤机采用中速磨由北3.3主要技术经济指标京电力设备厂制造。以1 t合成氨所需原料气的消耗计主要技( 5 )强制循环泵。按Shell公司要求,配置3术经济指标如表1所示。台锅炉水强制循环泵正常情况下2开1备当热表1主要 技术经济指标.水总循环量低于要求值时启动第三台泵。该泵的项目消耗指标备注特点是进口压力高(5.0 MPa )温度高( 250 C ),原料煤kg/t)1 576. 2水份<2%由沈阳水泵厂制造。氧气( m2/t标态)806.3纯度99. 6%( 6 )捞渣机。设计采用2台捞渣机,1开1超高压氮气( m'/t标态)338.77.2 MPa .备。捞渣机由程序控制分为捞渣、排水等过程,高压氮气( m3/t标态)212.15.2 MPa由保定电力设备厂制造。低压氮气( m/t标态)219.00.6 MPa( 7 )破渣机。由北京航天十一-所生产。新鲜水( V1) .0.3(8)其它设备。7.2MPa高压氮气缓冲罐由脱盐水( V/t)武汉锅炉厂制造煤和灰输送系统的通气装置即高压工艺水( Vt)0.55.0 MPa 95 C循环水( V/1)14.1At=8 C金属烧结材料由西北有色金属研究院生产;疲气电(kW)106.26/0. 38 kV排放送至火炬经添加燃料气后燃烧火炬由上海低压蒸汽( kg/t)467.3饱和711所生产。副产中压蒸气( kg/t)-1396.4**气化系统加热用汽已扣除Shell煤气化的配套工程由于Shell煤气化的气体中CO含量比重油4主要设备气化高并且由于氮气的提前加入生产200 kt合(1 )气化炉主体。气化炉主体包括气化炉、成氨的原料气量比重油造气增加公司现有的2输气导管和合成气冷却器(又称废热锅炉)由外套四触媒气体净化装置不能满足生产要求。经反壳和内件组成外壳只承受静压而不承受高温内复调研和各种方案的综合比较从投资、运行费用件形成气化空间、炉渣收集空间、气体输送空间。及老装置停产改造的损失综合考虑决定新建1内件的基本结构形式为膜式水冷壁结构,目 前已套200 kt/a合成氨的气体净化装置采用耐硫变由西班牙BBE公司制作完毕;外壳由金州重型机换+低温甲醇洗脱硫脱碳+甲烷化的气体净化工器厂制作内件与外壳已在金州重型机器厂组对艺采用四段变换一、二段选用K8-11催化剂,完毕。三四段选用QCS-04催化剂;低温甲醇洗采用(2 )激冷气压缩机。选用2台离心式压缩Linde公司的专利技术冰机制冷系统由武汉新世机1开1备。由于气体温度较高(进口温度200界制冷工业公司提供。C)CO含量较高并含有H2S和少量灰尘,因此.由于Shell煤气化的耗氧量比重油气化大公要求设备耐温、耐H2S腐蚀、密封性能好该设备中国煤化工，:m2/h(标态)的空分装由锦西化机厂制作。置MYHCNMHG新建1套由杭氧公司( 3高温高压飞灰过滤器。采用1台内径为生产的氧产量10 000 m'/h(标态)的空分装置。4750mm立式过滤器过滤元件共12组每组48为满足Shell公司提出的超高压、高压、中压、根过滤管。过滤元件是烧结陶瓷管,由德国Paul .低压氮气和中压氧的要求结合我公司现有的压第31卷化肥工业第4期缩机的情况( 5台4M12 - 59/44氧压机6台期较长;烧嘴、煤粉阀、渣阀、灰阀等完全依赖进4M12-59/30氮压机)新增2台往复式中压氮压口大型设备(三大件、飞灰过滤器、高压氮气缓机生产3.0 MPa的中压氮气由沈阳气体压缩机冲罐)的运输和吊装比较困难。厂制造。新增2台联合机组，生产5.2 MPa和Shell公司在设计上很保守,在选材上很苛7.2 MPa的高压、超高压氮气由四川华西通用机刻要求进口的设备太多。装置控制的自动化程械厂制造。2台往复式氧压机生产4.0 MPa的度很高,I/O 点多达2 600多个采用串级、前馈、中压氧气由上海大隆机器厂制造。3台螺杆氮分程、比值及顺序控制和逻辑控制通过DCS、压机生产0.6 MPa低压氮气由无锡气体压缩机ESD、PLC实现生产过程的集中控制和管理。有厂制造。20多个停车联锁,-旦操作中出现问题就联锁停煤气化由Shell公司提供基础设计包;低温甲车,因此对配套工程、操作、设备检修、设备性能的醇洗由Linde公司提供基础设计包由中国五环要求很高。化学工业公司进行详细工程设计磨煤系统、冷冻为保持水冷壁管的水量均匀分布有的水冷站、变换及甲烷化由五环公司设计其它配套工程壁管内径仅7 mm对锅炉给水的水质要求高,同由双环公司设计院设计。整个工程目前已进人设时对水汽系统配管、设备安装及试车的要求也高。备安装阶段预计2004年底全面投产。国内相关设备的制造厂家都是第- -次制作配套设备存在一个熟悉的过程特别是三大件的外6经验及体会壳和内件的组装技术要求高、难度大。目前制造虽然Shell煤气化技术是目前国际上最先进业的行情使配套设备的制作周期延长。另外欧元的煤气化技术之一,但引进该技术应用于合成氨的升值也增加了企业的负担。.生产的过程中将面临着很多困难在技术上有一高压氮气和超高压氮气的用量过大部分抵个消化吸收的过程在设备选型、流程配置、施工消了其节能的优势。企业在引进该技术时必须充管理以及从试车到正常运行等方面都可能会走一分考虑到一系列的困难如配套装置的可靠性、每些弯路。天几百吨灰和渣的出路等。国内的相关技术部门煤气化的关键设备(如三大件即煤气化炉、应该尽早开展研究争取早日实现国产化。合成气冷却器、输气导管)的内件在国外制造工(收稿日期 2004 -04-29 )(上接第41页)共同关心的问题。以煤基生产甲醇和二甲醚正是甲基甲酰胺、醋酸、醋酸乙酯、醋酐、甲酸、碳酸二新型、清洁可替代燃料发展的出路之- -渭化集团甲酯等系列产品这些下游产品大多具有投资小、在建的年产200 kt甲醇和10 kt二甲醚工程其产建设周期短、见效快的特点。利用这些优势和资品用途之--就是作为清洁燃料。在20世纪80年源渭化集团计划经过5~10年的努力建成以甲代世界各国已开始研究和试用甲醇和二甲醚清醇和合成气制备为基础的大型煤化工基地进一洁燃料但由于当时石油资源富裕、甲醇和二甲醚步开发下游产品调整产业结构实现产品多元化制造成本偏高致使清洁燃料--直未能得到推广。的发展思路形成规模和效益同步增长促进西部随着世界石油资源的进-一步紧张用丰富的煤炭大开发和陕西省经济的发展。资源生产甲醇和二甲醚清洁燃料替代汽油、柴油、2.2发展可替代的清洁燃料液化气将逐渐盛行,如何将甲醇和二甲醚清洁燃我国是一-个富煤炭、缺油气、少再生能源的国料中国煤化工步降低其制造成本将家也是一个人口众多的能源消费大国石油产品是YHCNMHG需求每年正以两位数的速率增长。面对可开采石油的日益枯竭、进口量的持续增长能源安全成为(收稿日期2004 -04 -27 )48