壳牌气化炉13、16单元简介

第29卷第5期天津化工Vol.29 No.52015年9月Tianjin Chemical IndustrySep.2015壳牌气化炉13、16单元简介王慧,王艳波(河南能源化工集团中原大化公司甲醇事业部气化厂,河南457000)摘要:壳牌气化炉采用比较先进的煤制气技术。根据工艺任务的不同,分为几个工段。本文从设备结构,工艺流程,及热量利用三个方面简单介绍了13、16工段,同时提及了其他工段。结合实际生产中的一些问题提出了一些需要注意的参数。关键词:壳牌;煤气化;设备结构;分离;热量;节能doi: 10.3969/jissn. 1008-1267.2015.05.016中图分类号:TQ545文献标志码:C文章编号:1008-1267(2015)05- 0047 -04壳牌煤制气技术作为一项越来越成熟的工艺,+(1303]-一-- +[ V1302]已经为越来越多的厂家所接受。更多的了解该设计的理念,是一项重要的工作。S-1501壳牌气化炉研发始于1972年,是荷兰壳牌公司V-1205AV-12058LC:1601厂十t甲解单元 ]的产品。自1994年起工业化应用,荷兰比赫纳姆的ICCC装置消耗2000t/d的国际商品煤。中原大化公[ 17单元]司2004年购入该项目,2008年投入生产。壳牌装置可分为11、12.13.14、15、16.17及公共单元。11[K1301 ]~单元的岗位任务是准备干煤粉; 12单元的岗位任务是储存并输送煤粉至13单元;13单元包括V-1301,图1和V-1302两个罐体, V-1303将两个罐体相连。13各处的温度稳定。外层与内层之间通过呼吸孔相单元是装置的核心单元,反应室就内置在V-1301罐通,呼吸孔内外之间的压差仅有3kPa左右，中原大体中。14 单元是收渣下渣单元; 15单元是收灰下灰化气化炉(V-1301)的反应压力设定在3.85~单元;16单元是粗合成气的湿洗单元;17是废水的3.90MPa之间,因此高压主要由外层承受,反应温度初级水处理单元;公共单元包括CO,管网和N2管网,即内层设计温度13TI9001大概在1550C左右,经过以及I艺水罐,酸碱罐,仪表风网,工厂风网,为上膜式壁的降温,环形空间的温度只有240C度左右,述单元提供所需的吹扫气，充压气,以及仪表动因此高温主要由内层承受。这样双层的结构避免力。总体来说,11、12单元属于原材料的制备;13是了单层结构既要承受高温,又要承受高压的问题,煤制气的核心;14、15、16都属于辅助分离单元。公可有效的降低工艺条件对设备材质的要求,降低设共单元属于服务单元吧。备成本。13,16的物料简图如图1。V-1301 V-1303、V-1302内层膜式壁由各个独立的换热器组成,按照合成气的走向顺序分别是:反1 V-1301、V-1303、V-1302的结构应室E-1320,激冷段E- 1301,输气段E-1302,气体.1.1 内层与外层返回室E-1303A,换热器E-1306、E-1303B/C/D。其V-1301与V-1302两个罐体通过V-1303相中,E-1320、E-1301内嵌在V-1301中, E- 1302内嵌连。两个罐体及V-1303均是双层结构,外层与内层在V-1303中。其余的内嵌在V-1302中。E-1320又中国煤化工之间形成环形空间。内层是大量细管组成的膜式收稿日期:2015-壁,通过细管中的冷却水及时移走热量,保证罐体作者简介:王慧(YHCNMHG王艳波( 1981~),男,本料,助理工程帅。48天津化工2015年9月可细分为顶锥,反应段膜式壁,马弗炉，底锥.热裙及挡渣屏(从上至下)。E-1320 与E-1301之间有呼C+方0:→C0-110MJ/Kmol(1)吸孔.呼吸孔连通内层与外层。压缩机K-1301送来C + H2O-→C0+H:+131MJ/Kmol的激冷气先进人环形空间,然后由反应室上面的呼其中负号表示生成反应热。中原大化的o/C比吸孔进人内层。值在0.89与0.95之间,而第一个反应0/C比是0.5,1.2 4烧嘴分布这说明过量的氧气与煤粉(简化为C)发生了第三个罐体的核心部位是反应室E -1320, 干煤粉在反.反应4]应室里实现合成气的气化。4个烧嘴直接插人到反C+O2→CO2 -393MJ/Kmole(3)应室的内层。这里为了体现V-1301的4烧嘴结构,该反应也是放热反应。实际上.壳牌气化炉的刻意将煤粉给料仓V-120SA/B分开描述; V-1205A反应热足够满足继续反应的需要。反应进行不需提供1#、2#烧嘴的供煤, V-1205B提供3# , 4#烧嘴的要提供额外的热量,整体反应是放热的，多余的反供煤。实际上4个烧嘴位于同--水平面上,逆时针应热通过换热器E-1320及时移走，以保证反应室的.分布顺序为1# .4#、2#, 3#(俯视,从V-1301的上部温度恒定。往下看),那么，1#和2#是相对的烧嘴;3#和4#是相反应物进人反应室后,在合适的温度及压力条对的烧嘴(烧嘴连线近似与气化炉剖面圆的直径重件下，(中原大化气化炉的压力控制在3.85-合)。实际上,为了形成更好的流场, 1#烧嘴所在的3.9MPa,反应室的温度13T19001不能直接测量,经过直线与2#烧嘴所在的直线夹角为15度;3#烧嘴所在热量核算的粗算,实际在1470度左右),瞬间进行反的直线与4#烧嘴所在的直线夹角为15度;这样,当.应,煤粉被气化成粗合成气,粗合成气夹带着不能干煤粉在V-1205与V-1301的压力差下从烧嘴中喷反应的飞灰以及没有来得及反应的煤粉螺旋上升,出的时候,相对烧嘴的喷向并不正对,而是交错的，此时，由于停留时间的限制,不能反应的煤粉由于形成一个旋转的湍流。温度的作用处于熔融态,在离心力的作用下,稍大1.3 煤烧嘴结构点的熔融态物块被甩到E-1320内壁上,冷却后流动4烧嘴分布的单个烧嘴结构都是相同的:分为性下降,缓慢经反应段膜式壁,部分经马弗炉,底内层和外层。内层煤粉进人,纯氧和水蒸气从内层锥热裙及挡渣屏流向渣口,去往14收渣单元。新与外层之间的夹套进人;因为材料煤粉是烧嘴的显的熔融态物块又被持续的甩到冷却壁上,形成流动著特征,所以烧嘴也称为煤烧嘴。性的渣壁。粗合成气和小的飞灰则持续向上,行至1.4点火烧嘴和开工烧嘴E-1301,在这里被K-1301送来的激冷气直接冷却,壳牌气化炉开车阶段采用二级点火,点火烧嘴同时被E-1301的冷却水间接冷却至大约900和开工烧嘴的轨道也直接插人到E-1320内层,点火(13T19002),之后继续向下游前进,被E-1302、烧嘴的轨道口在下,开I烧嘴的轨道口在上。开工E-1303A冷却,同时在E-1303A处转向,因此烧嘴的轨道.与水平方向有1个向上的夹角,轨道口E-1303A又称气体返回室。到达E-1306、E-1306基本与煤烧嘴在同- -个平面上。的冷却介质是V-1304(汽包)的饱和蒸汽,饱和蒸汽的温度相对于对应的饱和冷却水温度更低,冷却效2工艺动态描述果更好,此处被冷却至650摄氏度左(1(37T19003)、此处忽略开车阶段的过程,仅从稳态正常生产13T19001、137T19002、13T19003这三个温度都不是实阶段进行简要描述。测温度,都是根据热量衡算计算出来的。壳牌气化经过11单元处理后的原煤粉经过12单元的加炉对于13T19003 的温度有着特别的要求:压输送从煤烧嘴的内层进入气化炉反应室E-1320,13T19003=T4*2/3-150, 其中, T4是指煤粉的流化温与从煤烧嘴夹套中进人反应室的纯氧与水蒸气混度(FT),因为E-1306这个换热器位于粗合成气的合物接触，由于相对烧嘴夹角15度的设计,反应物流道上,导致粗合成气的流通横截面积减少.且粗从4烧嘴同时喷出,即形成旋转的流场。合成气夹带的飞灰容易在此聚集,若是此处温度过-般认为,煤粉在反应室里主要发生了如下两高，飞灰粘中国煤化工果聚的可能性。个反应: .事实上,中MHCN MH己实多次因为这个原因导致租合成气在此处的流通速度增大,第29卷第5期王慧等:壳牌气化炉13,16单元简介19E-1306两端压差过高,存在膜式壁磨穿的风险而停车。为了减少此处飞灰的聚集,除了温度的控制外,[ 15作棉]壳牌还设计了一处反吹,通过8.7MPa的CO2反吹气吹落停留在E-1306上的浮灰,保证合成气的流通横[ E-1320 ][ E:1301][ E-1306 ]|[ E-1302][ E-1303A[ E-1303B/C/D0」截面。以及遍布V-1301.V-1303. V-1302的59个敲击振打装置不间断的逐个敲击,以期振落各换热器上的浮灰,保证换热器的换热效果。之后粗合成气经过E-1303B/C/D的冷却,降温至380C左右离开V-1302 ,整个V-1302可以说是由换热器E-1303A.图2E-1306、E-1303B/C/D所组成,这些换热器的冷却介V- 1304通过3台循环水泵P- 1301A/B/C(图中质是来自锅炉的锅炉水,经过合成气的换热后返回未标出)将锅炉水送往各换热器进行冷却,冷却水得汽包V-1304,生成副产品中压蒸汽,4.95-5.10MPa,到热量,变成饱和蒸汽,回到V-1304,在V-1304实并人中压蒸汽管网,给整个系统提供伴热及加热低现气液分离,之后的饱和蒸汽一部分送往15单元给温介质,因此V-1302是合成气冷却器(SGC)的同其提供伴热,防止15单元的飞灰温度过低,其中的时,也可称之为“锅炉”。水蒸气以水珠的形式出现,增加飞灰的黏性，导致下粗合成气到达S- 1501(飞灰滤罐)后,利用24组灰不畅，- -部分送往E-1306跟粗合成气换热,变成滤棒,每组48根,通过过滤除去其中夹带的飞灰。过热蒸汽,并入中压蒸汽管网。气液分离后的24组滤棒的反吹气也由8.7MPa的CO,提供,通过文V-1304罐中，下部是饱和水溶液，上部是饱和蒸丘里的减压不间断的逐组吹落在滤棒上的浮灰,保汽。罐上部用隔板把罐分为大小两室,下部连通,因证滤棒的再生。此处设置压差表可以反应滤棒的积为锅炉水管道与大室底部连通,导致低温锅炉水直灰情况。被分离出的飞灰随后落入V-1501,每3h接进入了大室,根据“密相输送"原理,大室液位略低一次被清理出系统。除灰后的合成气-部分直接去于小室液位。锅炉水温度是140摄氏度左右,汽包往K-1301参与激冷,一部分送往C-1601湿洗,湿洗水温度是265摄氏度左右,汽包压力控制在4.95~所用的工艺水来自于空分工段的透平冷凝液或者脱5.10MPa。正是根据锅炉水获得的热量等于合成气盐水。C-1601 湿洗罐的填料采用乱堆方式，合成气失去的热量,算得13T19001, 13TI9002, 13TI9003。自下往上,工艺水自上往下,通过填料组成的弯曲路上图主要是为了说明气化炉的热量衡算,因此两处径密切接触,实现传质传热,最终,煤中的CI,F等元V-1304的排放未标出,一路是间断排污,主要是排素燃烧后转化成的对应的HCI, HF等及NH,和微量出V-1304中累计的SiO,Fe等杂质;-路是连续排固体从合成气中被分离,湿洗后的废水送往17单元污,主要是排出V-1304中的盐分。此外,还有一路:进行初级水处理,经过湿洗后的合成气以1:1.3的比汽包水去跟氧气进行了预热;开车阶段,有一路开工例分为两股,较少的- -股送往甲醇工段合成甲醇,较蒸汽进人汽包,随着循环水泵,给整个气化炉升温。多的一股与从S-1501出来的一部分汇合去K-1301附:中原大化中化室给汽包水做的分析项目及压缩机做激冷气。激冷气的温度大约在2409C。为分析结果为:pH9.51、电导14.03us/cm .SiO.43.2μgL了提升酸性气的溶解度,C-1601中加人了21%(质送往甲醇工段的合成气组分(体积百分比/%)为量百分比)的NaOH。C067.39、H20.03、CO210.18、N1.50、0:+ A0.186 +K-1301做为激冷气压缩机,由电机带动,电机H2S0.11x10*。的初始转速经过变速箱的两次提速,高速轴带动叶轮给合成气提供动力,转速可达8000~9000转/4结语分。在实际生产中,高速轴的轴向震动振值是壳牌气化炉采用了先进的煤制气技术,且实现54μm,是个必须关注的参数。了稳态连续生产,对不同煤种也有一定的适应性。3气包(V-1304)即水气系统反应所需热昌中后六白白的执县坦供,没有额外热源,且提供中国煤化工,热量都得到了气化炉水汽系统的流程简图如图2。有效利用。TCHCNMHG的时候实现了.第29卷第5期天津化工Vol.29 No.52015年9月Tianjin Chemical IndustrySep.2015甲醇合成转化率分析齐玉森,赵晓明(天津渤化永利化工股份有限公司,天津300402)摘要:本文从催化剂活性位吸附、可逆反应平衡及反应速率角度出发,依据甲醇合成反应原理,分析了工艺条件对甲醇合成转化率的影响,并结合生产实际进行讨论,找出了影响甲醇合成转化率高低的主要因素,进而提出甲醇合成操作的合理运行条件。关键词:甲醇;合成;催化剂;转化率;工艺优化doi: 10.3969/.issn. 1008- 1267.2015.05.017中图分类号:TQ223.12"1文献标志码:A文章编号: 1008-1267(2015)05-0050-04甲醇不仅是重要的化工原料,而且是具有重要程度差异。表1显示，国外催化剂在催化剂的寿命、发展前途的能源物质。为实现甲醇合成在高转化高温选择性、粗甲醇中乙醇含量、结蜡情况及时空率条件下生产,采用新型催化剂,优化工艺操作,充收率等方面的性能明显优于国产催化剂,因此,是分激发催化剂活性,保证其寿命,成为当前甲醇企大多数公司的首选叫。业工作的重中之重“2。2合成气制甲醇原理及转化率1工业甲醇合成催化剂简介2.1合成气制甲醇基本原理表1国外催化剂与国内催 化剂性能对比H2O+C0SCO2+H2+Q(1)项目.国外催化剂国内催化剂3H2+CO2 ,CH,0H+H2O+Q寿命≥2a .1-2a2H2+CO5CH,0H +Q(3)高温好差制甲醇所需合成气中的主要成份为H、CO和.选择性CO,生成甲醇时主要发生(1)~(3)所示反应,从碳< 200~300ppm≥300~400ppm源的角度来说,有CO碳源.CO2碳源和CO、CO2双碳结蜡少严重源三种机理。从活性中心的角度来讲,有Cu°、Cu"和情况时空初期0.8gmL.h' ;初期0.7gmL+h-1 ;Cu°-Cu"中心说之分,学者们对上述机理均进行了实收率250C时，> L.5gmL.h"' 250C时 ，< 1.2gmL.h"验验证,并获得相关支持,目前,双碳源机理和目前,国内外甲醇合成催化剂均以铜锌基合成Cu'-Cu*中心说得到较普遍接受。该机理认为,CO2催化剂为主,采用AlO,作为载体,并含有石墨、金属吸附在活性位上，加氢后形成表面甲酸基,进一步氧化物等成分。其主要成分含量分别为:Cu%(w/加氢生成甲醇和羟基,CO再与上述羟基作用形成甲w) > 43% ,Zn%=20+3% , Al%=5+1%。国内外性能较酸基，形成甲醇合成循环体系”。.优的甲醇合成催化剂有南化院NC-307.西南院甲醇合成反应是体积缩小的可逆放热反应,反XNC-98与C312和南方化学公司ICI-51、托普索公应过程中还伴随着生成烃醇、醛、醚酸、酯等杂质司MK-121。各厂家催化剂的成分及制备方法不的副反应(如式4-7)。同,故在使用寿命转化率、选择性等方面存在不同收稿日期:2015-05-28长周期263dA级运行。207.[2]贾绍义,柴中国煤化工业出版社2007[3]陈之川工出版社, 192.参考文献::DYHCNMH Gos[1]柴诚敬.张国亮.化工流体流动与传热[M]化学工业出版社，4]马沛生,化......_005.