Shell煤气化技术进展及发展趋势

第1期(总第110期)煤化工No.1(Total No.110)2004年2月Coal Chemical IndustryFeb.2004Shell煤气化技术进展及发展趋势.汪寿建(中国五环化学工程公司,武汉430079)摘要Shell煤气化是-种先进成熟的I艺技术。该技术采用大规模单系列加压气化工艺,使气化指标好,气化效率高并有利于环保。是第二代煤气化技术的代表工艺之一,具有一 -定竞争力。关键词Shel1煤气化 关键设备先进成熟工艺技术文章编号:1005- -9598(2004 )-01 0018-04中图分类号:TQ546.2 文献标识码:A工业上以煤为原料生产合成气的历史已有百余表1给出了某些工厂使用Shell煤气化工艺用年了。从煤气化技术发展进程分析,早期的煤气化大原料煤特性数据。多使用块煤和小粒煤为原料制合成气,我们称为第一由表1知Shell煤气化用原料煤含碳量39%代煤气化T艺。而随着采煤机械化程度提高，粉煤量-88%,灰分最高为25. 87%,均可满足要求。原料适应已占相当比例，从而使大量粉煤资源不能有效利用。性较强,从较差的褐煤、次烟煤、烟煤到石油焦均可使近年来,随着“洁净煤气化技术"的开发研究,产用,也可将不同种煤掺混气化。对煤的灰熔融性温度生了第二代煤气化工艺。该技术以粉煤为原料,大规适应范围比其它气化工艺更宽。即使是高灰分、高水.模、单系列、加压气化并实现了工业化。其气化指标.分.高硫的煤种也能使用。好，有利于环境保护，成为煤气化技术发展的趋势。Shell 煤气化技术就是其中的一-种。2 Shell 煤气化发展过程1 Shell气化用原料煤Shell煤气化是Shell公司开发的具有独特技术的第二代煤气化工艺。Shell 公司在渣油气化技术取表1 Shell 煤气化工艺用原料煤特性得工业化成功经验的基础上，于1972年开始从事煤名希Shell-1B厂. C厂气化研究。1978年第-套中试装置在德国汉堡建成并试烧煤种新密煤 西马煤神华煤|固定碳FCJ/%39.0-88.5 62.6 74.2 77.2投入运行。1987 年在美国休斯敦建成的投煤量挥发分V。/%10.0-45.6 13.8 9.0 17. 0250t/d~400t/d的示范装置投产。1993 年在荷兰的丹灰分A。/%0. 50-24.00 25.87 16.00 5. 87姆克勒电厂建成投煤量200t/d的大型煤气化装置。水分M./%3. 70-34.00 8.53 7.00 10. 69该装置用于联合循环发电,为单系列操作,装置开工可磨y系数HGI .145.3 63. 0率达95%以上。经过3年示范运行已于1998年正式交粒度/mm<38付用户。生产操作数据表明煤气化工艺指标达到预期堆密度/kg.m°850.0 958. 3高热值/MJ.kg'22.00-33. 2024. 9829. 2730. 99目标,Shell煤气化技术是先进成熟的。低热值/MJ.kg"+一27.6Shell煤气化温度-般为1 4009-1 600C,合成灰熔融性DT/C1 0901240 1 147气中(C0+H2)达到90%以上。由于气体中有效组分高,煤灰熔融性ST7/C: .1 11014351192气总量有所减少,因此1 00m*(CO+H2)消耗煤量较低。灰熔融性FT/C1 130147512023. Shell 煤气化工芗流程.中国煤化工收稿日期:2003-09 -24作者简介:汪寿建.男,1956年生, 1982年毕业于武汉化工学YHCNMHG。来自备煤工段的院,教授级高级1程师。主要从事化肥行业等工程项目的T艺煤粉经常压粉煤仓、粉煤锁斗及粉煤给料仓,由高压与工艺系统设计和工程项目管理工作。N2气将粉煤送至气化炉喷嘴。来自空分的氧气经预热2004年2月汪寿建:Shell煤气化技术进展及发展趋势●19.后导人喷嘴。粉煤、氧气及蒸汽在气化炉内高温加压高(中)压蒸汽配人粗合成气中、气化炉水冷壁副产的条件下发生部分氧化反应，出气化炉顶部约1500中压蒸汽可供压缩机透平使用。的高温煤气由除尘冷却后的冷煤气徼冷至900C左右湿法洗涤系统排出的黑水大部分经处理后循环经输气管进人合成气冷却器。使用,小部分黑水经闪蒸、沉降及汽提处理后送污水经回收热量后的合成气进入干法除尘(高压高温处理装置进一步处理。闪蒸气及汽提气送火炬燃烧后飞灰过滤器) .湿法洗涤系统(文丘里和洗涤塔) ,洗涤排放。在气化炉内气化产生的高温熔清,自流入气化后尘含量小于1mg/m3的合成气进一- 步经空冷器及合炉下部的激冷室,高温熔渣经激冷后形成数毫米大小成气水冷器冷却至40C后送出。合成气冷却器产生的的玻璃体,可作其他用途。粗煤骤冷气1m再循环磨粉/烘干气化炉合成气冷却器01十中压蒸汽进煤| | r一F法除尘，湿法选缘一气体净化-→合成气炉渣↑煤灰处理系统水处理充磺TTT煤灰去煤磨粉/烘干段图1壳牌煤气化工艺流程示意圉长,无需备炉。4 Shell煤气化特点4.7烧嘴 :Shell煤气化炉烧嘴及控制系统安全可靠。烧嘴设计寿命为8 00h,已有15 00h运行记录。荷4.1原料适 应性:Shell煤气化采用干煤粉作为气化兰Demkole电厂使用烧嘴已经4年。气化操作采用先原料,煤种适应性广。烟煤、褐煤和石油焦均可气化。进的控制系统,设有必要的安全联锁,使气化操作始对煤的灰熔融性适应范围宽,即使高灰分、高水分、高终处于最佳状态运行。含硫量的煤种也能适应。4.8排渣:Shell煤气化炉高温排出的熔渣经激冷后4.2 单系列能力:Shell 煤气化已投入运行的单台炉成玻璃状颗粒,性质稳定,对环境几乎没有影响。气化气化压力:3.0MPa,日处理煤量达2 00t。目前更大规污水中含氰化物少,易处理。模的装置正在工业化。Shell 煤气化工艺特点和气化主要参数见表2及4.3 气化温度:SheII煤气化温度约1 600C,碳转化表3所示。率可达99%左右,产品气体洁净,不含重烃,甲烷含量表2 Shell煤气化工艺特点低.煤气中有效气体(C0+H2)可达90%。工艺特点4.4 氧耗量: Shell煤气化氧耗量比水煤浆气化工艺煤种灰分As/%5. 7~35. 0低15%~25%,因而配套的空分装置投资相对降低。进料方式干煤粉.4.5 热效率:Shell煤气化冷煤气效率约83%， 其余气化系列配置单系列，无备用炉15%热能被回收为中压或高压蒸汽,总的热效率约为每与洋旷合高压氮送气化中国煤化工:密封输送前送98%左右。布置,可调节,8 004.6炉壁冷却:Shell煤气化炉炉壁冷却采用水冷膜YHCNM H G.无耐火砖村里式壁结构,并采用挂渣措施保护气化炉壁。无耐火砖热回煤气冷激,合成气废锅村里,维护量较少。气化炉内无传动部件,运转周期除尘袋式过滤器干法+湿法洗绦塔●20.煤化工2004年第1期表3 Shell 煤气化主要参数氧气气化压力/MPa2. 0~4.0空气4图除氦H。__气化温度/心1 400~1 600 .氧量/m.kmw+u330~360圈5 Shell煤气化制氢工艺方块流程圈碳转化率/%-99冷煤气效率/%80~-85 .5.2合成气发电 (IGCC)有效气(0H2)含量/%86-90Shell煤气化生产的合成气及蒸汽可用来发电，即燃气-蒸汽联合循环发电(CCC)。这项技术是煤气化和蒸汽联合循环的产物，具有高效率、低污染、节5 Shell煤气化应用范围省水、综合利用等优点。其工艺流程是:煤经过气化和净化后,除去煤气中99%以上的硫化氢和接近100%的Shell煤气化应用范围见图2所示。凸电能粉尘,将固体燃料转化成燃气轮机燃用的清洁气体燃漪>联合循环发电c >蒸光料,以驱动燃气轮机发电;从燃气轮机出来的乏气去氽热锅炉副产蒸汽并与Shell煤气化炉回收的高压煤或褐煤Shbell=酌[化学合成]4>蒸汽混合后进蒸汽轮机发电。Shell 煤气化技术的发5>煤气化>调理c >家用燃气电效率可达45%以上，二氧化硫排放控制在10mg/m'患油技术:臼口甲烷化凸管道气左右。目前ICCC技术已进入商业化运行。现在全世界已建在建和拟建的ICGOC 电站近30套,最大的是婚>碳水合成 C >运输燃料美国44万kW机组。Shell公司已于1993年在荷兰的丹姆克勒电厂建成投煤量200t/d的大型煤气化装團2 Shell 煤气化使用范圊示意圉置,用于联合循环发电。5.1 合成气制氨.甲醇、氢气由于ICGCC有洁净煤燃烧发电的特点,我国已把Shell煤气化得到90%以上的(C0+H)粗煤气,这它列入中国洁净煤技术“九五”计划和2010年发展种粗煤气中的(CO+H2)是我们制合成氨甲醇氢气的纲要中。它的主要优点是:(1)热效率高，目前已达原料气。粗煤气中的C0气可通过蒸汽变换,在催化剂43%-46%,预计2010年可达到50%; (2)环保性能好。作用下反应得到(H,+CO2) ,其中的CO2气是生产尿素脱硫率达98%-99%以上,NO,排放量等同于天然气,CO2的原料。变换气再经过气体净化,如低温甲醇洗、甲烷排放也臧少;(3)燃料适应性强,对高硫煤有独特的适化(或液氮洗)、配氮、压缩后进行氨合成，最后得到产应性;(4)可用于对燃油联合循环机组及老燃煤电厂品液氨。合成气制甲醇、氢气的工艺路线与合成气制改造,达到提高效率改善环保的目的。Shell 煤气化合成氨基本相同。合成气制合成氨、甲醇、氢气方框流合成气-蒸汽联合循环发电如图6所示。程如图3.4.5所示。气→然0,去尿素。p医气钢妤C光轮发电机J气煤。。唯厨阎一圈擎好}座气净化处园一最气轮机一空气_ +图限园[发电机]因甲按他一医意因一围0→l电魄出圉3 Shell 煤气化生产合成氨工艺方块流程图围6 Shell 煤气化IGCCC发电示意圉S去监6. Shell煤气化关键设备中国煤化工甲糜0HCNMHG炉、输气管和合成气冷却器组合面成。表4.表5分别给出Shell煤气化田4 Shell煤气化生产甲醇工艺方块流程图关键设备的主要尺寸和材料。2004年2月汪寿建:Shell煤气化技术进展及发展趋势●21，表4投煤量1 00t/d装量关键设备压力容器外克尺寸序号名称内径/m高度/mm质量/t气化炉368022 80061输气管/气体返回室2 500/2 9006 00001303合成气冷却器2 90032 65082表5压力容器 壳体及管道设计用材名称(所在位置)材料材料特性压力容器外壳主材SA387Gr11C1. 2抗氢腐蚀2气化炉底(与湿气氛接触的壳体)SA387Gr11CI. 2+N08225复合板抗冷凝扃蚀合成气冷却器出口SA387Gr11C1. 2+304L复合板抗高 温硫腐蚀压力容器壳体(其与气体接触)衬40um厚耐热材料防不可预见的局部高温5可能存在露点腐蚀的接管堆焊IC625防腐层抗冷凝腐蚀SA387Gr11C1.2关键设备外壳直径是根据用户要求和Shell公部分热量。由于气化炉的特殊设计保证了Shell 煤气司对气化炉反应空间、输气管通道尺寸及反应热回收化工艺指标的领先地位,从而使该技术具有更强的竞传热面计算条件及内件安装、维护需要确定的。气化争力。炉、输气管、合成气冷却器由乐力容器外壳和内件组我公司配套详细设计的1000t/d投煤量项目为装而成。外壳承受静压力。内件首先形成气化空间，气国内第-套引进Shell公司煤气化专利技术,是湖北化反应在此完成;反应完后的炉渣由收集空间,激冷双环科技股份公司20万t/a合成氨(投煤量1 000t/d)排除炉外;反应气体经输气管送到合成气冷却器剮产的油改煤工程。目前该项目设计全部完成,所有设备蒸汽,回收热能。采购工作完毕。由国外制造厂生产的气化炉、输气管气化炉内件由水冷膜式壁换热面构成，即管子-和合成气冷却器内件已运到国内，由国内制造厂生产翅片-管子结构型式。水冷膜式壁换热面组成圆形通的气化炉、输气管和合成气冷却器外筒也已完成。现道即内件。气化炉在首次开车时进行炉壁挂渣保护操在内件和外简在国内制造厂准备组装,项目现场的土作，从而保护气化炉外简不超温,防煤气冲刷并回收建安装工程正在进行中,预计2004年7月份投产。Status and Development of Shell Coal Gasifcation TechnologyWang Shou-jian(W uhuan Chemical Engineering Company ,Wuhan,430079)AbstractShell coal gasification is an advanced and mature technology which is large scale,single series and pressurized. Its characteristic is good gasification index, high efficiency and environmentfrendly. It is one of the 2nd classical coal gasification technologies.Key words shell coal gasification， key equipments， advanced and mature technology书讯.●2003' 中国煤炭加工与综合利用技术研讨会议论文集:收集、精中国煤化工12个专题,包括:发展战略与专家论坛;煤、电、化、冶多联产系统开发研究;煤气化新工艺YHC N M H G及商业化问题探讨;煤液化合成油;洁净煤技术;煤炭洗选加工及配煤;焦化T业技术进展、焦炉气利用、煤焦油加T;甲醇、二甲醚及其下游产品开发等。需要者,请直接与编辑部联系。