浅析壳牌气流床煤气化技术

2009年12月云南化工Dee. 2009第36卷第6期Yunnan Chemical TechnologyVol. 36 ,No.6浅析壳牌气流床煤气化技术马勇(河南煤业化工集团公司鹤壁煤业集团公司煤化工筹建处,河南鹤壁458000)摘要:我国是一个缺油少气、多煤炭的国家,有效利用有限资源.特别是合理利用媒炭资源,对保障经济的可持续发展具有积极的意义。随着科技进步的加速,现代煤化工技术得到快速发展.通过煤气化过程将固体的煤炭转化为气态的燃料或化工原料,是提高资源有效利用率的重要措施。介绍了我国主要的煤气化技术发展状况,重点分析了当今壳牌气流床煤气化技术的工艺特点。关键词:煤气化:气流床;壳牌中圈分类号: TQ546 文献标识码: A文章编号: 1004 -275X(2009 )06 001壳牌煤气化技术概况和布置来分，又可分为单喷嘴直喷和多喷嘴对喷Shell煤气化技术从20世纪70年代开始研两类;以气化炉内是否衬有耐火保温材料来分,又究,在进行了多次小试、中试,示范化装置建设基有热炉壁和水冷壁两种;干粉煤进料加压气化炉础上于1989年在荷兰德姆克勒克联合循环发电以Shell炉为代表, Shell气流床气化技术特点:干厂建造了250MW工业化装置,该装置于1998年煤粉进料,纯氧为气化剂,多喷嘴对置式、废锅换投人运行。该技术属于气流床技术,工艺流程主热、水冷壁、液态排渣。煤粒与气流作同向运动。要包括原料煤的预处理、煤的加压和投料、煤的气操作条件:温度1300~1 6009 ,操作压力3.5~化除灰、煤气净化、以及配套的水处理、空分、氮3. 8 MPa。气系统等。对于壳牌煤气化技术,目前除国外的3气流床煤气化的基本化学 反应-套工业化装置以外,国内从2001年起,已经有广西柳州化肥厂、中石化湖南洞庭氮肥厂、中国神煤气化是偝气化剂使煤转化为燃料气或合成华煤制油有限公司、中石化湖北枝江化肥厂、中石气的过程,为达到--定的化学组成和足够快的反化安徽安庆化工总厂、大连大化公司合成氨厂、云应速度,通常在高温( > 900C)和一定压力下进南云天化集团、云南沾化集团、中原大化、鹤煤集行,所涉及的反应包括:团等多家单位引进了十几套Shell炉工艺,生产能煤热解一→CH&+CO+CO2 +力从20万Va至60万Va不等。壳牌煤气化技术H2+油/焦油+C(半焦)(1)基本用于生产合成氨、尿素、甲醇、含氧化合物以C+O2一CO2 + 409kJImol(2)及合成氢燃料等的原料气,该技术成为目前国内C +1/202一CO + 123kJ/mol(3)投资最大的煤气化装置。C+ H20- =CO + H2 - 119kJ/mol(4)C+CO2一2C0 - 162 kJ/mol(5)2 Shell 气流床的特点CO+H20 =CO2 + H2 +42kJ/mol(6)现有的气流床气化工艺按进料形式不同,可CO +3H2一-CH, + H20 + 206kJ/mol7)分成干煤粉进料和水煤浆进料两大类;以炉内气由于煤富炭少氢(≤5%),高温下首先热解流方向分,可分为上行和下行两类;以工艺流程可(1)转化为大量炭(半焦) ,因此气化过程主要考察分为废锅型和直接水激冷型两类;按喷嘴的数量气化反应(4)、(1)、(5)和供热反应(2).(1)、收稿:2009-10-19接受:009-11-22作者简介:马勇(1969-) ,男,河南林州人,助理工程师,主要从事煤气化工中国煤化工YHCNMHG2009年第6期马勇:浅析壳牌气流床煤气化技术●61●(3) ,反应(6)为快速气相反应。进入气化炉内进行部分氧化反应，温度为1500~1600C ,压力3.5 ~4.0 MPa,出气化炉的粗合成气先4 Shell 气流床工艺流程在气化炉顶部被循环压缩机送来的冷合成气激冷到煤(混合- -定量的石灰石,- 般在10%左右)进900C左右,然后经输气管换热器、废热锅炉回收热人磨煤机混磨( 90%粒度要求< 100 μm) ,并由热风量后温度降至280 ~ 350C ,再进人高温高陶瓷过滤炉提供的热风作为动力带走煤中的水分,再经过粉器除去合成气中99%的飞灰,出过滤器的气体分为煤袋式过滤装置过滤,干燥的煤粉进入煤粉贮仓中2段,一股进入激冷气压缩机压缩后作为激玲气,另贮存氧气经氧压机加压并预热后与中压过热蒸汽混一股进 人文丘里洗涤器和洗涤塔,经洗涤除去其中合后导人喷嘴。出煤粉仓的煤粉通过锁斗装置,由的剩余的灰,处理后的煤气含尘量小于1 mg/m',然气体(N2和CO2)加压送至喷嘴,与蒸汽、氧气一起后送后续工序,见图1。激冷气漱冷气压缩机煤、助瘠剂过热蒸汽。锅炉给水返回气磨煤及十燥N|330C160C中压蒸汽。煤进料化水炉除干四体一温先去净化尔、蒸汽或去磨煤炉渣圈1 Shell 气流床工艺流程團Figure 1 Proesig flow chart of sells entrained - bed在气化炉内产生的熔渣沿气化炉流人气化炉细,不然会影响其碳转化率,煤粉应小于250目(0.底部的渣池,遇水固化玻璃状炉渣,然后通过集061 mm)。对反应性较好的低变质煤,如褐煤和次烟器、渣锁斗,定时排放至渣脱水槽,再通过捞渣机煤类,可略微放大粒度,但这些煤往往内在水分较捞出送至渣场,作为商品出售。高,可磨指数较低,磨煤功率消耗也很难降低。但对在高温高压过滤器中收集的飞灰经飞灰气提于灰熔点较高的煤需加入助熔剂(石灰)来降低煤的塔气提并冷却进入飞灰贮罐,- -部分飞灰返回至灰熔点,因此,从经济运行角度考虑,煤种还是要有磨煤机,另一部分作为商品出售。所选择。采用加压气化,氧耗低。由于采用了水冷气化炉膜式壁和各换热器由泵进行强制水循壁结构,无需耐火砖衬里,同时气化炉内无运转部环,产生的高压饱和蒸汽进入汽包，经汽水分高后件,配套气化炉烧嘴使用寿命长,一般可达一年以进入蒸汽总管,水循环使用。上,使该设备连续运转周期长,这也是和其它煤气化技术的一个较大不同点。5 Shell 煤气化技术的优势与劣势2)生产能力大:气化炉的单炉生产能力大,5.1 优势目前单台设备投煤量可达到2000Vd,相应甲醇1)煤种适应性较广,对原料煤几乎没有要求,从生产能力可达1 500~1 600 Vd,适应现代企业大无烟煤、烟煤、褐煤到石油焦均可气化，对煤的灰熔规模生产的需或融性适应范围宽,即使高灰分、高水分高含硫量的中国煤化工,数量一般为4煤种也同样适应,这也是其它煤气化技术难以比拟YHCNMHG嘴对喷时,相对的,为适应瞬间反应要求,气流床气化须将煤磨得很的喷嘴有一一个小的夹角,这样可使炉内气流产生.62●云南化工2009年第6期的旋转,由于离心力的作用使煤粉燃烧后的渣能来确保生产的安全。确保仪表测量系统的完好和安均匀的挂在炉壁内,保护水冷壁, 延长的设备使全联锁的灵敏,这是加压气流床气化工艺的成熟,可用寿命,装置的操作弹性较大。靠的标志。目前,尤其是壳牌,由于采用干粉进料,4)碳转化率高:干煤粉进料碳转化率达据称,在仪表和自控这一部分的费用比德士古还高99% ,煤气中有效气含量约90%。很多。加压气流床气化炉内的温度很高,壳牌气化5)高温制气使气化反应进行的很彻底,因此炉运行的炉内温度高达1600C , 长期准确测量的难所得煤气中副产物很少,不含重烃,煤气品质好。度就更大了。因整套设备控制点多,经常出现控制6)环境性能好:不产生影响环境的有害物，点仪表指求不准。对环境污染小。5)无备炉,单台炉无备用是采用壳牌技术的化7)便于实现自动控制:能与现代的计算机控厂较严重的问题,虽然单炉已达100 天的运行周制技术相结合,实现智能控制和自动控制,尽可能期,对于气化系统已经很不易了。但还达不到化工降低工人的劳动强度。厂长周期运转的要求。但是如果增加备用炉,投资增加太多,经济上不合理。5.2 劣势1)该气化技术的关键设备需要在国外制造，同6建议时喷嘴陶瓷滤芯，煤粉阀等也完全依赖进口,装置选择壳牌煤气化技术应注意的几点:国产化率低,使该气化装置的投资在目前国内煤气1)应当根据原料情况确定采用煤气化技术,而化技术中最高,使产品成本中折旧占较大比例。同不能先确定煤气化方式再选合适的煤种。在装置设时装置建设周期较长,一般建设周期要三年甚至更计时对采用的煤种情况了解不够全面和透彻,从而多。这是该技术的-个最大不足。2)由于采用干法进料，碳转化率高,热效率高,热造成装置开车后，当地煤不能使用,必须到外地运:损失小,能耗低,有效气含量高。但由于气化炉热利用煤。对于所采用的原料煤,要对它的产地、煤炭品采用废锅流程使所产煤气中氢碳比约0.5,氢碳比太质储量、产量、出厂价格到厂价格、供应的稳定性低,而生产甲醇所需氢碳比应超过2,生产合成氨要求等各方面因素了解清楚,对煤的物理、化学性质主要全部CO进行变换，因此该装置所产煤气需后续的变包括碳含量热值热稳定性、粘结性、灰份含量等影换T段消耗大量蒸汽来完成CO的变换。因此从气体响造气的各种因素,通过测试得出确定的数据,对以成分角度考虑,该技术更适合于发电装置,而不适合生上各种因素进行综合比较,确定采用何种煤有最佳的综合效益。产甲醇和合成氨等化工产品。2)确定产品的生产规模和能力,不同煤气化3)系统复杂,抗干扰能力差。4)对原料操作控制的要求很高,故障多,仪技术对于所建装置的规模效益是不尽相同的,同时相应的装置投资、建设周期、对市场的适应性均表失灵率高:如供煤的连续,对气流床气化来说是一个极其有所不同。.熏要的安全运行条件,供煤系统的故障造成过氧,炉3)各企业在选取煤气化技术方式时,均应因地内温度急剧上升,甚至会引起爆炸事故。在现代的制宜,对所上项目进行全面的综合分析,对项目的气流床气化工艺中,往往采用联锁控制的办法, -旦原料、技术、市场、环保等多方面因素进行全面了发现供煤流量计测量值低于联锁值,立即切断氧气解,优化处理,才能使项目避免或减少投资的风险性,使企业获得最大的效益。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中国煤化工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