壳牌煤气化技术

SHELL粉煤加压气化技术及煤化集团气化装置试运行情况目录一、SHELL粉煤加压气化技术的发展进程二、SHELL粉煤加压气化技术在国内应用情况简介三、SHELL粉煤加压气化技术工艺流程介绍四、SHELL粉煤加压气化技术关键设备介绍五、SHELL粉煤加压气化技术特点和不足六、煤化集团SHELL粉煤加压气化装置试运行情况SHELL粉煤加压气化技术的发展进程1、发展背景20世纪70年代初，国际上出现了能源危机。出于对石油天然气供应前景预测，很多国家纷纷把发展煤气化技术作为替代能源重新提上议事日程，并加快了煤气化新工艺的研究开发步伐。作为对煤种适应性广、气化效率高、污染少的第二代煤气化工艺之一，荷兰壳牌（Shell）粉煤加压气化技术SCGP工艺在此后应运而生。SHELL粉煤加压气化技术的发展进程2、发展进程壳牌的气化技术可以追溯到20世纪50年代，当时第一套气化装置是用油作原料，为SGP工艺，现在全世界已拥有150多台SGP气化炉。在油气化经验基础上，壳牌从1972年开始发展煤气化技术。1976年，煤气化工艺SCGP已达到一定水平，并建立一套处理煤量为6T/D的试验厂，利用该装置一共试验了30多个煤种。SHELL粉煤加压气化技术的发展进程并且，SCGP工艺很快应用于工业生产，相继在下列三个厂家得到检验：•KVA，汉堡，德国。(投煤150T/D，1978年)•SCGP-1，Houston，美国。(投煤220-360T/D，1983年)•Demkolec，Buggenum，荷兰。(投煤约2000T/D，1989年)SHELL粉煤加压气化技术的发展进程尤其在Demkolec电厂，截止到2000年8月，得到了下列一些初步操作经验：•14种煤种(部分混合煤)气化成功。•每一设计状况的所有效率/公用消耗。•设计负荷40-100%之间的操作数据收集。•煤气化联合循环发电ICGCC累计运行24000小时。•环保性能优于环保限定性能。SHELL煤气化技术在国内应用情况简介2001年湖北双环科技股份有限公司为国内第一家与壳牌签订SCGP技术许可合同，至今已签订19个合同、23套SCGP气化工艺。主要用于大型化肥企业进行氮肥原料及动力结构调整改造，即采用大型气流床粉煤气化工艺，替代油气化和小型固定床无烟块煤气化工艺，生产合成氨和甲醇，并用于国内首套煤制油项目的制氢装置。气化炉生产合成氨和甲醇都是在中国第一家实现，即，中国是全世界首家把壳牌炉用于氮肥生产的国家。SHELL煤气化技术在国内应用情况简介与壳牌签订的19个合同中。第一批，五家5套：双环、柳州和中石化三套；第二批，六家7套：中原、永煤一期等；其余为第三批。前两批均已于去年之前投产。第三批今年年底有望部分投产。•第一批引进的Shell气化装置，最早于2006年5月开车成功，到目前最长运行周期都在100天以上，最好的120天，负荷100%。•第二批引进的Shell气化装置，最早于2008年4月开车成功，目前最长运行周期60天，负荷100%。SHELL粉煤加压气化技术工艺流程介绍合成气到后续工序干法除尘湿法洗涤除渣系统初步水处理尾气、废水到后续工序飞灰渣渣泥水酸泥水渣池急冷气氧气+蒸汽滤饼煤输气管急冷管气化炉膛合成气冷却器强制水MP饱和汽MP饱和汽MP饱和汽MP过热汽图1壳牌煤气化工艺流程示意图磨煤干燥粉煤加压加压载气SHELL粉煤加压气化技术工艺流程介绍Shell粉煤加压气化技术包含主装置7个单元和公用工程7个单元。下面简单介绍壳牌煤气化主装置7个单元流程：壳牌煤气化主装置1100单元磨煤及干燥系统1200单元煤粉加压及输送系统1300单元气化、急冷及合成气冷却系统1400单元渣脱除系统(除渣)1500单元干灰脱除系统(干洗)1600单元湿灰脱除系统(湿洗)1700单元初步水处理系统壳牌煤气化工艺主装置工艺流程方框图U1100U1300U1400U1500U1600U1700U1200合成气原煤氧气蒸汽N2/CO2石灰石滤饼燃料渣激冷气灰碱酸N2CO2水滤饼水1100单元磨煤及干燥系统流程简图煤粉袋式过滤器S1103A/B磨煤机A1101A/B热风炉F1101A/B循环风机K1102A/B石灰石仓V1103碎煤仓V1101A/B称重给煤机X1101A/B粉煤到V1201A/B放空1200单元煤粉加压及输送系统流程简图气化炉煤烧嘴A1301A/B/C/D煤粉锁斗V1204A/B煤粉给料仓V1205A/B煤粉储仓V1201A/B煤粉煤粉仓装料袋滤器S1201A/B气化炉V-1301激冷管合成气冷却器V-1302氧气蒸汽煤粉渣锅炉给水合成气汽包V-1304中压过热蒸汽激冷气敲击器中压强制循环水泵P-1301A/B/C1300单元气化、急冷及冷却系统流程简图1400单元渣脱除系统流程简图渣锁斗V-1403捞渣机X-1402渣收集器V-1402渣渣池P-1401A/B1700单元P-1402A/B输渣皮带X-1403渣场破渣机X-1401V-1402渣池冷却器E-1401旋液分离器S-1403高压补充水充满液水水到1700单元1500单元干灰脱除系统流程简图飞灰锁斗V-1502飞灰气体冷却罐V-1504A/B飞灰过滤器S/V-15011600单元激冷气压缩机合成气飞灰中间储仓V-1505灰库排灰仓泵V-15081600单元湿灰脱除系统工艺流程简图合成气出界区1700单元热风炉火炬P-1601A/B水碱激冷气压缩机合成气蒸汽喷射器J1601文丘里洗涤器J1602洗涤塔补充水1700单元初步水处理系统工艺流程简图V-1703S-1701V-1701蒸汽C-170168V-1702V-170411600/17003000/31003140016003100N223100锅炉459S-1702T-1702酸酸滤饼SHELL粉煤加压气化技术关键设备介绍壳牌煤气化工艺装置SCGP气化部分的关键设备是气化炉，包括气化炉(气化炉、气体急冷、急冷管和渣池)；气体输送管道；合成气冷却器(气体返回室、膜式水冷壁和过热器/蒸发器管束)。气化炉本体是一台膜式水冷壁反应器，安装在一个压力容器内部。膜式水冷壁反应器内表面安装有一种导热的陶瓷耐火衬里材料。在气化炉运行期间，在陶瓷耐火衬里材料表面形成一定厚度的灰渣层。SHELL粉煤加压气化技术关键设备介绍该灰渣层能够覆盖炉壁的内表面，并且由于陶瓷耐火衬里和水冷壁之间良好的导热性能而固化。固化的灰渣层能够保护气化炉，防止炉壁受到煤气化时形成的熔渣侵蚀，而熔渣则沿着炉壁朝下运动，通过底部的排渣口掉落到渣池中。这种膜式水冷壁上保持一种强制的冷却水循环，吸收的热量则用来生成中压蒸汽。由于高温和熔渣气化，该工艺碳转化率高达99%。而且，高温气化确保了在粗合成气中不含重烃。SHELL粉煤加压气化技术关键设备介绍气化炉本体内气化成的合成气从气化炉顶部流出，利用来自干洗和湿洗经过过滤的“冷态”混合合成气进行急冷，将合成气温度降低到900℃左右，再经急冷管、气体输送管道、气体返回室GRC到气化炉合成气冷却器SGC段(废热锅炉)进一步冷却到340℃。合成气冷却器SGC属于水管型冷却器，含有一个过热器和两个中压蒸汽发生段(3个蒸发器管束)。SHELL粉煤加压气化技术特点和不足壳牌煤气化技术采用干粉煤加压气化，是当今最洁净利用煤炭资源的国际先进技术之一。干煤粉多烧嘴进料，高温高压气化，废热锅炉冷却，具有调幅能力强、碳转化率高、氧耗低、冷煤气效率和热效率高、煤气品质好、有效气体CO+H2含量高、烧嘴寿命长，气化炉内无耐火砖衬里和转动部件，维护量少，连续运转周期长，无需备用炉、单炉生产能力大、煤种适应性广、环保性能好等特点。已运用于联合发电、生产合成氨、甲醇等行业。SHELL粉煤加压气化技术特点和不足壳牌粉煤气化工艺特点具体表现在：1、采用干煤粉作气化原料，惰气作为输送载体，操作安全。对煤种的适应性比较广泛，从较差的褐煤、次烟煤、烟煤到石油焦均可使用；对煤的灰熔点适应范围比其它气化工艺更宽，即使是高灰分、高水分、高熔点、高硫的煤种也能使用。2、气化温度高，一般在1400～1600℃，碳转化率高达99%，合成气质量好。煤气中甲烷含量极少，不含重烃，有效气成份CO+H2达到90%。因有效气组分高，煤气总量有所减少，因而气化消耗煤量也可降低，下游投资可减少。SHELL粉煤加压气化技术特点和不足3、氧耗低。采用干煤粉进料，与水煤浆气化相比，不需在炉内蒸发水分，氧气用量因而可减少，从而降低了成本。配套空分装置规模相对减小，投资也可相应降低。4、气化炉采用水冷壁结构，无耐火砖衬里。水冷壁设计寿命按25年考虑。正常生产维护量很小，运行周期长，也无需设置备用炉。商业化运行单台炉日处理煤量已达2000多吨，目前，正在设计更大规模的装置。SHELL粉煤加压气化技术特点和不足5、每台气化炉设有4个两对对置烧嘴，生产负荷调节比Texaco单个烧嘴更为灵活，范围也更宽。Shell烧嘴保证寿命为8000小时，目前运行已超过16000小时。烧嘴的使用寿命长，也是气化装置能长期运行的一个重要保证。6、热效率高。Shell煤气化的冷煤气效率达到78～83%，其余约15%副产高压或中压蒸汽，总的原料煤的热效率达98%，处于很高水平。SHELL粉煤加压气化技术特点和不足7、对环境影响小。气化过程无废气排放。渣池收集并通过锁斗系统降压送出的渣和干洗除尘中被过滤除去又经气提及冷却后送出的飞灰含碳低，可作为水泥等建筑材料，堆放时也无污染物渗出，对环境不会造成污染。气化污水不含焦油、酚等，容易处理，需要时可作到零排放。8、自动化程度高，操作方便，调节稳定、灵活。SHELL粉煤加压气化技术特点和不足9、对制甲醇的壳牌煤气化技术，用二氧化碳气体加压和输送煤粉，效果明显优于用氮气加压输送。从煤粉系统的工艺参数、气化炉运行状况、合成气组份等方面可体现。Shell粉煤加压气化技术有鲜明的优点，也存在一些不足：1、气化炉和废热锅炉结构复杂、加工难度较大，投资也较大。一些主要设备、阀门、仪表依赖进口，成本也较高。SHELL粉煤加压气化技术特点和不足2、SGC段过热器设计有待进一步优化。SGC存在一定结垢现象。3、一些管材选材有些困难。如湿洗出口相关管线。4、国内工程经验和操作经验有待进一步提升。试车和初期开车困难较大。气化炉操作温度控制较难，温度无法直接测量，凭有关参数和经验来控制，有一定的难度和风险。同时，虽然第一批引进的厂家最长周期都达到了100天以上，但连续长周期的不多。影响长周期的主要原因，造成装置停车的因素并不是壳牌煤气化技术本身，而是配套设备、装置和其它公用工程造成的。煤化集团SHELL煤气化装置试运行情况河南煤化集团煤化集团公司年产50万吨甲醇气化装置于2004年4月与壳牌公司签订煤气化技术转让合同，同年9月生效。2005年元月奠基，2008年5月21日，气化装置化工投料一次成功，同年5月25日，甲醇装置全流程打通，生产出合格甲醇。7月5日，二氧化碳气体成功并入气化系统，和氮气一起混合加压输送煤粉，最后二氧化碳含量达到83%以上，气化系统一直很稳定。这是国内乃至国际在壳牌煤气化技术上第一个实际应用二氧化碳气体加压和输送煤粉。50万吨甲醇项目典基仪式2005年元月壳牌煤气化工艺审查研讨安装中的气化炉和气化柜架壳牌气化炉吊装壳牌煤气化装置夜景壳牌专家分析运行情况年产50万吨甲醇主装置年产50万吨甲醇主装置夜景煤化集团SHELL煤气化装置试运行情况1、试生产概况从年产50万吨甲醇投产以来，因原料煤不足，煤气化装置生产负荷一般维持在50-80%；运行煤质偏离设计煤质较多，设计煤种灰分25%，允许操作灰分8-35%，但实际煤种灰分基本都在35%以上，最高42.5%，也能维持运行，但产率低；虽然煤灰含量高，对合成气产量有所影响，但有效气体含量基本稳定，设计有效气成份（CO+H2）湿基71.8%，折算成干基约88%，用氮气加压和输送煤粉时，CO+H2有效气成份稳定在80%左右，二氧化碳加压和输送时，有效气成份（CO+H2）稳定在80%以上；灰中的碳含量检测不到，