Shell爐煤氣化工藝介紹

Shell爐煤氣化工藝介紹目 錄概述進(jìn)展歷史Shell爐煤氣化工藝主要特點(diǎn)2.工藝流程2.1.Shell爐氣化工藝流程簡圖2.2.Shell爐氣化工藝流程簡述氣化原理粉煤的枯燥及裂解與揮發(fā)物的燃燒氣化3.2.固體顆粒與氣化劑(氧氣、水蒸氣)間的反響3.3.生成的氣體與固體顆粒間的反響3.4.反響生成氣體彼此間進(jìn)展的反響操作條件下對粉煤氣化性能的影響氣化壓力對粉煤氣化性能的影響氧煤比對粉煤氣化性能的影響蒸汽煤比對粉煤氣化性能的影響4.4.影響加壓粉煤氣化操作的主要因素煤組分變化的影響除煤以外進(jìn)料“質(zhì)量”變化的影響工藝指標(biāo)Shell爐氣化工藝消耗定額及投資估算環(huán)境評價(jià)概述進(jìn)展歷史Shell煤氣化工藝(ShellCoalGasficationProcess)簡稱SCGP，是由荷蘭Shell國際石油公司(ShellInternationalOilProductsB.V.)開發(fā)的一種加壓氣流床粉煤氣化技術(shù)。Shell煤氣化工藝的進(jìn)展主要經(jīng)受了如下幾個(gè)階段。(l)2070年月初期的石油危機(jī)引發(fā)了Shell公司對煤氣化的興趣，1972年Shell公司打算開發(fā)煤氣化工藝時(shí)，對所開發(fā)的工藝制定了如下標(biāo)準(zhǔn):①對煤種有廣泛的適應(yīng)性，根本可氣化世界上任何煤種;②環(huán)保問題少，有利于環(huán)境保護(hù);③高溫氣化，防止焦油和酚等有機(jī)副產(chǎn)品的生成，并促進(jìn)碳的轉(zhuǎn)化;④氣扮裝置工藝及設(shè)備具有高度的安全性和牢靠性;⑤氣化效率高，單爐生產(chǎn)力量大。依據(jù)上述原則，通過固定床、流化床和氣流床三種不同連續(xù)氣化工藝的比照，對今后煤氣化工藝的開發(fā)形成了如下根本概念:①承受加壓氣化，設(shè)備構(gòu)造緊湊，氣化強(qiáng)度大;②選用氣流床氣化工藝，生產(chǎn)力量大，氣化爐構(gòu)造簡潔;③承受純氧氣化，氣化溫度高，氣化效率高，合成氣中有效氣CO十H2含量高;④熔渣氣化、冷壁式氣化爐，熔渣可以保護(hù)爐壁，并確保產(chǎn)生的廢渣無害，⑤對原料煤的粒度無特別要求，干煤粉進(jìn)料，有利于碳的轉(zhuǎn)化。1976Shell6t/d要任務(wù)是進(jìn)展煤種試驗(yàn)，驗(yàn)證Shell煤氣化理論，為工藝模型的開發(fā)供給根底數(shù)據(jù)，并進(jìn)展(1978-1983年)，先后對21個(gè)煤種進(jìn)展了氣化試驗(yàn)。目前該裝置仍可依據(jù)需要進(jìn)展特定煤種評價(jià)及試驗(yàn)。(3)中試裝置在小試試驗(yàn)的根底上，于1978年Shell在原聯(lián)邦德國的漢堡一哈爾堡(Ham-burg-Harburg)150t煤中試裝置。其主要任務(wù)是進(jìn)展不同驗(yàn)，確定煤氣化的關(guān)鍵設(shè)備(如:氣化爐、煤氣冷卻器、燒嘴、加料及排渣設(shè)備及閥門等)的設(shè)計(jì)原則，為工業(yè)扮裝置的設(shè)計(jì)供給數(shù)據(jù)，同時(shí)為生產(chǎn)裝置積存操作閱歷、開發(fā)安全操作6000h(1000h的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn))1983年完畢運(yùn)轉(zhuǎn)。工業(yè)示范裝置在漢堡中試的根底上，對氣化和煤氣冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)展了大幅度的改DeerPark總廠建設(shè)了一套命名為SCGP-1的粉煤氣化工業(yè)示范裝置，該裝置于1983年開頭設(shè)計(jì)，1986年開頭運(yùn)轉(zhuǎn)，氣化規(guī)模為250-400t/d煤，氣2^-4MPa32.5X104m16t/h蒸汽。SCGP-1示范裝置的主要任務(wù)是驗(yàn)證Shell煤氣化工藝技術(shù)，包括工藝特性及設(shè)備牢靠性，進(jìn)一步開發(fā)商業(yè)化生產(chǎn)的操作技能和閱歷。SC(aP-1氣扮裝置的示范試驗(yàn)裝置累計(jì)運(yùn)行15000h，最長連續(xù)運(yùn)行1500h，氣化了大約18種煤(其中包括褐煤和石油焦)，獲得了比期望值更好的工藝效果。1991年關(guān)閉。1993年承受Shell煤氣化工藝的第一套大型工業(yè)化生產(chǎn)裝置在荷蘭布根倫(Buggenum)市的Demkolec建成，用于整體煤氣化燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)發(fā)電，發(fā)電量為250MWo設(shè)計(jì)承受單臺氣化爐和單臺廢熱鍋爐，氣化規(guī)模為2023t/d煤。煤電轉(zhuǎn)化總(凈)效率>430o(低位發(fā)熱量)。199441998年初聯(lián)合循環(huán)發(fā)電已經(jīng)10000h7500h14種煤(其中局部混燒)，在19978500。運(yùn)轉(zhuǎn)初期曾發(fā)生過一些問題，主要發(fā)電燃?xì)廨?5%19969月最終得到解決。在199811日該裝置已經(jīng)轉(zhuǎn)交給當(dāng)?shù)毓檬聵I(yè)部門，進(jìn)人商業(yè)化運(yùn)行(比原打算晚一年)。Shell爐煤氣化工藝主要特點(diǎn)粉煤進(jìn)料煤的氣化反響是非均相反響，又是猛烈的熱交換反響，影響煤氣化反響的主要因素除氣化溫度外，氣固間的熱量傳遞、固體內(nèi)部的熱傳導(dǎo)速率及氣化劑向固體內(nèi)部的集中速率是把握氣化反響的主要因素。氣流床氣化是氣固并流，氣體與固體在爐內(nèi)的停留時(shí)間1}-lOs。煤粉氣化的目的是想通過增大煤的比外表積來提高氣化反響速度，從而提高氣化爐的生產(chǎn)力量和碳的轉(zhuǎn)化率。在固定床氣化過程中，氣體和固體是逆向流淌，對人爐原料粒度及原料中粉煤的含量要嚴(yán)格把握，如Lurgi爐規(guī)定人6.4mm10%^-1500行。在流化床氣化過程中，氣體和固體的流淌是并流和逆流共存，要保證氣化爐的正常操作，對人爐原料中粉煤的含量也要求把握在肯定的比例。而氣流床氣化人爐原料的粒度越細(xì)對氣化反響越有利。煤的顆粒直徑從lOcm降到。.Olmm(10}m)，煤的比外表積約擴(kuò)大10‘倍，這樣可以有效地提高氣化反響速率，從而提高氣化爐的生產(chǎn)力量和碳的轉(zhuǎn)化率。因此，粉煤氣化通過降低入爐原料粒度來提高固體原料的比外表對氣化反響就更有其特別意義。隨著采煤技術(shù)自動化程度的提高，商品煤中粉煤含量就越多，因此承受粉煤氣化就顯得日趨重要。高溫氣化20230C以上，出1400^17000C，參與反響的各種物質(zhì)的高溫化學(xué)活性充分顯示出來，因而碳轉(zhuǎn)化率特別高。高溫下煤中的揮發(fā)分如焦油、氮、硫化物、氰化物也可得到充分的轉(zhuǎn)化。其他組分也通過徹底的“內(nèi)部燃燒”得到鈍化。因此，得到的產(chǎn)品煤氣比較純潔，煤氣洗滌污水比較簡潔處理。對非燃料用氣如合成氨或甲醇的原料氣來說，甲烷是不受歡送的，隨著氣化溫度的上升其所產(chǎn)生的氣體中甲烷含量顯著降低，因此氣流床煤氣化特別適合于生產(chǎn)高CO+H:爐回收，生產(chǎn)蒸汽。在某些狀況下，所生產(chǎn)的蒸汽除自身生產(chǎn)應(yīng)用外，還可以和其他的化工企業(yè)或發(fā)電企業(yè)聯(lián)合一起利用。由于是高溫氣化，因此氣流床氣化氧氣消耗量比較高。液態(tài)排渣在氣流床氣化過程中，夾帶大量灰分的氣流，通過熔融灰分顆粒間的相互碰撞，漸漸結(jié)團(tuán)、長大，從氣流中得到分別或勃結(jié)在氣化爐壁上，并沿爐壁向下流淌，以熔融狀態(tài)排出氣化爐。經(jīng)過高溫的爐渣，大多為惰性物質(zhì)，無毒、無害。由于是液態(tài)排渣，要保證氣(FT)要求氣化操作溫度也就越高，這樣勢必會造成氣化氧氣的消耗量增加，影響氣化運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，因此，使用低灰熔點(diǎn)煤是有利的。對于高灰熔點(diǎn)煤，可以通過添加助熔劑，降低灰煤種適應(yīng)廣由于承受干法粉煤進(jìn)料及氣流床氣化，因而對煤種適應(yīng)廣，可使任何煤種完全轉(zhuǎn)化。它能成功地處理高灰分、高水分和高硫煤種，能氣化無煙煤、石油焦、煙煤及褐煤等各種煤。對煤的性質(zhì)諸如活性、結(jié)焦性、水、硫、氧及灰分并不敏感。能源利用率高由于承受高溫加壓氣化，因此其熱效率很高，在典型的操作條件下，Shell9900。合成氣對原料煤的能源轉(zhuǎn)化率為80%^-830o。此外16%^-17%的能量可以利用而轉(zhuǎn)化為過熱蒸汽。這主要由于在高溫下(1400-22023C),((3MPa以上)，氣扮裝置單位容積處理的煤量大，產(chǎn)生的氣量多。承受了加壓制氣，大大降低了后續(xù)工序的壓縮能耗。此外，還由于承受干法供料，也避開了濕法進(jìn)料消耗在水氣化加熱方面的能量損失。因此能源利用率也相對提高。設(shè)備單位產(chǎn)氣力量高。構(gòu)造緊湊，占地面積小，相對的建設(shè)投資也比較低?！?)環(huán)境效益好Shell煤氣化工藝脫硫率可達(dá)95%以上，并生產(chǎn)出純潔的硫黃副產(chǎn)品，產(chǎn)品氣的含塵量低于2mg/m3(標(biāo))。氣化產(chǎn)生的熔渣和飛灰是非活性的，不會對環(huán)境造成危害。工藝廢水易于凈化處理和循環(huán)使用，通過簡潔處理可實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。生產(chǎn)的干凈煤氣能更好地滿足合成氣、工業(yè)鍋爐和燃?xì)馔钙降囊蠹碍h(huán)保要求。工藝流程Shell爐氣化工藝流程簡圖

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Shell爐氣化工藝流程簡述U-1100單元 磨煤及枯燥煤流程：原煤和石灰石用皮帶送至本工段的V1101碎煤倉和石灰石倉V1102，再通過稱重給料機(jī)X1101和X1106計(jì)量后送至微負(fù)壓的磨煤機(jī)A1101進(jìn)展碾磨，并被熱風(fēng)爐F1101送過來的190℃的熱風(fēng)所枯燥。在磨機(jī)上部的旋轉(zhuǎn)分別器S1102105℃、粒度為10—90微米的煤粉和熱氣一起從磨機(jī)頂部出來，被送至粉煤袋式過濾器S1103〔大布袋，在此，煤粉被收集下來，分別經(jīng)旋轉(zhuǎn)給料機(jī)X1105和螺旋輸送機(jī)X110X1104送至粉煤貯倉V1201。S1103K1102輸送至熱風(fēng)爐F1101，熱風(fēng)爐用合成氣〔開車時(shí)用柴油〕作燃料，燃燒氣與循環(huán)氣混合后溫度把握在190℃，送往磨煤機(jī)A1101，然后和煤粉一起進(jìn)入大布袋，如此循環(huán)。為避開整個(gè)熱氣循環(huán)回路中水分的聚攏，11FV011065循環(huán)氣自動從11PV0109A處放空。假設(shè)系統(tǒng)O2含量超標(biāo)，污氮就會從11FV0105或11FV0106處參加。U-1200單元 煤加壓進(jìn)料系統(tǒng)粉煤從粉煤貯倉V1201通過重力作用進(jìn)入煤粉鎖斗V1204，煤粉鎖斗V1204布滿后，將其與全部的低壓設(shè)備隔離，用高壓氮?dú)鈱⑵鋲毫ι僚c煤進(jìn)料罐V1205平衡，再翻開煤鎖斗與煤進(jìn)料罐之間平衡管線的連通閥，一旦煤進(jìn)料罐V1205到達(dá)低料位，翻開鎖斗排料閥12XV0131/0231/0132/0232卸料。卸料完畢后將鎖斗與煤進(jìn)料罐隔離，將壓力分三次卸至接近常壓，然后翻開鎖斗上部的進(jìn)料閥12XV0133/0233/0123/0223，承受粉倉的煤粉，鎖斗充裝完畢后，再次充壓，等待下一次的卸料信號。804.2MPa的煤粉在煤循環(huán)/13KS0011/12/13/14的把握料管的壓力通過12PDICYA0128/0228分程把握在與氣化爐壓力成比例，壓力低時(shí)通過12PV0128A/0228A12PV0128B/0228B放空至小布袋S1201。U-1300單元 氣化系統(tǒng)804.2MPaN2輸送的煤粉通過煤加速，13FV010150℃、壓力為4.0MPa180℃，與溫度為265℃、壓力為4.5MPa的自產(chǎn)過熱蒸汽進(jìn)展混合后〔壓力變?yōu)?.59、溫度為189℃〕進(jìn)入氣化爐嘴的氧-蒸汽通道；以上三種物料在氣化爐內(nèi)3.5MPa1500-1700液態(tài)的形式沿著氣化爐壁到出渣口向下經(jīng)噴水環(huán)噴水污水排放激冷后進(jìn)入V-1401。生成的以CO+H2為主的合成氣從頂部出氣化爐，在氣化爐出口被激冷壓縮機(jī)送過來的溫度為209℃、壓力為3.54MPa的合成氣流激冷至900℃以下，然后合成氣分別經(jīng)過鍋爐系統(tǒng)的激冷段、輸氣管、返混室支管、返混室、合成氣冷卻器進(jìn)展冷卻。出合成氣冷卻器后溫度為3303.46MPa的粗合成氣被送往干法除塵系統(tǒng)。200.7MPa的二次脫鹽水分別經(jīng)過脫鹽水預(yù)熱器E1402和酸性灰漿氣提塔底部換熱器E1701預(yù)熱后進(jìn)入除氧器U1301，脫氧水的溫度為130℃，然后通過鍋爐給水泵P13087.3MPa、13013FV0046調(diào)整后送往汽包V1304P1301270℃、壓力為5.4MPa的飽和蒸氣匯入汽包V1304。蒸汽從汽包出來后分為兩路，一路在13PV0040A之前被送往蒸汽過熱器E3402265℃、4.5MPa送往燒咀及其它13PV0040A調(diào)整后送往凈化或管網(wǎng)。32個(gè)敲擊裝置。U-1400單元 除渣系統(tǒng)高溫渣流遇水后崩裂為固態(tài)顆粒，出渣池后再經(jīng)破渣機(jī)X1401將其中的渣塊碾碎后送往渣收集器V1402，進(jìn)入渣鎖斗V1403。排渣關(guān)心泵P1402使水在渣鎖斗和渣收集器之間循環(huán)，幫助收集器排堵，并把懸浮的含碳較多的細(xì)渣打回渣收集器。渣收集器的水通過泵P1401器S140390℃，分別用脫鹽水預(yù)熱器E1402E1401將熱量帶走。當(dāng)鎖斗充裝計(jì)時(shí)器走完后，關(guān)閉渣收集器到渣鎖斗的排料閥14XV0009、14XV0010，并將渣鎖斗與渣收集器完全隔離。鎖斗降壓后將T1401X1402X1403送往渣場。渣鎖斗5平衡，然后與渣收集器連通。為補(bǔ)充水力旋流器處排水造成的渣池水損失，用14FV0004把握14XV001314XV0014補(bǔ)水到鎖斗。U-1500單元 除灰系統(tǒng)排灰流程：從合成氣冷卻器底部出來的溫度為330℃、壓力為3.46MPa的粗合成氣，通過高S15011mg/Nm3的合成氣從過濾冷壓縮機(jī)。飛灰收集在過濾器底部的灰收集器V1501V1502。當(dāng)積灰計(jì)時(shí)器走完或鎖斗料位高時(shí)，15KS000115XV0002、15XV0003，將灰收集器與灰鎖斗完全隔離，分三次將鎖斗壓力降至接近常壓。然后翻開鎖斗下料閥15XV0006、15XV0007，將飛灰卸入氣提塔冷卻器V1504進(jìn)展氣提和冷卻?；益i斗卸完料料閥，開頭再一次的接灰。氣提流程：氣提塔冷卻器接灰后，用低壓氮?dú)鈱⑵渲脫Q和冷卻至80—250℃，含COHS2的氣提氣參加燃料氣〔合成氣〕后送火炬燃燒。假設(shè)中間飛灰貯倉V1505料位非高，程序15KS000215XV0015，將飛灰排至中間飛灰貯倉。循環(huán)/V1206料位低或飛灰筒倉V150715KS0003/415XV002215XV0023，將飛灰排至飛灰吹送包V1508。當(dāng)飛灰吹送包接完料后15XV0028或15XV0029及飛灰X1501的氮?dú)忾y15XV0030或15XV003U-1600單元 濕洗系統(tǒng)合成氣流程：從干法除塵系統(tǒng)來的溫度為3253.38MPa的合成氣，進(jìn)入文丘里洗滌器J1602，經(jīng)16FV0012158℃、壓力為3.7MPa洗滌水進(jìn)展初步洗滌，然后C160116FV00151583.7MPa洗滌水進(jìn)展最終洗滌。出洗滌塔后溫度為150℃、壓力為3.15MPa的合成氣分成三路，一路經(jīng)把握閥16PV0008A和切斷閥16XV0002送往凈化車間；另外兩路分別送往激冷壓縮機(jī)和公用工程的燃料合成氣系統(tǒng)。P160116FV0015把握16FV001416FIC0015前進(jìn)入系統(tǒng)；在P1601的出口處引一分支，通過16FV0012把握將洗滌循環(huán)水，送往U1700的酸性灰漿氣提塔進(jìn)料罐V1701。為除去合成氣中的HCl、HF等酸性氣體，在文丘里洗滌器洗滌水進(jìn)口處參加適量的燒堿。U-1700單元酸性灰漿氣提及初步水處理系統(tǒng)S1403的細(xì)渣水、來自濕洗的排水、來自倒淋收集器V1702的各種排水，收集在酸性灰漿氣提塔進(jìn)料罐V1701，用泵P1701將其輸送到酸性灰漿氣提塔C1701，用0.5MPa、159℃的低壓蒸HS、NH、COHCN等酸性氣體脫除，酸性氣體從氣提塔頂2 3 2部出來，經(jīng)過E1702降溫后送往回流罐V1703，將氣體里面的冷凝液收集起來，最終溫度為1000.15MPa的酸性氣體送往酸性氣體火炬P1706輸送至氣提塔再次氣提后送往初步水處理系統(tǒng)。脫除酸性氣體后溫度為134℃、壓力為0.2MPa的灰漿從氣提塔底部用泵P1702E1701E170350℃后送往S1701CaCO沉淀堵塞管道，在酸性灰漿氣提塔進(jìn)料罐V1701和酸性灰漿3氣提塔C1701中參加了適量的酸液?；覞{處理流程：來自氣提塔底部的廢水、渣脫水槽T1401的細(xì)渣水、下水管的廢水等在澄S1701M1702和M1703從澄清槽上部進(jìn)入溢流槽T1701，用泵P1705送往循環(huán)水槽T3302、酸性灰漿氣提塔進(jìn)料罐V1701及其它用戶；灰漿從澄清槽底部出來，用泵P1704T1702攪拌和沉淀后，再用泵P1709將煤泥送至真空帶式過濾機(jī)S1702，與添加的聚合物集合在一起，用真空泵P1713抽真空，將水分濾出，形成的煤泥濾餅用卡車送走，循環(huán)利用。過濾出來的水分用泵P1712送往澄清槽S1701再次循環(huán)處理。氣化原理氣流床氣化過程實(shí)際上是煤炭在高溫下的熱化學(xué)反響過程下發(fā)生多相反響，反響過程極為簡單，可能進(jìn)展的化學(xué)反響很多(見本篇第一章之第一節(jié))。在高溫條件下，生成的水煤氣中主要含CO,H2,CO2,H2O,N:和少量的H2S,COS及CH4等。在氣流床氣化爐中進(jìn)展的氣化反響過程及反響方程可概括如下。3.1粉煤的枯燥及裂解與揮發(fā)物的燃燒氣化由于氣流床氣化反響溫度很高煤粉受熱速度極快可以認(rèn)為煤粉中的剩余水分瞬間快速蒸發(fā)，同時(shí)發(fā)生快速的熱分解脫除揮發(fā)分，生成半焦和氣體產(chǎn)(CO, H2,CO2, H2S,N2,(”.H;及其他碳?xì)浠衔顲mHn)o3.2.固體顆粒與氣化劑(氧氣、水蒸氣)間的反響生成的氣體產(chǎn)物中的可燃成分(CO,H2,CHa,C-}H-3.2.固體顆粒與氣化劑(氧氣、水蒸氣)間的反響脫除揮發(fā)分的粉煤固體顆?；虬虢怪械墓潭ㄌ?，在高溫條件下，與氣化劑進(jìn)展氣化反響。揮發(fā)分的燃燒反響。剩余的氧與碳發(fā)生燃燒和氣化反響，使氧消耗怠盡。炎熱的半焦與水蒸氣進(jìn)展復(fù)原反響，生成CO和H2O生成的氣體與固體顆粒間的反響煤中的硫，在高溫復(fù)原性氣體存在的條件下，與H:和CO反響生成HAS和COS.反響生成氣體彼此間進(jìn)展的反響存在著可逆反響。上述反響都伴隨有熱效應(yīng)