第31卷化肥工業(yè)第4期Shell煤氣化技術(shù)在合成氨生產(chǎn)中的應(yīng)用.彭愛(ài)華(湖北雙環(huán)科技股份有限公司 應(yīng)城432407 )摘要湖北雙環(huán)科技股份 有限公司合成氨生產(chǎn)原料由重油改為煤介紹了所采用的Shell粉煤氣化技術(shù)及其工程設(shè)計(jì)情況對(duì)主要設(shè)備選型、流程配置、配套工程作了介紹并提出了應(yīng)該注意的問(wèn)題。關(guān)鍵詞Shell 粉煤氣化應(yīng)用Use of Shell Coal Gasification Technology in Ammonia ProductionPeng AihuaAbstract Shuanghuan Technology Co. , Ltd of Hubei Province planned to change its feedstockfor ammonia production from heavy oil to coal. Shell pulverized coal gasification technology adopted inthe project and the design of the project listed. The types of the major equipment selected , configura-tion of the production process and the auxiliary projects described. The points for attention also presen-ted.Keywords Shell pulverized coal gasification use湖北雙環(huán)科技股份有限公司是以重油為原料且使用壽命短向火面磚必須每年更換1次(2 )生產(chǎn)合成氨、采用聯(lián)合制堿法生產(chǎn)純堿和氯化銨燒嘴使用壽命短,必須每2個(gè)月檢查更換1次;的大型聯(lián)合企業(yè)2003年生產(chǎn)合成氨200kt、純堿(3 )耗氧量高,有效氣( CO + H2 )含量?jī)H80%左和氯化銨各590 kt。近年來(lái),由于受原油價(jià)格上右,且對(duì)煤種有一定的要求[4)灰和渣的含碳量漲的影響公司的生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)遇到了前所未有的較高處理比較困難。困難迫使企業(yè)改變?cè)下肪€。在經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)研與Texaco水煤漿氣化技術(shù)相比,Shell 公司研和論證的基礎(chǔ).上公司決定采用Shell煤氣化技術(shù)究開(kāi)發(fā)的干粉煤氣化技術(shù)有以下特點(diǎn)( 1 )采用實(shí)現(xiàn)合成氨原料油改煤”并于2001年6月經(jīng)膜式水冷壁取代耐火磚延長(zhǎng)了使用壽命(2 )燒國(guó)家經(jīng)貿(mào)委批準(zhǔn)立項(xiàng)建設(shè)。嘴使用壽命一-般在1年左右( 3 )煤氣中有效氣含量90%碳轉(zhuǎn)化率>99% ( 4 )氣化溫度高渣1 Shell 煤氣化技術(shù)制合成氨的可行性分析和灰中含碳量低易處理不污染環(huán)境[ 5 )對(duì)煤目前國(guó)內(nèi)、外比較先進(jìn)的煤氣化技術(shù)主要有種無(wú)特殊要求。目前世界上應(yīng)用該技術(shù)生產(chǎn)煤氣Texaco水煤漿氣化技術(shù)和Shell粉煤氣化技術(shù)等。用于燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的荷蘭DemkoleTexaco水煤漿氣化技術(shù)在國(guó)內(nèi)已有4家企業(yè)電廠250 MW機(jī)組自1993年投入運(yùn)行以來(lái)煤氣采用還有一些企業(yè)正在投資建設(shè)。該工藝經(jīng)過(guò)化部分運(yùn)行穩(wěn)定發(fā)電機(jī)組部分的缺陷解決后于多年的運(yùn)行,已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)無(wú)論是在技1997年正式投人商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。盡管該技術(shù)到目術(shù)上還是設(shè)備上國(guó)內(nèi)都作了很多的研究,因此采:中國(guó)煤化工貳生產(chǎn)上的報(bào)道但其用Texaco水煤漿氣化技術(shù)是非常成熟可靠的。.生YHCNMH成份經(jīng)適當(dāng)凈化處理后但該技術(shù)也存在著一些缺點(diǎn)( 1 )耐火磚價(jià)格高可以達(dá)到生產(chǎn)合成氨要求。*本文作者的聯(lián)系電話0712 - 359101045第31卷化肥工業(yè)第4期2 Shell 煤氣化工藝及特點(diǎn)簡(jiǎn)介Shell煤氣化工藝流程見(jiàn)圖1。2.1 Shell煤氣化工藝流程激冷氣激冷氣壓縮機(jī)0-煤、助熔劑中壓蒸汽[磨煤及干燥] N合成氣冷卻器返回氣| 返回氣330C160C中一壓氣化爐勢(shì)一[除干固體一口濕洗].去變換_氣、蒸內(nèi)千灰外運(yùn)爐渣或去磨煤圖1 Shell 煤氣化工藝流程簡(jiǎn)圖.來(lái)自煤場(chǎng)的煤和石灰石通過(guò)稱(chēng)重給料機(jī)按一(1)煤種適應(yīng)性廣對(duì)煤的活性無(wú)特殊要求。定比例混和后進(jìn)人磨煤機(jī)混磨并由熱風(fēng)作為動(dòng)在Demkolee電廠已經(jīng)氣化過(guò)10多種煤均能正力帶走煤中的水份再經(jīng)過(guò)袋式過(guò)濾器過(guò)濾干燥常生產(chǎn)但從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行角度考慮(助熔劑的加人的煤粉進(jìn)人煤粉倉(cāng)中貯存。出煤粉倉(cāng)的煤粉通過(guò)量和耗氧量及保護(hù)水冷璧等因素)煤種應(yīng)有適鎖斗裝置由氮?dú)饧訅褐?.2 MPa并以氮?dú)庾鳛楫?dāng)?shù)倪x擇。動(dòng)力送至燒嘴與蒸汽、氧氣一起進(jìn)人氣化爐內(nèi)燃(2)由于采用膜式水冷壁結(jié)構(gòu)水冷壁內(nèi)壁燒反應(yīng)溫度約為1500~1700C,壓力3.5涂1層耐火材料依靠熔渣來(lái)保護(hù)水冷壁使用壽MPa。出氣化爐的氣體先在氣化爐頂部被激冷壓命長(zhǎng)維護(hù)量少?？s機(jī)送來(lái)的冷煤氣激冷至900 C然后經(jīng)輸氣管(3)由于氣化溫度高碳轉(zhuǎn)化率高灰和渣中換熱器、合成氣冷卻器回收熱量后溫度降至350含碳量低不污染環(huán)境。C再進(jìn)人高溫高壓陶瓷過(guò)濾器除去合成氣中(4 )裝置自動(dòng)化程度高,有DCS. ESD(緊急99%的飛灰。出高溫高壓過(guò)濾器的氣體分為2停車(chē)系統(tǒng))系統(tǒng)組成為保護(hù)設(shè)備和操作人員安股，一股進(jìn)入激冷氣壓縮機(jī)壓縮后作為激冷氣另全設(shè)有很多聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)。-股進(jìn)人文丘里洗滌器和洗滌塔經(jīng)高壓工藝水除其中剩余的灰并將溫度降至150 C后去氣體3主要設(shè)計(jì)技術(shù) 參數(shù)凈化裝置的變換工序。3.1煤種 的選擇在氣化爐內(nèi)產(chǎn)生的熔渣沿氣化爐壁流入氣化我公司設(shè)計(jì)選用河南新密煤其化學(xué)組成爐底部的渣池遇水固化成玻璃狀爐渣然后通過(guò)(干燥、無(wú)灰基組成)為C 88. 86%、H3.95%、0收集器、渣鎖斗定時(shí)排放至渣脫水槽再通過(guò)撈4. 80%、N 1.83%、S0.55%、C10.01% , 應(yīng)用基渣機(jī)撈出送至渣場(chǎng)作為商品出售。組成為固定碳40. 03%、揮發(fā)份34. 1%、水份在高溫高壓過(guò)濾器中收集的飛灰經(jīng)飛灰氣提8.53%、灰份25.87%、低位熱值24. 98 MIJ/kg、 灰.塔氣提并冷卻至100 C后進(jìn)入飛灰貯罐, -部分熔點(diǎn)14109飛灰返回至磨煤機(jī)另- .部分作為商品出售。中國(guó)煤化工特性.氣化爐膜式壁內(nèi)和各換熱器由泵進(jìn)行強(qiáng)制水MYHCNMHG有效氣產(chǎn)量55000m2循環(huán)產(chǎn)生的5.4 MPa飽和蒸汽進(jìn)人汽包經(jīng)汽水/h標(biāo)態(tài))設(shè)計(jì)消耗指標(biāo)為煤39.8 V/h、石灰石分離后進(jìn)人蒸汽總管水循環(huán)使用。2.48Vh、氧氣(純度99%標(biāo)態(tài))20400m'/h、超2.2 Shell 煤氣化工藝的特點(diǎn)高壓氮?dú)? 80 C 7.2 MPa標(biāo)態(tài))12 000 m'/h、高46第31卷化肥工業(yè)第4期壓氮?dú)?40 C 5.2 MPa標(biāo)態(tài))8 000 m'/h、低壓公司生產(chǎn)外殼由上海鍋爐廠生產(chǎn)過(guò)濾元件在現(xiàn)氮?dú)?40 C ,0.6 MPa ,標(biāo)態(tài))4 500 m'/h、 蒸汽場(chǎng)組裝。由于氣體溫度高外殼壁厚達(dá)100 mm ,(265 °C 4.5 MPa)2 t/h 副產(chǎn)蒸汽( 250 C 5.4該設(shè)備總重約200t。MPa )50 t/h。(4)磨煤系統(tǒng)。磨煤系統(tǒng)包括磨煤機(jī)、循環(huán)出氣化工段的氣體組成CO 55.3%、N29. 0%、風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)爐和袋式除塵器設(shè)計(jì)采用2套磨煤系H2 19. 1%、CO2 2. 2%、H2O 14%、H2S 1 000 x統(tǒng)1開(kāi)1備。單套磨煤系統(tǒng)能力約57 Vh能滿10-6溫度150 C壓力3.25 MPao足滿負(fù)荷生產(chǎn)的需要。磨煤機(jī)采用中速磨由北3.3主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)京電力設(shè)備廠制造。以1 t合成氨所需原料氣的消耗計(jì)主要技( 5 )強(qiáng)制循環(huán)泵。按Shell公司要求,配置3術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表1所示。臺(tái)鍋爐水強(qiáng)制循環(huán)泵正常情況下2開(kāi)1備當(dāng)熱表1主要 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo).水總循環(huán)量低于要求值時(shí)啟動(dòng)第三臺(tái)泵。該泵的項(xiàng)目消耗指標(biāo)備注特點(diǎn)是進(jìn)口壓力高(5.0 MPa )溫度高( 250 C ),原料煤kg/t)1 576. 2水份<2%由沈陽(yáng)水泵廠制造。氧氣( m2/t標(biāo)態(tài))806.3純度99. 6%( 6 )撈渣機(jī)。設(shè)計(jì)采用2臺(tái)撈渣機(jī),1開(kāi)1超高壓氮?dú)? m'/t標(biāo)態(tài))338.77.2 MPa .備。撈渣機(jī)由程序控制分為撈渣、排水等過(guò)程,高壓氮?dú)? m3/t標(biāo)態(tài))212.15.2 MPa由保定電力設(shè)備廠制造。低壓氮?dú)? m/t標(biāo)態(tài))219.00.6 MPa( 7 )破渣機(jī)。由北京航天十一-所生產(chǎn)。新鮮水( V1) .0.3(8)其它設(shè)備。7.2MPa高壓氮?dú)饩彌_罐由脫鹽水( V/t)武漢鍋爐廠制造煤和灰輸送系統(tǒng)的通氣裝置即高壓工藝水( Vt)0.55.0 MPa 95 C循環(huán)水( V/1)14.1At=8 C金屬燒結(jié)材料由西北有色金屬研究院生產(chǎn);疲氣電(kW)106.26/0. 38 kV排放送至火炬經(jīng)添加燃料氣后燃燒火炬由上海低壓蒸汽( kg/t)467.3飽和711所生產(chǎn)。副產(chǎn)中壓蒸氣( kg/t)-1396.4**氣化系統(tǒng)加熱用汽已扣除Shell煤氣化的配套工程由于Shell煤氣化的氣體中CO含量比重油4主要設(shè)備氣化高并且由于氮?dú)獾奶崆凹尤肷a(chǎn)200 kt合(1 )氣化爐主體。氣化爐主體包括氣化爐、成氨的原料氣量比重油造氣增加公司現(xiàn)有的2輸氣導(dǎo)管和合成氣冷卻器(又稱(chēng)廢熱鍋爐)由外套四觸媒氣體凈化裝置不能滿足生產(chǎn)要求。經(jīng)反殼和內(nèi)件組成外殼只承受靜壓而不承受高溫內(nèi)復(fù)調(diào)研和各種方案的綜合比較從投資、運(yùn)行費(fèi)用件形成氣化空間、爐渣收集空間、氣體輸送空間。及老裝置停產(chǎn)改造的損失綜合考慮決定新建1內(nèi)件的基本結(jié)構(gòu)形式為膜式水冷壁結(jié)構(gòu),目 前已套200 kt/a合成氨的氣體凈化裝置采用耐硫變由西班牙BBE公司制作完畢;外殼由金州重型機(jī)換+低溫甲醇洗脫硫脫碳+甲烷化的氣體凈化工器廠制作內(nèi)件與外殼已在金州重型機(jī)器廠組對(duì)藝采用四段變換一、二段選用K8-11催化劑,完畢。三四段選用QCS-04催化劑;低溫甲醇洗采用(2 )激冷氣壓縮機(jī)。選用2臺(tái)離心式壓縮Linde公司的專(zhuān)利技術(shù)冰機(jī)制冷系統(tǒng)由武漢新世機(jī)1開(kāi)1備。由于氣體溫度較高(進(jìn)口溫度200界制冷工業(yè)公司提供。C)CO含量較高并含有H2S和少量灰塵,因此.由于Shell煤氣化的耗氧量比重油氣化大公要求設(shè)備耐溫、耐H2S腐蝕、密封性能好該設(shè)備中國(guó)煤化工，:m2/h(標(biāo)態(tài))的空分裝由錦西化機(jī)廠制作。置MYHCNMHG新建1套由杭氧公司( 3高溫高壓飛灰過(guò)濾器。采用1臺(tái)內(nèi)徑為生產(chǎn)的氧產(chǎn)量10 000 m'/h(標(biāo)態(tài))的空分裝置。4750mm立式過(guò)濾器過(guò)濾元件共12組每組48為滿足Shell公司提出的超高壓、高壓、中壓、根過(guò)濾管。過(guò)濾元件是燒結(jié)陶瓷管,由德國(guó)Paul .低壓氮?dú)夂椭袎貉醯囊蠼Y(jié)合我公司現(xiàn)有的壓第31卷化肥工業(yè)第4期縮機(jī)的情況( 5臺(tái)4M12 - 59/44氧壓機(jī)6臺(tái)期較長(zhǎng);燒嘴、煤粉閥、渣閥、灰閥等完全依賴進(jìn)4M12-59/30氮壓機(jī))新增2臺(tái)往復(fù)式中壓氮壓口大型設(shè)備(三大件、飛灰過(guò)濾器、高壓氮?dú)饩彊C(jī)生產(chǎn)3.0 MPa的中壓氮?dú)庥缮蜿?yáng)氣體壓縮機(jī)沖罐)的運(yùn)輸和吊裝比較困難。廠制造。新增2臺(tái)聯(lián)合機(jī)組，生產(chǎn)5.2 MPa和Shell公司在設(shè)計(jì)上很保守,在選材上很苛7.2 MPa的高壓、超高壓氮?dú)庥伤拇ㄈA西通用機(jī)刻要求進(jìn)口的設(shè)備太多。裝置控制的自動(dòng)化程械廠制造。2臺(tái)往復(fù)式氧壓機(jī)生產(chǎn)4.0 MPa的度很高,I/O 點(diǎn)多達(dá)2 600多個(gè)采用串級(jí)、前饋、中壓氧氣由上海大隆機(jī)器廠制造。3臺(tái)螺桿氮分程、比值及順序控制和邏輯控制通過(guò)DCS、壓機(jī)生產(chǎn)0.6 MPa低壓氮?dú)庥蔁o(wú)錫氣體壓縮機(jī)ESD、PLC實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的集中控制和管理。有廠制造。20多個(gè)停車(chē)聯(lián)鎖,-旦操作中出現(xiàn)問(wèn)題就聯(lián)鎖停煤氣化由Shell公司提供基礎(chǔ)設(shè)計(jì)包;低溫甲車(chē),因此對(duì)配套工程、操作、設(shè)備檢修、設(shè)備性能的醇洗由Linde公司提供基礎(chǔ)設(shè)計(jì)包由中國(guó)五環(huán)要求很高?；瘜W(xué)工業(yè)公司進(jìn)行詳細(xì)工程設(shè)計(jì)磨煤系統(tǒng)、冷凍為保持水冷壁管的水量均勻分布有的水冷站、變換及甲烷化由五環(huán)公司設(shè)計(jì)其它配套工程壁管內(nèi)徑僅7 mm對(duì)鍋爐給水的水質(zhì)要求高,同由雙環(huán)公司設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)。整個(gè)工程目前已進(jìn)人設(shè)時(shí)對(duì)水汽系統(tǒng)配管、設(shè)備安裝及試車(chē)的要求也高。備安裝階段預(yù)計(jì)2004年底全面投產(chǎn)。國(guó)內(nèi)相關(guān)設(shè)備的制造廠家都是第- -次制作配套設(shè)備存在一個(gè)熟悉的過(guò)程特別是三大件的外6經(jīng)驗(yàn)及體會(huì)殼和內(nèi)件的組裝技術(shù)要求高、難度大。目前制造雖然Shell煤氣化技術(shù)是目前國(guó)際上最先進(jìn)業(yè)的行情使配套設(shè)備的制作周期延長(zhǎng)。另外歐元的煤氣化技術(shù)之一,但引進(jìn)該技術(shù)應(yīng)用于合成氨的升值也增加了企業(yè)的負(fù)擔(dān)。.生產(chǎn)的過(guò)程中將面臨著很多困難在技術(shù)上有一高壓氮?dú)夂统邏旱獨(dú)獾挠昧窟^(guò)大部分抵個(gè)消化吸收的過(guò)程在設(shè)備選型、流程配置、施工消了其節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。企業(yè)在引進(jìn)該技術(shù)時(shí)必須充管理以及從試車(chē)到正常運(yùn)行等方面都可能會(huì)走一分考慮到一系列的困難如配套裝置的可靠性、每些彎路。天幾百噸灰和渣的出路等。國(guó)內(nèi)的相關(guān)技術(shù)部門(mén)煤氣化的關(guān)鍵設(shè)備(如三大件即煤氣化爐、應(yīng)該盡早開(kāi)展研究爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。合成氣冷卻器、輸氣導(dǎo)管)的內(nèi)件在國(guó)外制造工(收稿日期 2004 -04-29 )(上接第41頁(yè))共同關(guān)心的問(wèn)題。以煤基生產(chǎn)甲醇和二甲醚正是甲基甲酰胺、醋酸、醋酸乙酯、醋酐、甲酸、碳酸二新型、清潔可替代燃料發(fā)展的出路之- -渭化集團(tuán)甲酯等系列產(chǎn)品這些下游產(chǎn)品大多具有投資小、在建的年產(chǎn)200 kt甲醇和10 kt二甲醚工程其產(chǎn)建設(shè)周期短、見(jiàn)效快的特點(diǎn)。利用這些優(yōu)勢(shì)和資品用途之--就是作為清潔燃料。在20世紀(jì)80年源渭化集團(tuán)計(jì)劃經(jīng)過(guò)5~10年的努力建成以甲代世界各國(guó)已開(kāi)始研究和試用甲醇和二甲醚清醇和合成氣制備為基礎(chǔ)的大型煤化工基地進(jìn)一潔燃料但由于當(dāng)時(shí)石油資源富裕、甲醇和二甲醚步開(kāi)發(fā)下游產(chǎn)品調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多元化制造成本偏高致使清潔燃料--直未能得到推廣。的發(fā)展思路形成規(guī)模和效益同步增長(zhǎng)促進(jìn)西部隨著世界石油資源的進(jìn)-一步緊張用豐富的煤炭大開(kāi)發(fā)和陜西省經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。資源生產(chǎn)甲醇和二甲醚清潔燃料替代汽油、柴油、2.2發(fā)展可替代的清潔燃料液化氣將逐漸盛行,如何將甲醇和二甲醚清潔燃我國(guó)是一-個(gè)富煤炭、缺油氣、少再生能源的國(guó)料中國(guó)煤化工步降低其制造成本將家也是一個(gè)人口眾多的能源消費(fèi)大國(guó)石油產(chǎn)品是YHCNMHG需求每年正以兩位數(shù)的速率增長(zhǎng)。面對(duì)可開(kāi)采石油的日益枯竭、進(jìn)口量的持續(xù)增長(zhǎng)能源安全成為(收稿日期2004 -04 -27 )48