2009年12月云南化工Dee. 2009第36卷第6期Yunnan Chemical TechnologyVol. 36 ,No.6淺析殼牌氣流床煤氣化技術(shù)馬勇(河南煤業(yè)化工集團(tuán)公司鶴壁煤業(yè)集團(tuán)公司煤化工籌建處,河南鶴壁458000)摘要:我國是一個缺油少氣、多煤炭的國家,有效利用有限資源.特別是合理利用媒炭資源,對保障經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有積極的意義。隨著科技進(jìn)步的加速,現(xiàn)代煤化工技術(shù)得到快速發(fā)展.通過煤氣化過程將固體的煤炭轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的燃料或化工原料,是提高資源有效利用率的重要措施。介紹了我國主要的煤氣化技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r,重點分析了當(dāng)今殼牌氣流床煤氣化技術(shù)的工藝特點。關(guān)鍵詞:煤氣化:氣流床;殼牌中圈分類號: TQ546 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A文章編號: 1004 -275X(2009 )06 001殼牌煤氣化技術(shù)概況和布置來分，又可分為單噴嘴直噴和多噴嘴對噴Shell煤氣化技術(shù)從20世紀(jì)70年代開始研兩類;以氣化爐內(nèi)是否襯有耐火保溫材料來分,又究,在進(jìn)行了多次小試、中試,示范化裝置建設(shè)基有熱爐壁和水冷壁兩種;干粉煤進(jìn)料加壓氣化爐礎(chǔ)上于1989年在荷蘭德姆克勒克聯(lián)合循環(huán)發(fā)電以Shell爐為代表, Shell氣流床氣化技術(shù)特點:干廠建造了250MW工業(yè)化裝置,該裝置于1998年煤粉進(jìn)料,純氧為氣化劑,多噴嘴對置式、廢鍋換投人運行。該技術(shù)屬于氣流床技術(shù),工藝流程主熱、水冷壁、液態(tài)排渣。煤粒與氣流作同向運動。要包括原料煤的預(yù)處理、煤的加壓和投料、煤的氣操作條件:溫度1300~1 6009 ,操作壓力3.5~化除灰、煤氣凈化、以及配套的水處理、空分、氮3. 8 MPa。氣系統(tǒng)等。對于殼牌煤氣化技術(shù),目前除國外的3氣流床煤氣化的基本化學(xué) 反應(yīng)-套工業(yè)化裝置以外,國內(nèi)從2001年起,已經(jīng)有廣西柳州化肥廠、中石化湖南洞庭氮肥廠、中國神煤氣化是偝氣化劑使煤轉(zhuǎn)化為燃料氣或合成華煤制油有限公司、中石化湖北枝江化肥廠、中石氣的過程,為達(dá)到--定的化學(xué)組成和足夠快的反化安徽安慶化工總廠、大連大化公司合成氨廠、云應(yīng)速度,通常在高溫( > 900C)和一定壓力下進(jìn)南云天化集團(tuán)、云南沾化集團(tuán)、中原大化、鶴煤集行,所涉及的反應(yīng)包括:團(tuán)等多家單位引進(jìn)了十幾套Shell爐工藝,生產(chǎn)能煤熱解一→CH&+CO+CO2 +力從20萬Va至60萬Va不等。殼牌煤氣化技術(shù)H2+油/焦油+C(半焦)(1)基本用于生產(chǎn)合成氨、尿素、甲醇、含氧化合物以C+O2一CO2 + 409kJImol(2)及合成氫燃料等的原料氣,該技術(shù)成為目前國內(nèi)C +1/202一CO + 123kJ/mol(3)投資最大的煤氣化裝置。C+ H20- =CO + H2 - 119kJ/mol(4)C+CO2一2C0 - 162 kJ/mol(5)2 Shell 氣流床的特點CO+H20 =CO2 + H2 +42kJ/mol(6)現(xiàn)有的氣流床氣化工藝按進(jìn)料形式不同,可CO +3H2一-CH, + H20 + 206kJ/mol7)分成干煤粉進(jìn)料和水煤漿進(jìn)料兩大類;以爐內(nèi)氣由于煤富炭少氫(≤5%),高溫下首先熱解流方向分,可分為上行和下行兩類;以工藝流程可(1)轉(zhuǎn)化為大量炭(半焦) ,因此氣化過程主要考察分為廢鍋型和直接水激冷型兩類;按噴嘴的數(shù)量氣化反應(yīng)(4)、(1)、(5)和供熱反應(yīng)(2).(1)、收稿:2009-10-19接受:009-11-22作者簡介:馬勇(1969-) ,男,河南林州人,助理工程師,主要從事煤氣化工中國煤化工YHCNMHG2009年第6期馬勇:淺析殼牌氣流床煤氣化技術(shù)●61●(3) ,反應(yīng)(6)為快速氣相反應(yīng)。進(jìn)入氣化爐內(nèi)進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，溫度為1500~1600C ,壓力3.5 ~4.0 MPa,出氣化爐的粗合成氣先4 Shell 氣流床工藝流程在氣化爐頂部被循環(huán)壓縮機(jī)送來的冷合成氣激冷到煤(混合- -定量的石灰石,- 般在10%左右)進(jìn)900C左右,然后經(jīng)輸氣管換熱器、廢熱鍋爐回收熱人磨煤機(jī)混磨( 90%粒度要求< 100 μm) ,并由熱風(fēng)量后溫度降至280 ~ 350C ,再進(jìn)人高溫高陶瓷過濾爐提供的熱風(fēng)作為動力帶走煤中的水分,再經(jīng)過粉器除去合成氣中99%的飛灰,出過濾器的氣體分為煤袋式過濾裝置過濾,干燥的煤粉進(jìn)入煤粉貯倉中2段,一股進(jìn)入激冷氣壓縮機(jī)壓縮后作為激玲氣,另貯存氧氣經(jīng)氧壓機(jī)加壓并預(yù)熱后與中壓過熱蒸汽混一股進(jìn) 人文丘里洗滌器和洗滌塔,經(jīng)洗滌除去其中合后導(dǎo)人噴嘴。出煤粉倉的煤粉通過鎖斗裝置,由的剩余的灰,處理后的煤氣含塵量小于1 mg/m',然氣體(N2和CO2)加壓送至噴嘴,與蒸汽、氧氣一起后送后續(xù)工序,見圖1。激冷氣漱冷氣壓縮機(jī)煤、助瘠劑過熱蒸汽。鍋爐給水返回氣磨煤及十燥N|330C160C中壓蒸汽。煤進(jìn)料化水爐除干四體一溫先去凈化爾、蒸汽或去磨煤爐渣圈1 Shell 氣流床工藝流程團(tuán)Figure 1 Proesig flow chart of sells entrained - bed在氣化爐內(nèi)產(chǎn)生的熔渣沿氣化爐流人氣化爐細(xì),不然會影響其碳轉(zhuǎn)化率,煤粉應(yīng)小于250目(0.底部的渣池,遇水固化玻璃狀爐渣,然后通過集061 mm)。對反應(yīng)性較好的低變質(zhì)煤,如褐煤和次煙器、渣鎖斗,定時排放至渣脫水槽,再通過撈渣機(jī)煤類,可略微放大粒度,但這些煤往往內(nèi)在水分較撈出送至渣場,作為商品出售。高,可磨指數(shù)較低,磨煤功率消耗也很難降低。但對在高溫高壓過濾器中收集的飛灰經(jīng)飛灰氣提于灰熔點較高的煤需加入助熔劑(石灰)來降低煤的塔氣提并冷卻進(jìn)入飛灰貯罐,- -部分飛灰返回至灰熔點,因此,從經(jīng)濟(jì)運行角度考慮,煤種還是要有磨煤機(jī),另一部分作為商品出售。所選擇。采用加壓氣化,氧耗低。由于采用了水冷氣化爐膜式壁和各換熱器由泵進(jìn)行強制水循壁結(jié)構(gòu),無需耐火磚襯里,同時氣化爐內(nèi)無運轉(zhuǎn)部環(huán),產(chǎn)生的高壓飽和蒸汽進(jìn)入汽包，經(jīng)汽水分高后件,配套氣化爐燒嘴使用壽命長,一般可達(dá)一年以進(jìn)入蒸汽總管,水循環(huán)使用。上,使該設(shè)備連續(xù)運轉(zhuǎn)周期長,這也是和其它煤氣化技術(shù)的一個較大不同點。5 Shell 煤氣化技術(shù)的優(yōu)勢與劣勢2)生產(chǎn)能力大:氣化爐的單爐生產(chǎn)能力大,5.1 優(yōu)勢目前單臺設(shè)備投煤量可達(dá)到2000Vd,相應(yīng)甲醇1)煤種適應(yīng)性較廣,對原料煤幾乎沒有要求,從生產(chǎn)能力可達(dá)1 500~1 600 Vd,適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)大無煙煤、煙煤、褐煤到石油焦均可氣化，對煤的灰熔規(guī)模生產(chǎn)的需或融性適應(yīng)范圍寬,即使高灰分、高水分高含硫量的中國煤化工,數(shù)量一般為4煤種也同樣適應(yīng),這也是其它煤氣化技術(shù)難以比擬YHCNMHG嘴對噴時,相對的,為適應(yīng)瞬間反應(yīng)要求,氣流床氣化須將煤磨得很的噴嘴有一一個小的夾角,這樣可使?fàn)t內(nèi)氣流產(chǎn)生.62●云南化工2009年第6期的旋轉(zhuǎn),由于離心力的作用使煤粉燃燒后的渣能來確保生產(chǎn)的安全。確保儀表測量系統(tǒng)的完好和安均勻的掛在爐壁內(nèi),保護(hù)水冷壁, 延長的設(shè)備使全聯(lián)鎖的靈敏,這是加壓氣流床氣化工藝的成熟,可用壽命,裝置的操作彈性較大?？康臉?biāo)志。目前,尤其是殼牌,由于采用干粉進(jìn)料,4)碳轉(zhuǎn)化率高:干煤粉進(jìn)料碳轉(zhuǎn)化率達(dá)據(jù)稱,在儀表和自控這一部分的費用比德士古還高99% ,煤氣中有效氣含量約90%。很多。加壓氣流床氣化爐內(nèi)的溫度很高,殼牌氣化5)高溫制氣使氣化反應(yīng)進(jìn)行的很徹底,因此爐運行的爐內(nèi)溫度高達(dá)1600C , 長期準(zhǔn)確測量的難所得煤氣中副產(chǎn)物很少,不含重?zé)N,煤氣品質(zhì)好。度就更大了。因整套設(shè)備控制點多,經(jīng)常出現(xiàn)控制6)環(huán)境性能好:不產(chǎn)生影響環(huán)境的有害物，點儀表指求不準(zhǔn)。對環(huán)境污染小。5)無備爐,單臺爐無備用是采用殼牌技術(shù)的化7)便于實現(xiàn)自動控制:能與現(xiàn)代的計算機(jī)控廠較嚴(yán)重的問題,雖然單爐已達(dá)100 天的運行周制技術(shù)相結(jié)合,實現(xiàn)智能控制和自動控制,盡可能期,對于氣化系統(tǒng)已經(jīng)很不易了。但還達(dá)不到化工降低工人的勞動強度。廠長周期運轉(zhuǎn)的要求。但是如果增加備用爐,投資增加太多,經(jīng)濟(jì)上不合理。5.2 劣勢1)該氣化技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備需要在國外制造，同6建議時噴嘴陶瓷濾芯，煤粉閥等也完全依賴進(jìn)口,裝置選擇殼牌煤氣化技術(shù)應(yīng)注意的幾點:國產(chǎn)化率低,使該氣化裝置的投資在目前國內(nèi)煤氣1)應(yīng)當(dāng)根據(jù)原料情況確定采用煤氣化技術(shù),而化技術(shù)中最高,使產(chǎn)品成本中折舊占較大比例。同不能先確定煤氣化方式再選合適的煤種。在裝置設(shè)時裝置建設(shè)周期較長,一般建設(shè)周期要三年甚至更計時對采用的煤種情況了解不夠全面和透徹,從而多。這是該技術(shù)的-個最大不足。2)由于采用干法進(jìn)料，碳轉(zhuǎn)化率高,熱效率高,熱造成裝置開車后，當(dāng)?shù)孛翰荒苁褂?必須到外地運:損失小,能耗低,有效氣含量高。但由于氣化爐熱利用煤。對于所采用的原料煤,要對它的產(chǎn)地、煤炭品采用廢鍋流程使所產(chǎn)煤氣中氫碳比約0.5,氫碳比太質(zhì)儲量、產(chǎn)量、出廠價格到廠價格、供應(yīng)的穩(wěn)定性低,而生產(chǎn)甲醇所需氫碳比應(yīng)超過2,生產(chǎn)合成氨要求等各方面因素了解清楚,對煤的物理、化學(xué)性質(zhì)主要全部CO進(jìn)行變換，因此該裝置所產(chǎn)煤氣需后續(xù)的變包括碳含量熱值熱穩(wěn)定性、粘結(jié)性、灰份含量等影換T段消耗大量蒸汽來完成CO的變換。因此從氣體響造氣的各種因素,通過測試得出確定的數(shù)據(jù),對以成分角度考慮,該技術(shù)更適合于發(fā)電裝置,而不適合生上各種因素進(jìn)行綜合比較,確定采用何種煤有最佳的綜合效益。產(chǎn)甲醇和合成氨等化工產(chǎn)品。2)確定產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模和能力,不同煤氣化3)系統(tǒng)復(fù)雜,抗干擾能力差。4)對原料操作控制的要求很高,故障多,儀技術(shù)對于所建裝置的規(guī)模效益是不盡相同的,同時相應(yīng)的裝置投資、建設(shè)周期、對市場的適應(yīng)性均表失靈率高:如供煤的連續(xù),對氣流床氣化來說是一個極其有所不同。.熏要的安全運行條件,供煤系統(tǒng)的故障造成過氧,爐3)各企業(yè)在選取煤氣化技術(shù)方式時,均應(yīng)因地內(nèi)溫度急劇上升,甚至?xí)鸨ㄊ鹿?。在現(xiàn)代的制宜,對所上項目進(jìn)行全面的綜合分析,對項目的氣流床氣化工藝中,往往采用聯(lián)鎖控制的辦法, -旦原料、技術(shù)、市場、環(huán)保等多方面因素進(jìn)行全面了發(fā)現(xiàn)供煤流量計測量值低于聯(lián)鎖值,立即切斷氧氣解,優(yōu)化處理,才能使項目避免或減少投資的風(fēng)險性,使企業(yè)獲得最大的效益。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中國煤化工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