气化装置工艺简介

1大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司煤气化工艺时间：2014年03月内容提纲煤气化反应原理煤气化主要工艺流程重要设备介绍3煤气化反应原理4煤气化反应碳与氧反应：C+O2→CO2-394.1KJ/molC+1/2O2→CO-110.4KJ/mol碳与二氧化碳反应：C+CO2→2CO+173.3KJ/mol碳与水反应：C+H2O→H2+CO+135KJ/mol碳与氢反应：C+2H2→CH4-84.3KJ/mol煤气化的主要目的是使固体的煤通过复杂的物理、化学变化转化为洁净且便于输送的有效气体。对于合成甲醇来说就是使煤转化为有利于甲醇合成的CO和H2。5CO变换反应：CO+H2O→H2+CO2-41KJ/mol甲烷蒸汽转化反应：CH4+H2O→CO+H2+211KJ/mol综上所述煤气化过程也可用下面的下式表示:煤CO+H2+CH4+CO2+H2O在气化时，氧与燃料中的碳在煤的表面形成中间碳氧配合物CxOy然后在不同条件下发生热解，并与H2O反应生成CO、CO2、H2和CH4。高温高压气化煤6煤的特性及其相关参数煤的特性Hardgrove可磨指数(HGI)HGI指出磨煤的难易程度，它与煤的物理性能如：硬度、断裂应力、抗张强度紧密联系。与选择的任意标准相比，它决定煤的相对可磨能力和粉碎煤的难易度。可磨指数越低，煤越难磨。指数介于45和70之间是最一般的，指数低于40可能严重影响磨煤机的能力。灰熔点灰熔点是煤燃烧或气化时的一项重要指标。煤的灰渣是由多种金属和非金属氧化物组成，没有确定的熔点，工业上指的灰熔点，实际上是灰渣在高温下的三个变形特征温度。DT1=变形温度；ST2=软化温度；FT3=流动温度。影响煤灰熔融性的主要因素煤灰的熔融性主要取决于煤灰化学组成。煤灰中Al2O3（熔点2050℃）SiO2（熔点1723℃）、含量高，其灰熔点就高。三氧化二铁含量高的煤灰，其灰熔点一般均较低，氧化钙（熔点2580℃）、氧化镁、氧化钾、氧化钠等碱性氧化物含量越高，则灰熔点愈低。煤的发热量单位质量的试样在充有过量氧气的氧弹内燃烧，其燃烧产物组成为氧气、氮气、二氧化碳、二氧化硫、液态水以及固态灰时放出的热量称为恒容高位发热量，如果以气态水计量发热量即为恒容低位发热量。煤的全水分由固有水分(基础水分)与游离水分(表面水分)组成。固有水分在煤的缝隙中存在。游离水分是总水分的一部分，它能被空气干燥而除去。7挥发分是煤的一部分，当煤被加热，挥发出气体和蒸汽。挥发分本身不存在于煤中，而是由于煤加热分解而产生的。固定碳是在除去挥发分、水分和灰分之后的残渣。除碳之外，固定碳含有H、O、N、S和CL。灰分是煤里的矿物质的一个术语。它是许多成分的混合物，其中主要物质是SiO2和Al2O3，煤的灰分高，造成煤气化过程中产生的灰渣量增加，势必带走一部分潜热(碳)和显热，使煤的热效率降低。煤中灰分含量越高，原煤运输成本越大，气化煤耗、氧耗越高，气化炉和灰、渣处理系统负担越重，严重时会影响气化炉的正常运行。8对于含灰低的煤(8%)，大多数情况下建议飞灰循环(对含灰非常低的煤(6%)，强制性的飞灰循环)。对含灰高的煤(15%)，不建议飞灰循环），因为会导致操作成本增加。煤的相关参数大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司采用煤种为锡林郭勒盟胜利煤矿出产的褐煤为原料，进入气化装置磨煤单元褐煤的相关参数如下表所示：9项目符号单位设计参数水分含量（出预干燥）Mt%12灰分Aad%15挥发份Vad%30.79固定碳Fcad%46.11热值HHVMJ/Kg23.56可磨指数HGI50煤气化主要工艺流程11SHELL煤气化工艺简介大唐内蒙古多伦煤气化装置采用目前世界上先进的流化床洁净煤气化工艺之一Shell（壳牌公司）煤气化工艺（SCGP）。煤粉、氧气在加压条件下并流进入气化炉内，在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过程，气化产物为以H2和CO为主的合成气。采用干煤粉加压进料方式，纯氧作为气化剂，气化炉膛温度高达1400～1600℃，压力4.12MPa，碳转化率高达99%以上，氧耗低冷煤气效率高，液态排渣，产品气体洁净，有效气体(CO+H2)高达85%（干基），，渣和灰可作建筑材料，H2S和粉尘几乎是零排放，工艺用本装置Shell气化炉采用对称布置的6个煤烧嘴，单炉日投粉煤量2870吨，为目前世界上单炉生产能力最大气化炉。为满足下游装置生产需要，整个煤气化装置由3套并列shell煤气化装置组成，粗合成气（湿基）产量为3×245300Nm3/h，副产5.51MPa、271℃中压蒸汽3×170t/h。本煤气化装置由磨煤与干燥单元U-1100、加压输送单元U-1200、煤气化单元U-1300、除渣单元U-1400、除灰单元U-1500、湿洗单元U-1600、初级水处理单元U-1700及公用工程单元U-3000～3600组成，其中初级水处理单元、酸碱系统、燃料系统、灰库、CO2压缩系统公用工程部分单元为三套煤气化系列共用。12煤气化装置区域布置图五区柴油泵房、碱、液化气站CO2压缩机厂房1#煤气化装置1#渣转运站2#煤气化装置2#渣转运站3#煤气化装置3#渣转运站1#磨煤装置2#磨煤装置3#磨煤装置3#灰库1#灰库2#灰库初步水处理装置13粉煤储仓磨煤机粉给料仓气化炉合成气冷却器粉给料仓HPT飞灰过滤器汽包渣漏斗水力旋流器渣收集器飞灰冷却器飞灰冷却器旋风分离器吹送包氧气煤石灰石煤粉仓装料袋滤器飞灰外运14干燥单元U-110015干燥单元U-110016磨煤系统系统由：碎煤仓、磨煤机、热风炉、循环风机、大布袋组成由埋刮板输送机从碎煤预干燥车间送来的原煤被分别储存在3个独立的原煤仓（V-1101A/B/C）内，原煤由重力式称重给煤机（X-1101A/B/C）称重计量后经落煤管进入磨煤机（A-1101A/B/C）内（石灰石粉作为助熔剂，按照与煤一定的重量比通过螺旋输送机(X-1107A/B/C)、旋转给料机(X-1108A/B/C)和石灰石粉喷射器(X-1109A/B/C)进入落煤管，与原煤一起进入磨煤机）。在磨煤机中，原煤在微负压和惰性气体环境中被干燥和研磨，磨制后的煤粉和惰性气体混合物被输送到粉煤袋式过滤器（S-1103A/B/C）进行气固分离，分离出的煤粉储存于粉煤袋式过滤器的料斗内，经粉煤旋转给料机（X-1105A～M）进入煤粉螺旋输送机(X-1102A～F、X-1104A～E)向煤加压及进料单元（U-1200）的两个粉煤储罐（V-1201A/B）输送煤粉。分离出煤粉后的气体（乏气）被循环风机（K-1102A/B/C）抽走，大部分进入热风炉（F-1101A/B/C）循环使用，多余气体排放。乏气中固体颗粒的浓度小于18mg/Nm3。磨煤采用热烟气干燥，热烟气由热风炉(F-1101A/B/C)经燃料气燃烧产生的高温烟气与循环惰性气体均匀混合后产生。燃料气燃烧所需空气由燃烧风机（K-1101A/B/C）提供。17加压输送单元U-120018煤粉加压输送系统由：煤粉贮仓、煤粉锁斗、煤粉给料仓组成煤粉经煤粉袋式过滤器（S-1103A/B）分离收集，经旋转给料器、螺旋输送机送入煤粉贮仓（V-1201A/B）煤粉贮存在煤粉贮仓V-1201A/B中，当煤粉锁斗V-1204A/B低报时，关闭煤粉锁斗的下阀，打开煤粉锁斗的泄压阀，经过三步泄压，压力泄到常压时，打开煤粉锁斗进料阀，使煤粉贮仓的煤粉自流进入煤粉锁斗，料满后关闭上阀，通入高压二氧化碳/氮气加压后，打开下阀使煤粉自流进入煤粉给料仓V-1205A/B中，卸完后关闭下料阀，再循环上述过程。煤粉给料仓中的煤粉由二氧化碳气输送至煤烧嘴。19煤气化单元U-130020干燥单元U-1100212223气化系统由：膜式壁、合成气冷却系统、点火、开工、煤烧嘴、水汽系统组成气化炉是由一个内有气化室的压力容器组成，气化室的操作压力在4.12MPa。环绕着气化区的气化炉内壁是采用温度控制，它通过管道中循环水换热产生中压蒸汽。在气化区有2个出口。在气化炉底部的出口—渣口，它是用来排渣的。在气化炉顶部，允许带飞灰的热气进入激冷区，在激冷区，用大约215℃的无灰循环气来激冷热气，以避免熔融的灰和粘性的飞渣颗粒带入粗合成气造成堵塞问题。粗合成气从激冷区经激冷管和输气管，以及气体返混室输送到合成气冷却器。24除渣单元U-140025除渣系统由：渣池、破渣机、渣收集器、渣锁斗、水力旋流器、捞渣机组成渣流程：在气化反应中产生的渣以液态形式沿气化炉壁向下流入渣池V-1401，高温渣流遇水后淬冷为固态颗粒，经破渣机X-1401将其中的渣块破碎后送往渣收集器V-1402，在程序的控制下进行排放。当渣收集器排放计时器走完后，关闭渣收集器至渣锁斗之间的排料阀14XV-0009、14XV-0010，并将渣锁斗与渣收集器完全隔离。锁斗降压后将渣排入渣脱水槽T-1401，然后用捞渣机X-1402将渣捞起，用皮带X-1403送往渣场。渣锁斗排完渣后，用低压循环水将其充满，并用高压氮气将其压力充至与渣收集器平衡，然后与渣收集器连通进行下一次排渣循环。水流程：在排渣时，通过排水增压泵P-1402使水在渣锁斗和渣收集器之间循环。渣池中的水通过泵P-1401提压后部分渣水进入水力旋流器S-1403，为避免渣水循环回路中固态物质的聚集，通过水力旋流器S-1403后将细渣浆排走，大部分的渣水不通过水力旋流器S-1403直接进入渣水冷却器E-1401；为避免循环回路中渣水温度不断上涨，用渣池水冷却器E-1401将热量带走；为补充水力旋流器排水造成的渣池水损失，用14FV-0004控制高压循环水补入渣池，在锁斗与渣收集器隔离时用14XV-0013补水，在锁斗与渣收集器连通时用14XV-0014补水。渣脱水槽中的渣水通过细渣浆泵P-1403送入初步水处理工序进行处理。26除灰单元U-150027除灰单元U-150028除灰系统由（以上图单系列为例）：高温高压灰飞过滤器、灰锁斗、气体罐、中间灰飞储仓、仓泵等组成来自气化合成气冷却器（V-1302）的4.12MPa、340℃粗合成气中所包含的飞灰在旋转分离器(S-1511)和高压高温（HPHT）陶瓷滤芯过滤器（S-1501）中不断从合成气流中清除出来。过滤后的合成气中灰尘含量约1～2(最大20)mg/Nm3。一部分合成气部分用作激冷气体，剩下的部分产品气体送到湿式洗涤单元。高温高压过滤器设置了反吹系统，利用8.15MPa、225℃的热超高压氮气/二氧化碳对滤芯进行反吹以再生滤芯。旋风分离器/高温高压过滤器过滤下来的飞灰经过滤器底部飞灰收集罐(V-1501/V-1501)落入飞灰锁斗(V-1502/V-1512)，通过锁斗系统排出。飞灰锁斗持续用5.41MPag、225℃的热高压氮气/二氧化碳进行加压。当飞灰锁斗中的飞灰量达到高料位时，旋风分离器/高温高压过滤器与锁斗之间的阀门含平衡阀关闭，然后将锁斗中的混合气经锁斗过滤器S-1502送入火炬，并添加燃料气体以确保有害组分完全烧掉，直至将飞灰放料罐卸压至大气压。S-1502的压差(再生)，利用氮气缓冲罐(V-1503/V-1513)的5.41MPag、225℃热高压氮气/二氧化碳反吹来维持。卸压完成后，飞灰锁斗与飞灰气提冷却罐(V-1504/V-1514)连通，29飞灰落入飞灰气提冷却罐中。飞灰排出的操作运行由管道吹扫器（烧结金属管道充气装置X-1505/X-1515）支持。当飞灰锁斗中的飞灰达到低料位时，关闭二者之间的阀门，然后用热高压氮气二氧化碳对飞灰放锁斗加压至与旋风分离器/高温高压过滤器的压力达平衡，并重新连通飞灰锁斗和旋风分离器/高温高压过滤器，以允许循环重新开始。在飞灰气提冷却罐中利用0.8MPa、80℃的热低压氮气对飞灰进行气提冷却（加压/降压循环操作），再次经过滤器（S-1503/S-1513）并添加确保残余合成气完全燃烧的燃料气体，泄压排放到火炬。一旦飞灰温度置换,冷却至80-150，且尾气含有的一氧化碳浓度低于25mg/L，在完成降压之后，通过