壳牌煤气化工艺

1壳牌煤气化工艺介绍2020/3/3中国五环化学工程公司2壳牌煤气化工艺1壳牌煤气化技术1.1壳牌煤气化技术的发展过程1.2壳牌煤气化技术简介1.3壳牌气化与德士古气化的比较1.4壳牌气化技术的应用2壳牌煤气化技术考察情况简介2.1DEMKOLEC电厂的运行情况2.2煤气化关键设备及部件2.3现场考察情况3壳牌煤气化业绩2020/3/3中国五环化学工程公司31972年开始进行煤气化技术研究1976年6t/d的试验厂,壳牌煤气化研究中心（阿姆斯特丹）；1978年150t/d工业试验装置,德国壳牌公司的汉堡炼油厂；1987年250t/d工业示范装置,美国休斯顿壳牌石油公司的迪尔帕克厂(SCGP－1)；1993年2000t/d商业应用装置;Demkolec联合循环发电厂，发电量25.3万千瓦（荷兰Buggenum）1壳牌煤气化技术1.1壳牌煤气化技术的发展过程2020/3/3中国五环化学工程公司41.2壳牌煤气化技术简介气化原理壳牌煤气化技术的特点壳牌煤气化技术的优势壳牌煤气化技术的应用2020/3/3中国五环化学工程公司5气化原理完全燃烧2（CH）＋5/2O22CO2＋H2O部分燃烧（气化）2（CH）＋O22CO＋H22020/3/3中国五环化学工程公司6壳牌煤气化技术的特点干粉进料水冷壁式气化炉四个或多个烧嘴采用废热锅炉（水冷壁式〕气体激冷熔渣排渣2020/3/3中国五环化学工程公司7壳牌煤气化技术的优势适合几乎所有的煤种每吨煤可多生产10％的合成气制氧设备小15~25％发电效率可提高2~4%良好的环保性能（CO2排放少，Claus硫回收，无煤灰浆）牢固的气化炉（水冷壁结构，无需耐火砖）2020/3/3中国五环化学工程公司8壳牌煤气化SCGP-1用煤一览表名称种类产地•土立石意利诺斯5号烟煤美国（意利诺斯）•德来同烟煤澳洲•博来壳斯费2号烟煤美国（北阿帕拉齐亚）•麦坡克雷克烟煤美国（北阿帕拉齐亚）•巴克士金次烟煤美国（河）•派罗9号烟煤美国（意利诺斯）•派克勘提烟煤美国（中阿帕拉齐亚）•多提基烟煤美国（意利诺斯）适合几乎所有的煤种2020/3/3中国五环化学工程公司9适合几乎所有的煤种壳牌煤气化SCGP-1用煤一览表名称种类产地•抒复科烟煤美国（犹地）•扭兰赤烟煤澳洲•埃色拉洋烟煤哥伦比亚•阿尔沟瓦褐煤美国（微尔可斯特任德）•斯凯来烟煤美国（中阿帕拉齐亚）•罗宾森克雷克烟煤美国（中阿帕拉齐亚）•普卡红塔斯3号烟煤美国（中阿帕拉齐亚）•R§F烟煤美国（北阿帕拉齐亚）•石油焦焦炼油厂2020/3/3中国五环化学工程公司10煤特性的范围(SCGP－1)工业分析（WT％）范围水份（AR）3.7~34.0灰份（MAF）0.5~24.5挥发份（MF）10.6~45.6固定碳（MF）39.1~88.52020/3/3中国五环化学工程公司11元素分析（WT%MF）范围碳56.4~88.7氢3.6~5.3氮1.1~1.7硫0.3~5.2氯0.01~0.41氧0.1~16.4热值(kJ/kg)22,980~33,2002020/3/3中国五环化学工程公司12煤中灰份的范围(SCGP－1)灰份中的矿物质（WT％）范围P2O50.1~1.5SiO224.4~56.6Fe2O35.5~27.8Al2O39.5~33.3TiO20.6~2.1CaO1.4~24.5MgO0.3~3.7SO30.9~33.1K2O0.1~3.9Na2O0.1~3.12020/3/3中国五环化学工程公司13煤中灰份的范围(SCGP－1)灰融点范围ID1090~1400H＝W1110~1500H＝W/21130~1500Fluid1190~15002020/3/3中国五环化学工程公司14壳牌煤气化炉结构2020/3/3中国五环化学工程公司15壳牌煤气化工艺流程2020/3/3中国五环化学工程公司161.3壳牌气化与德士古气化的比较区别Shell工艺Texaco工艺进煤干法气动水煤浆气化炉水冷膜式壁耐火砖炉壁4‾6个喷嘴单喷嘴炉顶进料合成气冷却气体激冷与热辐射与对流冷却器对流冷却器气体净化壳牌萨菲努尔法他人技术2020/3/3中国五环化学工程公司171.3壳牌气化与德士古气化的比较合成气典型成分V％SHELLTEXACOH226.730.0CO63.339.7CO21.510.8CH40.00.1H2S1.31.0N24.10.7AR1.10.9H2O2.016.52020/3/3中国五环化学工程公司181.3壳牌气化与德士古气化的比较序号项目Shell工艺Texaco工艺1气化工艺气流床液态排渣气流床液态排渣2适用煤种褐煤、烟煤、无烟煤、石油焦烟煤、石油焦、无烟煤*3气化压力，Mpa2.0～4.04.0～6.54气化温度，℃1400～16001300～14005气化剂纯氧纯氧6进料方式干煤粉60%水煤浆7单炉最大投煤量，t/d2000~4000*900~2000*2020/3/3中国五环化学工程公司191.3壳牌气化与德士古气化的比较序号项目Shell工艺Texaco工艺8耗氧量，Nm3/kNm3(CO+H2)330～360380～4309碳转化率，%999610冷煤气效率，%80～8570～7611煤气中CO+H2，%～90～8012煤气中CH4，%0.10.113气化炉（1350tNH3/d）1台φ45004台φ280014对环境影响低较低2020/3/3中国五环化学工程公司201.4壳牌气化技术的应用2020/3/3中国五环化学工程公司21壳牌气化生产合成氨空气分离煤粉制备粉煤气化耐硫变换低温甲醇洗液氮洗氨合成NH3AIRCOALO2N2CO2ToUreaShell气化合成氨装置工艺方块流程图或甲烷化2020/3/3中国五环化学工程公司222壳牌煤气化技术考察情况2.1DEMKOLEC电厂的运行情况1990年8月开工建设；1993年12月气化炉首次试运转，1994年4月首次用煤气化合成气发电；设计为煤或天然气为原料进行发电，其中以煤为原料进行发电从94年开车至99年底累计运转时间共达23816小时（主要集中在97-99年），其间连续运行最长一次达2070小时；2020/3/3中国五环化学工程公司232.1DEMKOLEC电厂的运行情况2000年工厂运转情况，5月计划大修后投煤开车运行，连续稳定运行2086小时后由于气化炉底部热裙问题于9月份停车；修好后又重新开车，九月份已累计运行192小时，且一直平稳运行至今。电厂停车事故（尤其是97年底前）主要是由联合循环发电燃气轮机等引起，由于气化部分原因引起的停车事故较小，现简述如下：2020/3/3中国五环化学工程公司242.1DEMKOLEC电厂的运行情况(1)联合循环发电引起的停车燃气轮机设计思路为同时适应煤气化合成气、天然气、天然气稀释气或天然气合成气之混合气四种原料进行发电，燃气轮机制造商德国西门子公司也对此作出了承诺。但开车后生产证实燃气轮机烧嘴不能同时适应上述四种气体。97年西门子公司专门派人解决此问题，通过重新设计烧嘴，情况有明显改善，工厂总运转率不断提高。2020/3/3中国五环化学工程公司25由于该厂供电负荷白天、晚间波动较大，正常生产时小时负荷波动率即在5%左右,再加上发电厂各装置间的整体设计，主要是空分装置空气压缩机利用燃气轮机来驱动（其中18%空气量供空分），空气装置除供气化装置用O2、N2外，还需向燃气轮机燃料合成气中供合格的稀释用N2气（加N2主要是增加燃气质量流量、同时控制燃气温度1050℃），使得整个装置操作互动性、关联性太强，加上负荷波动，因而操作非常困难。2020/3/3中国五环化学工程公司26(2)输煤、气化部分引起的停车及解决措施a.气化炉热裙问题气化炉问题出现在气化炉下部的热裙部分。由于此处操作温度，650℃，原设计气化炉内壁采用耐火砖隔热衬里结构。实际运行中，由于此段洗涤水液位难控制，三次出现水位上升，引起耐火砖脱落。此原因直接导致了工厂98年四季度、99年一季度及2000年9月的停车。壳牌公司在意大利、印度两家电厂及中石化洞庭氮肥厂气化炉设计中，已将此部分改为水冷壁结构，从根本上解决了此问题。DEMKELOC工厂也计划按此方案进行改进。2020/3/3中国五环化学工程公司27b.输煤系统问题低压煤斗易出现结块堵塞问题（特别是在冬季）。由于原料斗中底部锥形角度设计不合理，加上工厂操作中吹N2量及温度控制不合理，运行中出现过结块堵塞引起了工厂停车。经分析及停车检查证实，结块属结冰煤团块；工厂通过控制煤含水量和合适的吹N2量及提高吹N2气体温度使得该问题得到较好的解决。壳牌公司也将在新设计中调整煤斗角度以更圆满消除此隐患。2020/3/3中国五环化学工程公司28c.洗涤塔的问题1999年三季度工厂因洗涤塔内腐蚀引起停车，原因是操作疏忽。正常生产应控制入洗涤塔洗涤循环水PH值在6.0左右，操作疏忽使洗涤水PH值实际为2-5从而引起腐蚀。d.气化炉水浴段问题工厂在频繁更换原料煤品种时还曾引起过水浴段产生大块渣，从而堵塞入槽锁斗。分析原因为必须控制好C/O比以避免渣团形成。工厂操作员认为，若长期稳定用一种原料生产不会出现此问题。2020/3/3中国五环化学工程公司29e.其它据布莱姆先生介绍，工厂近两年从无因阀门原因引起的停车事故。2.2煤气化关键设备及部件(1)气化炉、输气管及废锅工厂开车运转以来的情况表明，气化炉、输气管及主废锅的水冷壁结构设计十分成功。由渣形成的水冷壁致密、牢固，未发现有破损、脱落现象。2020/3/3中国五环化学工程公司30(2)烧嘴DEMKOLEC电厂气化炉配有两对对称分布的四个烧嘴，生产已证实烧嘴设计非常合理、生产寿命均在8000小时以上，有的已达16000小时以上；烧嘴对负荷的调节非常方便。烧嘴结构近似倒扣（内凹）碗状，因而不会引起烧嘴边缘挂渣堵塞。2020/3/3中国五环化学工程公司31(3)陶瓷过滤器DEMKOLEC工厂采用旋风分离加陶瓷过滤器,脱除合成气中的飞灰1mg/Nm3;出现过一次陶瓷过滤器过滤柱断裂现象，对其结构进行了改进,至今累计运行两年;据介绍，若不是计划大修更换，其运行周期肯定可超过两年;陶瓷过滤器再生采用N2反吹。2020/3/3中国五环化学工程公司322.3现场考察情况10月14日，参观DEMKOLEC工厂:工厂布局紧凑合理、洁净、噪音低、运行平稳;5班3倒制，每班工作人员（含控制室）9人;现场排渣情况：工厂排渣为间断排渣，每半小时一次,一次排渣时间~5分钟;现场分别从堆场和生产线排渣皮带上取得两份渣样进行分析:结果是二者含C量均低于0.5%;控制室观察在线操作，同时记录以下数据：气化炉操作温度1556℃、操作压力23.6bar;2020/3/3中国五环化学工程公司332.3现场考察情况出陶瓷过滤器后合成气在线数据:流量51.44kg/s,气体组成（V%）如下:H2COCO2N2O2COSH2SH2O25.662.12.248.020.8140.04550.390.97（注：空分装置产氧纯度~95%）壳牌煤气化的环保效果壳牌煤气化技术为洁净煤气化技术，其中工厂废水为零排放（工厂废水循环利用过程中设置一小时缓冲池，约20×20m2，排放为零）;工厂废渣及灰外送用作建筑材料;废气排放情况对比如下：2020/3/3中国五环化学工程公司34废气排放情况对比表SO2,g/MWhNOX,g/MWhCO2,g/MWhEuropeStandard4101200790DemkolecFeedstock:Coal6060~120410DemkolecFeedstock:NG0335Permission2306452020/3/3中国五环化学工程公司353壳牌煤气化业绩2020/3/3中国五环化学工程公司36REFERENCELISTOFTHESHELLCOALANDCOKE