第31卷化肥工業(yè)第4期Shell煤氣化技術在合成氨生產中的應用.彭愛華(湖北雙環(huán)科技股份有限公司 應城432407 )摘要湖北雙環(huán)科技股份 有限公司合成氨生產原料由重油改為煤介紹了所采用的Shell粉煤氣化技術及其工程設計情況對主要設備選型、流程配置、配套工程作了介紹并提出了應該注意的問題。關鍵詞Shell 粉煤氣化應用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 )生產合成氨、采用聯(lián)合制堿法生產純堿和氯化銨燒嘴使用壽命短,必須每2個月檢查更換1次;的大型聯(lián)合企業(yè)2003年生產合成氨200kt、純堿(3 )耗氧量高,有效氣( CO + H2 )含量僅80%左和氯化銨各590 kt。近年來,由于受原油價格上右,且對煤種有一定的要求[4)灰和渣的含碳量漲的影響公司的生產和經營遇到了前所未有的較高處理比較困難。困難迫使企業(yè)改變原料路線。在經過反復調研與Texaco水煤漿氣化技術相比,Shell 公司研和論證的基礎.上公司決定采用Shell煤氣化技術究開發(fā)的干粉煤氣化技術有以下特點( 1 )采用實現(xiàn)合成氨原料油改煤”并于2001年6月經膜式水冷壁取代耐火磚延長了使用壽命(2 )燒國家經貿委批準立項建設。嘴使用壽命一-般在1年左右( 3 )煤氣中有效氣含量90%碳轉化率>99% ( 4 )氣化溫度高渣1 Shell 煤氣化技術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 )對煤目前國內、外比較先進的煤氣化技術主要有種無特殊要求。目前世界上應用該技術生產煤氣Texaco水煤漿氣化技術和Shell粉煤氣化技術等。用于燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的荷蘭DemkoleTexaco水煤漿氣化技術在國內已有4家企業(yè)電廠250 MW機組自1993年投入運行以來煤氣采用還有一些企業(yè)正在投資建設。該工藝經過化部分運行穩(wěn)定發(fā)電機組部分的缺陷解決后于多年的運行,已經積累了豐富的經驗無論是在技1997年正式投人商業(yè)化運營。盡管該技術到目術上還是設備上國內都作了很多的研究,因此采:中國煤化工貳生產上的報道但其用Texaco水煤漿氣化技術是非常成熟可靠的。.生YHCNMH成份經適當凈化處理后但該技術也存在著一些缺點( 1 )耐火磚價格高可以達到生產合成氨要求。*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 煤氣化工藝及特點簡介Shell煤氣化工藝流程見圖1。2.1 Shell煤氣化工藝流程激冷氣激冷氣壓縮機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中一壓氣化爐勢一[除干固體一口濕洗].去變換_氣、蒸內千灰外運爐渣或去磨煤圖1 Shell 煤氣化工藝流程簡圖.來自煤場的煤和石灰石通過稱重給料機按一(1)煤種適應性廣對煤的活性無特殊要求。定比例混和后進人磨煤機混磨并由熱風作為動在Demkolee電廠已經氣化過10多種煤均能正力帶走煤中的水份再經過袋式過濾器過濾干燥常生產但從經濟運行角度考慮(助熔劑的加人的煤粉進人煤粉倉中貯存。出煤粉倉的煤粉通過量和耗氧量及保護水冷璧等因素)煤種應有適鎖斗裝置由氮氣加壓至4.2 MPa并以氮氣作為當?shù)倪x擇。動力送至燒嘴與蒸汽、氧氣一起進人氣化爐內燃(2)由于采用膜式水冷壁結構水冷壁內壁燒反應溫度約為1500~1700C,壓力3.5涂1層耐火材料依靠熔渣來保護水冷壁使用壽MPa。出氣化爐的氣體先在氣化爐頂部被激冷壓命長維護量少?？s機送來的冷煤氣激冷至900 C然后經輸氣管(3)由于氣化溫度高碳轉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再進人高溫高壓陶瓷過濾器除去合成氣中(4 )裝置自動化程度高,有DCS. ESD(緊急99%的飛灰。出高溫高壓過濾器的氣體分為2停車系統(tǒng))系統(tǒng)組成為保護設備和操作人員安股，一股進入激冷氣壓縮機壓縮后作為激冷氣另全設有很多聯(lián)鎖保護系統(tǒng)。-股進人文丘里洗滌器和洗滌塔經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主要設計技術 參數(shù)凈化裝置的變換工序。3.1煤種 的選擇在氣化爐內產生的熔渣沿氣化爐壁流入氣化我公司設計選用河南新密煤其化學組成爐底部的渣池遇水固化成玻璃狀爐渣然后通過(干燥、無灰基組成)為C 88. 86%、H3.95%、0收集器、渣鎖斗定時排放至渣脫水槽再通過撈4. 80%、N 1.83%、S0.55%、C10.01% , 應用基渣機撈出送至渣場作為商品出售。組成為固定碳40. 03%、揮發(fā)份34. 1%、水份在高溫高壓過濾器中收集的飛灰經飛灰氣提8.53%、灰份25.87%、低位熱值24. 98 MIJ/kg、 灰.塔氣提并冷卻至100 C后進入飛灰貯罐, -部分熔點14109飛灰返回至磨煤機另- .部分作為商品出售。中國煤化工特性.氣化爐膜式壁內和各換熱器由泵進行強制水MYHCNMHG有效氣產量55000m2循環(huán)產生的5.4 MPa飽和蒸汽進人汽包經汽水/h標態(tài))設計消耗指標為煤39.8 V/h、石灰石分離后進人蒸汽總管水循環(huán)使用。2.48Vh、氧氣(純度99%標態(tài))20400m'/h、超2.2 Shell 煤氣化工藝的特點高壓氮氣( 80 C 7.2 MPa標態(tài))12 000 m'/h、高46第31卷化肥工業(yè)第4期壓氮氣(40 C 5.2 MPa標態(tài))8 000 m'/h、低壓公司生產外殼由上海鍋爐廠生產過濾元件在現(xiàn)氮氣(40 C ,0.6 MPa ,標態(tài))4 500 m'/h、 蒸汽場組裝。由于氣體溫度高外殼壁厚達100 mm ,(265 °C 4.5 MPa)2 t/h 副產蒸汽( 250 C 5.4該設備總重約200t。MPa )50 t/h。(4)磨煤系統(tǒng)。磨煤系統(tǒng)包括磨煤機、循環(huán)出氣化工段的氣體組成CO 55.3%、N29. 0%、風機、熱風爐和袋式除塵器設計采用2套磨煤系H2 19. 1%、CO2 2. 2%、H2O 14%、H2S 1 000 x統(tǒng)1開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足滿負荷生產的需要。磨煤機采用中速磨由北3.3主要技術經濟指標京電力設備廠制造。以1 t合成氨所需原料氣的消耗計主要技( 5 )強制循環(huán)泵。按Shell公司要求,配置3術經濟指標如表1所示。臺鍋爐水強制循環(huán)泵正常情況下2開1備當熱表1主要 技術經濟指標.水總循環(huán)量低于要求值時啟動第三臺泵。該泵的項目消耗指標備注特點是進口壓力高(5.0 MPa )溫度高( 250 C ),原料煤kg/t)1 576. 2水份<2%由沈陽水泵廠制造。氧氣( m2/t標態(tài))806.3純度99. 6%( 6 )撈渣機。設計采用2臺撈渣機,1開1超高壓氮氣( m'/t標態(tài))338.77.2 MPa .備。撈渣機由程序控制分為撈渣、排水等過程,高壓氮氣( m3/t標態(tài))212.15.2 MPa由保定電力設備廠制造。低壓氮氣( m/t標態(tài))219.00.6 MPa( 7 )破渣機。由北京航天十一-所生產。新鮮水( V1) .0.3(8)其它設備。7.2MPa高壓氮氣緩沖罐由脫鹽水( 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金屬燒結材料由西北有色金屬研究院生產;疲氣電(kW)106.26/0. 38 kV排放送至火炬經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。副產中壓蒸氣( 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主要設備氣化高并且由于氮氣的提前加入生產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輸氣導管和合成氣冷卻器(又稱廢熱鍋爐)由外套四觸媒氣體凈化裝置不能滿足生產要求。經反殼和內件組成外殼只承受靜壓而不承受高溫內復調研和各種方案的綜合比較從投資、運行費用件形成氣化空間、爐渣收集空間、氣體輸送空間。及老裝置停產改造的損失綜合考慮決定新建1內件的基本結構形式為膜式水冷壁結構,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;外殼由金州重型機換+低溫甲醇洗脫硫脫碳+甲烷化的氣體凈化工器廠制作內件與外殼已在金州重型機器廠組對藝采用四段變換一、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。選用2臺離心式壓縮Linde公司的專利技術冰機制冷系統(tǒng)由武漢新世機1開1備。由于氣體溫度較高(進口溫度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備耐溫、耐H2S腐蝕、密封性能好該設備中國煤化工，:m2/h(標態(tài))的空分裝由錦西化機廠制作。置MYHCNMHG新建1套由杭氧公司( 3高溫高壓飛灰過濾器。采用1臺內徑為生產的氧產量10 000 m'/h(標態(tài))的空分裝置。4750mm立式過濾器過濾元件共12組每組48為滿足Shell公司提出的超高壓、高壓、中壓、根過濾管。過濾元件是燒結陶瓷管,由德國Paul .低壓氮氣和中壓氧的要求結合我公司現(xiàn)有的壓第31卷化肥工業(yè)第4期縮機的情況( 5臺4M12 - 59/44氧壓機6臺期較長;燒嘴、煤粉閥、渣閥、灰閥等完全依賴進4M12-59/30氮壓機)新增2臺往復式中壓氮壓口大型設備(三大件、飛灰過濾器、高壓氮氣緩機生產3.0 MPa的中壓氮氣由沈陽氣體壓縮機沖罐)的運輸和吊裝比較困難。廠制造。新增2臺聯(lián)合機組，生產5.2 MPa和Shell公司在設計上很保守,在選材上很苛7.2 MPa的高壓、超高壓氮氣由四川華西通用機刻要求進口的設備太多。裝置控制的自動化程械廠制造。2臺往復式氧壓機生產4.0 MPa的度很高,I/O 點多達2 600多個采用串級、前饋、中壓氧氣由上海大隆機器廠制造。3臺螺桿氮分程、比值及順序控制和邏輯控制通過DCS、壓機生產0.6 MPa低壓氮氣由無錫氣體壓縮機ESD、PLC實現(xiàn)生產過程的集中控制和管理。有廠制造。20多個停車聯(lián)鎖,-旦操作中出現(xiàn)問題就聯(lián)鎖停煤氣化由Shell公司提供基礎設計包;低溫甲車,因此對配套工程、操作、設備檢修、設備性能的醇洗由Linde公司提供基礎設計包由中國五環(huán)要求很高?；瘜W工業(yè)公司進行詳細工程設計磨煤系統(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)公司設計其它配套工程壁管內徑僅7 mm對鍋爐給水的水質要求高,同由雙環(huán)公司設計院設計。整個工程目前已進人設時對水汽系統(tǒng)配管、設備安裝及試車的要求也高。備安裝階段預計2004年底全面投產。國內相關設備的制造廠家都是第- -次制作配套設備存在一個熟悉的過程特別是三大件的外6經驗及體會殼和內件的組裝技術要求高、難度大。目前制造雖然Shell煤氣化技術是目前國際上最先進業(yè)的行情使配套設備的制作周期延長。另外歐元的煤氣化技術之一,但引進該技術應用于合成氨的升值也增加了企業(yè)的負擔。.生產的過程中將面臨著很多困難在技術上有一高壓氮氣和超高壓氮氣的用量過大部分抵個消化吸收的過程在設備選型、流程配置、施工消了其節(jié)能的優(yōu)勢。企業(yè)在引進該技術時必須充管理以及從試車到正常運行等方面都可能會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。國內的相關技術部門煤氣化的關鍵設備(如三大件即煤氣化爐、應該盡早開展研究爭取早日實現(xiàn)國產化。合成氣冷卻器、輸氣導管)的內件在國外制造工(收稿日期 2004 -04-29 )(上接第41頁)共同關心的問題。以煤基生產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- -渭化集團甲酯等系列產品這些下游產品大多具有投資小、在建的年產200 kt甲醇和10 kt二甲醚工程其產建設周期短、見效快的特點。利用這些優(yōu)勢和資品用途之--就是作為清潔燃料。在20世紀80年源渭化集團計劃經過5~10年的努力建成以甲代世界各國已開始研究和試用甲醇和二甲醚清醇和合成氣制備為基礎的大型煤化工基地進一潔燃料但由于當時石油資源富裕、甲醇和二甲醚步開發(fā)下游產品調整產業(yè)結構實現(xiàn)產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)模和效益同步增長促進西部隨著世界石油資源的進-一步緊張用豐富的煤炭大開發(fā)和陜西省經濟的發(fā)展。資源生產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是一-個富煤炭、缺油氣、少再生能源的國料中國煤化工步降低其制造成本將家也是一個人口眾多的能源消費大國石油產品是YHCNMHG需求每年正以兩位數(shù)的速率增長。面對可開采石油的日益枯竭、進口量的持續(xù)增長能源安全成為(收稿日期2004 -04 -27 )48