Transcript 煤气化
壳牌煤气化 大唐国际年产47万吨稀烃项目 煤的成因 煤的形成 煤的分类 煤的种类及用途 煤气化反应 全球煤气化的发展 1000℃时煤气组成 3MPa下煤气组成 煤气化分类 三种煤气化工艺的比较 煤气化技术视炉内气－固状态和运动形式，主要分为三大类∶以块煤（10～50ｍｍ）为原料的固 定床；以碎煤（小于6ｍｍ）为原料的流化床；以粉煤（小于0.1ｍｍ）为原料的气流床。为提高单 炉能力和降低能耗，现代气化炉均在适当的压力（1.5～4.5MPa）下运行，相应地出现了增压固定床、 增压流化床和增压气流床技术。我国绝大多数正在运行的气化炉仍为水煤气或半水煤气固定床。 1.固定床气化工艺 先进的固定床气化工艺以鲁奇移动床加压气化为代表，其主要优点包括：可以使用劣质煤气化； 加压气化生产能力高；氧耗量低，是目前三类气化方法中氧耗量最低的方法；鲁奇炉是逆向气化， 煤在炉内停留时间长达1ｈ，反应炉的操作温度和炉出口煤气温度低，碳效率高、气化效率高。虽 然鲁苛气化工艺优点很多，但由于固定床气化只能以不粘块煤为原料，不仅原料昂贵，气化强度低， 而且气－固逆流换热，粗煤气中含酚类、焦油等较多，使净化流程加长，增加了投资和成本。 2.气流床气化工艺 德士古炉、K-T炉、壳脾炉，以粉煤为原料的气流床在极高温度下运符（1300-1500℃），气化 强度极高，单炉能力己达2500.煤／日，我国进口的德士古炉也达400~700煤／日，气体中不含焦油、 酚类，非常适合化工生产和先进发电系统的要求。 气流床气化工艺的优点包括.煤种适应范围较宽，水煤浆气化炉一般情况下不宜气化褐煤（成浆 困难），工艺灵活，合成气质量高，产品气可适用于化工合成，制氢和联合循环发电等.气化压力高， 生产能力高.不污染环境，三废处理较方便。该工艺缺点是，高温气化为使灰渣易于排出，要求所用 煤灰熔点低（小于1300℃），含灰量低（低于10％-15％），否则需加人助熔剂（CaO或Fe2O3）并 增加运行成本。这一点特别不利于我国煤种的使用。此外，高温气化炉耐火材料和喷嘴均在高温下 工作，寿命短、价格昂贵、投资高，气化炉在高温运行，氧耗高，也提高了煤气生产成本。 3.流化床气化工艺 鉴于以上原因，使用碎煤为原料的流化床技术一直受到国内外的关注。德国发挥了其既有传统， 开发出高温温克勒气化炉，美国正努力发展以流化床气化和燃烧相结合的高效工艺（如Hybrid例工 艺），预期可获得最良好的系统效率。流化床气化以空气或氧气或富氧和蒸汽为气化剂，在适当的 煤粒度和气速下，使床层中粉煤沸腾，气固两相充分混合接触，在部分燃烧产生的高温下进行煤的 气化。其工艺流程包括各煤、进料、供气、气化、除尘、废热回收等系统，将原煤破碎至8ｍｍ以 下，烘干后进人进煤系统，再经螺旋加料器加人气化炉内，在炉内与经过预热的气化剂（氧气／蒸 汽或空气／蒸汽）发生气化反应，携带细颗粒的粗煤气由气化炉逸出，在旋风分离器中分离出较粗 的颗粒并返回气化炉，除去粉尘的煤气经废热回收系统进人水洗塔使煤气最终冷却和除尘。 Lurgi炉 Texco炉 主要气化技术的特性对比 煤气化技术 BG/L HTW U-Gas KRW Texaco Destec Shell Prenflo 床层类型 固定床 硫化床 硫化床 硫化床 气流床 气流床 气流床 气流床 加煤方式 上加块煤 下加粉煤 下加粉煤 下加粉煤 上加水煤浆 下加水煤浆 下加煤粉 下加煤粉 排灰方式 液态渣 干灰渣 灰团聚 灰团聚 液态渣 液态渣 液态渣 液态渣 气化剂 氧气 氧气或空气 氧气或空气 氧气或空气 氧气 氧气 氧气或空气 氧气或空气 气化压力 MPa 2.5 1.0 3.2 2.1 4.1 2.2 3.0 3.0 气化温度℃ 2000 1000 950-1090 870-1040 1260-1540 1320-1430 2000 1500-2000 煤气温度℃ 450 850-900 NA <1010 <800 <1038 900 1350-1600 纯氧耗 Kg/Kg 0.52 0.54 NA 0.68 0.9 0.86 0.8 0.89 蒸汽耗 Kg/Kg 0.36 0.36 NA 0.44 0.0 0.0 0.3 0.3 煤气热值 MJ/M3 13.2 11.5 5.0 12.1 10.1 9.3 10.8 11.2 碳转化率 % 99.9 96 95.3 95 97.2 98.9 98 99 美国在建 3700t/d， 99年投产 德国在建配 300MWIGC C2000年投 产 美国在建 1770t/d，配 275MWIGC C98年投产 美国在建 800t/d，配 95MWIGC C97年投产 美国在建， 配 260MWIGC C96年投产 美国在建， 配 262MWIGC C95年投产 荷兰在建 2000t/d，配 253MWIGC C93年投产 西班牙在建 2600t/d，配 300MWIGC C96年投产 发展现状 SHELL煤气化工艺主要特点： ——采用干煤粉进料，加压氮气或二氧化碳气输送，连续性好，气化炉操 作稳定，煤种适应性广，从烟煤、无烟煤、褐煤到石油焦均可气化，对煤 的活性没有要求，对煤的灰熔点适应范围比其它气化工艺可以更宽。对于 高灰份、高水份、含硫量高的煤种也同样适应。 ——气化温度约1400～1600℃，碳转化率高达99%以上，产品气体洁净， 不含重烃，甲烷含量极低，煤气中有效气体（CO+H2）达到90%左右。 ——氧耗低，与水煤浆气化相比，氧耗低15～25%，因而可减少与之配套 的空分装置投资。 ——单炉生产能力大，目前工业化生产运行气化压力为3.0MPa，日处理 煤量已达2000吨。 ——热效率高，冷煤气效率可达到81～83%（德士古工艺的冷煤气效率约 为75%），其余15%热能被回收为中压或高压蒸汽，总的热效率约为98% 左右。 ——气化炉采用水冷壁结构，无耐火砖衬里，维护量较少，气化炉内无传 动部件，运转周期长，无需备用炉。 ——气化炉烧嘴及控制系统安全可靠。SHELL公司气化烧嘴寿命大于 8000小时，Demkolec电厂使用烧嘴4年中未出现问题，气化操作采用先进 的控制系统，设有必要的安全联锁，使气化操作处于安全的最佳状态下运 行。 ——炉渣可用作水泥渗合剂或道路建造材料。气化炉高温排出的熔渣经激 冷后成玻璃状颗粒，性质稳定，对环境几乎没有影响。气化污水中含氰化 物少，容易处理。 国内现有SCGP装置 壳牌中国煤气化特许生产点 10 8 9 2 4 1 岳阳中石化壳牌煤气化有限公司 日投煤量2000吨，用于生产合成氨* 2 湖北双环化工集团有限公司 日投煤量900吨，用于生产合成氨 2001年 3 柳州化工股份有限公司 日投煤量1200吨，用于生产合成氨 2001年 4 中石化湖北化肥分公司 日投煤量2000吨，用于生产合成氨 2003年 5 中石化安庆分公司 日投煤量2000吨，用于生产合成氨 2003年 6 云南天安化工有限公司 日投煤量2000吨，用于生产合成氨 2003年 7 5 大化集团有限责任公司 日投煤量2000吨，用于生产甲醇 2004年 9 永城煤电（集团）有限责任公司 日投煤量2000吨，用于生产甲醇 2004年 10 中国神华煤制油有限公司 日投煤量2x 2000吨，用于制氢 2004年 7 3 云南沾化有限责任公司 日投煤量2000吨，用于生产合成氨 2003年 8 1 6 2001年 *壳牌与中石化的合资企业，双方各持股50%。 锡林浩特胜利煤田煤种煤质成份 项目 符号 单位 设计煤种 校核煤种 全水分 Mt % 29.5 33.00 空气干燥基水分 Mad % 14.71 15.00 收到基灰分 Aar % 13.43 13.40 干燥无灰基挥发分 Vdaf % 46.80 46.91 收到基低位发热量 Qnet.ar KJ/kg 14720 13400 哈氏可磨指数 HGI 58 50 冲刷磨损指数 Kc 0.72 0.80 TYPICAL COMPOSTION OF RAW SYNGAS <2> (MOL%) Process Design Case Equipment Design Case Turndown Design Case H2O 22.9 25.0 25.5 H2 17.2 15.9 13.0 CO 48.3 44.6 43.4 CO2 10.3 12.9 16.6 H2S 0.4 0.7 0.4 N2 0.7 0.7 1.0 Ar 0.1 0.1 0.1 COS ppmv 700 1100 700 CH4 ppmv 30 20 10 HCL ppmv <1 <1 <1 NH3 ppmv 170 170 170 HCN ppmv 160 160 160 MeOH ppmv 4 11 6 大唐多伦煤质分析结果 1）工业、元素分析(收到基) 收到基全水 Mt 收到基高位发热量 % 34.1 Kcal/kg 3740 收到基低位发热量 Qnet,ar Kcal/kg 3424 收到基灰分 Aar % 11.22 收到基挥发分 Var % 23.77 收到基固定碳 FCar % 30.93 收到基碳 Car % 39.71 收到基氢 Har % 2.59 收到基氮 Nar % 0.62 收到基硫 Sar % 1.00 收到基氧 Oar % 10.79 变形温度 DT ℃ 1166 软化温度 ST ℃ 1214 ℃ 1250 ℃ 1287 半球温度 流动温度 FT 气化流程框图： 空分 CO2 O2 N2 煤气去变换 磨煤 煤气化 除灰 湿洗 酸气去硫回收 除渣 初步水处理 气化工艺流程 水冷壁示意图 S-1103A 煤粉带式过滤器 V-1102A 1c 达到炉压 S-1102A 泄压到常压 A-1101A F-1101A 1a 2e 进入煤烧嘴5.79Kg/S E-1302 3a 3a 循环气压缩机53.3Kg/s 点火烧嘴 开工烧嘴 E-1303 E-1301 3a 反应温度 1500℃ 氧气3.7Kg/s 粉煤5.79Kg/S 煤烧嘴 中压循环水泵 合成气去干法除尘 F:111.25Kg/s T:340℃ P:4.12Mpa V-1402 充到炉压 V-1403 X-1402A 泄到常压 T-1401A X-1403 去循环气压缩机 去三合一工段 F:111.25Kg/s T:340℃ P:4.12Mpa 合成气来自于REG 去 飞 灰 处 理 去 飞 灰 处 理 C-16.1 来 自 飞 灰 处 理 系 V-1512 统 V-1502 泄压到0.6MPa 充压到炉压 泄压0.6MPa 充到炉压 大气 大气 泄到常压 V-1504 泄到常压 V-1514 称重达到设定 充压到0.6PMa 充压0.6MPa 排空 排空后 V-1515 V-1515 到达设定值后 称重达到设定 达到设定值后 V-1517 排空后 排空后 V-1518 到达设定值后 V-1508 达到设定值后 卡车 排空后 卡车 排空后 一氧化碳变换反应 一氧化碳与水蒸气的变换反应可用下式表示： CO＋H2O＝CO2＋H2＋Q 在1atm，25℃时，1molCO与水蒸气完全反应， Q为292KJ/mol 刘易斯－兰德尔反应热公式如下： △H＝9750＋1.81-4.45T-3T2+13.6×10－6T3 反应的特点是可逆，放热，反应前后气体体积 不变，且反应速度比较慢，必需使用催化剂才可 满足工业化要求的反应速度。 式中△H————反应热，cal/mol; T————绝对温度，K。 催化剂使用性能及业绩表 催化剂 EB－6 K8－11 QCS-01 QCS-04 湖北化学所 ICI公司 齐鲁石化院 齐鲁石化院 催化剂 EB－6 K8－11 QCS-01 QCS-04 堆密度 1.0～1.5 0.73～0.75 0.75～0.82 0.85～0.90 适用压力 ≤5.0MPa ≤10.0MPa ≤10.0MPa ≤5.0MPa 使用压力 2.9MPa 8.1MPa 8.1MPa 5.0MPa 起活温度 200℃ 200℃ 200℃ 180℃ 干气空速 ～3500 ～5500 ～3500 ～4500 使用寿命 3年 5年 4年 3年 22万元/t 16万元/t 9万元/t 10 8 5 生产厂家 价格 国内业绩 5.5万元/t 2 工艺气换热器 FIC FI 界区来工艺气 第一变换 炉 工艺气预热器 LG LIC 工艺气过滤器 工艺气分离器 蒸汽混合器 FIC 工艺冷凝液 第二变换炉 FYY 中压饱和蒸汽 中压蒸汽过热器 变换气水冷器 第一脱盐水加热器 变换气出界区 第 三 变 换 气 分 离 器 LIC 第 二 变 换 器 分 离 器 工艺冷凝液 LIC 冷凝液泵 冷凝液闪蒸槽 LIC 第 一 变 换 气 分 离 器 锅炉给水 LIC 锅炉给水加热器 废热锅炉 脱盐水 低压蒸汽