1、现代煤化工生产技术,气化车间培训教材（二）,第一章 SHell煤气化工艺,简介：SHell煤气化工艺简称SCGP，荷兰开发的一种加压气流床粉煤气化技术，采用气化剂为氧气，生成有效气体含量高达90%以上的合成气。 特点：煤种适应性广，碳转化率高，设备生产能力大、清洁。,第一节 SHell煤气化基本原理,化学平衡CnHm+（n/2）O2=nCO+（m/2）H2+Q 反应机理尚不能完全作分析，但大致分成三步进行 第一步：煤的裂解及挥发份燃烧 特点：粉煤、氧气喷入气化炉，迅速被加热到高温，粉煤发生干燥和热裂解，释放出焦油、酚、甲醇、树脂、甲烷等挥发份。在高温、高浓度氧情况下，挥发份完全燃烧，放出大量热
2、量。因此，煤气中不含焦油、酚、高级烃等可凝聚物。,第二步：煤焦的燃烧和气化煤焦与剩余的氧气发生燃烧反应，生成CO2和CO等，放出热量；煤焦与水蒸汽和CO2发生反应生成CO和H2；H2与CO又与残存的氧气发生燃烧反应，放出更多热量。 第三步：煤焦及产物的气化煤焦及产物的气化，反应物中几乎不含有O2。主要是煤焦和水蒸汽、CO2发生气化反应，生成CO和H2。,1、主要反应介绍,热裂解反应 CnHm-CH4+C-Q 部分氧化反应 C+O2-CO+Q 完全氧化反应 C+O2-CO2+Q CO2还原反应 C+CO2-CO-Q 非均相水煤气反应 C+H2O-CO+H2 变换反应 CO+H2O-CO2+H2+
3、Q 甲烷化反应 CO+H2-CH4+H2O+Q 加氢反应 C+H2-CH4+Q,第二节 SHell煤气化的主要工艺指标,氧煤比 n（H2O）/n（O2） 气化温度 气化压力 对煤种的要求,SHell煤气化主要工艺指标（一）,氧煤比氧煤比的大小是影响气化炉温度、碳转化率、煤气中有效成分含量高低的重要因素。1、氧煤比增加，燃烧反应增多，放出更多热量，气化温度提高，高的反应温度保证了煤中矿物质的充分流化，灰渣残碳降低，碳的转化率提高。2、燃烧反应的增加，会使煤气中CO2的含量上升，CO含量下降，煤气中有效成分含量降低。理想的氧煤比应使氧的消耗最少，煤气中的CO2含量最低，碳的转化率最高。合适的氧煤比
4、控制在n（O）/ n（C）在1.1左右。,SHell煤气化主要工艺指标（二）,n（H2O）/ n（O2）水蒸汽的加入，实际是为了控制气化温度， n（H2O）/ n（O2）增加，气化温度降低。其数值的大小与煤种、气化温度相关，在生产中，当煤的性质不变时，蒸汽煤比通常为定值，不随意改变。,SHell煤气化主要工艺指标（三）,气化温度气化温度的高低是影响气化效果的重要因素。气化温度高，反应速率快，碳的转化率高，灰渣残碳降低，同时煤中的烃类分解完全，合成气中除微量的甲烷外，不含其他的烃类。过高的气化温度会使熔渣的黏度变小，炉壁灰渣层变薄，过多的热量被水冷壁锅炉带走，冷煤气效率下降，冷煤气效率降低。实际
5、生产中的气化温度通过氧煤比和蒸汽氧比控制。,SHell煤气化主要工艺指标（四）,气化压力1、在较高的气化温度下，气化压力对煤气组成几乎没有影响。2、气化压力提高，可提高炉子生产能力，减小后续的压缩功。SHell煤气化的压力受限于干粉的加料方式，压力一般为3.05.0MPa。,SHell煤气化主要工艺指标（五）,对煤种的要求SHell煤气化对煤种有广泛的适应性，它几乎可以气化从无烟煤到褐煤的各种煤。但考虑到经济性，对煤种还是有一定的要求。 （1）水份 （2）灰份 （3）煤粉粒度、挥发份及反应活性 （4）总硫 （5）灰熔点和灰组成,1、对煤种的要求,水份SHell煤气化炉是干粉进料，要求水含量2%
6、。水份含量的高低直接关系到运输成本和制粉的能耗。水份含量高的煤种，比较适合于就近建厂或坑口建厂，原煤应进行干燥处理。,2、对煤种的要求,灰份灰份是煤中的惰性物质，其含量的高低对气化反应影响不大，但对输煤、气化炉及灰处理系统影响较大。灰份高，气化煤耗、氧耗高，气化炉及灰渣处理系统负担也就越重，严重时会影响气化炉的正常运行。 由于SHell煤气化炉采用水冷壁结构，以渣抗渣，如果灰份含量太低，气化炉的热损大，且不利于炉壁的抗渣保护，影响气化炉的使用寿命。,3、对煤种的要求,煤粉粒度、挥发份及反应活性挥发份是煤加热后挥发出的有机质及其分解产物，是反映煤的变质程度的重要标志。煤化程度越浅，煤质越年轻，反
7、应活性越好，对气化反应越有利。SHell气化炉控制碳转化率的重要因素是气固之间的扩散过程，因此对煤粉粒度要求比较细，对挥发份及活性好的煤，在保证碳的转化前提下，可放宽煤粉粒度，减低制粉电耗和成本。对于挥发份、活性差的煤，煤粉粒度越细越好。,4、对煤种的要求,总硫煤中硫的存在，气化形成H2S和COS。硫含量过高，给后系统煤气的净化及脱硫带来负担，并直接影响煤气净化系统的投资及运行成本，对煤中硫含量的选择，应结合净化装置的设计及投资综合考虑。,5、对煤种的要求,灰熔点及灰组成SHell煤气化属熔渣、气流床气化，为保证气化炉顺利排渣，气化炉操作温度要高于灰熔点FT（流动温度）约100150。如灰熔点
8、过高，势必要求提高操作温度，影响气化炉运行的经济性，因此FT温度低对气化排渣有利。对于高灰熔点煤，一般可通过添加助熔剂来改变煤灰的熔融特性，以保证气化炉的正常运行。,第三节 SHell煤气化工艺流程,1、磨煤及干燥系统作用：该系统将来自煤储运系统的原煤送入磨煤机，磨制成符合要求的煤粉，并同时对煤粉进行干燥的一个工艺单元。关键设备：磨煤机、煤粉袋式过滤器、循环风机和热风炉。循环风机提供整个循环回路的动力。,2、粉煤加压及输送系统,作用：将煤粉加压并输送到气化炉煤烧嘴。 关键设备：煤粉储仓、煤粉锁斗、煤粉给料仓和煤粉仓装料袋滤器。,3、气化、激冷及合成气冷却系统,作用：将送入气化炉中的煤粉气化，并
9、把产生的煤气降温后送入后续工段。 关键设备：气化炉、激冷管、输气管和合成气冷却器（SGC）。,主要包括氧气供给、热水循环、煤粉供给和氮气吹扫等部分。 氧气供给单元分两路：一路供给气化炉开工烧嘴，另一路供给正常运行时的气化炉烧嘴使用。 烧嘴热水单元作用：保持烧嘴前部在200220的操作温度上，以避免进入烧嘴的蒸汽凝结而出现硫腐蚀。 烧嘴供煤单元和高压氮气混合形成粉煤氮气悬浮物，经三通阀进入烧嘴,气化、激冷及合成气冷却系统气化炉烧嘴系统,在开工时使用，柴油、氧气被点火烧嘴引燃喷入气化炉中，对气化炉升温，最后点燃煤烧嘴喷入的煤粉。包括：柴油储存和分配系统，供应点火燃料的液化气系统，供应点火烧嘴燃烧的
10、空气系统，吹扫和排放用的高压氮气系统，吹扫连接点火烧嘴的液化气管线的低压氮气系统和冷却开工烧嘴的高压水系统,气化、激冷及合成气冷却系统开工及点火烧嘴系统,气化、激冷及合成气冷却系统气化及合成气冷却系统,粉煤、氧、水蒸汽在气化室发生反应，生成14001600的合成气。合成气向上流动，在气化室上部被来自激冷气压缩机的温度为209 激冷气激冷到约850 ，分别经激冷管、传输管道、气体返回室和合成气冷却器，温度降至340 ，送净化系统。,气化、激冷及合成气冷却系统气化炉水/蒸汽系统,（1）中压蒸发器系统由汽包来的中压锅炉水经泵分两路，一路去预热氧气至180 给水冷壁换热器和中压蒸汽发生器供循环水，换热
11、后水/蒸汽混合物回到汽包进行汽液分离。 （ 2）中压蒸汽过热器系统由汽包出来的饱和中压蒸汽分三路： 低压蒸汽管网；与过热蒸汽混合后去中压蒸汽管网经中压蒸汽过热器过热后分两股，一股与第二路蒸汽混合，一股供煤气化使用。,4、排渣系统,作用：负责熔渣的冷却、粉碎和排放。主要设备：渣池、破渣机、渣收集器、旋液分离器、渣池冷却器、渣锁斗、捞渣机、渣输送皮带等。,5、干灰脱除系统,作用：负责脱除合成气中夹带的粉灰。主要设备：飞灰过滤器、飞灰锁斗、飞灰汽提/冷却罐、中间飞灰储罐、飞灰储仓等。,6、湿灰脱除系统（湿洗）,来自高温高压过滤器的高温、高压粗合成气，与来自洗涤塔底部的洗涤水，在文丘里洗涤器中充分混合
12、后送入洗涤塔底部，气/水混合物在此初步分离，气体沿填料层上升，与从塔顶下来的洗涤水在填料层充分接触传质传热，以除去粗合成气中的HCL、HF和微量的固体颗粒。 洗涤后的粗煤气一股去变换单元，一股作为激冷气，经压缩机加压后返回到气化炉出口。,7、废水汽提及澄清,在该单元进行汽提处理的污水主要包括下列几股物流：湿灰脱除系统的酸性排放水；排渣系统的灰水，火炬冷凝液分离罐的水，工厂收集排放系统的水和潜在的排放污水。这几股废水首先汇入汽提塔给料罐中，为防止炭黑水加热后碳酸钙沉积，汽提塔给料罐中加入少量15%的盐酸，PH值控制在6.0-7.0。罐中液体温度约为100 。,第四节 Shell粉煤气化装置的开车
13、运行问题汇总,1 气化炉及废热锅炉结构复杂，制造难度大，目前其内件及关键设备还需引进；相同生产规模，投资相对较大。 2 设备较大，给运输带来了一定的困难，如现场组装，将进一步增加投资。 3 因为无备用炉，工厂必须有很好的管理水平；工厂的连续操作难以得到保证。 4 国内目前还没有经过长周期运行的考验，缺乏成功的操作管理和运行经验。,1、静设备存在问题及解决措施,1、通气锥易损坏： 由于工艺设计不完善导致粉煤加压过程中，通气椎的实际压差明显高于设计的运行最大压差，导致损坏。通过增加压差显示和改变升压速度，严格控制压差小于1.0 MPa，解决了压差过高导致设备损坏问题。 2、烧嘴隔焰罩漏：由于设计不
14、能满足生产工艺要求，运行数天后就会损坏，通过更换材料、增加水流量等措施现基本解决。但没有在满负荷条件下检验。S1201S1202S1501过滤器：设备制作时质量控制不严，存在缺陷，后解决。换热器漏：E3051氮气加热器，压缩机油冷却器因制造质量不好泄漏，已解决。 3、烧嘴冷却水过滤器阻力高： 设计面积过小，经厂家改进后符合要求。,2、动设备存在问题及解决措施,1、急冷气压缩机： 试车过程中遇到了很多问题，如转子不平衡、干气密封固定螺栓数量不够、强度不足、盘车器在设计压力下不能盘车、口环损坏、振值高等问题。 2、锅炉水循环泵工艺水泵2渣水泵： 因设计原因轴承温度高，工艺水泵通过返厂修理后解决。锅
15、炉水循环泵通过现场解决管道应力和对中后解决了问题。渣水泵现场维修解决。,3、支架、管道、阀门存在问题及解决措施,现场的管道支架设计数量偏少或强度不足和不符合有关要求，共整改现场支架300多个。 氧气管线：施工质量管理不严，存在焊缝焊瘤超高、焊缝不合格、油脂清洁不合要求、管材用错等。电伴热质量差，多次更换冷端头和部分更换电伴热。单向阀泄漏：氧管线单向阀、吹扫氮气单向阀质量差，全部返厂修理后才合格。法兰泄漏多：气密进行不顺利，很多法兰泄漏，有垫片质量问题，有密封面损坏问题，更有安装质量问题，几乎大多数垫片进行了更换。,4、仪表存在问题及解决措施,1、速度计和密度计： 可靠性差，易损坏。粉煤料位计：
16、测量不准确，波动大、易受干扰，改为放射性源测量后解决。 2、飞灰料位计、原煤仓料位计： 易受干扰，波动大，稳定性差。 3、粉煤三通阀：易卡，时常打不开，有时需要多次才能打开。 有相当多的阀门开关时间达不到要求：经过提高供气源压力和改进气缸后解决。粉煤平衡阀使用一段时间后内漏严重，改渗碳处理后依然不好，计划改变阀门结构形式来解决。,5、工艺存在问题及解决措施,1、粉煤粒度偏细：按照磨煤机的设计条件，正常时加载力13MPa，旋风分离器转速80150 rmin，循环风量80000 m3h。而实际为了达到规定的粉煤粒度，磨煤机已经在边界条件下运行，加载力仅为5 MPa，分离器转速50 rmin，风量为80000 m3/h。 2、粉煤循环：粉煤循环的工作量大、耗时久，远比预计的要复杂。整个4条线的粉煤循环工作经历了3个月才完成。粉煤架桥：粉煤输送过程中易架桥，通过改变充压方式和时间得到解决。 3、柴油无循环管线：试车时发现柴油管线没有循环线，无法保证柴油干净，临时增加循环管线。 4、水通道堵塞：在进行水通道检测时，发现部分水冷壁管阻力高，割开管线后发现有杂物堵塞，反复多次才彻底清理干净，历时3个月。煤控制阀堵塞：由于煤中的杂物造成，增加了过滤纤维筛。,
