煤气化技术方案比较及选择.pdf

综 述 评 论 煤气化技术方案比较及选择 何正兆 Ξ 宫经德 郑振安 汪寿建 五环科技股份有限公司 武汉 430079 摘要 介绍GE水煤浆气化工艺与SHELL干粉煤气化工艺的差别,并通过实例进行技术经济对比,阐 述在目前经济条件下煤化工项目采用SHELL干粉煤气化工艺的优越性。 关键词 GE水煤浆气化 SHELL干粉煤气化 比较 选择 1 概述 以煤为原料生产合成气,国内常用常压固定 层气化炉,以无烟块煤或焦炭为原料。该工艺虽 然技术成熟可靠,设备全部国产化,投资较省, 但能耗高、煤质要求高,需用无烟块煤或焦炭, 资源利用率低,而且是常压操作,生产强度小, 操作时“三废”排放量大,对环境污染比较严 重,显然与国外煤气化技术相比,存在较大差 距。多年以前,国内研究部门也曾开发过以粉煤 为原料的K- T炉和熔渣炉,并在常压固定层气 化炉中采用富氧连续气化的工艺,以及近年开发 的恩德粉煤气化炉和灰熔聚气化炉等,因种种原 因这些技术尚未达到大型工业化装置推广的程 度。 煤气化技术早在20世纪初在国外已实现工 业化, 50年代后因天然气、石油大量开发,煤 气化技术发展一度停滞不前。20世纪70年代, 国际上出现能源危机,发达国家出于对石油天然 气供应紧张的担忧,纷纷把煤气化技术作为替代 能源技术重新提到议事日程,并加快了对煤气化 新工艺研究。近20年来,国外很多公司为了提 高燃煤电厂热效率,减少对环境污染,对煤气化 联合循环发电技术进行了大量的开发研究工作, 促进了煤气化技术的发展。目前已成功开发了对 煤种适应性广、气化压力高、生产能力大、气化 效率高、对环境污染少的新一代煤气化工艺。其 中具有代表性的有荷兰壳牌SHELL公司的干 煤粉气化工艺、美国GE公司的水煤浆气化工艺 原称德士古TEXACO水煤浆气化工艺、美 国DY NEGY公司的DESTEC气化工艺、德国 KRUPP UHDE公司的PRENFLO工艺加压K- T 法及德国鲁奇LURGI工艺。其中DESTEC 气化工艺与GE工艺相近,但其业绩及经验不如 GE; PRENFLO工艺的工艺指标较好,但目前仅 有1套示范装置,生产操作经验较少;鲁奇 LURGI工艺虽然工业装置较多,生产操作经 验也比较丰富,但由于煤气中CH4含量高,有效 成分CO H2含量低,且煤气中焦油及酚含 量高,污水处理复杂,不宜用来生产合成氨和甲 醇的原料气。 目前国际上技术比较成熟、工艺指标比较先 进、业绩较多的主要是SHELL公司干煤粉气化 工艺和GE公司水煤浆气化工艺,两者均为加压 纯氧气流床液态排渣的气化工艺。 2 SHELL和GE两种煤气化技术 1 SHELL公司在渣油气化技术取得工业化 成功经验的基础上,于1972年开始从事煤气化 技术的研究。1978年第一套中试装置在德国汉 堡建成并投入运行; 1987年在美国休斯敦附近 建成的日投煤量 250 ～400 t的示范装置投产; 日投煤量2kt的大型气化装置于1993年在荷兰的 Buggenum建成投产Demkolec电厂 , 用于联合 循环发电,该气化装置为单系列操作,装置的开 工率在95 以上。生产实践证明, SHELL煤气 化工艺是先进成熟可靠的。目前该技术在国内推 广比较迅速。 32006 ,163 何正兆等 煤气化技术方案比较及选择 Ξ 何正兆高级工程师。1989年毕业于华东化工学院无机化工专业。长期从事化工工艺设计工作。电话 027 87501295。 1995-2007 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 2GE TEXACO公司很早就开发了以天 然气和重油为原料生产合成气技术, 20世纪70 年代的石油危机促进其寻找替代能源和洁净的煤 气化技术,经多年研究以后,推出了水煤浆气化 工艺。该工艺技术已在山东鲁南、上海焦化、陕 西渭河、安徽淮化4套装置投运,最长的已具有 近8年生产操作经验。运行基本良好,显示了水 煤浆气化的先进性,但使用该项技术所建的生产 装置,要达到长周期满负荷运行,尚较困难,特 别是对煤种的可选择性限制了其发展。 SHELL煤气化工艺与GE水煤浆气化工艺, 是当前先进而又成熟的两种煤气化技术,已成功 地在工业规模上应用多年。两种气化工艺对比分 析如下 211 原料的适应性 1 SHELL煤气化是洁净的煤气化工艺, 可 以使用褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤等煤种以及 石油焦为原料,也可使用两种煤掺合的混煤,并 成功地将高灰分 5 17 ～2415 ,最高35 、 高水分 4 15 ～301 7 和高硫分的劣质煤种 进行气化。对于原料煤和燃料煤价差较大地区有 可能使其两者合一,既简化贮运系统又可降低生 产成本,可见该工艺在煤种应用上有很大灵活 性。 2GE水煤浆气化工艺能使用较多煤种 如烟煤、次烟煤、石油焦和煤液化残渣。但是在 煤种选择上需考虑以下两点① 应选用含水低, 尤其是内水分低的煤种,否则不利于制取高浓度 水煤浆;② 选用灰融点低和灰粘度适宜的煤种。 灰融点FT T3宜低于1300℃,否则会影响气 化炉内耐火砖的使用寿命。 212 煤的准备 原煤通常需筛选和研磨破碎使其达到一定粒 度,以满足输送和气化操作要求。 1在SHELL煤气化工艺中,将煤研磨至 气化合适粒度的同时,用惰性气体的热风进行干 燥。出磨机时90 wt煤的粒度 99 ,因而 排出炉渣中含C 1 。干法除尘排出之细灰含C 5 ,可直接用作水泥生产原料。 2在GE水煤浆气化工艺中,碳转化率为 96 ～98 ,由于碳转化率随气化温度上升而增 大,出于延长气化炉砖使用寿命考虑,实际碳转 化率经常在94 ～96 。因此排出炉渣含碳2 ～5 ,而在滤饼中含碳量达15 ～30 。 2111 运行周期 由于气化炉结构上的差异导致气化炉运行周 期有较大差别。 1 SHELL煤气化炉采用水冷壁结构, 无耐 火砖内衬,对气化炉操作温度的要求比GE气化 炉宽松,同时气化烧嘴运行周期长,故能保证气 化装置长周期运行。 2GE气化炉内砌耐火砖,目前国产耐火 52006 ,163 何正兆等 煤气化技术方案比较及选择 1995-2007 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 砖使用寿命不到1年,国外耐火砖也只有1～2 年。GE气化装置受耐火砖的寿命、气化烧嘴运 行时间等的影响,连续运行周期受到限制。 3 两种工艺的应用 以大同煤峪口矿煤为基准,两种煤气化工艺 的气体成分见表1 ,工程应用见表2和表3。 表1 气体成分 成分SHELL工艺GE工艺备 注 H21910431103 CO691174911969117/ 49119 140 CO291831815618156/ 9183 189 N211720155 Ar01120150 CH400105 H2S COS01120112 表2 SHELL煤气化技术的工程应用t/ d 合同工厂公称投煤量 德国汉堡K VA气化装置150 美国休斯敦SCGP21气化装置250～400 荷兰Demkolec电厂2000 湖北双环化工集团1000 广西柳州化肥厂1000 中石化洞庭氮肥厂2000 中石化湖北化肥厂2000 中石化安庆化工总厂2000 神华集团2000 云南沾化集团2000 云南云天化集团2000 大连大化集团1000 永城煤业集团2000 中原大化集团2000 河南开祥公司1000 注国内装置均在建中,除神华集团为气化炉2台, 410MPa外, 其余均为气化炉1台, 410MPa。 表3 GE煤气化技术的工程应用t/ d 合同工厂公称投煤量 美国田纳西州Eastman气化厂820 气化炉1 1台, 615MPa 美国加利福尼亚州冷水工程910 气化炉1 1台, 412MPa 日本宇部氨厂1380 气化炉3 1台, 410MPa 美国TAMPA电厂2000 气化炉1 1台, 3192MPa 鲁南化肥厂360 气化炉1 1台, 217MPa 渭河化肥厂1500 气化炉2 1台, 615MPa 上海焦化厂1500 气化炉3 1台, 410MPa 淮南化工总厂1000 气化炉2 1台, 410MPa 浩良河化肥厂1000 气化炉2 1台, 410MPa 金陵石化厂1000 气化炉2 1台, 410MPa 目前两种煤气化技术在国内外都有较好的应 用业绩, GE TEXACO工艺推广较早,应用业 绩较多, SHELL工艺起步较晚,但是发展迅速, 后来居上。 4 结语 根据以上比较可知SHELL煤气化工艺在以 下几方面都有明显的优越性 1原料煤种的适应性。可以不受煤种的限 制,使用原料范围更广,属洁净煤技术,为环保 性新工艺。 2工艺特点。煤气化工艺碳转化率高、热 效率高、氧耗低,气化关键设备及控制系统安全 可靠。 3投资、消耗及运行费用。虽然SHELL 方案投资比GE方案略高,但从技术先进性及操 作费用上,采用SHELL干粉煤气化工艺明显优 于GE水煤浆气化工艺。 4运转周期。SHELL煤气化工艺煤烧嘴可 以连续运行8000h以上; GE水煤浆气化工艺煤 烧嘴运行1500h就需检查更换。 5环保。SHELL煤气化工艺排出的炉渣含 碳 1 、飞灰含碳 5 ,可以再利用,同时排 出的废水少; GE水煤浆气化工艺排出的炉渣含 碳2 ～5 ,难以再利用,同时排出的废水也 较多。 收稿日期 2005 - 11 - 17 6 CHEMICAL ENGINEERINGDESIGN 化工设计2006,163 1995-2007 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. ABSTRACTS Option Comparison and Selection of Coal G asification Technology He Zhengzhao ,et al Wuhuan Science and Technology Incorporated Ltd. , Wuhan430079 Introduce process differences between GE Coal Water Slurry Gasifica2 tion Process and Shell Coal Dry Powder Gasification Process , carry out practical technical and economic comparison , discribe advantage of using Shell Coal Powder Gasification Process for coal chemical projects at pre2 sent economic condition. K ey words GE coal water slurry gasification Shell coal dry powder gasification comparison selection Process Technology Comparison of Ethylene Oxide/ Ethylene G lycol Zhang Xiangyu ShanghaiEngineering Co. ,Ltd. ,SINO Petrochemical Group, Shanghai200120 Oxidation process by oxygen is popularly used in ethylene oxide/ ethy2 lene glycol units in the world. Three main companies such as Shell , Dow and SD have larger proportion of market of oxidation process technology by oxygen. Some comparisons are carried out for process technology features of the three companies. K ey words ethylene oxide ethylene glycol comparison Hydrogen Peroxide Concentration Unit Its Process Optimization Shi Y ouli Petrochemical Design Institute of Fujian Province , Fuzhou350001 Based on analyzing reasons of high energy consumption and high cost of hydrogen peroxide concentration unit , optimization and revamp of two set of hydrogen peroxide concentration units have been pered , and it is found that outstanding energy saving has been achieved. K ey words hydrogen peroxide concentration unit process opti2 mization Process Calculation for Batch Distillation Column of Citronella Oil Fan Lei ,et al Chemical Research Institute of Yunnan Province, Kunming650288 Material balance calculation is carried out for 300t per year batch Cit2 ronella oil distillation column. Based on result of the balance calculation , calculate further operation temperature , minimum number of theoretical tray ,number of theoretical tray , minimum reflux ratio , operation reflux ra2 tio and diameter of the column , and process data and equipment parame2 ters are obtained. K ey words citronella oil batch distillation column material bal2 ance calculation process calculation Cleaning Process of Soda Ash Carbonation Tower И.ИБOCEHK O Translated by Wang Anyin Chengda Engineering Corporation of China , Chengdu610041 Describe theory of reducing cleaning time of soda ash carbonation tow2 er , and required cleaning gas quantity can be quickly and accurately ob2 tained through curve of profile. K ey words soda ash carbonation tower cleaning tower ammonia2 cal brine titer Slurry Feeding Design for Monoammonium Phosphate Reaction - Concentration Section Chen Yu ,et al ChemicalEngineeringCollege ofSichuan University ,Chengdu 610065 Introduce principle and deign s for feedstock automatic feeding among three evaporation chambers of monoammonium phosphate reaction - concentration section of 240 ,000MTPY large size and national cus2 tomized plant. In combination of processfeature of neutralized slurry con2 centration ,“higher at middle and lower at two ends”difference arrange2 ment in evaporation chamber occurs so as to improve distribution of thrust2 ing force of stream, reduce pressure of second effect evaporation , and en2 hance second steam utilization rate. Furthermore self - adjusted liquid lev2 el in three evaporation chambers is available so that system stability is im2 proved , and good operation kept. K ey words monoammonium phosphate slurry stream concentration self - adjusted level control Application of Impulse G as - fired Soot Blower in Ethylene Cracker Niu Xiaoxu ,et al Northeast Subsidiary of SINOPEC GroupEngineering Design Co. , Ltd. , Jilin132002 Put forward selection and trend of development of soot blower of ethy2 lene cracker through comparison of efficiency and change of energy con2 sumption of the ethylene cracker before and after using impulse gas - fired soot blower K ey words soot blower cracker impulse flue gas emission tem2 perature Development of N ational Customized Technology for Titanium Powder Production Plant Tang Wenqian Chemical Planning and Design Institute of Shandong Province , Jinan 250013 Introduce national customized equipment of grinder , crystallizer , dryer and gas powder machines based on digesting and absorbing technology of importing titanium powder plant from outside China. K ey Words titaniumpowder importation national customization tech2 nology Application of Automatic Suberization Technology in Transportation of Adipic Acid Jiang Bin ,et al Energy Research Institute of Science Academy of Shandong Province , Jinan250014 Introduce feature , philosophy , equipment operation principle of dense phase conveying technology of automatic suberfication , and its successful application in transporting adipic acid. K ey words automatic suberification dense phase transportation ni2 trogen protection adipic acid Accident Analysis for Explosion of Drum of Boiler Tang Huiquan ,et al Northeast Subsidiary of SINOPEC GroupEngineering Design Co. , Ltd. , Jilin132002 Analyze in details reason of exploded drumof the boiler , which was ex2 ploded after half a year operation , due to serious lacking water and super2 heating caused; put forward correction measures and recommendation for avoiding lack of water in the Boiler. K ey words boiler boiler drum explosion safety operation 12006 ,163 ABSTRACTS OF CHEMICAL ENGINEERINGDESIG N 1995-2007 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.