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1、煤制烯燃示范工程工艺选择和优化方案一、化工装置主要技术选择和优化1、气化装置技术选择和优化1.1煤气化技术介绍1.1.1ShelI粉煤气化技术Shell粉煤气化技术始于1972年，是荷兰壳牌公司开发的一种先进的气化技术。壳牌公司先在荷兰阿姆斯特丹建了日处理6吨煤试验装置，后在德国汉堡建了日处理150吨煤装置，第三套建在美国休斯敦，日处理400吨煤装置；第四套建在荷兰布根伦（DemkOIeC工厂），日处理2000吨煤装置。Shell粉煤气化技术采用纯氧、蒸汽气化，干煤粉进料，气化温度达14001700C,碳转化率可达99%,煤耗比水煤浆低8%,有效气体（COH2）90%以上，液态排渣。采用特殊的
2、固膜式水冷壁设计（以渣抗渣），烧嘴寿命可达到3年。采用废锅流程，可副产高压蒸汽。氧耗量较低，氧耗比水煤浆低15%,但需要氮气密封，气化压力不能太高。气化炉（带废锅）结构复杂庞大，加工难度加大，干燥、磨煤、高压氮气及回炉激冷用合成气的加压所需的功耗较大。设备费及专利费较高。由于采用氮气密封及吹送，因而气化产生的合成气中惰性组分含量约为5%,因此，对于甲醇合成来说弛放气量要增加。Shell粉煤气化技术目前（2005年）只有国外两套以煤为原料大型装置在运行，用于联合循环发电，工业化的经验不多。国内有六套Shell气化装置正在建设，另有几个项目也签了引进合同。但从实际建设情况看，气化炉供货周期不少于1
3、8个月，关键设备国产化率低，使得ShelI气化装置投资高，建设周期长，国内并无运行经验。1.1.2GE-Texaco水煤浆气化技术德士古（TeXaCO）公司由重油气化工艺启发，于1948年提出水煤浆气化工艺。第一套中试装置于1948年在洛杉矶蒙特贝洛实验室建成，规模1.5吨煤/天；德国鲁尔化学/鲁尔煤公司（RCH/RAG）于1978年对水煤浆制备、烧嘴、耐火材料、渣水处理和废热回收等进一步研究和改进，为工业化奠定了基础。该工艺已在合成氨、甲醇、含氧化合物、洁净煤气化联合循环发电（IGCC）等方面得到成功的应用。在德士古公司被雪佛龙公司合并后，其气化部分被GE公司收购，故现技术属于GE能源公司所
4、有。GE-TeXaCO水煤浆加压气化技术属于气流床气化技术,是当前世界上已工业化较先进的气化技术。它是在煤中加入添加剂、助熔剂和水，磨成水煤浆，加压后喷入气化炉，与纯氧进行燃烧和部份氧化反应。该工艺对煤种的适应范围较宽；单台气化炉生产能力较大；气化温度高(13001400C),碳转化率最高可达99%；煤气中甲烷含量低，惰性气含量也低，因而在甲醇合成时不仅循环气量小、省压缩功，而且弛放气量小。煤气中有效气成份(CO+H2)高，是生产甲醇合成气的理想原料气。由于是水煤浆进料，大量水份要进行气化，因而以单位体积的(CO+H2)计的煤耗和氧耗均比Shell气化高。GE-Texaco水煤浆加压气化技术特
5、点：(1)煤种适应性广：年轻烟煤，粉煤皆可作原料，灰融点要求不超过1350C,煤可磨性和成浆性好，制得煤浆浓度要高于60%为宜。(2)气化压力范围大：从2.58.0MPa皆有工业化装置，气化压力高可节省合成气压缩功。(3)气化炉热量利用：有激冷工艺制得含蒸汽量高的合成气如用于生产合成氨和甲醇，在变换工序不需再外加蒸汽，也可采用废锅流程回收热量副产高压蒸汽，但废锅设备价格较高，可择优选用。(4)气化炉内无传动装置，结构比较简单。(5)单位体积产气量大：一台直径3200mm,6.5MPa气化炉产生气体，可日产甲醇约1100吨。(6)有效气成分高：CO+H2高达80%左右，排渣无污染,污水污染小易处
6、理。因高温气化,气体中含甲烷很低(CH40.1%),无焦油，气化炉排渣无污染可用作铺路路渣，污水含氟化物少，易处理。(7)产品气一氧化碳和氢含量高是碳一化学最好合成原料气，可用来生产合成氨、甲醇、制氢、羟基合成原料气，用途广泛。(8)碳转化率高：最高可达99%。(9)技术成熟，实际生产经验丰富，大部分设备和仪表能够在国内生产和采购。(10)烧嘴使用寿命不长，一般约2个月就需停炉更换。GE-Texaco水煤浆气化装置在世界上已有多套装置运行，在我国使用最多，且均为用于化工生产。1.1.3GSP技术GSP工艺技术称为“黑水泵气化技术Z由前民主德国的德意志燃料研究所于1956年开发成功。1984年在
7、黑水泵联合企业建成第一套工业装置，单台气化炉投煤量为720吨/天，1985年投入运行。GSP技术属于2002年由瑞士投资成立的未来能源公司。GSP气化炉是一种下喷式煤粉加压气流床、液态排渣气化炉，其煤炭加入方式类似于She11,炉子结构类似于德士古气化炉。GSP气化技术存在的主要问题是在单炉能力和长周期运行方面还存在不足，目前在运行的装置，单炉能力只有日投褐煤720吨的规模。国内采用GSP技术的气化炉目前均未投产。1. 1.4华东理工技术由华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂、中国天辰化学工程公司合作开发的、拥有自主知识产权的四喷嘴对置式水煤浆气化技术是在Texaco气化技术基础上创新的煤气化技术。该
8、工艺属于水煤浆气化的范畴，与Texaco气化技术的主要区别是由TeXaCO单喷嘴改为对置式多喷嘴，强化了热质传递，气化效果较好，但多喷嘴需要设置多路控制系统，增加了设备投资和维修工作量。由于是国内技术，工艺包及专有技术使用费较引进技术有较大幅度的降低。“十五”期间，在国家科技部、国家发改委的大力支持下，多喷嘴对置式水煤浆气化技术分别于山东鲁南、山东德州建设了工业示范装置。示范装置为兖矿国泰化工有限公司，建成两套日投煤1150吨的气化炉，操作压力4.0MPa,生产24万吨/年甲醇，联产71.8MW发电，装置于2005年10月投入运行。第二个项目是应用在华鲁恒升化工股份有限公司大氮肥国产化工程，建
9、设一套多喷嘴对置式水煤浆气化装置，日投煤750吨，操作压力6.5MPa,装置已于2005年6月初投入运行。1.2煤气化技术对比序号项目SHELLGEGSP华东理工1煤质要求适应性宽，从年轻褐煤至无烟煤、石油焦均可，但对高水分及高灰熔点的煤也受制约，前者耗能，后者需加助融剂。煤中灰份的含量不得低于2%适应性相对窄一些，烟煤、无烟煤、石油焦均可，年轻的褐煤乃至内水高的烟煤受限，灰融点不宜超过1320,否则耐火砖更新频繁，不经济适应性宽，从年轻褐煤至无烟煤、石油焦均可，但对高水分及高灰熔点的煤受制约，前者干燥能耗Wj,后者需加助融剂。基本要求同SHELL适应性相对窄一些，烟煤、无烟煤、石油焦均可，年
10、轻的褐煤乃至内水高的烟煤受限，否则影响煤浆成浆性能；煤渣灰熔点低为好，可延长耐火砖使用寿命。基本要求同GE工乙气化系列:3,气化系气化系气化系2技术因无备用炉，列：6,有1列:4,因无列：5,有1方案装置年运行台备用炉，备用炉,装台备用炉，序号项目SHELLGEGSP华东理工8000小时的可装置年运置年运行装置年运行靠性低,废锅行8000小8000小时8000小时的流程,适用于时的可靠的可靠性可靠性比GE发电,流程复性高,激冷低,激冷流低,激冷流杂,气化操作流程，适程，适用于程，适用于压力：4.OMpa用于化工化工合成，化工合成，合成,流程流程简单，流程简单，简单,气化气化操作压气化操作压操作
11、压力:4.OMpa力:6.5Mpa力:6.5Mpa繁杂，流程长，煤浆制备、工艺配置，四喷嘴对置粉煤加压进加压进料、有独到之的水煤浆气料、气化，合气化（急冷处，为流化流床气化炉成气冷却排除渣）、文床密相进料及复合床煤工乙渣，除尘、酸丘里碳洗器，气化炉气洗涤冷却3配置水处理，检测除尘降温、水冷壁和急设备；混合要求严格冗繁灰水处理，冷相结吸取器、旋风分的PLC程序控流程相对了Shell和离器、水洗制（进料、除简洁，控制Texaco的塔三单元组尘、排渣）达点I/O少优点，粗煤合煤气初步序号项目SHELLGEGSP华东理工10套之多，因(PLC仅数气最终经二净化工艺；此系统投料开套)。系统级文丘里冷蒸发
12、分离直车达到稳定、投料到连却除尘等，接换热式含连续，全过程续生产，不工艺流程新渣水处理及估计时间相对需磨合期，颖,先进合热回收工比较长国内已有理，生产控艺；流程简多套工业制也简明合洁可行，控装置运行理制较GE复的经验杂，操作也比GE困难些煤煤耗煤煤耗耗:0.56tkNm0.599tkN耗:0.56tk0.608tkNm3(CO+H2),m3Nm33(C0+H2),气化氧耗(C0+H2),(C0+H2),氧耗4性能0.46tkNm3(C氧耗氧耗0.586kNm3指标0+H2),氧耗较0.552kNm30.50tkNm3(C0+H2),低，碳转化率(C0+H2),(C0+H2),均比GE高；高(9
13、9.5%),碳转化率氧耗较低，碳转化率N冷煤气效率98%,冷碳转化率98%,有效气序号项目SHELLGEGSP华东理工(83%),约15%的能量被回收为过热中压蒸汽312.7th(保证值265th)o有效气体成份(C0+H2)高达93%(干基)左右煤气效率73-76%o合成气质量好，CO+H280%,且H2与CO量之比约为0.77,可通过变换调整比例(99.5%),冷煤气效率和碳转化率均接近SheIl。有效气体成份(C0+H2)(干基)高达92%左右(保证88%)成分(C0+H2)(干基)278.9%,比GE指标高1.5%,且H2与CO量之比约为0.85,稍经变换调整比例即可达到下游要求5装置能耗煤耗及氧耗最低，电耗最高，由于气化操作压力低，装置能耗与GE气化相当煤耗及氧耗高，电耗低，装置能耗与SHELL气化相当煤耗及氧耗较低，电耗较低，装置能耗比SHELL气化高煤耗及氧耗高，电耗最低，装置能耗与GE气化相当序号项目SHELLGEGSP华东理工粉煤进料器喷顶烧、有燃顶烧、有水嘴侧烧带水冷料室和激冷壁和水液壁的热壁炉。冷室的热冷并带有冷压力壳体及水壁炉。辐射夹套的冷壁冷壁均为用局Cr203炉。壳体材Cr-Mo耐热钢。耐火砖，均料为一般压装有破渣机及可国内供力容器用锁斗。气化炉货。工艺烧钢，可不用气化顶有输气管及嘴
