SHELL工艺（精选3篇）
SHELL工艺 篇1
0 引言
随着我国经济持续快速稳定的发展, 对能源的需求量逐年增加。而我国能源结构缺油、少气、多煤。据统计, 我国一次能源消费中煤炭约占75%, 在今后相当长的一段时间内煤炭仍是我国的主要能源, 本世纪初, 国家已经把煤炭的高效, 洁净利用技术作为煤炭资源的利用的主要手段。因此, 各种先进的煤气化技术在我国均有应用业绩。
为了保护环境, 拓宽原料煤种的范围, 提高煤炭的综合利用效率, 增加气化炉的单炉生产能力, 降低煤耗和氧耗, 保证气化炉安全稳定运行, 国内外研究人员先后成功的开发了一些列先进的煤气化工艺技术, 具有代表性的主要有, 鲁奇加压固定床气化 (Lurgi) 工艺, 干法粉煤进料的加压气流床SCGP (Shell) 气化工艺和Texaco、GSP工艺, 常压流化床气化 (灰熔聚) 工艺。上述几种煤气化工艺中, Shell粉煤加压气化工艺其技术经济性具有明显的优势和较强的竞争力, 我公司采用了Shell煤气化工艺。
1 Shell气化原理及技术特点
原料煤经破碎机破碎后在热风干燥的磨机内磨制成100%<100m的煤粉, 由粉煤贮罐, 经粉煤喷吹罐, 进入给煤罐, 再由高压载气N2或者CO2送至气化炉喷嘴。来自空分的高压氧气经预热后与过热蒸汽混合送入喷嘴。煤粉、氧气和蒸汽在气化炉高温高压的条件下 (气化温度约1400~1600℃) 发生碳的部分氧化反应 (碳转化率高达99%以上) , 生成CO+H2大于85%的高温煤气及一定量的飞灰, 经废锅回收热量、干法除尘和湿法洗涤后的粗合成气送后序工段。
干法气化工艺具有如下技术特点:
1.1 采用干煤粉进料, 加压N2/CO2输送, 连续性好, 气化炉操作稳定。
1.2 煤种适应性广, 从褐煤、烟煤、无烟煤到石油焦均可气化, 对煤的活性几乎没有要求, 高灰熔点、高灰分、高水分、高含硫量的煤种同样也适应。
1.3 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85%左右。
1.4 氧耗和煤耗低, 与水煤浆气化工艺比较, 氧耗低15~25%, 原料煤消耗降低10~15%, 因此可降低配套的空分装置投资费用
1.5 单炉生产能力大, 目前已投入商业运行的单台炉操作压力4.0MPa, 日处理煤量已达3000吨。
1.6 热效率高, 原煤能量的77~83%转换在合成气中, 而水煤浆气化工艺的能量转换率只有76%。约15%的能量被回收为蒸汽, 总热效率为98%左右。
1.7 气化炉采用水冷壁结构, 以渣抗渣, 无昂贵的耐火砖衬里, 维护量较少, 气化炉内无传动部件, 运转周期长, 而水煤浆气化工艺气化炉耐火砖的费用昂贵。干法工艺气化炉运行安全可靠。无需备用炉。
1.8 气化炉烧嘴及控制系统安全可靠。采用多喷嘴加料 (4~8只) , 喷嘴的设计寿命可保证达到8000小时, 气化装置可以长周期运行。Demkolec电厂使用的煤烧嘴4年中未出现问题, 工艺操作采用先进的控制系统, 自动化程度高, 设有必要的安全联锁, 使工艺操作处于最佳状态下运行。
1.9 单位重量的原料煤可以多产生10%的合成气, 合成气中的有效气体成份 (CO+H2) 高达94%左右。
1.1 0 开车灵活壳牌气化炉为水冷壁结构, 开车时在建立锅炉给水循环系统后经开工烧嘴点火就能很快达到煤气化的要求温度, 一般仅3~4小时就可投入正常运行, 灵活便捷。
1.1 1 环境影响小炉渣和灰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的颗粒, 性质稳定, 对环境几乎没有影响。气化污水中不含酚、氰、焦油等有害物质, 仅排出少量含盐量高的澄清水, 水中含氰化物少, 容易处理, 可做到零排放。
2 shell气化技术开发历程
2.1 粉煤气化第一代干法粉煤气化是常压K-T炉。目前在南非和印度等国仍有部分装置在运行, 因其在常压下运行, 该气化技术已基本停止发展。
二代干法气化工艺, 即干法粉煤进料加压气化技术的开发研究始于80年代。最先由荷兰的Shell公司和西德的Krupp-koppers合作开发Shell-Koppers气化工艺, 第一套投煤量6t/d的小试装置建在荷兰的阿姆斯特丹, 主要用于发电, 目的是研究Shell-koppers煤气化工艺的基本原理、测试原料处理方式及不同煤种的气化行为, 共进行了21种原料煤的气化实验, 累计运行13000小时。1978年又在西德的Harburg建成一套投煤量为150t/d, 操作压力3.0Mpa的试验装置, 共进行了6000多小时的运行试验, 其中包括1000小时的连续运转, 完成了工艺开发和过程优化任务。主要工艺特点是密封料斗进煤和粉煤浓相输送技术。气化炉为立式压力容器, 炉内采用水冷壁结构, 煤烧嘴位于气化室中下部, 烧嘴二个一组对称布置。
2.2 SCGP气化工艺1987年She ll公司在美国的休斯顿附近De e r Park建成了一套投煤量为250~400t/d示范装置, 主要任务是验证SCGP工艺技术, 包括工艺特性和设备可靠性, 开发工业化生产的操作运行经验, 试验各种煤种的适应性。该装置累计运行15000多小时, 其中连续运转时间为1500多小时, 共试烧了褐煤、次烟煤、烟煤、石油焦等不同水分、灰分、灰熔点的16个煤种, 为工业化生产装置提供了可靠的依据。经对各种煤气化工艺的技术经济性进行详细的分析、研究比较, 荷兰国家电力局采用SCGP工艺于1993年底在Demkolec南部的Bugge num建成了一座发电能力为300MW的煤气化联合循环发电装置, 气化装置的设计能力为单炉投煤量2000t/d, 气化压力为2.8Mpa。生产运行的结果表明:SCGP工艺碳的转化率高达99%以上, 生产负荷可在40~100%之间进行调整, 气化装置的运转率在95%以上。
SCGP粗煤气的主要组成如下:
SCGP气化工艺的流程如图1所示:
3 shell煤气化技术在应用过程中出现的问题
She ll在国内已有22套应用业绩。已经开车的s he ll气化炉有15套。中国用户积累了很多运行经验的同时, s he ll气化炉也存在着许多急待解决的问题。针对shell炉子进行分析和总结和交流, 以便更快、更合理的找到解决办法。
3.1煤种适应性, 对灰熔点灰份无严格要求的问题。
第一, 目前已投产的大部分shell气化炉均添加适量的石灰, 或者烧低熔点煤粉。对于灰熔点大于1456℃以上煤种, 则必须添加石灰, 否则造成温度太高, 易把气化内的水冷壁、烧嘴罩等内部件烧坏。炉温达到1700℃时, 无论是水冷壁还是喷嘴, 寿命都无法保证。
第二, 要求煤种必须稳定, 否则, 气化炉温度太高, 水冷壁上挂的渣都熔融掉流下来, 温度太低又挂不上或不均。
第三, 灰渣的粘温特性必须好, 因气化炉是液态排渣, 完全是靠渣重力自流到渣池中。不同于德士古气流把液态渣带到水中。在1450℃, 其粘度应小于25~40pa.s排渣顺利, 否则, 易堵渣口或在池中结成大块, 造成无法排渣停车事故。
3.2煤气的冷激问题s he ll炉子上升气体温度大约1400℃以上, 其中夹带着20~30%的飞灰。若这些飞灰被煤气带到气化炉顶部会在顶部过热器上结成大块, 使气化炉顶部阻力大无法继续运行。采用的办法是用200℃的煤气和热煤气按1:1~1:1.5的比例进行激冷, 使之降到900℃左右, 实现它是靠大功率的循环压缩机克服<0.2MPa的压差, 并对气体要求严格, 气体中夹带的飞灰则易磨损或堵塞, 炉子此处直径为3000mm, 要求混合均匀。
3.3煤的输送计量问题s he ll炉子采用干粉煤进料, 要求磨煤系统将原料煤研磨到100μm以上, 此时原料煤具有液体易于流动的性质, 但和液体又有区别, 一是有细煤粉颗粒会造成设备和管道磨损, 二是分密相浓度, 三是沉降。由常压到2.8MPa加压, 有锁斗, 许多程控阀来回切换, 因此阀门、管道的磨损比较严重;防止沉降堵塞, 在许多地方有金属烧结的陶瓷用高压N2将其流化, 易出问题;因为煤粉有密相稀相, 计量方法和液体不同, 瞬时流量不稳定, 误差较大, 影响操作。因为氧气、蒸气易于计量。其三者比例是主要控制参数, 直接影响到炉温、挂渣、消耗等。
3.4除灰问题She ll采用陶瓷干法除尘, DN4750mm设备内部500多根过滤管, 气体流动, 陶瓷管内高压气通气反吹, 因此断裂损坏易发生, 合成气中飞灰远大于1PPm, 直接影响到冷激气循环机的运行和耐硫变换催化剂使用寿命。
4 结论
She ll气化炉有着自己的技术优势, 煤种稳定的前提下, 煤种适用范围才能广泛。但大部分shell气化炉用户无法满足此要求。壳牌气化炉存在堵塞、堵渣、积灰、磨损和磨蚀、烧嘴罩泄露等问题。针对相关的问题, shell公司与各家用户积极合作, 做了很多研究工作, 取得了很多的运行经验。目前最长连续运行73天, 一般在30天左右。She ll气化炉的连续运行时间在逐步增加, 但是用户为此也缴纳了高额的“学费”。
摘要：本文主要介绍了shell粉煤加压气化工艺的特点以及在运行过程中出现的问题。经过分析得出:shell工艺在煤种稳定的前提下, 煤种适用范围才能广泛。但大部分shell气化炉用户无法满足此要求。壳牌气化炉在运行过程中, 存在堵塞、堵渣、积灰、磨损和磨蚀、烧嘴罩泄露等问题需待解决。
关键词：shell气化炉,工艺特点,存在问题
浅谈Shell煤气化技术 篇2
长期以来, 我国煤炭综合利用技术落后, 煤炭利用率低下, 主要以直接燃烧为主。据统计在排放的大气污染物中, 90%的SO2、85%的CO2、70%的烟尘来自煤燃烧[7～8]。因此, 为提高煤炭综合利用率, 缓解因煤炭利用所引起的环境污染问题, 必须加强洁净煤技术研究。煤气化技术是煤炭洁净技术转化的核心技术之一, 是发展煤化学品 (氨, 甲醇, 二甲醚等) 、先进IGCC发电、多联产系统、制氢、燃料电池等过程工业的基础。
1 常见煤气化技术比较
煤气化就是以煤炭为原料, 采用空气、氧气、CO2和水蒸汽为气化剂, 在一定温度和压力下, 通过不完全的燃烧过程, 将煤中的固定碳转化成可燃性气体 (有效气体成分CO、H2、CH4及副产物CO2、H2O等) 的过程[9]。
目前新一代煤气化工艺对煤种适应性广, 气化压力高, 生产能力大, 气化效率高, 污染少。具有代表性的有Texaco (德士古) 水煤浆气化工艺、GSP气化技术、Shell (壳牌) 气化技术[10]。
Texaco水煤浆加压气化炉是两相并流型气化炉, 氧气和煤浆通过特制的工艺喷嘴混合后喷入气化炉, 在炉内水煤浆和氧气发生不完全氧化还原反应产生水煤气, 其反应释放的能量可维持气化炉在煤灰熔点温度以上反应以满足液态排渣的需要。
GSP连续气化炉是在高温加压条件下进行的, 属气流床反应器, 几根煤粉输送管均布进入最外环隙, 并在通道内盘旋, 使煤粉旋转喷出。给煤管线末端与喷嘴顶端相切, 在喷嘴外形成一个相当均匀的煤粉层, 与气化介质混合后在气化室中进行气化, 反应完后最终形成以CO、H2为主的煤气进入激冷室。
Shell煤气化在高温加压条件下进行, 属气流床反应器, 煤粉、氧气及水蒸汽并流进入气化炉, 在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过程。由于气化炉内温度很高, 在有氧存在的条件下, 以燃烧反应为主;在氧气反应完后进入到气化反应阶段, 最终形成以CO、H2为主的煤气离开气化炉。
上述3种气化方式均为不完全氧化还原反应生成粗合成气, 基本原理相同。不同之处在于Texaco采用水煤浆气化, 而GSP和Shell采用干煤粉气化。
2 Shell气化技术发展现状
1972年, Shell公司在阿姆斯特丹建立了Koninklijke研究实验室。1976年, 一个日投煤量6t的小型开发装置在阿姆斯特丹运转。在1978～1983年间, 约有21种煤在该装置进行了气化试验。1983年, Shell公司在美国休斯顿建设了一套日投煤量220～360 t的大型示范装置[11～13]。1988年, 荷兰采用Shell公司壳牌气化炉, 气化装置设计能力单炉日处理2000 t煤。1989年, 荷兰发电局采用Shell气化技术建设250MW整体煤气化燃气-蒸汽联合循环 (ICGCC) 发电装置[14]。迄今为止, 壳牌共在中国签订了10多份煤气化技术转让协议。其中第一份转让协议用于在湖南省乐阳市兴建的煤气化厂, 该厂是由壳牌和中石化共同投资兴建的合资企业, 日投煤量为2000 t, 为化肥厂提供合成气用生产原料[15]。壳牌国际研究有限公司向中国最大的煤炭企业神华集团公司转让煤气化技术, 该技术用于在内蒙古建立的第一座煤液化厂[16];中国神华煤制油有限公司采用壳牌煤气化技术为其煤液化厂制取氢气。内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗兴建的液化厂是中国第一家直接用煤生产油品的工厂[17]。河南永煤集团采用Shell气化炉用于生产甲醇。湖北双环化工集团利用我国丰富的煤炭资源, 采用先进的Shell煤气化技术, 对合成氨原料线路进行改造。
作为典型的洁净煤技术, Shell煤气化得到90%以上的 (CO+H2) 粗煤气, 粗煤气是合成氨, 甲醇, 氢气的原料。Shell煤气化合成氨、甲醇简易工艺流程图见图1、2。
3 Shell气化技术及其工艺流程
3.1 Shell气化工艺流程
原料煤被破碎并输送到粉碎机, 正常情况下是传统的磨煤机, 磨煤机将煤研磨到适于高效气化的尺寸 (90%小于100μm) 。研磨煤的同时, 使用加热的惰性气体流从系统内带走水蒸汽来进行干燥, 气流卷走的粉煤通过内部筛分器在袋室内收集。适当的干燥对无故障的煤排放和输送非常重要, 并且可以提高装置效率。经过研磨和干燥的煤从磨煤和干燥系统排放到煤加压和输送系统 (锁斗) , 然后加压的煤通过相对的烧嘴输送到气化炉气化室, 利用氧气在气化室内进行气化反应, 如果需要缓冲蒸汽, 通过相同的烧嘴喷入。送入炉内的煤粉、氧气及蒸汽在高温加压条件下发生部分氧化反应, 气化炉顶部约1500℃的高温煤气与经冷却后的煤气激冷至900℃左右进入废热锅炉, 经回收热量后的煤气温度降至350℃进入除尘和湿式洗涤系统, 处理后含尘量小于1 mg·m-3, 温度为150℃的煤气送后工序。
气化炉由内部带气化室的压力容器组成, 并在2～4.5 MPa的压力下运行。气化炉内壁温度由循环水通过膜式壁进行控制, 以产生饱和蒸汽。膜式壁包围气化区域, 气化区域有两个出口。气化区域底部的孔口用于除渣。顶部的出口允许夹带飞灰的合成气进入激冷区域, 在该区域内热合成气利用“冷” (180～300℃) 无灰再循环气体激冷, 以避免粗合成气夹带的融化或粘性飞灰颗粒的结垢问题。
从洗涤塔排出的黑水在闪蒸槽进行减压闪蒸, 闪蒸液再进汽提塔汽提, 经初级处理后的灰水送至界区外的污水处理装置进一步处理。闪蒸气及汽提气送锅炉作燃料气。在气化炉燃烧段产生的高温熔渣, 流入气化炉下部激冷室进行激冷形成玻璃体流入锁斗后定期排放, 排出的炉渣经捞渣机运走, 捞渣池的灰水送至闪蒸槽及汽提塔一并处理。锁斗内的灰水经锁斗循环泵升压并冷却后返回气化炉底部激冷室。
Shell煤气化典型流程图见图3。
3.2 Shell气化特点
Shell公司开发的Shell气化工艺, 是目前最先进的气化工艺之一, 实际生产操作表明, 煤气化工艺指标达到预期目标, 装置运行比较稳定, 其主要特点如下:
(1) 采用干煤粉作为气化原料, 煤粉用氮气输送, 操作安全;煤种适应性广泛;
(2) 气化温度高, 一般在1400～1600℃, 碳转化率高;氧耗低, 节省运行费用;
(3) 气化炉采用水冷壁结构, 无耐火砖衬里;每台气化炉设有4～6个烧嘴, 对生产负荷调节灵活;
(4) 热效率高, 总的原料煤热效率高达98%;对环境影响小。气化过程无废气排放, 系统排出的熔渣和飞灰含碳低, 可作为建筑材料, 气化污水不含焦油、酚等污染物, 易处理, 需要时可以零排放。
4 结语
我国的能源分布情况是:石油天然气相对缺乏, 而煤炭资源丰富, 并且在全国分布比较广泛。在相当一段时期, 我国化肥工业, 由于生产工艺老化, 合成氨生产用的原料煤, 多是无烟块煤, 而无烟块煤主要分布在山西等少数省区, 这对于全国各地的大多数化肥厂来说, 成本增高, 同时由于机械化程度提高, 粉煤率增加, 块煤减少, 无烟煤利用率低。同时随着生产不断进步, 要求扩大对煤种和颗粒的适应范围, 增加单炉生产能力, 提高煤气化的操作压力, 达到环保要求。作为目前最为先进的煤气化技术之一, Shell气化技术具有显著的优点:碳转化率高, 氧耗低, 气化温度高, 单台生产能力高。因此, Shell气化技术可以在很大程度上摆脱以上缺点, 充分利用各地煤炭资源, 另外采用Shell技术可以大大改善环境。故Shell煤气化技术将被广泛应用于大型煤化工企业, 具有广大的发展空间, 并且随着Shell煤气化装置投入运行, 可以推进Shell煤气化技术在我国的推广应用, 带动我国煤气化技术研究的进一步发展。
摘要：随着经济不断发展, 能源在社会中的战略地位日益重要。煤气化技术受到各国高度重视。在介绍能源结构基础上, 分析了常见煤气化技术, 着重阐述了Shell气化炉的工艺原理, 技术特点, 开发现状等, 通过对Shell煤气化技术的分析, 论述了Shell气化技术在我国的应用前景。
SHELL工艺 篇3
The Magic Shell-神奇的贝壳 At the beach I found a magic shell, so I brought it home in my pail; and I kept it up on my top bookshelf right under the picture whale. And now, whenever I wish I were back there by the shining sea, I hold the shell up close to my ear, till it brings the beach to me: all the hushing sound and the rushing sound of the seashore winds and waves are caught in my shell that I brought home.
The Magic Shell-神奇的贝壳