Shell粉煤气化技术在煤制油项目中的应用及改进意见

60 内蒙古石油4Lx- 2009年第19期 Shell粉煤气化技术在煤制油项目中的应用及改进意见 李春雷 (神华鄂尔多斯煤制油分公司，内蒙古 鄂尔多斯 017209) 摘 要：叙述了神华煤制油项目的相关背景， 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了煤气化在煤制油项目 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 中的重要地位，同时 介绍了神华煤制氢装置的前期运行情况，最后重点阐述了Shell粉煤气化技术在煤制油项目应用过程中 所 出现的一些问题及给壳牌提 出的一些改进建议 。 关键词：煤制油；Shell；粉煤气化；应用；改进意见 神华煤制油项目是当今全球范围内第一套正式 工业示范化的煤直接液化装置，它采用具有自主知 识产权的神华煤直接液化工艺，先期工程的规模为 年产 100万t成品油。发展煤炭液化技术对我国来 说，具有十分重要的意义，它能够缓解我国当前突出 存在的能源供需矛盾问题，有效的保护环境，减少我 国石油对国外的依赖程度，同时也为我国石油的稳 定供给提供了强有力的保障，由此可见神华煤制油 工程是当前我国能源安全战略中的一个重要有机组 成部分。而要实现煤的直接液化，就离不开制氢装置 提供的氢气，煤制氢装置在煤制油项目中有着举足 轻重的、不可或缺的重要作用，神华煤制油项目选择 了Shell粉煤气化工艺作为其制氢装置的主体工艺。 1 神华煤制氢选择Shell粉煤气化工艺的主要原因 分析 神华煤制氢装置之所以选择Shell粉煤气化技 术作为其制氢装置的主体工艺，其主要原因之一是 由于神华上湾煤种的成浆性能不够好，制得的水煤 浆浓度不能够满足德士古水煤浆工艺对煤浆浓度的 基本要求。原因之二就是Shell粉煤气化工艺作为当 今世界上最先进的第二代气流床洁净煤气化工艺， 有其众多的独特优点，这些优点直接吸引了神华煤 制油选择Shell粉煤气化技术作为其制氢装置的主 体工艺。Shell粉煤气化工艺的主要技术特点有： 1．1 干法进料 Shell粉煤气化工艺采用于法进料的形式 ，以高 压氮气作为载气，利用高浓度粉体密相输送技术将 粉煤输送至气化炉煤烧嘴部位，从而实现干粉煤的 直接气化。相比于湿法进料，干法进料具有明显的能 量利用优势，它节约了用于气化煤浆中液态水的能 量，从而使气化炉的氧耗、煤耗大大降低。 1．2 膜式水冷壁 Shell粉煤气化工艺采用膜式水冷壁来替代耐 火砖衬里，从而大大延长了气化炉件的使用寿命。 1．3 多重对置式烧嘴 采用多重对置式煤烧嘴来替代单烧嘴，气化炉 负荷可以在40 0,4"~100 范围内进行任意的调整，从 而极大的方便了气化炉负荷的调整。 1．4 煤种适应性广 根据中试装置以及工业化示范装置的试烧结 果，Shell粉煤气化工艺的煤种适应性相对较广，不 管是烟煤、褐煤，还是石油焦等均能够正常气化。下 表所罗列的几个煤种均能够使用Shell粉煤气化技 术进行气化。 表 1 Shell粉煤气化工艺的煤种适应性 1．5 煤烧嘴使用寿命长 煤烧嘴的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 使用寿命达到 8000h以上，通过 示范装置的实践验证，煤烧嘴的实际使用寿命可以 收稿日期：2009一O6—2O 作者简介 ：李春雷(197O一)，男，现任神华鄂尔多斯煤制油分公 司生产管理部经理兼煤间接液化生产中心经理，主要从 事生产技术管理工作。 2009年第19期 李春雷 Shell粉煤气化技术在煤制油项目中的应用及改进意见 61 达到160ooh以上。煤烧嘴的使用寿命长为装置的长 周期连续运行提供了强有力的保证，同时还可以大 大降低装置的生产维护成本。 1．6 氧耗、煤耗低 相比于湿法进料的煤气化技术，Shell粉煤气化 工艺氧耗、煤耗更低，因为湿法进料中有占原煤量近 35 ～4O 的水分需要加热蒸发掉，而干法进料就 有效的避免了因水汽化和升温所带来的能量损失， 故干法进料的Shell粉煤气化工艺的氧耗、煤耗比湿 法进料的煤气化工艺要低近 20 左右。表2、表3分 别就碳转化率、氧耗、煤耗以及有效合成气组分将 Shell粉煤气化工艺与其它几种煤气化工艺进行了 横向比较，由表中可以看出，Shell粉煤气化工艺要 明显优于其它几种煤气化工艺。 表 2 几种煤气化工艺碳转化率及氧耗、煤耗的比较 谢 类 碳 。N N m3(~)／ 比煤耗 kg(~)／1000Nm。 (c0+H2) 表3 几种煤气化工艺合成气有效组分的比较 2 Shell粉煤气化工艺流程简介 Shell粉煤气化工艺采取干煤粉作为原料，利用 纯氧及蒸汽作为气化剂来制取粗合成气，从而为 IGCC电厂、合成氨装置以及制氢装置提供原料气 体。Shell粉煤气化工艺的原则性流程图如图1所 示 。 激冷 气 压 缩机 图 1 Shell粉煤 气化工艺原则流程图 来 自煤场的原煤经过磨煤单元的磨制后，得到 却至350"C以下，充分冷却之后的粗合成气体进入干 水分、粒度大小均合格的煤粉，磨制合格的煤粉经过 法除灰系统进行除灰，过滤除灰之后的粗合成气进 粉煤输送单元输送至煤烧嘴头部，在烧嘴头部的气 入湿法洗涤单元，通过循环水将粗合成气中的酸性 化炉空间内，粉煤与已经预混完毕的纯氧／蒸汽一起 气体、未过滤的飞灰等全部洗涤下来，洗涤塔出口的 在气化炉内进行气化反应。反应产生的粗合成气以 温度最终达到200℃左右，此时粗合成气经过完全洗 旋流形式由气化炉上部流向下游，在气化炉激冷段， 涤之后携带部分水蒸气进入下游系统，以做进一步 与激冷气压缩机过来的约2OO℃的激冷气体混合，从 的净化处理。 而将热粗合成气温度降至800℃～900℃左右，激冷 3 神华煤制氢装置前期运行情况简介 之后的粗合成气经过传导段以及气体反向室进入合 神华煤制氢共有两套完全一样的Shell粉煤气 成气冷却器，在合成气冷却器段，粗合成气最终被冷 化装置，自从2008年年初原始开车以来，两套装置 62 内蒙古石油4L-r- 2009年第19期 总共运行时间累积在一起共有190天，其中一级长 周期连续运行时间最长为2O天，而次级长周期连续 运行时间最长为57天。表5所列系为其中一套煤制 氢装置自原始开车以来运行在线率的统计情况，从 中可以看出，装置的运行在线率基本上呈现逐渐上 升的趋势。在前期运行过程中，两套煤制氢装置的最 高负荷达到了98 ，但是维持时间较短，就装置运行 负荷的平均水平来说，基本上在75％左右。两套煤制 氢装置运行至今，总共经历了25次开停车，其中18 次是因为工艺原因而停车的，有 6次是因为仪表原 因，只有1次是因为电气原因。由于工艺原因导致气 化系统停车的次数占总停车次数的75 左右，由此 可见，整个系统的运行瓶颈还是局限在工艺问题本 身，如果想要实现Shell粉煤气化装置的长周期连续 运行，就必须要下大力气来解决气化系统内部所存 在的工艺问题 。 表4 神华煤制氢装置停车原因分析统计结果 表 5 神华煤制氢装置运行在线率统计结果 编号 日期 运行时问／h 装置运行在线率／ 4 神华煤制氢装置运行过程中存在的主要问题 在神华两套煤制氢装置前期的运行过程中，暴 露出大量的生产问题，这些问题的存在严重制约了 装置的长周期连续运行。在前期开车过程中暴露出 来的主要问题大致有： 4．1 气化炉膜式水冷壁上无法正常挂渣，严重缩短 了气化炉的正常使用寿命 神华煤制氢装置使用神华上湾煤作为其气化煤 种，从原始开车到现在，神华上湾煤都无法实现气化 炉膜式水冷壁上的正常挂渣。气化炉膜式水冷壁上 无法正常挂渣，将会导致Shell粉煤气化重要原理之 一 的“以渣抗渣”原理无法得以实现，直接带来的后 果就是严重缩短了气化炉的使用寿命。 4 2 合成 气冷却器 出l=r温度始终处于高位，从而制 了气化炉进一步的优化操作 合成气冷却器出口温度处于高位不仅会影响下 游装置的安全运行，还会严重制约气化炉进一步的 优化操作。合成气冷却器出口温度始终偏高的主要 原因是由于合成气冷却器发生严重结垢，从而导致 其换热效率大大降低。 4．3 气化炉碳转化率偏低，导致能量利用效率低下 神华煤制氢装置自原始开车到现在，就一直维 持低碳转化率运转，这主要受制于两个因素，首先是 由于合成气冷却器出口温度偏高，使得我们无法通 过提高气化炉温度来提高碳转化率，其次就是由于 煤烧嘴注入蒸汽的温度无法达到注入条件，导致煤 烧嘴蒸汽无法正常注入。气化炉的碳转化率偏低，会 加重 14／17单元的运行负荷，还会导致 15单元飞灰 的碳含量偏高。 4．4 气化 炉所产中压过 热蒸汽的温度不达标，导致 蒸汽无法并网，大量蒸汽白白放空 在神华煤制氢装置前期的运行过程中，汽包出 口过热蒸汽的温度始终不达标，从而不仅使煤烧嘴 蒸汽无法注入，还导致中压过热蒸汽无法并网而造 成极大浪费。废热锅炉副产蒸汽本来是Shell粉煤气 化工艺的优势所在，如果因为所产中压过热蒸汽温 度不达标，而致使中压蒸汽无谓放空，则Shell粉煤 气化相比于湿法进料工艺的优势将不复存在。 4．5 高温高压飞灰过滤器的陶瓷滤芯频繁发生断 裂，导致装置经常停车 神华煤制氢装置自开车以来，已经发生过多次 因高温高压飞灰过滤器的陶瓷滤芯断裂而导致系统 停车的事故。高温高压飞灰过滤器的滤芯发生断裂 后，未经过滤的飞灰直接进入后续单元，导致湿洗塔 顶部喷淋分布管堵塞，湿洗塔入口文丘里洗涤器被 飞灰完全堵死，湿洗塔内鲍尔环填料也因此发生严 重结垢，湿洗塔的洗涤降温效果将会迅速变差，从而 导致气化系统无法继续运行。 4．6 除灰单元的整体伴 热无法满足设计要求，导致 输灰过程中容易发生架桥堵塞 除灰单元高压系统的伴热温度要求达到180℃ 以上，低压系统的伴热温度也要求达到80℃以上，而 超高压反吹氮气的温度则更是要求达到225~C以上， 但就神华煤制氢装置前期的实际运行情况来看，基 本上都没有达到以上指标。温度不能满足指标要求， 直接导致的后果就是除灰单元的飞灰特别容易出现 2009年第19期 李春雷 Shell粉煤气化技术在煤制油项目中的应用及改进意见 63 架桥堵塞，这给除灰单元的飞灰输送带来了很大的 麻烦。 5 对Shell粉煤气化工艺改进的一些建议 神华两套煤制氢装置运行至今，大大小小出现 过不少问题，同时也积累了不少值得借鉴的经验和 教训。通过Shell粉煤气化装置的实际运行，暴露出 许多不足和需要改进之处，在此结合其它煤气化装 置的运行经验，给Shell粉煤气化工艺提出如下几个 方面的改进建议： 5．1 加强对煤质的基础性研 究，以用于指 导 Shell 粉煤气化装置的运行 就目前已经在运的Shell粉煤气化装置来看， Shell粉煤气化工艺的煤种适应性并没有像当初宣 传的那样宽广，它对气化煤种还是有一定要求的。再 加上中国煤种煤质情况波动普遍比较大，因此由煤 质波动所引起的气化炉运行问题是层出不穷，从而 严重影响了Shell粉煤气化装置的长周期连续运行。 基于这种现状，建议壳牌加强对煤质的基础性研究， 以用来指导目前已经投产的众多Shell粉煤气化装 置的运行。 5．2 加强合成气冷却器结垢机理的研 究，以减轻合 成气冷却器结垢所带来的影响 合成气冷却器的结垢问题是 目前困扰各 Shell 粉煤气化技术用户的通病，合成气冷却器发生严重 结垢后，其换热效率会大大降低，最终就会导致合成 气冷却器出口温度超标，使得下游设备处于超温工 况下运行，从而给装置的安全生产带来了极大的隐 患。建议壳牌加强对合成气冷却器结垢机理的研究， 以帮助大家彻底解决合成气冷却器结垢所带来的一 系列问题。 5．3 加快 关键性设备 国产化 的步伐 ，以降低装置的 投资成本 Shell粉煤气化装置在设计上偏于保守，装置设 备管道在选材上太过于苛刻，从而导致大量的设备 需要进口，进而使得装置的初期投入成本过高，装置 的整体运行经济性也会因此大打折扣。建议壳牌加 快Shell粉煤气化装置中关键性设备的国产化步伐， 这样不仅可以大大降低企业的装置运行维护成本， 而且对 国内相关行业的发展也有一定的促进作用， 从而实现了互利共赢的良好发展局面。 5．4 加 强对影响装置长周期连续运行的关键性 因 素的研究，尽快实现装置的长周期连续运行 化工装置的长周期连续运行对实现装置的规模 经济效益有着十分重要的意义，同时也是考核工艺 技术是否成熟的一项重要指标。因此建议壳牌加强 对影响Shell粉煤气化装置长周期连续运行各项因 素的研究，以帮助各用户真正实现装置的长周期连 续运行。 5．5 加强对配煤技术的基础性研究，以用于指导各 用户的气化配煤操作 目前国内大部分 Shell粉煤气化技术用户基本 上均采用配煤技术来解决装置生产过程中出现的问 题，特别是煤质变化引起的气化炉波动问题。煤质波 动对气化炉的稳定运行有非常大的影响，为了使气 化炉能够稳定运行，就一定要确保入炉煤种的煤质 相对稳定，而配煤技术是 目前最经济最有效的稳定 煤质的 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 之一。但是目前国内化工企业的配煤还 处于初级阶段，缺乏相应的理论指导，从而导致配煤 的效果层次不齐。基于这样的现状，建议壳牌加强对 配煤技术的基础性研究，以用于指导各用户装置的 气化配煤操作。 5．6 在废锅流程效果始终不佳的情况下 ，可以考虑 使用激冷流程予以替代 采用废锅流程是Shell粉煤气化技术的特色之 一 ，但是正是这样的技术特色，也给Shell粉煤气化 技术装置带来了不少技术性难题，这些难题也一直 困扰着各个Shell粉煤气化技术用户。而激冷流程煤 气化技术这方面的问题则基本上没有，并且激冷流 程比较适合于煤制氢及煤制甲醇等化工装置。因此 建议壳牌考虑利用激冷流程来替代废锅流程，从而 彻底解决废锅流程所存在的结垢问题。 6 结论 圆锥曲线的二级结论椭圆中二级结论圆锥曲线的二级结论圆锥曲线的二级结论探究欧姆定律实验步骤 神华两套煤制氢装置的顺利开车及成功投产， 标志着Shell粉煤气化技术在煤制油项目工程中的 成功应用，表明利用Shell粉煤气化技术来进行制氢 是完全可行的，同时神华煤制氢装置的成功应用也 为后续煤制油装置提供了可供借鉴的重要经验参 考。在取得应用成功的同时，也暴露出不少技术性问 题，这些问题的存在凸显了Shell粉煤气化技术不成 熟的一面。为了使Shell粉煤气化装置在中国运行得 更好，需要大家在今后的技术工作中不断努力，以逐 步完善Shell粉煤气化工艺。 E1] [2] Es3 E4] [参考文献] 唐宏青．Shell煤 气化工艺的评述和 改进意 见 EJ]．煤化工，2005，33(6)，9～14． 陈家仁．加压气流床煤气化工艺的发展现状及 存在问题EJ]．煤化工，2006，34(6)，3． 吴枫，阎承信．关于Shell气化法原料用煤的探 讨EJ3．大氮肥，2002，25(5)，313~317． 项爱娟．煤成分对 Shell煤 气化工艺的影响 EJ3．化肥工业，2006，33(6)，6～8．