壳牌煤气化培训教材.docx

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壳牌煤气化培训教材

河南龙宇煤化工有限公司培训教材

煤气化装置技术

气化工区编写

编写：

李耀刚李斌马永桓武大勇

李圣君党运峰张建设邵春林

主编：

李耀刚

审核：

闫军

审定：

王世太

批准：

裴兴社

印刷厂：

版本：

页数：

时间：

序言

永城煤电（集团）有限责任公司，1989年开工建设，是以煤炭为依托，集煤、电、运为一体，煤化工、矿建安装、机械加工、商贸、宾馆等多业并举的大型现代化企业集团。

是全国六大无烟煤生产基地之一。

河南龙宇煤化工有限公司是永煤集团控股的子公司。

龙宇煤化工从2004年开始建设，是利用当地优厚的煤炭资源，按照循环经济理念设计、开发的企业。

一期工程是年产50万吨甲醇项目。

该项目概算投资21.54亿元，建成后，每年可实现销售收入10亿元，实现利润3亿元。

采用的煤气化工艺是世界最先进的壳牌粉煤加压气化工艺，单系列生产能力居世界前列。

气体净化、甲醇合成精馏、空气分离及公用工程部分，全部采用国内外先进技术。

产品甲醇的单位能耗在国内煤制甲醇装置中具领先地位。

针对新企业、新装置、新员工的特点,我们安排工区编写了《培训资料》，侧重于生产原理和设备的介绍，旨在引导员工认真学习新装置生产技术，起到抛砖引玉的作用。

所以，在培训过程中，还应与PID图、设备图、操作规程及专业教材配套学习加以提高。

在此，向参与编写的工程技术人员表示衷心感谢。

由于编写时间处于技术设计和设备订货阶段，可供参考的资料匮乏，且非终板资料，所以该《培训资料》可能存在缺陷与错误，肯请业内人士批评指正。

我们热切希望参与本套甲醇装置的开车人员，一定要把生产原理弄明白，把工艺流程、设备构造、技术参数、操作程序及要点搞清楚，以期达到一次开车成功的目的。

这就是编写《培训资料》的初衷！

生产准备部

二零零六年二月六日

前言

随着龙宇煤化工50万吨甲醇项目建设进度的不断加快，为气化工区化工装置试车和生产运行进行人员培训所需资料的准备已显得日益紧迫。

为了搞好这项工作，现根据气化工区的实际情况，特编制气化工区员工培训材料，以供培训学习使用。

本资料的编制主要依据荷兰壳牌公司提供的初步设计资料、并参考了国内相应设备设计单位及设备生产厂家的技术资料。

本资料主要内容有：

气化工区化工装置的总体构成、设备概况、工艺原理、技术特点、工艺流程、主要工艺参数、各装置之间的流程关系以及安全、环保等。

本资料可作为气化工区操作员工的培训材料，也可作为本工区化工装置正常生产运行的操作参考资料。

希望本资料能为相关人员学习壳牌煤气化技术提供应有的帮助，为将来掌握气化工区各个装置的操作规程、确保一次性试车成功、搞好生产运行打下必要的基础。

其中遗漏、不足和不当之处，请予以批评指正为谢。

气化工区

2006年01月18日

第一章煤气化装置概况

第一节壳牌煤气化工艺简介.............................................................................

第二节工艺流程方框图....................................................................................

第三节生产工段设置........................................................................................

第四节设备概况..............................................................................................

第五节产品生产能力、原材料消耗及公用工程消耗....................................

第六节原材料、产品规格及物理化学特性介绍.............................................

第二章磨煤与干燥系统

第一节磨煤和干燥装置的目的和作用..............................................................

第二节工艺介绍..................................................................................................

第三节主要设备介绍............................................................................................

第三章粉煤加压及输送系统

第一节煤加压及输送的目的和作用.....................................................................

第二节工艺介绍.....................................................................................................

第三节主要设备介绍.............................................................................................

第四章气化系统和水、汽系统

第一节气化系统和水、汽系统的目的和作用...................................................

第二节工艺介绍........................................................................................................

第三节主要设备介绍..................................................................................................

第五章渣水处理系统

第一节除渣系统的目的和作用............................................................................

第二节工艺介绍.................................................................................................

第三节主要设备介绍.............................................................................................

第六章干法除灰系统

第一节干法除灰系统目的和作用..........................................................................

第二节工艺介绍......................................................................................................

第三节主要设备介绍...............................................................................................

第七章湿洗系统

第一节湿洗系统的目的和作用................................................................................

第二节工艺介绍..........................................................................................................

第三节主要设备介绍..................................................................................................

第八章初步水处理系统

第一节初步水处理系统的目的和作用....................................................................

第二节工艺介绍..........................................................................................................

第三节主要设备介绍.................................................................................................

第九章气化公用工程系统

第一节气化公用工程系统的目的和作用..............................................................

第二节各系统工艺及设备介绍................................................................................

附录：

各工段工艺流程图

各工段物料平衡数据表

第一章煤气化装置概况

第一节壳牌煤气化工艺简介

一、工艺原理：

壳牌气化技术采用干煤粉进料、气流床加压气化、液态排渣的形式，其主要反应式如下：

C＋O2=CO2△H=－393百万焦耳/千摩尔碳

C＋CO2=2CO△H=173百万焦耳/千摩尔碳

C＋H2O=CO＋H2△H=131百万焦耳/千摩尔碳

C＋2H2=CH4△H=－75百万焦耳/千摩尔碳

CO＋H2O=CO2＋H2△H=－41百万焦耳/千摩尔碳

CH4＋H2O=CO＋3H2△H=211百万焦耳/千摩尔碳

二、工艺特点：

1．采用加压氮气或二氧化碳气体输送干煤粉，煤种适应性广，对煤的灰熔点适应范围比Texaco水煤浆气化技术更宽。

2．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90%左右。

3．氧耗低，与水煤浆气化相比，氧耗低15～25%，因而配套之空分装置投资可减少。

4．单炉生产能力大，日处理煤量可达2000吨以上。

5．冷煤气效率可达到78～83%。

6．气化炉采用水冷壁结构，无耐火砖衬里，维护量较少，气化炉内无传动部件，运转周期长，无需备用炉。

7．气化炉烧嘴及控制系统安全可靠。

Shell公司气化烧嘴设计寿命为8000小时。

8．炉渣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颗粒，性质稳定，对环境几乎没有影响。

气化污水中含氰化物少，容易处理。

第二节工艺流程方框图

低压蒸汽

第三节生产工段设置

本装置可分为以下8个工段：

1.磨煤与干燥系统

2.粉煤加压及输送系统

3.气化系统和水、汽系统

4.渣水处理系统

5.干法除灰系统

6.湿洗系统

7.初步水处理系统

8.气化公用工程部分

第四节设备概况

本装置主要设备如下表所示：

设备位号

设备名称

数量

设备位号

设备名称

数量

A-1101A/B

煤磨

S-1501/V-1501

HPHT飞灰过滤器/

飞灰收集器

F-1101A/B

热风炉

V-1502

飞灰排放槽

K-1102A/B

循环风机

V-1504A/B

飞灰气提/冷却槽

S-1103A/B

煤粉袋式收集器

V-1505

中间飞灰贮槽

S-1201A/B

粉煤储仓过滤器

V-1507

飞灰贮仓

V-1201A/B

煤粉贮仓

C-1601

洗涤塔（填料床）

V-1204A/B

煤粉锁斗

J-1601

开工喷射器

V-1205A/B

煤粉给料罐

J-1602

文丘里洗涤器

A-1301A/B/C

煤烧嘴

P-1601A/B

洗涤塔循环水泵

K-1301

激冷气压缩机

C-1701

酸性灰浆汽提塔

P-1301A/B/C

中压循环水泵

P-1701A/B

SSS给料泵

E-1301

激冷管中压蒸发器

P-1702A/B

SSS排污水泵

E-1302

输气管中压蒸发器

S-1701

澄清槽

E-1306

合成气过热蒸发器

T-1702

沉降槽

E-1303A/B/C/D

合成气中压蒸发器

V-1704

SSS给料罐

E-1320

气化炉膜式壁

V-1701

酸液排放给料罐

V-1301

气化炉壳体

V-3051

高压氮气/二氧化碳缓冲罐

V-1302

合成气冷却器壳体

V-3052

反吹气缓冲罐

V-1303

输气管壳体

V-3054

氮气缓冲罐

V-1304

中压蒸汽汽包

V-3100

火炬减压罐

E-1401A/B

渣池水冷却器

T-3301

工艺水缓冲罐

P-1401A/B

渣池循环泵

T-3302

循环水缓冲罐

S-1403A/B

水力旋流器

V-3401

冷凝液闪蒸罐

T-1401

渣脱水槽

V-3402

排放水闪蒸罐

V-1402

渣收集器

V-3501A/B/C/D/E/F

仪表空气缓冲罐

V-1403

排渣罐

T-3601

碱液储罐

X-1401

破渣机

T-3602

酸液储罐

X-1402

捞渣机

C-3601

洗涤器

第五节产品生产能力、原材料消耗及公用工程消耗

一、主要产品的工艺参数：

物流

流率

温度

压力

工艺设计

设备设计

最大

（℃）

（MPag）

kg/s

到B.L.的粗合成气

53.39

56.15

61.76

168

3.70

渣（干燥）

5.48

5.52

17.63

atm.

到B.L.的飞灰（来自过滤器）

3.70

4.47

6.00

80-150

0.01

气提气尾气

0.009

0.011

0.040

100

0.15

排放废水

3.58

5.42

0.35

到B.L.的MP过热蒸汽

29.12

30.32

400

5.10

到B.L.的MP饱和蒸汽

2.47

2.69

8.09

271

5.5

锅炉排污

0.32

0.33

6.00

269

5.35

磨煤机烟道气

4.71

7.53

8.28

104

0.003

煤进料过滤器放空气

4.08

4.35

31.29

0.02

冷却的LLP蒸汽冷凝

0.33

0.38

0.41

0.30

到B.L.的LP排污

0.24

0.25

5.28

0.35

二、主要原料的工艺参数：

物流

流率

温度

压力

工艺

设计

设备

设计

最大

（℃）

（MPag）

kg/s

1.煤（收到基）

24.78

26.76

29.44

环境

2.石灰石

2.60

2.79

HOLD

环境

3.真空皮带污泥机（用于循环）

0.42

1.11

环境

4.氧气

18.43

18.95

20.27

4.52

5.LLPCO2

15.95

17.55

20.14

0.02

6.VHPN2

1.71

1.79

2.05

8.10

6.LPN2

2.57

5.14

0.43

8.MPBFW

32.23

33.70

39.15

170

7.50

9.HP工艺冷凝液

8.99

9.03

4.10

10.新鲜水供水

0.34

0.52

17.96

0.60

11.来自B.L.的LP蒸汽

0.96

1.10

159

0.50

12.碱（20%）

0.029

0.067

0.101

4.30

13.HCl酸（15%）

0.010

0.016

0.136

0.35

14.燃料气

2.16

3.16

6.32

0.39

16.用于开车的MPSH蒸汽

NNF

11.56

400

5.00

三、公用工程消耗

物流

流率

温度

压力

工艺

设计

设备设计

最大

（℃）

（MPag）

冷却水

513

527

672

0.40

LPG

0.003

NNF

0.58

0.90

仪表风

0.25

0.60

工厂风

0.03

0.04

0.35

0.60

第六节原材料、产品规格及物理化学特性介绍

一、煤的物化特性：

湿度含量，%wtAR

（1）

<10

粉煤的湿度含量（表面水份）

灰份,%wtMF

25.5

<26.0

哈德格罗夫指数

待定

>50

煤颗粒规格,mm

<13

给出的HHV值，MJ/kg,MF基

24.5-30.0

计算的HHV值,MJ/kg,MF基

25.5

24.5-30.0

极限分析%wtMAF

89.39

3.82

O（用于不同情况）

5.05

0.50

<4.3

1.20

0.04

<0.1

%wt（SiO2+Fe2O3）/Al2O3

1.77

>1.67

流动点,℃

1440

<1500

%wtSiO2

47.6

%wtAl2O3

30.89

%wtFe2O3

7.19

%wtCaO+MgO

10.73

%wtNa2O

0.52

<2.0

%wtK2O

0.68

<2.5

%wtTiO2

二、主要气体的物化特性：

名称

二氧化碳

一氧化碳

氧气

二氧化硫

硫化氢

氮气

氢气

化学式

CO2

SO2

H2S

摩尔重量

34.1

28.0

2.0

状态

气相

气态

味觉探测ppm

>3-5

0.01-20

熔点℃

-79

（2）

-205

-218

-76

-86

-210

-259

沸点℃

-191

-183

-10

-60

-196

-253

燃点℃

<-191

<-60

自燃温度℃

605

260

585

25℃下的气相压力bar

57.6

3.3

17.7

爆炸极限（%v在空气中）

12-75

4-46

4-76

LHV以MJ/t为单位

10,200

15,300

121,000

毒性（MAC的值以ppm为单位）

5000

n.d.

三、粗合成气组份：

组分

工艺设计

设备设计

50%的降低负荷

%mol

H2O

18.60

19.40

20.30

15.54

14.68

12.12

56.26

54.74

51.32

CO2

7.96

9.42

13.87

H2S

0.1

0.2

0.1

1.4

2.2

0.1

ppmv

COS

200

400

200

CH4

HCL

NH3

180

170

HCN

160

150

第二章磨煤与干燥系统

第一节磨煤和干燥装置的目的和作用

磨煤和干燥装置的目的和作用是将≤13mm以下的碎煤在磨机中研磨成一定粒度的粉煤并得到干燥，通过布袋收集器进行收集。

第二节工艺介绍

一、工艺原理

本工段设计时考虑两方面因素：

一是安全操作和干燥的存储，要在惰性环境下（对于煤粉来说氧含量小于8%）；二是要最小的能量损失，所以使用循环气进行固体输送和干燥。

在磨煤机中煤和石灰石在惰气环境和微负压条件下被碾磨和干燥。

干燥的热量是由燃料气或柴油在热风炉中燃烧产生的热工艺气提供的。

惰气流量进入磨机温度在140～300℃之间，离开磨机的温度是100～110℃。

惰气输送被碾磨后的煤粉到旋转分离器，在这里粗糙的大的颗粒重新返回到磨机中。

煤粉的粒度是由循环气流量、液压辊子的压力（通常是不变的）和可变速的旋转分离器控制。

原料中比较硬的煤块、矸石被送到废物箱中并排出界区。

工艺气和煤粉的分离在一个袋式过滤器中完成的。

在分离的气体中固体浓度小于10mg/Nm3。

过滤后的大部分气体被循环来维持气体的惰性（低氧含量），多余的气体被排出（带走水分）。

煤粉随后从袋式收

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