Shell煤气化装置激冷流程综述

1、2010年38卷第8期厂州化工 # Shell煤气化装置激冷流程综述苏志强(河南龙宇煤化工有限公司，河南永城476600)摘 要：阐述Shell煤气化工艺中粗煤气激冷流程激冷气的作用激冷代流程主要设备激冷气压缩机及启动步骤进行简介. Shell气化炉运行过程中实际遇到问題的浅析。关键词：Shell煤气比;合成气激冷气;激冷气压缩机;合成气冷却器Chilling Process of Shell Coal GasificationSU Zhi - qiang(Henan Long Yu Coal Chemical Co. , Ltd. 9 Henan Yongcheng 476600, Chin

2、a)Abstract： Shell coal gasification process was described, from the crude gas chilling process, role of air shock9 shock induced air - conditioning equipment, air - conditioning compressor main process t and start the steps introduction The problems occurred in the Shell gasifier operation were anal

3、yzedKey words： Shell coal gasification； chilling synthesis gas; chilling synthesis gas compressor; synthesis gas cooler2010年38卷第8期厂州化工 # 2010年38卷第8期厂州化工 # 目前我国煤化工行业迅速发展.Shell煤气化工艺以其能源 利用效率髙得到了广泛的应用。说程复杂和先进控制系统Shell 煤气化技术和国内现有运行成熟的徳士古、鲁奇、固定床气化技 术相比，在实际运行过程中遇到了很多制约稳定长周期运行的 问题。这些问题有:合成冷却器积灰严重、合成气激冷气流艮不

4、 足、合成气管线腐蚀严垂等。本文以作者所在公司50万吨甲醇 装置为例系统介绍Shell气化工艺的合成气激冷流稈及激冷流 程目前存在问題并对Sh別装賈长周期檢定运行的形响进行浅 析。1 Shell煤气化流程简述1.1概述Shell煤气化属气滾床(entrained bed)气化、煤粉、氧气及蒸 汽在加压条件下并流进人气化炉内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。Shell煤气化技术原料为干煤粉用氮气或二氧化昧将煤 粉送到气化炉经过高温加压反应生成合成气即一氧化篠和氢 的混合物。合成气可以用来生产合成氨或甲醇。气化设备由气 化炉，输气管和合成气冷却器组

5、成內。经过加压的煤粉氧和蒸 汽通过代化炉壳体上四个水平对称布置煤烧嘴进入到气化炉， 在压力为3. 4.0MP叭温度为140030-1600*的条件下在殒 式壁内转化成合成气。在气化炉顶部排岀的热合成气通过再循 环的无固体冷合成气流濫冷，在合成器冷却器岀口处温度达到 340T。合成气冷却器出来的煤气进行除灰净化的工艺过程过 滤后E灰含董控制20nNm3以下干净的合成气离开飞灰过 滤器后分成曲股,一股去F游湿洗系统一股去冷激气压缩机。 从干袪除灰系统来的合成气进人合成气洗涤系统，一方面除去 合成气中的细灰使其降低到】叫以下另一方面合成气中 一些酸性气体也会在湿洗过程中除去，并降低了合成气的温度,

6、使其降低到168P左右。合成气通过C -1601洗涤，经过C - 1601顶部除沫器后分成两肢一股去下游甲醇变换工段一股 与干法除灰系统来的部分合成气混合后去冷激气压缩机。1-2激冷合成气的流程及作用1.2.1激冷合成气的流程来自湿洗系统和干法除灰系统的合成气通过13PDI0076和 13TIOO2O实现合成气温度控制使压缩机进口合成气温度达到 200V 通过V1310气蔽分离器和压缩机过滤器S13O7.经压缩机 后合成气温度控制在210X合成气由13FV0008控制流量在气 化炉顶部把刚反应生成的热合成气激冷至900龙以固化和冷却 夹杂的液态飞灰颗粒再通过膜式唯结构的激冷管输气管和合 成气冷

7、却器进一步冷却，在合成器冷却器岀口处合成气温度达 到340Y 流程见图1。S1激冷合成代潦程2010年38卷第8期厂州化工 # 2010年38卷第8期厂州化工 # 作者简介：苏志找河南龙宇*化工有限公可气化Co E-mail：pan$2010年38卷第8期厂州化工 265 1.2.2激冷合成气的作用在湿洗和干法除灰后按温度控制比例抽取煤气混合后的 2003C煤气,经激冷气压缩机加压石送至气化炉激冷段与从气 化反应室出来的1600兀左右的高隘煤气充分混合将其温度迅 速激冷至900*以下。煤气经激冷后气相中的液态清全部以干 灰或固体颗粒存在从而具备了进行间壁式换热的条件。1-3激冷合成气流程中相关

8、的控制及问题1.3.1激冷合成气流撤控制器13HC-OOO8激冷合成气流童控制器13FIC-0008采用的是分程控制分 为两个不同的盘程：(1) 在气化炉刚开车时当气化炉压力达到0.6MPa时启 动圧缩机当气化炉煤烧嘴点燃后通过调节13FV0008的开度 来调筋粗煤气的激冷盘阪軒气化炉负荷的慢慢升高，当气化炉 负荷达到65%时将13FV0008阀门全开。(2) 当气化炉负荷继续上升时此时激冷合成气将通过调 节激冷气压缩机的变频调速来控制粗煤气的激冷当负荷达 到100%时，此时压缩机的转速应该在设计范围内的最髙值。(3) 上述控制实现激冷合成气的激冷比控剧激冷比是激 冷合成气激冷效果性能的捋标激

9、冷比越岛，合成气激冷效果越 好。1.3.2激冷合成气温度控制通过压缩机进口温度13P0020实际值和控制器温度设定值 的偏差来对13TV0020实现开关调节。当压缩机进口温度实际 值低于设定镒度时温度控制阀I3TV0020开度加大来自干法 除灰系统合成气流賦增大，从而实现对圧缩机进口温度的控制。 在实际生产中由于来自干法除灰系统的合成气址较小所以， 当13TV0020阀门全开时有可能13TKJO2O也达不到设计要求， 我们将通过以下13PDIOO76的压差来控制。1.3.3来自程洗系统合成弋流就控制通过13PD10076压是(阀门13TKJO2O前后压痊值)实际值和 控制器乐差设定值的偏差来对

10、16PV0076实现开关调。当 13T1OO2O温度低于设定值时通过设定13PFI0076的压疑来使 I3T1OO2O温度达到设定值将I3PDI0076压差设定值高于实际 压珪时此时压差控制阀I6PV0076开度会慢慢城小来自湿洗 系统合成气流故碱少从而进一步的实现对压缩机进口温度的 控制。1.3.4激冷气压缩机在生亦过程中遇到的问题在生产过程中激冷气压缩机遇到过压缩机旅动值高、油压 过低等导致激冷气压缩机骁车。2008年4月试车阶段，圧缩机的振动值13VEX0691.2达到 120am导致激冷气压编机跳车停车后将滋冷气圧堀机进口涡 轮处拆开分析更因是因为斥缩机进口温度13T10020未达到设

11、 定值200,导致压縮机叶轮粘灰，造成激冷代压缩机跳车。2008年9月试车阶段激冷代压縮机的油压(13PT0646. 1) 低于跳乍值dOOkPa)导致激冷气压缩机现车分析偸因是因为 仪表故障导致13PDT0646.1不显示，造成此次激冷气压缩机跳 车。2009年4月正常运行阶段激冷气压缩机的进口过滤器 (13FDKXJ73)压差达到150kP.导玫相煤气激冷械降低气化装社 运行不稳定被迫手动停车分析原因是因为来自嵌洗系统的合 成气中带有少敬的水蒸气M 13TIOO2O未达到设定值200P 造 成压缩机进口管线氯离子腐蚀屋激冷气压酯机逬口过滤器 压差13PD1OO73急剧升高的主要原因。1.4

12、激冷合成气流程中主要设备1.4.1激冷合成气压缩机简介电机带动压縮机主轴叶轮转动气体进入离心式压缩机的 叶轮后在叶轮叶片的作用下，一边跟箝叶轮作高速旋转一边 在旋转离心力的作用下向叶轮岀口流动并受到叶轮的扩压作 用瓦压力能和动能旳彳耶到提岛左叶轮和扩乐器的淹道内利 用馬心升压作用和降速扩压作用,将机械能转换为气体压力能 的。激冷气圧缩机为单级悬臂离心式机组主要由变频调速电 机、增速箱轴承箱、机壳、叶轮以及润滑油系统和干气密封系统 组成。压缩机跳车保护系统包桔轴撮动、轴位移、各测温点趙洱 跳车联银组成。压缩机控制系统由速度控制和速度控制组成. 压缩机启动步骤见图2。|启动油果缓|II机样M系臣丽

13、逮厦柠制的*W崎*拎制的伤|各顶込行hAffli洞S2压第机启动步侵14.2圧缩机的喘振防护(1) 激冷气圧缩机防喘振控铝器13FFICA-0011通过压缩 机运行状态工作点进人喘振区域通过打开适当开度防嗜振阀 J3FV0011控制压缩机端振。(2) 在启动圧缩机喘振控制器没右投自动之前手动控制与 自动控制切换要做到稳定过SL始终使压缩机工作点远离端振 区域的同时实现切换。(3) 在气化炉系统升压和压缩机提速过程中密切注意压缩 机运行状态所处的工作点在端撮区域图的位置报据实际运行 情况凋节妁终便压缩机工作点远离喘报区域。2影响SheU气化装置长周期稳定运行问题浅析Shell气化炉开车后在负荷1

14、00%工况相对稳定情况F以 气化炉各项各性能参数为分析对象见衷3。运行时间/h气化炉负荷激冷合成 气浪试 /(NmVh)压缩机 Ann度/X合成气 人口温度 /X,合成气冷却器 出口也度 /T机进口 过滤器压差 /kPa过热蒸汽 温度 /T合成气冷却器 过热段压筮 /kPa乐绻机 振值 /pjn激冷比运行24h100%I95W420068932423337&668281.1S运行28h100%1M6431966812813833510.12351.07运行32h100%18566419368728!3931012.22381.06运行36h100%1824351896902814232212.

15、98431.04运行40h100%18C5421886952814831818.11521.01表3气化炉负荷100%#数丧在Shell气化炉负荷!00%时合成气激冷比偏低的后果，导 致合成气冷却器入口温度涨。同时不能有效将合成气中的飞 灰頼粒冷却合成代中夹帝飞灰以高黏结性状态进入合成气冷 却器造成合成气冷却器枳灰严重。如果加大压缩机进口来自湿洗系统的合成气流SL压缩机 进口温度13HOO2O低于200P圧缩机进岀口管线氯离子腐蚀 加剧大大减小了管道的使用寿命。更为严重的是存在了不安 全隐患氯离子腐蚀过的俘道会碍时出现合成气泄卸事故。同 时压缩机入口过滤器SIJ07的斥差增长也使压缩机工况恶化

16、 撮值加大，(严重时压缩机撮值超过120屮n跳车联铁气化炉跳 车)激冷合成任的流撬会进一步降低。3结语Shell煤气化工艺中激冷合成气流殳是至关蚩要的，宜接影 响气化炉工况的檢定。另外根据Shell气化装置多次运行后的 参数结果进行对比和计算,重新评估激冷合成气压缩机设计能 力是否偏小。对压缩机进出口管线氯离子腐谀进行分析重新 进行管道材质选型。在实际运行过稈中不是所有的煤种都适于 Shell气化炉我公司经过一年多的配煤、试烧后在配煤方案上 有了长足的进展。随1?对配煤方案不断探索一定能找出了灰熔 点适合、活性好、灰分含播不岛、飞灰黏结性较低适于Shell气化 的用佳配煤方案保证Shell气化

17、炉长周期安全稳定运行。考文献1 郑撮安煤气化技术(SCGP)的特点J.化工.2003,31 (2)：7-11.2 汪寿建壳牌煤代化关键设备设计操讨J 大MK,2003,26(5)： 304.李弑浅析SHELL煤气化袈賣的设备配置JJ.X肥技术.2007.28 (2):7-10.2010年38卷第8期厂州化工 # 2010年38卷第8期厂州化工 # (上按第256頁)2010年38卷第8期厂州化工 # 2010年38卷第8期厂州化工 # 4结论Shell粉煤气化工艺虽然现阶段拥有较广泛的应用,但是它 并不是一种十全十美的煤气化技术它同样存在君许多现实的 运行问题。这些问题的存在不仅彫响了 Shell粉煤气化装置的 长周期连续椅定运行而盘也严重制约了 Shell粉煤气化装遥的 整体运行经济性，因此必猱要采取措施来解决这些业已发现或 存在的运行问题。通过国内众多趴粉煤气化装程的实践模 索以及经验积累我们有理由相信.5粉煤气化工艺必将越来 越成熟.Shell粉煤气化装fit的长周期连续稳定运行也一定可以 顺利实现。考文敵1 郑振安.Sh