煤气化技术学习材料1-课件

1、煤气化技术煤制烯烃项目组2019年10月20日提 纲一、煤气化技术介绍二、各项技术情况对比一、煤气化技术介绍 1、德士古水煤浆气化 2、华东理工水煤浆气化 3、Shell粉煤气化 4、GSP粉煤气化德士古（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年在洛杉矶孟特培罗实验室建成，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德士古水煤浆技术概况国外德士古气化装置概况公司或装置名称装置性质厂址规模吨煤/天气化压力MPa开车时间产品RCH

2、/RAG示范德国Oberhausen1504.01978OXO化学品TVA示范美国阿拉巴马州1703.81982氨TEC工业化美国田纳西州8206.51983甲醇、醋酐Cool Water工业化美国加州9104.01984电力宇部氨厂工业化日本宇部15003.61984氨SAR工业化德国Oberhausen7204.01986OXO合成Tampa工业化美国佛罗里达州18002.82019电力中国德士古气化装置概况工厂名称规模（吨/天）气化压力（MPa）气化炉台数投产时间产品山东鲁南化肥厂4002.61+11993氨上海焦化总厂10004.03+12019发电、城市煤气、甲醇陕西渭河化肥厂140

3、06.42+12019氨安徽淮南化肥厂9004.02+12000氨浩良河化肥厂9004.02+12019氨陕西神木甲醇厂15006.52+12019甲醇中石化南京分公司14008.72+12019氨中石化金陵分公司20004.02+12019氨中国德士古气化装置概况工厂名称规模（吨/天）气化压力(Mpa)气化炉台数投产时间产品兖矿甲醇厂15006.52+1在建甲醇齐鲁石化15006.52+1在建氢渭河改扩建7506.51在建氨上海焦化改扩建15004.03+1在建甲醇、醋酸南京惠生公司15004.03+1在建甲醇水煤浆进料简单可靠，气化炉结构简单，有利于稳定操作 工艺灵活，合成气质量高，产品气

4、可适用于化工合成、制氢和联合循环发电 碳转化率高达98%以上 调节比大、负荷变换简单德士古水煤浆气化工艺特点德士古水煤浆气化工艺特点不污染环境，三废处理较方便 德士古法对煤种有较强的选择性，其最适宜气化低灰分、低灰熔点的年轻烟煤 氧耗较高工艺中烧嘴使用寿命不长，一般约2个月就需停炉更换 磨煤工艺流程气化工艺流程灰水处理工艺流程2、华东理工水煤浆气化发展概况“九五”期间，华东理工大学、水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心(兖矿鲁南化肥厂)成功完成了四喷嘴对置式水煤浆气化技术的中试研究 (22吨煤/天) “十五”期间，分别于山东鲁南、山东德州建设了工业示范装置。 发展概况在山东华鲁恒升化工股份有限公

5、司大氮肥国产化工程中，建设了一台四喷嘴撞击流气化炉(6.5MPa，日处理煤750吨)。装置由中国华陆工程公司设计，气化炉由哈尔滨锅炉厂制造，耐火砖由新乡耐火材料厂生产。2019年12月该气化装置投入试运转。在该气化炉试运转初期，曾发生由于烧嘴室“窝火”导致的烧嘴室耐火砖烧损和煤气外泄。经整改于2019年6月初投入运行。发展概况现该气化炉运转平稳，无异常情况，运行情况良好，工艺指标优于单喷嘴顶置的气化炉(比煤耗降低9%；气体中H2含量高0.440.88个百分点；碳转化率大于98%)。该装置自2019年6月初至2019年7月24日，已累计运行近800小时，最长连续运行时间488小时。导致停车的因素

6、均与气化装置本身无关。2019年7月30日入炉检查发现，该气化炉内耐火砖等设备构件情况正常。发展概况山东鲁南(兖矿国泰化工有限公司)建设多喷嘴对置式水煤浆气化炉及配套工程，利用两台日处理1150吨煤多喷嘴对置式水煤浆气化炉(4.0MPa)配套生产24万吨甲醇、联产71.8MW发电；气化炉由哈尔滨锅炉厂制造，耐火砖由洛阳耐火材料研究院高耐厂、新乡耐火材料厂生产气化装置于2019年7月21日11:26一次投料成功，一次打通整个工艺流程，在完成80小时连续、稳定运行后，于2019年7月25日8:00计划停车。80小时连续运行以北宿原煤为原料，初步的运行结果统计表明：有效气CO+H282%，碳转化率9

7、8%。2019年10月17日，打通全部流程，出甲醇；目前累计运行525小时，最长连续运行175小时工艺特点工艺流程与德士古水煤浆气化技术相似，在气化炉、灰水处理装置上进行了改进气化炉：上部水平对置4个喷嘴激冷室：增加多层横相分隔器，破除泡沫，减少灰水夹带灰水处理：三级/四级闪蒸；换热器改为蒸发热水塔，不易堵塞工艺流程示意图工艺流程图1-磨煤机; 2-煤浆槽; 3-多喷嘴对置式气化炉; 4-锁斗; 5-水洗塔;6-蒸发热水塔; 7-真空闪蒸器; 8-澄清槽; 9-灰水槽 3、Shell粉煤气化壳牌粉煤气化技术概况Shell粉煤气化技术始于1972年先在荷兰阿姆斯特丹建了日处理6吨煤试验装置后在德

8、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（Demkolec工厂) ，日处理2000吨煤装置。Shell干煤气化技术的关键设备是气化炉、气体冷却器（废热锅炉）和陶瓷过滤器气化炉包括固膜式水冷室、环形空间和高压容器Shell干煤气化技术优点： 固膜式水冷壁设计（以渣抗渣）及烧嘴寿命长决定气化炉坚固耐用，烧嘴寿命可达到3年 碳转化率高（大于99%） 氧气和煤的消耗低 原料的高灵活性（操作温度15001700度） 有利于环境保护中国壳牌粉煤气化装置概况工厂名称规模（吨/天）气化压力（MPa）气化炉台数投产时间产品湖北双环科技股份公司肥厂9004.01

9、在建氨广西柳化股份有限公司13004.01在建氨中石化巴陵分公司20004.01在建氨中石化湖北化肥分公司20004.01在建氨中石化安庆分公司20004.01在建氨大连大化集团公司11004.01在建氨云天化股份有限公司28004.01在建氨云南沾化股份有限公司29004.01在建氨中国壳牌粉煤气化装置概况工厂名称规模（吨/天）气化压力(Mpa)气化炉台数投产时间产品中原大化20004.01在建河南开祥化工11004.01在建河南永城煤电20004.01在建神华直接液化2x20004.02在建甲醇制氢甲醇甲醇Demkolec示范工厂概述1989-1990年工程设计，1991-1992年施工安

10、装，1993年投产。项目总投资约3.8亿美元，日处理煤2000吨，发电253MW，气化为高框架装置，最高层为54M，最高设备高度为63M，框架在15M以下为混凝土结构，15M以上是6层钢结构。安装工作量：桩1800个、混凝土18000M3、阀门10000个、电缆450KM、钢结构5000吨、配管2500吨、设备1100台、电仪6000台。壳牌粉煤气化工艺流程示意图DSRWETSCRUBBINGCOAL FEEDINGMILLING/DRYINGMILLING AND DRYINGFLY ASH TOHP STEAMMP STEAMSLAGCOAL/PETCOKE FLY ASHRECIRC.Q

11、UENCH GASGASIFIERSALTSSULPHURCLEANSYNGASWATER TREATMENT1600 C900 CGAS TREATINGFLY ASH SYSTEM壳牌粉煤气化工艺流程示意图壳牌粉煤气化工艺流程简图备煤部分备煤：磨煤与干燥备煤：加压与进料气化部分气化部分气化：除渣壳牌气化炉示意图壳牌气化炉内件图壳牌气化炉内件图气化炉水冷壁原理气体冷凝器示意图气体冷凝器内件图气体冷凝器内件图气体冷凝器内件图除灰部分HPHT：飞灰过滤器HPHT：飞灰过滤器HPHT：飞灰过滤器除灰部分：湿洗除灰部分：灰水处理4、GSP粉煤气化发展概况GSP 工艺技术由前民主德国的德意志燃料研究所

12、(German Fuel Institute) 开发, 始于上世纪70 年代末。最初目的是用高灰分褐煤生产民用煤气1979年在弗来堡(Freiburg) 分别建立了一套3MW 和5MW中试装置1984 年, 在黑水泵市的劳柏格(Laubag) 电厂建立了一套130MW 冷壁炉的商业化装置, 原料处理能力为30t/h发展概况技术归属： 原属于DBI 1991，并入Novell GmbH公司 2019，并入Deutsche Babcock AG公司 2019，由瑞士投资成立未来能源公司弗莱堡实验装置弗莱堡实验装置130MW商业装置GSP煤气化工艺流程简图技术特点单一集成烧嘴粉煤+激冷工艺返回干净合

13、成气保护烧嘴及炉壁使用普通碳钢（炉体及水冷壁）带翅钢管焊接内壁SiC涂层水冷壁集成烧嘴玻璃态灰渣二、各项技术情况对比1、工艺技术特点比较2、原料与产品规格3、性能保证4、消耗与三废排放5、设备6、仪表控制7、引进范围8、进度9、小结项目SHELL壳牌GE-TEXACO（德士古）Future Energy（未来能源）华东理工对煤要 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，后者也需加助融剂。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

14、，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，前者干燥能耗高，后者也需加助融剂。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。气化性能指 标煤耗:0.56t/kNm3CO+H2氧耗0.46 t/kNm3CO+H2氧耗较低，碳转化率高（99.5%），冷煤气效率高（83%），约15%的能量被回收为过热中压蒸汽312.7t/h(保证值265t/h)。有效气体成份CO+H2高达93%（干基）左右.煤耗0.599t/kNm3CO+H2氧耗0.552t/k

15、Nm3CO+H2碳转化率98%,冷煤气效率73-76%。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.煤耗:0.56t/kNm3CO+H2氧耗0.50 t/kNm3(CO+H2)氧耗较低，碳转化率高（99.5%），冷煤气效率和碳转化率均接近Shell。有效气体成份（CO+H2）（干基）高达92%左右（保证88%）.煤耗0.608t/kNm3 CO+H2),氧耗0.586/kNm3 CO+H2),均比GE高；碳转化率98%,有效气成分（CO+H2）（干基）78.9%，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.工

16、艺配 置冗繁，流程长，粉煤加压进料、气化，Syngas 冷却排渣，除尘、酸水处理，检测要求严格冗繁的PLC程序控制（进料、除尘、排渣）达10套之多，因此系统投料开车达到稳定、连续，全过程估计时间相对比较长。煤浆制备、加压进料、气化（急冷除渣）、文丘里碳洗除尘降温、灰水处理，流程相对简洁，控制点I/O少（PLC仅数套）。系统投料到连续生产，不需磨合期，国内已有多套工业装置运行的经验（德州的经验，一个班就可达到）工艺配置，有独到之处，为流化床密相进料器，气化炉水冷壁和急冷相结吸取了Shell和Texaco的优点，粗煤气最终经二级文丘里冷却除尘等，工艺流程新颖,先进合理，生产控制也简明合理。四喷嘴对

17、置的水煤浆气流床气化炉及复合床煤气洗涤冷却设备；混合器、旋风分离器、水洗塔三单元组合煤气初步净化工艺；蒸发分离直接换热式含渣水处理及热回收工艺；流程简洁可行，控制较GE复杂，操作也比GE困难些。1、工艺技术特点比较1、工艺技术特点比较项 目SHELL（壳牌）GE-TEXACO（德士古）Future Energy（未来能源）华东理工专利设 备系统专利设备台数多，而且结构复杂、用材料特殊，气化炉和合成气冷却器，HPHT内件等不能国产，缺乏支撑条件，完全依赖进口，价位高昂，制作周期长（长达24-26个月），严重地制约着项目的总进度。整个气化系统经多次引进消化吸收，专利设备已经寥寥无几（仅烧嘴和急冷环

18、），引进的专用设备少数几台，特殊的仪表和阀门也不多，技术要求规格国内工程公司稳操有数，总之硬件国内支撑率90%左右。气化系统设备台数并不多，专有设备有气化炉，密相进料器，文丘里洗涤器和联合烧嘴，由专利商供给。整个气化系统，结合多次引进消化吸收GE技术，目前本技术已无专利设备；引进设备仅少数几台，特殊的仪表和阀门也不多，硬件国内支撑率达95%左右。运行业 绩目前世界上（中国以外）工业化装置运行的业绩不多，化工型的寥寥无几。国外装置开车的头几年装置可用率90%（荷兰IGCC仅8587%），不足部分用天然气补足。虽然目前在我国将SCGP应用于化工型，中国已有13套化工型装置在建，但至今无一套投产，其

19、风险性多大有，待实践证明。目前世界上工业化运行装置12套，在建3套；国内煤气化就已达10套，且均为用于化工型生产，积累了足够的生产维修经验，但其工艺烧嘴，由于工况恶劣，烧嘴头部易受热应力和磨蚀双重作用，需定期检修，从而需设置备用系列炉，以保证整个装置可用率。对神华设置5+1，生产线保持正常可用率达90%时，已趋于极限状态。工业化运行的装置仅一套（年处理煤量720t/d），而且10多年前断断续续生产的，现在该气化装置气化生物质和一些液体残渣，总的印象工业化的业绩太欠缺。山东恒升建设了一台四喷嘴撞击流气化炉(6.5MPa，日处理煤750吨)。该装置自今年6月整改后，正式运行累计近800小时，最长连

20、续运行时间488小时。山东鲁南也建设了两台四喷嘴对置式气化炉(4.0Mpa,1150吨/日)。该装置于2019年7月21日投料后，完成80小时连续运行。目前国内尚无长周期运行的工业化装置。1、工艺技术特点比较项目SHELL（壳牌）GE-TEXACO（德士古）Future Energy（未来能源）华东理工建设投 资相对较高，原料制备部分高出300%，气化部分高出1520%，配套的ASU（具有氧耗低，ASU制氢能力小，而抽N2量大）投资约高1020%。同时由于气化压力较低,导致下游工序:变换、低温甲醇洗、合成气压缩等投资增加相对较低，原料制备成浆简单省功，气化部分虽然生产系列多，但总的仍低些（15

21、-20%），配套的ASU，由于抽N2量低，尽管取氧量大15%。ASU的投资仍低（约10%）气化部推理应低于Shell和Texaco，但制粉（CMD）完全与Shell一样，故这部分比Texaco同样要高300%。但由于气化压力较低,导致下游工序:变换、低温甲醇洗、合成气压缩等投资增加。建设投资较GE 略高。气化炉采用四喷嘴进料系统，五台炉子比GE多10套进料系统；且气化炉较GE贵，故气化部分投资较GE略贵些。其它部分与GE基本相当。运行费 用运行费用高a.煤粉制备，吨煤消耗动力是制浆的300400%。b.煤粉加压进料单线CO2增压耗功率7845KW以上（CO2按3万Nm3/h计）。运行费用较低a

22、.制浆吨煤的耗功是制粉的25%30%。b.煤浆进料输送用泵简单，煤粉输送进料用N2和CO2耗功一项就达7845*3KW运行费用高。a.煤粉制备部分，吨煤的动力消耗是水浆的约300%。b.煤粉加压进料，单线CO2的增压功耗1100KW以上（CO2按3万Mn3/h计，常压至4.6bar），气化部分介于Shell和Texaco之间。运行费用较GE较高a.制浆吨煤的耗功是制粉的25%30%b.煤浆进料输送用泵简单，煤粉输送进料用N2和CO2耗功一项就达7845*3KWc.经济性指标较GE略微逊色点，再加上每个炉子均采用四套喷嘴进料，故总运行费用较GE高1、工艺技术特点比较项目SHELL（壳牌）GE-T

23、EXACO（德士古）Future Energy未来能源华东理工能量利 用气化部分副产MP蒸汽基本与气化用LP蒸汽可抵（MP副产：5Mpa，400103.2t/h；LP需要137t/D，4.6kg/cm2,156）,可向管网输送97.5t/ h 蒸汽。用激冷除渣降温，优点是可饱和粗合成气，缺点是高位能利用欠佳，但在下游变换工序可得到应用，不需另外补给中压蒸汽气化副产6bar(a)/159 LP蒸汽70t/h，不足以抵消消耗HP蒸汽（48bar/300）的能量，另外经常性燃料气耗量11250Nm3/h，能耗方面下一步需仔细评价。采用激冷除渣降温流程，优点是可饱和粗合成气，缺点是本工序高位能利用欠佳

24、，但在下游变换工序可得到合理利用，不需外界补充中压蒸汽。安装工程量及建设周 期装置工程量巨大,建设期长,估计30个月以上。a. 关键设备，专用设备订货周期，气化炉最长达合同生效后24-26个月份。b. 大型设备吊装、管道仪表安装及土建等工程量大（气化及制粉、进料部分及钢结构框架总高100m，单线钢结构工程量就达5000t ,大型设备吊装吨位大（气化炉340t，Syn-gas冷却器约450t，HPHT飞灰过滤器约310t），吊装高达32m、44m和80m以上。装置工程量相当小些，建设工期可控，主动性强，估计26个月完成，可操作性强。a.关键设备全部国产化，气化炉等均可14-16个月交货b.大型设

25、备安装工程量小，气化炉碳洗塔等吨位轻（200t左右），安装标高低。装置工程量会小于Shell，可能也比Texaco小（缺乏具体数据）。建设周期估计短，关键设备气化炉（2500，外壳3600）供货周期较短（仅12-14个月）。 安装工程量与GE-TEXACO相近，估计26-27个月左右，可操作性强。a. 关键设备全部国产化，气化炉等均可14-16个月交货。 b.大型设备安装工程量小。 c.装置中无大型刚结构框架，故土建工程量较干法低。2、原料与产品规格湿法设计煤种和校核煤种 2、原料与产品规格干法设计煤种和校核煤种 2、原料与产品规格3、性能保证4、消耗与三废排放消耗指标三废排放4、消耗与三废排放5、设备气化炉5、设备气化炉5、设备设备概况5、设备设备特点及评价6、仪表控制6、仪表控制7、引进范围8、进度Shell、GE、GSP及华东理工四家专利商的气化技术都很先进，各有特色。Shell工艺技术先进（气化部分），但综合前端制粉、加压进料