壳牌煤气化培训教材.doc

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1、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

2、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

3、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

4、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日目 录第一章 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

5、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

6、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： CO2 = CO2 H=393百万焦耳/千摩尔碳CCO2 = 2CO H=173 百万焦耳/千摩尔碳CH2O=COH2 H=131百万焦耳/

7、千摩尔碳C2H2 = CH4 H=75 百万焦耳/千摩尔碳COH2O=CO2H2 H=41 百万焦耳/千摩尔碳CH4H2O=CO3H2 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14001600，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1525%，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7883%。6气化炉采用水冷壁结构

8、，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170高炉给水渣水初步水处理系统O2絮凝剂酸碱放空气排放气煤渣处理系统湿法除灰系统干法除灰系统磨煤与干燥255%细灰细渣过热蒸汽和饱和蒸汽5.5MPa补充工艺冷却水燃料气高压CO2/N2高压CO2/N2排放气去锅炉高压CO2超高压反吹气气低压N2石灰石空气超高压反吹气气低压N2燃料气合

9、成气气化及合成气冷却煤加压及输送 260%低压氮排放水激冷气压缩机冷却水冷却水循环水渣水酸 性气体低压蒸汽灰饼循环深处理水第三节 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2S-1501/V-1501HPHT飞灰过滤器/飞灰收集器1F-1101A/B热风炉2V-1502飞灰排放槽1K-1102A/B循环风机2V-1504 A/B飞灰气

10、提/冷却槽2S-1103A/B煤粉袋式收集器2V-1505中间飞灰贮槽1S-1201 A/B粉煤储仓过滤器2V-1507飞灰贮仓1V-1201A/B煤粉贮仓2C-1601洗涤塔（填料床）1V-1204A/B煤粉锁斗2J-1601开工喷射器1V-1205A/B煤粉给料罐2J-1602文丘里洗涤器1A-1301A/B/C煤烧嘴8P-1601A/B洗涤塔循环水泵2K-1301激冷气压缩机1C-1701酸性灰浆汽提塔1P-1301A/B/C中压循环水泵3P-1701A/BSSS给料泵2E-1301激冷管中压蒸发器1P-1702A/BSSS排污水泵2E-1302输气管中压蒸发器1S-1701澄清槽1E-

11、1306合成气过热蒸发器1T-1702沉降槽1E-1303A/B/C/D合成气中压蒸发器4V-1704SSS给料罐1E-1320气化炉膜式壁1V-1701酸液排放给料罐1V-1301气化炉壳体1V-3051高压氮气/二氧化碳缓冲罐1V-1302合成气冷却器壳体1V-3052反吹气缓冲罐1V-1303输气管壳体1V-3054氮气缓冲罐1V-1304中压蒸汽汽包1V-3100火炬减压罐1E-1401A/B渣池水冷却器2T-3301工艺水缓冲罐1P-1401A/B渣池循环泵2T-3302循环水缓冲罐1S-1403A/B水力旋流器2V-3401冷凝液闪蒸罐1T-1401渣脱水槽1V-3402排放水闪蒸

12、罐1V-1402渣收集器1V-3501 A/B/C/D/E/F仪表空气缓冲罐6V-1403排渣罐1T-3601碱液储罐1X-1401破渣机1T-3602酸液储罐1X-1402捞渣机1C-3601洗涤器1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 kg/skg/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 50 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 0.0

13、09 0.011 0.040 100 0.15 排放废水 3.58 5.42 5.42 49 0.35 到B.L.的MP 过热蒸汽 29.12 30.32 30.32 400 5.10 到B.L.的MP饱和蒸汽2.472.698.092715.5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 80 0.02 冷却的LLP蒸汽冷凝0.33 0.38 0.4140 0.30 到B.L.的LP 排污 0.24 0.25 5.28 40 0.35二、主要原料的工艺参数：物流流率温

14、度压力工艺设计设备设计最大()(MPag)kg/skg/skg/s1. 煤 (收到基)24.7826.7629.4420环境2. 石灰石2.602.79HOLD20环境3. 真空皮带污泥机（用于循环）0.421.111.11环境环境4. 氧气18.4318.9520.27254.525.LLP CO215.9517.5520.14400.026. VHP N21.711.792.05808.106. LP N22.572.575.14400.438. MP BFW32.2333.7039.151707.509. HP 工艺冷凝液8.999.039.03784.1010.新鲜水供水0.340.5

15、217.96400.6011. 来自B.L.的LP蒸汽0.961.101.101590.5012. 碱 (20%)0.0290.0670.101294.3013. HCl 酸 (15%)0.0100.0160.136290.3514. 燃料气2.163.166.32100.3916. 用于开车的MP SH 蒸汽NNFNNF11.564005.00三、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 67232 0.40 LPG 0.003 NNF 0.58 10 0.90仪表风 0.25 0.25 0.25 10 0.60 工厂风 0.03 0.04

16、 0.3510 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， %wt AR (1)8 10 粉煤的湿度含量(表面水份)2 灰份, %wt MF 25.5 50 煤颗粒规格, mm 13 给出的 HHV 值， MJ/kg, MF基 26 24.5-30.0 计算的 HHV 值, MJ/kg, MF基 25.5 24.5-30.0 极限分析 %wt MAF C 89.39 H 3.82 O (用于不同情况) 5.05 S 0.50 4.3 N 1.20 Cl 0.04 1.67 流动点, 1440 1500 %wt SiO247.6 %wt Al2O330.89

17、 %wt Fe2O37.19 %wt CaO + MgO 10.73 %wt Na2O 0.52 2.0 %wt K2O 0.68 3-50.01-20-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-605-260-58525 下的气相压力bar57.6-3.317.7-爆炸极限 (% v在空气中)-12-75-4-46-4-76LHV 以 MJ/t 为单位-10,200-15,300-121,000毒性(MAC的值以ppm为单位)500025n.d.210n.d.n.d.三、粗合成

18、气组份：组分工艺设计设备设计50% 的降低负荷%mol %mol %mol H2O 18.6019.4020.30H215.54 14.68 12.12 CO 56.2654.74 51.32CO27.96 9.4213.87H2S 0.1 0.20.1N21.41.42.2Ar 0.10.10.1ppmv ppmv ppmv COS 200400200CH4706070HCL 1 1 1 NH3180180170HCN160160150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

19、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140300之间，离开磨机的温度是100110。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

20、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10 mg/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）。煤粉随后从袋式收集器中被送到煤加压及给料系统。二、工艺流程简述石灰石通过外部输送进入到石灰石贮仓V1102A/B中存储，通过称重给料机X1106A/B分别进入磨煤机A1101A/B中；在此与从碎煤贮仓V1101A/B经过称重给煤机X1101A/B送来的碎煤（含回收的滤饼）混合碾磨。在原料分别进入石灰石贮仓V1102A/B、碎煤贮仓V1101A/B时产生的粉尘通过石灰石贮仓排风机K1107A/B、碎煤贮仓排风机K1104A/B的抽

21、吸，送到石灰石贮仓排风机过滤器S1104A/B、碎煤贮仓排风机过滤器S1101A/B，过滤后的气体通过排放烟囱送入大气。石灰石和碎煤在碾磨的同时，被从惰性气体发生器F1101A/B送来的热烟气干燥，碾磨成细粉的碎煤经过热风干燥后，随着热风一起被送出磨煤机。在磨煤机的上部经过旋转分离器S1102A/B旋转分离，合格煤粉随热风一起进入煤粉袋式收集器S1103A/B进行煤/气分离，不合格的大颗粒煤粉重新返回到磨煤机A1101A/B中继续碾磨。在磨煤机下部，未被碾磨的石块、木块等从磨机的排矸孔排出。进入S1103A/B的煤/气混合物，固体浓度为460g/Nm3,由于风速突降，约有70%的煤粉自然沉降落

22、入收集器底部收料斗，经过折流板后，剩余的30%的煤粉中有约60%会再次沉降下来，实际上只有约12%的煤粉进入煤粉袋式收集器过滤。经过过滤后的热风中固体含量低于10mg/Nm3，被循环风机K1102A/B抽出，80%循环使用，为了移走气体中的水份，20%排放到大气中。循环的热风进入惰性气体发生器F1101A/B前，与稀释风机K1105A/B补充的部分新鲜气一起经混合后，分别进入到惰性气体发生器F1101A/B的燃烧室和混合室。惰性气体发生器F1101A/B的燃料气在正常情况下用甲醇工段来的驰放气，有时也用精制合成气和柴油，燃烧空气风机K1101A/B送入燃烧空气，热烟气在进入磨煤机之前，被循环热

23、风降温到300以下，其温度调节由磨煤机出口烟气温度调整。为了保证整个磨煤干燥系统的安全性，整个烟气循环回路要控制其氧气含量不能超过8%，回路配有氮气补充管线和氧含量在线分析仪。为了保证设备的稳定运行和环境卫生，磨机还配备密封空气风机K1103A/B，对磨机的轴承等部位进行气封。煤粉袋式收集器S1103A/B采用长袋高效低压脉冲方式进行煤粉收集。当运行一定时间后，滤袋内外压差增大，反吹程序会自动运行进行清灰（也可以采取定时喷吹），反吹气源为低压氮气 。在S1103A/B底部被收集的煤粉，通过螺旋给料机X1102A/B、旋转给料机X1103A/B的输送，最终全部进入煤粉贮仓V1201A/B中待用。

24、根据框架结构，可能还会用到螺旋给料机X1105A/B、X1107A/B等辅助设备。但不论怎样，所有的输送都是在氮气的保护下进行的，以避免出现煤的自燃和爆炸现象发生。三、工艺特点磨煤和干燥系统包括两条同等的55%工艺线。正常情况下这两条线连续运行。1.通过磨机液压装置，旋转分离器转速以及循环风量将粉煤的合格粒度控制在10m-90m,合格率控制在90%以上。2.通过热风炉提供的热量，粉煤表面的水分含量控制在2%以下。3.循环气中氧含量低于8%以下，以防止煤粉爆炸。4.布袋除尘器控制的煤粉固体浓度小于10mg/Nm3,以减少排放气对空气污染，80%的惰性气体维持循环。四、正常工艺状况的物料表 物料名

25、称流量压力温度煤粉量100t/h常压80-105 石灰石10t/hm3/h常压80-105惰性循环气10.4万Nm3/h-0.003-0.007MPa105燃料气(合成驰放气)2555Nm3/h0.39MPa10循环气驰放量1.455万Nm3/h0.003MPa103柴油468Kg/h（NNF）0.25MPa29液化气23.6Nm3/h(NNF)0.39MPa29第三节 主要装置介绍一、 磨煤机（A-1101A/B）磨煤机为中速辊磨机，型号MPS-255, 每台能力正常磨煤量为系统满负荷的55%的磨煤量。磨煤能力： 55.44t/h 进入磨机的热风：10.4万Nm3/h 258 出磨机的热风：

26、 10.6万Nm3/h 105 电机：YMPS560-6 功率：900kw二、 粉煤袋式收集器（S-1103A/B）采用低压长袋喷吹脉冲方式，通过粉煤袋式收集器使循环气中固体颗粒含量低于10mg/Nm3.总的过滤面积：3300m2过滤元件： 1306500mm滤料：PPS滤料 最高耐温：180反吹气压力：0.250.40MPa三、 热风炉装置（F-1101A/B）给整个循环气系统提供热量，通过控制出S-1103后循环气的温度在105-110之间，保证碾磨干燥后的粉煤水分含量小于2%，。热风炉负荷：7MW进气温度：105出气温度：258燃料气来源：开工时点火用LPG、开工用柴油、正常运行为合成驰

27、放气，同时有一个合成精制气作为备用热源。四、 循环风机（K-1102A/B）要保证循环气从磨机中以一定的速度将460mg/Nm3的煤粉送到标高为85m的袋式收集器内，提供热风的内循环动力。其中：循环风量：11.2万Nm3/h进口压力：-0.003 MPa 出口压力： 0.007MPa 五、碎煤仓（V-1101A/B）筒体直径D=6200mm 容器壁厚=16mm整体高度H=26000mm 容器材质为16MnR设计压力=常压 工作压力=常压设计温度=80 工作温度=常温全容积V=602m3 工作容积V1=467m3设备净重M=72480Kg 不锈钢重M1=1370Kg第三章 煤加压及输送系统第一节

28、 煤加压及输送的目的和作用煤加压及输送的目的和作用是将常压条件下的粉煤在煤锁斗内加压，达到与常高压条件下的煤粉给料系统条件,并采用高压CO2/N2气体输送煤粉，控制煤粉流量送至煤烧嘴。第二节 工艺介绍一、 工艺原理这个系统的主要设计参数是输送和煤加压（煤锁斗）。煤的输送和锁斗设计主要是根据煤粉粒度分布，也受煤中水含量影响。煤粉中的水含量要低于临界值，可以在12%之间变化，然后被送到气化炉。煤给料系统由两套相同的给料系统组成，每套给料系统对应于对称的两个烧嘴供料，并配套有两套排放回路。利用低压容器和高压容器之间良好的密封隔离，通过隔离、充压、排放、泄压、重新给煤的程序控制来完成煤粉的输送和加压，

29、从而达到工艺要求。所有的容器都按照与二氧化碳系统相关最大压力下设计（带有减压阀）；连接高压和低压给料系统线路都使用了两道阀或者一个阀加一个孔板或者加一个控制阀。这样低压系统按照经过孔板或控制阀的最大气量来设计，从而保证操作的安全性和可靠性。二、工艺流程简述存放在常压设备煤粉贮仓V1201A/B中的煤粉，最终要送到煤烧嘴中。为了增压，设置了煤排放系统。煤从煤锁斗V1204A/B送到烧嘴，至少要比气化炉压力高出0.5-1.0 MPa。煤粉从CMD系统输送到煤粉贮仓V1201A/B后，如果超过了最大允许的料位，CMD 系统将停车。煤粉贮仓V1201A/B将处在稳定的氮气保护条件下，来阻止空气经过气体

30、出口进入，或者潮湿的循环气进入。在开停车期间煤烧嘴循环管线将输送煤粉进入煤粉贮仓V1201A/B，同时也带入二氧化碳。V1201A/B泄压时经过粉煤贮仓过滤器S1201A/B过滤后气体排入大气，被过滤出来的煤粉通过螺旋给料机X1205A/B、旋转给料机X1206A/B被回收到V1201A/B中。煤粉从粉煤贮仓V1201A/B进入煤锁斗V1204A/B靠自身重力流入，为了保证煤粉良好的流动性，V1201A/B底部设有充气锥X1201A/B，再经过管道充气器X1200A/B进入到煤锁斗中。如果完成后，在锁斗V1204A/B和粉煤给料仓V1205A/B之间有隔离阀，在煤锁斗V1204A/B充压后当压

31、力与粉煤给料仓V1205A/B的压力相同时打开这两道隔离阀。煤锁斗V1204A/B的充压是由高压二氧化碳经过充气锥X1204A/B、锥底垫板X1202A/B、管道充气器X1203A/B和直接进入煤锁斗过滤器S1202A/B的高压二氧化碳完成的。到锥底垫板X1202A/B的二氧化碳是在不同的压力下通过控制阀控制。所有的操作次序都是通过外部的开关程序完成的。煤粉从煤粉锁斗V1204A/B进入到粉煤给料仓1205A/B也是靠自身重力，当锁斗煤粉达到一个低料位后就要重新增加煤粉。这个过程是由粉煤仓底部的两个阀门完成的。最后，通过程序开关完成系统隔离、泄压、和重新给煤。泄压在第三步完成。在前两步的泄压步

32、骤中，二氧化碳经过限流孔板和一个开关阀门进入粉煤贮仓过滤器S1201A/B，然后排放到大气中。最后一步看煤锁斗V1204A/B与过滤器S1201A/B之间的压力通过两道截止阀的压差是否一致来确定是否泄压完成。到煤烧嘴的煤量要保持稳定，每条线都是独立的。要有一个稳定的压力主要是为了尽可能的稳定煤的流量。这些高压输送气体来自高压N2/CO2缓冲罐V3051，最后都通过粉煤贮仓过滤器S1201A/B排放。三、 工艺特点1.煤粉的贮存是常压状态，而烧嘴的供料是常高压状态，通过煤锁斗的加压操作和减压操作达到给料和供料的平衡。2.四个煤烧嘴的操作状态是在同温度、流量、压力条件下运行的，通过X-1301以及角阀来调节。3.采用充气锥和管道充气器防止煤粉堵塞和架桥。四、正常工艺下物料平衡表物料名称正常流量压力温度粉煤94t/h0.04MPa80高压CO2/ N223310Nm3/h5.2MPa80低压N2石灰石2130Nm3/h10t/h0.43MPa0.04MPa4080第三节 主要装置介绍一、 粉煤贮仓(V-1201A/B) 筒体直径D=5100mm