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Shell煤气化技术综述

热度0票  浏览1次 时间:2019年7月05日 10:34
  一、概述
  Shell 煤气化技术是在原 K-T 气流床煤气化技术的基础上改进而来。将粒度为100目、水分<10%的煤粉,纯度为>99%的氧气和水蒸气在喷嘴处混合进入煤气化炉进行气化反应,炉内的气化压力为2.0~4.0MPa,温度为1400~1600℃,气化生成的有效煤气成分含量为90%~94%,碳的转化率约为99%(飞灰再循环的条件下)。
  二、Shell煤气化反应原理
  Shell煤气化反应原理与K-T常压粉煤气化相同,是以干煤粉作为原料,氧气和水蒸气作为气化剂在气流床内进行的气-固两相流态化反应。
  干煤粉由氮气或二氧化碳吹入气化炉,气化炉内的气化反应温度很高,在有氧存在的条件下,以燃烧反应为主,在氧气反应完成后进入气化反应阶段,物料在炉内的停留时间一般为3~10s,气化反应很快就达到平衡。气化产生的粗煤气经粗煤气冷却器冷却后,最终形成以CO、H2为主的煤气。反应中产生的煤灰熔化后以液态的形式排出气化反应炉。
  带粗煤气冷却器(废热锅炉)流程的特点如下:
  1.结构复杂,昂贵。1台废锅,如2000t/d要多1个亿的投资。
  2.若用于化工,则后续的调比过程需要大量蒸汽,废锅产生的蒸汽约60-70%用于调比,真正能量回收的好处不大,用高投资的废锅而取得的效益不大。
  三、原料要求
  Shell煤气化工艺对煤种有广泛的适应性,由于采用粉煤进料和高温、加压气化,故对煤的粘结性、机械强度、水分、灰分、挥发分等要求不是十分严格,但从技术角度考虑仍有一定要求。水分(收到基水分):褐煤6%~10%,其它1%~6%,灰分干基<24%,灰熔点FT<1350℃,粒度<0.15mm的>90%。
  1.煤的灰熔点是加压干粉气化选择原料的主要条件,一般选择灰熔融流动温度 FT 在 1400℃以下的烟煤,FT 超过 1500℃的煤不宜采用。
  2.煤的活性要好,一般以烟煤和褐煤为主。
  3.灰渣的粘温特性碱性组分含量高,一般碱/酸应大于0.3。
  4.灰分一般不超过30%,小于20%为宜。
  四、Shell煤气化工艺的关键设备
  Shell煤气化工艺的关键设备是煤气化炉、煤气冷却器和煤气过滤器。
  Shell煤气化炉主要由膜式水冷壁、环隙空间和高压容器外壳构成。
  气化炉反应室内上部空间为燃烧反应区,下部为熔渣激冷区。干煤粉、氧气和水蒸气的混合气通过喷嘴进入气化炉后在燃烧室反应。气化炉内筒采用水(由于反应温度过高,可考虑采用脱盐水或软化水)循环冷却,在向火侧涂一层耐火涂层,运行时在气化炉内壁形成一层煤熔渣层;せ蚣趸核浔谠诟呶、高压气-固混合气的冲刷下的磨损,延长气化炉的运行时间。气化炉环隙空间的目的是为了容纳水/蒸汽的输入/输出集汽管。Shell气化炉一般将喷嘴安装在内筒侧壁的下部位置,安装有4~8个喷嘴呈中心对称分布,根据负荷进行喷嘴增减。气化炉喷嘴的使用寿命不低于7500小时,满足装置一年的运行时间要求。炉底关键部件还有锁斗上下的卸渣阀。
  煤气冷却器(废热锅炉)用于回收高温粗煤气的显热,产生高压过热蒸汽。煤气冷却器一般采用水管式结构,由水管焊上管板组成,管板上设置有在线清洗装置,冲洗管壁上的积灰,以免影响换热效果。
  过滤器用于除去粗煤气中的煤粉尘,一般采用陶瓷过滤器或旋风分离器,由于进料煤气的温度、压力均较高,要求除尘设备能够安全、稳定、长周期运行。粗煤气经过滤后,煤气中的含尘量应<20mg/Nm3。
  五、Shell 煤气化工艺概况
  Shell煤气化工艺属加压气流床粉煤气化,是以干煤粉为原料、氧气为气化剂,熔渣采用液态排渣形式。具体工艺流程见图1 SCGP气化工艺流程(干法气化的技术关键在于干粉煤的加压进料)。
  原煤在风动磨内先破碎研磨成符合气化要求的煤粉(粒度90%通过170目的筛孔;或粒度小于0.1mm)并经干燥处理(含水量<2%;烟煤含水量1%、褐煤含水量10%)后,借助惰性气体,粉煤经过常压粉煤仓、粉煤锁斗及粉煤给料仓,由高压氮(氮气浓相400g/m3)或CO2将粉煤送至气化炉喷嘴。氧气和蒸汽一起,进气化炉喷嘴。
  气-固反应物料在气化炉内压力为 2.0~4.0MPa,温度为1400~1600℃(通过控制加煤量,调节氧量和蒸汽量,来调节气化温度。)的条件下发生化学反应。气化火焰中心温度随煤种不同约在 1600~2200℃之间,出炉的煤气温度约为 1400~1700℃。
  产生的高温煤气夹带的煤粉细灰在高温下具有一定的粘结性,为了防止煤粉细灰在设备和管道上粘结,影响设备的正常运行,将出气化炉的煤气与一部分经冷却后的循环煤气进行混合,将高温煤气冷却至 900℃左右后,再将其送入废热锅炉(水管式废热锅炉,包括辐射室和对流室)内,与软化水进行换热,将其气化产生高压的过热蒸汽。而煤气经进一步冷却后,温度降至约300℃。
  从废热锅炉出来的煤气中仅含有的少量灰份颗粒,在陶瓷过滤器或旋风分离器中进行分离,粉煤灰进入灰锁斗,再送至粉煤储罐。粗煤气经干法除尘后煤气中的含尘量约为10mg/Nm3,经过水洗涤后煤气的含尘为1mg/Nm3。
  在整个煤气化过程中,煤中约有83%以上的热能转化为有效煤气,约有15%左右的热能以高压蒸汽的形式回收利用。



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