殼牌shell氣化爐結構 殼牌煤氣化技術

2021-10-14 11:41:36 字數 3458 閱讀 6009

殼牌是世界知名的國際能源公司之一。殼牌煤氣化技術可以處理石油焦、無煙煤、煙煤、褐煤和生物質。氣化爐的操作壓力一般在4.0mpa,氣化溫度一般在1400~1700攝氏度。在此溫度壓力下,碳轉化率一般會超過99%,冷煤氣效率一般在80~83%。對於廢熱**流程,合成氣的大部分顯熱可由合成氣冷卻器**用來生產高壓或中壓蒸汽;如配合採用低水氣比催化劑的變換工藝,在變換單元消耗少量蒸汽即可保證變換深度要求,剩餘大量蒸汽可送入全廠蒸汽管網,獲得可觀的經濟效益。

目前,殼牌全球解決方案國際私有****負責殼牌氣化技術的技術許可,工藝設計以及技術支援。2023年殼牌成立了北京煤氣化技術中心,由於中國煤化工行業的蓬勃發展,2023年初,殼牌更是將其全球氣化業務總部也從荷蘭移師中國。隨著航天爐、晉華爐等一系列國產新爐型的陸續投產實現長週期,加之進口爐型昂貴的專利費和過高的前期投資,新專案逐漸採用了**便宜,操作簡單的國產爐型,一些國外爐型逐漸沒落。2023年1月9日,美國工業氣體**商空氣產品公司 (air products)宣布,已經與荷蘭皇家殼牌****達成協議,將收購後者煤氣化業務及渣油氣化專利技術系列。

根據不同的煤質特性以及使用者企業的不同生產需求和規劃,殼牌開發了下面3種不同爐型:

圖1. 殼牌開發3種不同爐型

殼牌上行水激冷和下行水激冷流程特別適合處理有積垢傾向的煤種;投資低,可靠性高,目前使用專案較少。

殼牌廢鍋流程工藝流程如下:

圖2. 殼牌氣化工藝流程圖

殼牌氣化工藝主要包含煤粉製備、輸送、氣化、除渣、除灰和溼洗6個主要單元。通過帶式輸送機從煤場取原煤,在磨煤與幹煤系統中經過研磨和乾燥後,然後通過「粉煤加壓與給料」(鎖鬥)系統,在一定壓力下,送入氣化爐的煤燒嘴。

粉煤在氣化爐中與蒸汽稀釋後的氧氣氣流發生反應,產生合成氣與(飛灰)渣。從氣化爐頂部出來的合成氣被經過溼洗的合成氣激冷到800~900℃,然後在合成氣冷卻器(廢鍋)中進一步冷卻。大部分渣在氣化爐底部以熔渣的形式從氣化爐出來,在渣(水)池中被激冷分散成小玻璃狀渣塊(大小平均約2~5mm)。

合成氣所夾帶的飛灰在乾法脫灰單元中由乙個高溫高壓過濾器去除並通過灰鎖鬥系統排出,經過氣提和冷卻後,飛灰送到儲存和處理設施去。

基本上不含飛灰的合成氣最後進入溼洗單元,灰塵含量降至<1毫克/標準立方公尺,同時溼洗也將合成氣中鹵化物含量降至<1ppmv。合成氣離開溼洗單元時達到水汽飽和,到氣化界區時溫度大約在160~175℃。

在渣池中收集的渣通過鎖鬥系統排放,通過撈渣鏈與水分離,再經過傳送帶輸送至界區外。通過帶有外部冷卻器的渣池水迴圈迴路,移走渣池中吸收的熱量。

為防止除渣與溼洗系統中的微量元素累積,兩個系統均配有汙水排放。排放水先經過汽提脫除硫化氫及其它酸性氣體,並降低水中的氨到環境可以接受的水平,然後澄清,此過程稱為「初級水處理」。澄清池中的固體物經真空帶式過濾器分離,做成溼餅進行**,送至原料煤場,並在「乾燥」後加到磨煤機的進料中。通常廢水汽提塔尾氣被送至界區外的硫**單元,放空氣被送至火炬系統。

圖3 .殼牌氣化爐結構

shell煤氣化爐由內筒和外筒兩部分組成,包括膜式水冷壁、環形空間和高壓容器外殼。內筒採用水冷壁結構,僅在向火面有一層薄的耐火材料塗層,其一,為了減少熱損失;其二,主要是為了掛渣,充分利用渣層的隔熱功能,以渣抗渣,以渣護爐壁,使氣化爐熱損失減少到最低,以提高氣化爐的可操作性和氣化效率。環形空間位於壓力容器外殼和膜式水冷壁之間,即內筒與外筒之間有空隙氣層,設計環形空間的目的是為了容納水/蒸汽的輸入/輸管和集氣管,同時,環形空間還有利於檢查和維修。其內筒僅承受微小壓差。氣化爐燒嘴是shell煤氣化工藝的關鍵裝置及核心技術之一,與其它氣化爐不同的是shell氣化爐採用側壁燒嘴,根據氣化爐能力由4-8個燒嘴呈中心對稱分布。氣化爐外殼為壓力容器,一般小直徑氣化爐用鎢合金鋼製造,其它用低鉻鋼製造。由於氣化爐的特殊設計,保證了shell煤氣化工藝指標先進可靠。

優勢:

1.煤種適應性廣。殼牌工藝對煤種適應性強,對煤的灰熔點適應範圍比其他氣化工藝更寬,即使是較高灰分、水分、硫含量的煤種也能使用。

2.單系列生產能力大。煤氣化裝置單台氣化爐投煤量達到3000t/d 以上,生產能力更高的的煤氣化 裝置也正在建設中。

3.碳轉化率高。由於氣化溫度高,一般在1400 ℃~1600 ℃,碳轉化率可高達99%以上。

4.產品氣體***。 產品氣體潔淨,煤氣中甲烷含量極少,不含重烴,co+h2 體積分數達到 90%以上。

5.氣化氧耗低。與水煤漿氣化工藝相比,氧耗低15%~25%,可降低配套空分裝置投資和執行費用。

6.熱效率高。煤氣化的冷煤氣效率可以達到80%~83%,其餘15%副產高壓或中壓蒸汽,總熱效率高達98%。

7.裝置運轉周期長。氣化爐採用水冷壁結構,牢固可靠,無耐火磚襯裡。正常使用維護量小,執行周期長,無需設定備用爐。煤燒嘴設計壽命為8000h。燒嘴的使用壽命長,是氣化裝置能夠長週期穩定執行的重要保證。

8.負荷調節方便。每台氣化爐設有4~6 個燒嘴,不僅有利於粉煤的氣化,同時生產負荷的調節更為靈活,範圍也更寬。負荷調節範圍為40%~100%,每分鐘可調節5%。

9.環境效益好。系統排出的爐渣和飛灰含碳低,可作為水泥新增劑或其他建築材料,堆放時也無汙染物滲出。氣化汙水量小且不含焦油、酚等,容易處理,需要時可實現零 排放。

劣勢:

1.流程複雜。包括磨煤及乾燥、煤粉加壓及進料、煤氣化、除渣、除灰、溼洗、初步水處理七大工序和公用系統,工序流程非常複雜。

2.控制系統複雜。煤氣化裝置的控制系統比較複雜,i/o 點多達5000 個,採用串級、前饋、分程、比值調節及順序控制(15個)和邏輯控制(50 個),通過分散型控制系統(dcs)、緊急停車系統(esd)、可程式設計邏輯控制(plc)實現生產過程的集中監控和管理,無論從規模還是複雜程度方面在國內 化工行業單套裝置中均為少見。

3.裝置結構複雜。煤氣化關鍵裝置氣化爐、輸氣管和合成氣冷卻器在煤氣 化框架上呈「門字形」連成一體,3 臺裝置共有200 多個管口,裝置結構和受力情況複雜,對材料要求高,內件組裝對外殼接管標高及方位要求極為嚴格,設計、 製造、組裝、運輸和吊裝難度大。

4.疲勞裝置多。煤氣化裝置共有13 臺疲勞裝置,要採用有限元應力分析法 進行疲勞計算與設計,對裝置製造也提出了更高的要求。

5.引進裝置和儀表較多。煤氣化關鍵裝置中需要進口的主要有氣化爐、輸 氣管、合成氣冷卻器的內件,飛灰過濾器的內件,以及點火燒嘴、開工燒嘴、煤 燒嘴、煤流量控制閥、煤三通閥、煤粉流量測量儀表、煤粉閥、煤灰渣閥、硬密 封儀表球閥、鍋爐給水迴圈幫浦(大流量)、恒力吊、激冷氣壓縮機等,進口裝置 一次性投入大,執行成本也高。

6.布置結構複雜。煤氣化框架高超過90m,為鋼筋混凝土和鋼結構混合結 構,其中安裝裝置不僅數量多,且質量大,與框架的連線形式複雜。採用有限元 模型從結構的動力特性、變形、強度、建築結構、氣化爐及**對框架的影響等 進行了模擬分析。結構施工和安裝工作量較大。

7.專案建設週期長、投資大

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