Shell煤气化装置激冷流程综述

●264.广州化工2010年38卷第8期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,激冷气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题的浅析。关键词:Shell煤气化;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. ，Henan Yongcheng 476600 , China)Abstract: Shell coal gasification process was described, from the cnude gas chilling process , role of air shock , shockinduced air - conditioning equipment, air - conditioning compressor main process, and start the steps introduction. Theproblems occurred in the Shell gasifier operation were analyzed.Key words: Shell coal gaifcation; cilling synthesis gas; chlling synthesis gas compressor; synthesis gas cooler目前,我国煤化工行业迅速发展,Shell煤气化工艺以其能源-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，利用效率高得到了广泛的应用。流程复杂和先进控制系统Shell使其降低到 168C左右。合成气通过C- 1601洗涤,经过C-煤气化技术和国内现有运行成熟的德士古、鲁奇.固定床气化技1601顶部除沫器后.分成两股,一股去下游甲醇变换工段,一股术相比,在实际运行过程中遇到了很多制约稳定长周期运行的与干法除灰系统来的部分合成气混合后去冷激气压缩机。问题。这些问题有:合成冷却器积灰严重合成气激冷气流量不1.2 激冷合成气的流程及作用足合成气管线腐蚀严重等。本文以作者所在公司50万吨甲醇1.2.1激冷合成气的流程装置为例,系统介绍Shell气化工艺的合成气激冷流程及激冷流来自湿洗系统和干法除灰系统的合成气通过13PD10076和程目前存在问题，并对Shell装置长周期稳定运行的影响进行浅13T10020实现合成气温度控制使压缩机进口合成气温度达到析。200C ,通过V1310气液分离器和压缩机过滤器S1307, 经压缩机1 Shell 煤气化流程简述后合成气温度控制在210C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900C以固化和冷却1.1 概述夹杂的液态飞灰颗粒,再通过膜式壁结构的激冷管,输气管和合Shell 煤气化属气流床( entrained bed)气化、煤粉、氧气及蒸成气冷却器进-一步冷却,在合成器冷却器出口处合成气温度达汽在加压条件下并流进入气化炉内，在极为短暂的时间内完成到340% ,流程见图1。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.用氮气或二氧化碳将煤↓自干珐除灰系统去合成气冷却器粉送到气化妒,经过高温加压反应生成合成气即-氧化碳和氢1013X003E1302)的混合物。合成气可以用来生产合成氨或甲醇。气化设备由气合成气去后工序...34PV0008化炉,输气管和合成气冷却器组成21。经过加压的煤粉,氧和蒸↓中 I7V020E1301汽通过气化炉壳体上四个水平对称布置煤烧嘴进入到气化炉,-hd 16PV0076在压力为3.5~4. 0MPa,温度为1400 ~ 1600C的条件下在膜E1320式璧内转化成合成气。在气化炉顶部排出的热合成气通过再循4.S1307K1301环的无固体冷合成气流缴冷,在合成器冷却器出口处温度达到V13103XV0035S 13XV0036340C。合成气冷却器出来的煤气进行除灰净化的工艺过程过C1601滤后飞灰含量控制在20mg/Nm'以下干净的合成气离开飞灰过中国煤化工滤器后分成两股，-股去下游湿洗系统,一股去冷激气压缩机。从干法除灰系统来的合成气进人合成气洗涤系统,-方面除去YHCNMHG合成气中的细灰,使其降低到1mg/Nm'以下,另一方面合成气中作者简介:苏志强,河南龙字煤化工有限公司气化厂。E - mail:panshi1960@ sina. com2010年38卷第8期厂州化工1.2.2激冷合成气的作用压差I3PD10073急剧升高的主要原因。在湿洗和干法除灰后,按温度控制比例抽取煤气,混合后的1.4 激冷合成气流程中主要设备200C煤气,经激冷气压缩机加压后送至气化炉激冷段,与从气1.4.1激冷 合成气压缩机简介化反应室出来的1600左右的高温煤气充分混合,将其温度迅电机带动压缩机主轴叶轮转动,气体进人离心式压缩机的速激冷至900C以下。煤气经歆冷后,气相中的液态渣全部以干叶轮后,在叶轮叶片的作用下,一边跟着叶轮作高速旋转,一边灰或固体颗粒存在,从而具备了进行间壁式换热的条件田。在旋转离心力的作用下向叶轮出口流动,并受到叶轮的扩压作1.3激冷合成气流程 中相关的控制及问题用,其压力能和动能均得到提高,在叶轮和扩压器的流道内,利1.3.1激冷 合成气流量控制器13FIC -0008用离心升压作用和降速扩压作用,将机械能转换为气体压力能徽冷合成气流量控制器13FIC - 008采用的是分程控制,分的。为两个不同的量程:激冷气压缩机为单级悬臂离心式机组,主要由变频调速电(1)在气化炉刚开车时，当气化炉压力达到0.6MPa时,启机、增速箱.轴承箱.机壳、叶轮以及润滑油系统和干气密封系统动压缩机,当气化炉煤烧嘴点燃后,通过调节13FV0008的开度组成。压缩机跳车保护系统包括轴振动、轴位移、各测温点超温来调节粗煤气的激冷量,随着气化炉负荷的慢慢升高,当气化炉跳车联锁组成。压缩机控制系统由速度控制和速度控制组成，负荷达到65%时,将13F008阀门全开。压缩机启动步骤见图2。(2)当气化炉负荷继续上升时,此时激冷合成气将通过调[启动油系统节激冷气压缩机的变频调速来控制粗煤气的激冷量,当负荷达医缩机启动前检便到100%时,此时,压缩机的转速应该在设计范围内的最高值。(3)上述控制实现激冷合成气的激冷比控制.激冷比是激冷合成气激冷效果性能的指标,激冷比越高,合成气激冷效果越-{油系统各项检查}好1.3.2激冷合成气温度控制控制和联锁系统[现场各项通过压缩机进口温度131000实际值和控制器温度设定值系统检查|L启动条件检查.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温度时,温度控制阀13TV0020开度加大,来自干法{各项检责正盘除灰系统合成气流量增大,从而实现对压缩机进口温度的控制。在实际生产中,由于来自千法除灰系统的合成气量较小，所以，按小缩机白办按钢当13TV0020阀门全开时,有可能13T10020也达不到设计要求，我们将通过以下13PD10076的压差来控制。一匹缩机控制系统调节1.3.3来自湿洗系统合成气流斌控制通过13PD10076压差(阀门13T10020前后压差值)实际值和迷度控制的调同[喘振控制的调节控制器压差设定值的偏差来对16PV0076实现开关调节。当压缩机正常运行13T10020温度低于设定值时,通过设定13PF10076的压差来使13T10020温度达到设定值,将13PD10076压差设定值高于实际各项运行检查和记录压差时,此时，压差控制阀16PV0076开度会慢慢减小,来自湿洗系统合成气流址减少,从而进一步的实现对压缩机进口温度的图2 压缩机启动步骤控制。1.3.4激冷气压缩机在生产 过程中遇到的问题1.4.2压缩机的喘振防护在生产过程中,激冷气压缩机遇到过压缩机振动值高、油压(1)激冷气压缩机防喘振控制器13FFICA - 0011通过压缩过低等导致澈冷气压缩机跳车。机运行状态工作点进人喘振区域,通过打开适当开度防喘振阀2008年4月试车阶段,压缩机的振动值13VEX0691.2达到13FV0011控制压缩机喘振。120μum 导致激冷气压缩机跳车,停车后,将激冷气压缩机进口涡(2)在启动压缩机喘振控制器没有投自动之前,手动控制与轮处拆开,分析原因是因为压缩机进口温度13T10020未达到设自动控制切换要做到稳定过渡,始终使压缩机工作点远离喘振定值200C ,导致压缩机叶轮粘灰,造成激冷气压缩机跳车。区域的同时实现切换。2008年9月试车阶段,激冷气压缩机的油压( 13PT10646. 1)(3)在气化炉系统升压和压缩机提速过程中,密切注意压缩低于跳车值(100kPa)导致激冷气压缩机跳车,分析原因是因为机运行状态所处的工作点在喘振区域图的位置，根据实际运行仪表故障导致13PDT0646. 1不显示，造成此次激冷气压缩机跳情况调节始终使压缩机工作点远离喘振区域。车2009年4月正常运行阶段,激冷气压缩机的进口过滤器.2影响 Shell气化装置长周期稳定运行问题浅析(13PDI0073)压差达到150kPa,导致粗煤气激冷紺降低气化装置Shell气化炉开车后在负荷100%工况相对稳定情况下,以运行不稳定,被迫手动停车,分析原因是因为来自湿洗系统的合气化炉中国煤化工3。成气中带有少量的水蒸气且13710020未达到设定值200C ,造成压缩机进口管线氯离子腐蚀,是微冷气压缩机进口过滤器HCNMHG●266●广州化工2010年38卷第8期表3气化炉负荷100%参数表运行时间气化炉激冷合成压缩机.合成气合成气冷却器压缩机进口过热蒸汽合成气冷 却器压缩机气流量人口温度 入口温度 出口温度过滤器压差温度过热段压差振值激冷比.负荷/( Nm?/h)/9/kPa/心C/μm运行24h 100%195044200689324233378.66828.1.15运行28h 100%1886436813510. 121.07运行32h100%18566419688133012.22381.06运行36h 100%1824356922212.98t31.04运行40h 100%18054218869528131818.11521.01在Shell气化炉负荷100%时,合成气激冷比偏低的后果,导参数结果,进行对比和计算,重新评估激冷合成气压缩机设计能致合成气冷却器人口温度涨。同时,不能有效将合成气中的飞力是否偏小。对压缩机进出口管线氯离子腐蚀进行分析,重新灰颗粒冷却,合成气中夹带飞灰以高黏结性状态进入合成气冷进行管道材质选型。在实际运行过程中不是所有的煤种都适于却器,造成合成气冷却器积灰严重。.Shell气化炉,我公司经过一-年多的配煤试烧后,在配煤方案上如果加大压缩机进口来自湿洗系统的合成气流量,压缩机有了长足的进展。随着对配煤方案不断探索一定能找出了灰熔进口温度13T10020低于2009,压缩机进出口管线氯离子腐蚀点适合、活性好、灰分含量不高、飞灰黏结性较低适于Shell气化加剧,大大减小了管道的使用寿命。更为严重的是存在了不安的最佳配煤方案 ,保证Shell气化炉长周期安全稳定运行。全隐患,氯离子腐蚀过的管道会随时出现合成气泄露事故。同时,压缩机入口过滤器S1307的压差增长,也使压缩机工况恶化参考文献振值加大,(严重时压缩机振值超过120μm跳车,联锁气化炉跳[1] 郑振安 Shell 煤气化技术(SCP)的待点[J].煤化.2003,31车)激冷合成气的流量会进一一步降低。(2):7-11.[2]汪寿建. 壳牌煤气化关键设备设计探讨[J].大氮肥,2003 ,26(5):3结语304.Shell煤气化工艺中激冷合成气流量是至关重要的,直接影3] 李斌.浅析SHELL煤气化装置的设备配置[J].氨肥技术,2007,28(2):7-10.响气化炉工况的稳定。另外,根据Shell气化装置多次运行后的(上楼第256页)4结论1] 郑振安. Shell煤气化技术( SCGP)的特点[J].煤化工,2003(2):7Shell粉煤气化工艺虽然现阶段拥有较广泛的应用,但是它[2]吴枫,阎承信. 关于Shell 气化法原料用煤的探讨[J].大氮肥，并不是一-种十全十美的煤气化技术，它同样存在者许多现实的2002 ,25(5) :313-317.运行问题。这些问题的存在不仅影响了Shell 粉煤气化装置的3] 项爱娟.煤成分对Shell煤气化工艺的影响[J].化肥工业,006,33长周期连续稳定运行,而且也严重制约了Shell粉煤气化装置的(6):6-8. .整体运行经济性,因此必须要采取措施来解决这些业已发现或[4] 陈家仁. 加压气流床煤气化工艺的发展现状及存在问题[J].煤化存在的运行问题。通过国内众多Shell粉煤气化装置的实践摸工,00634(6):3.索以及经验积累,我们有理由相信, Shell粉煤气化工艺必将越来5] 唐宏青. Shell煤气化工艺的评述和改进意见[J].煤化工,2005 ,33越成熟,Shell粉煤气化装置的长周期连续稳定运行也一定可以(6):9-14.顺利实现。[6]路文学 ,张峰,付勇,等.煤粉加压气化技术及在洁净煤领域的应用前景[J]化工科技市场,2005(6):24 -28.中国煤化工MYHCNMHG