Texaco气化炉PPT课件

-,1,Texaco气化工艺,-,2,第一章德士古气化炉简介,第三章工艺原理及工艺流程,第四章主要设备组成,第五章主要问题及处置,第六章Texaco、Shell、GSP三种气化技术对比,第二章用煤的要求及气化影响因素,-,3,第一章德士古气化炉简介,-,4,德士古煤气化工艺由美国德士古(Texaco)石油公司开发，该技术现属美国GE公司所拥有。德士古公司於上世纪七十年代世界石油危机时开始大规模开发，在美国加尼福利亚州蒙特贝罗试验基地建设了二套中试装置（2.6MPa，8.5MPa),一、德士古煤气化工艺技术的开发历史及概况,1984年，Texaco公司首次将该技术推向工业化在美国西部冷水滩建立了示范装置：以废锅流程工艺联合循环发电在日本宇部（Ube）氨厂以激冷流程制合成氨在美国中部田纳西州的Kingsport以激冷流程生产CO及其下游产品醋酐,-,5,图1德士古气化炉,-,6,图2德士古气化炉剖面图,-,7,表1目前世界上在运行的水煤浆气化装置概况,-,8,表2Texaco气化炉在中国的运用,-,9,二、Texaco工艺优点,水煤浆连续进料纯氧气化，耐火砖热壁炉，液态排渣，激冷或废锅流程，生产能力大，流程简单，可靠，实现计算机集散控制。原料适应性相对较宽，可气化广泛采用水力开采的粉煤、石油焦、煤液化残渣等。各种烟煤、石油焦、煤加氢液化残渣均可作为气化原料，以年轻烟煤为主，对煤的粒度、粘结性、硫含量没有严格要求。但是，国内企业运行证实水煤浆气化对使用煤质仍有一定的选择性：灰熔点温度t3低于1350；煤中灰分含量不超过15%，越低越好，并有较好的成浆性能，才能使运行稳定，并能充分发挥水煤浆气化技术的优势。,-,10,合成气有效气（CO+H2）80%，相对较高；CH40.2%、N21.6%，含量低；不含烯烃及高级烃，有利于甲醇合成气耗的降低以及保证甲醇质量。1300以上高温反应，不产生含酚、氰、焦油废水。处理废水：气化、甲醇产生的废水可用作制浆。灰渣是砖窑生产的上好原料。气化技术成熟。制备的水煤浆可用隔膜泵来输送，操作安全又便于计量控制。气化温度：13501400温度，燃烧室内由多层特种耐火砖砌筑。有激冷和废锅两种类型。,-,11,三、Texaco工艺缺点,水煤浆气化氧耗高。比氧耗一般都在400m3/1000m3(CO+H2)以上，而Shell粉煤气化一般在330m3/1000m3(CO+H2)左右。水煤浆进料，限制了原料适应性，增加了煤耗与氧耗，限制了合成气有效气组份。气化炉耐火材料寿命短。我国多选用法国砖（沙佛埃耐火材料公司），其寿命为11.5年。其中渭河化肥厂开车一年，三台气化炉向火面砖全改换过，一炉砖需75万美元，而且换一炉砖周期长，影响生产二个月。目前，我们国内正研制价廉、耐高温侵蚀，而且使用寿命长的耐火材料,-,12,液态排渣对煤灰流动温度提出了限制。激冷流程，黑水处理系统易堵塞、结垢；对黑水系统机泵要求较高。喷嘴寿命相对较短。,-,13,三、德士古煤气化工艺技术的发展方向,气化原料的多样化石油焦、石油残渣、煤泥、油煤浆、有机垃圾、废轮胎等高压气化（配合后续工艺实现等压合成)大型化（单台炉2000t/d以上）联合循环发电工程技术优化（高负荷、长周期、关键设备长周期）提高气化效率（高浓、低耗）,-,14,第二章用煤的要求及气化影响因素,-,15,1、煤的结合水煤所含的内水即煤的结合水，能影响煤浆的浓度，内水含量越高，制备的煤浆浓度越低，降低了煤气的气化率，同时产生的工艺气中有效气的含量低。,一、用煤要求,-,16,2、灰分和灰熔点灰分的主要化学成分是Fe2O3、TiO2、SiO2、A12O3、CaO、MgO、Na，O等，灰分是以结晶成不同的结构的混合物，灰分含量大，氧气的耗损量也相应的增大，同样煤的消耗量也增大，灰分每增加1，氧消耗量增加06；灰分含量高，熔渣对气化炉的耐火材料冲刷和渗透就大，缩短耐火材料的使用寿命。灰熔点的高低程度一般用(TiO2+SiO2+A12O3)(CaO+MgO+Na：O+FeO，+KO)来计算，其比值范围在19884329之间属于易熔j，所以由该式可知CaO、MgO、Na20、Fe：O，、KO含量越多，灰熔点越低，TiO、SiO、A1：O含量越高，灰熔点越高。通过添加含CaO、MgO、FeO等物质的助熔剂，降低煤的灰熔点和黏度，从而能有效的减少工艺管道结垢发生堵塞现象。灰熔点在13001400。,-,17,3、煤中的氮、砷含量氮含量决定着灰水处理系统的pH值和氨的生成，pH值高能减轻对系统的腐蚀，但同样使得水中的Ca、Mg绝大部分以碳酸盐的形式存在引起结垢，反之酸度高，对管道和设备的腐蚀也很严重，水中pH尽可能保持在7左右；过多的氨，能和系统中生成的CO反应形成碳酸氢铵，在低温下能堵塞变化工序的管道。砷能使变换系统中的Co-Mo催化剂中毒，造成触媒粉化。,-,18,-,19,二、气化影响因素,1、煤性质的影响2、煤浆浓度和粒度的影响Texaco气化工艺要求煤浆粒度为238mm，因为粒度的大小，影响传热速度和气化效率。煤浆含固量为60563，煤浆含固量过高，粒度过细，从气化的角度来讲有利于气化效率的提高，但此时煤浆黏度过大，流动性差，不利于煤浆的输送和储备，煤浆流速一般在0609ms之间，大于09mS一时对管道腐蚀严重；反之，煤浆浓度过低，粒度过粗，一方面使发热量降低，气化效率低，另一方面还会影响煤浆的成浆性及稳定性，颗粒易于析出，经验上煤浆浓度增加1，工艺气体含量(主要是CO和H的含量)增加05以上。,-,20,-,21,3、温度、压力的影响,温度和压力对气化反应的影响煤气质量主要包括有效气的组分和热值，而且气化过程是一个热化学反应过程，所以温度和压力对于化学过程煤气产率和化学组成的影响是很显著的，甚至是起到决定性作用。水煤浆在气化炉内的反应大致包括热裂解反应、燃烧反应和氧化还原反应，可用下式表示：气化过程中，由于压力的不同，一氧化碳、二氧化碳、氢气和甲烷的比率也不同，如图4所示，随着压力的增加，煤气中二氧化碳和甲烷含量增加j，而氢气和一氧化碳的含量则减少。气化炉操作温度的选择主要取决于煤的灰熔点、煤浆浓度及氧纯度，一般在13001450C。Texaco气化工艺用于合成甲醇的气化压力是68MPa，工艺气的组成为：CO(4046)、H2(33一40)、CO2(1722)、CH(400150010)。,-,22,-,23,第三章工艺原理及工艺流程,-,24,一、基本原理1.水煤浆制备水煤浆为煤的细小颗粒均匀分散悬浮於水中的可泵送的浆状流体水煤浆为牛顿性流体中的假塑性流体，其煤浆特性（表面粘度）将与剪切速率及时间的变化而发生改变。高浓度、低粘度、低析水率及良好的流动特性将是水煤浆制备中所追求的目标。,-,25,加入水煤浆制备添加剂为改善水煤浆的流动特性，提高煤浆浓度。使用过的添加剂主要有四类：木质素磺酸盐系列、萘磺酸盐系列、腐植酸类、丙烯酸的共聚物。水煤浆添加剂企业(上焦)标准Q/GHBC202-2003固体含量382密度（20）g/cm31.141.22PH912表面张力mN/m45,-,26,2.气化原理水煤浆由煤浆泵送入煤浆槽中。水煤浆经高压煤浆泵加压后，与空分来的高压氧气一起经过特制的工艺烧嘴喷入气化炉内后，水煤浆被雾化成细小的颗粒；与氧气在炉内13001400的高温下发生氧化-还原反应，产生合成气，同时生成少量熔渣。合成气与熔渣出气化炉燃烧室后在下降管的引导下进入气化炉激冷室液面以下，熔渣被冷却固化后沉降到气化炉激冷室底部，经锁斗收集后排出；合成气被洗涤冷却后出下降管，沿原料煤与水、添加剂、石灰石、氨水,经磨机研磨成具有适当下降管与上升管之问的环隙鼓泡上升，离开上升管后被激冷室顶部的折流挡板阻挡折流后由气化炉激冷室合成气出口排出；经文丘里洗涤器去水洗塔进一步洗涤除尘后送变换工序,-,27,炉内典型的反应可概括描述为：C+O2COC+O2CO2CO+H2O(g)CO2+H2等即C、H、N、S、O、Ash+O2+H2O,CO、H2、CO2、H2OH2S、N2、CH4、NH3COS、HCN残C、粗渣、细渣,-,28,二、德士古水煤浆气化炉工艺流程,将原料煤水及添加剂等送入磨机磨成水煤浆（出磨机水煤浆浓度为65%），由高压煤浆泵送入气化炉喷嘴来自空分的氧气经氧气缓冲罐稳压后进入烧嘴送入炉内的水煤浆和氧气在高温加压后发生部分氧化反应，气化炉膛内温度13501450离开气化炉的粗合成气和熔渣进入激冷室，粗合成气经第一次洗涤并被水淬冷后，温度降低被水蒸汽饱和后出气化炉。气化炉反应中生成的熔渣进入激冷室水浴后被分离出来，在渣收集阶段排入渣斗，定时排入渣池，由捞渣机捞出后装车外运。渣收集阶段渣斗上部的黑水一部分用锁斗循环泵抽出循环回气化炉，用于冲气化炉激冷室的渣。来自黑水处理工段的黑水进入碳洗塔，碳洗塔中部排出的较清洁的黑水用黑水循环泵加压后分别送文丘里洗涤器及气化炉激冷环，用于洗涤粗合成气气化炉碳洗塔等排出的黑水经四级闪蒸后送往澄清槽进行处理。,-,29,图3Texaco工艺流程示意图,-,30,煤浆制备的主要技术经济指标：磨机能力：50t/h煤浆浓度（含固量）：61.5煤浆粘度：7001300mPa.S温度：60PH：7.5粘度分布：（棒）通过8目：100通过200目：4055通过325目：3545,-,31,主要操作条件及工艺技术指标：煤处理能力：2022t干煤/h.台氧气消耗：1370014800Nm3/h.台（氧纯度：99.6%）煤浆浓度：61.5wt%气化炉压力：4.0MPa气化炉温度：12501350洗涤塔出口合成气压力：3.8MPa洗涤塔出口合成气温度：216洗涤塔出口合成气流量：4.34.5万Nm3/h.台,-,32,表4洗涤塔出口合成气组成：Vol%,主要单耗：煤耗：0.510.52Kg/Nm3(620630Kg/1000Nm3(CO+H2)氧耗：0.310.33Nm3/Nm3(410425Nm3/1000Nm3(CO+H2)水煤浆添加剂：6kg/t干煤,-,33,德士古煤气化工艺联锁系统气化炉安全联锁系统触发气化炉安全联锁的条件：煤浆流量低低三选二（二只流量计加泵转速）高压煤浆泵跳车（断电）（后加）氧气流量低低三选二（一只流量计、三只变送器）激冷室液位低低二选二（或三选二)激冷室出口合成气温度高高三选二喷嘴安全联锁触发,-,34,喷嘴安全联锁触发条件：以下三选二冷却水入喷嘴流量低低冷却水入喷嘴压力高高(现大部分调整为冷却水出喷嘴流量高高）冷却水出喷嘴温度高高,-,35,3.锁斗PLC排渣，每个循环约30分钟,关KV08阀，开KV10阀关闭KV02阀开KV05阀卸压锁斗压力0.28MPa时，关闭KV05冲洗水罐高液位时，开KV04阀开KV03阀冲洗水罐低液位时，关KV03阀锁斗高液位时，关KV04阀开KV07阀冲压与系统压差0.18MPa时，开KV02阀关KV07阀开KV08阀，关KV10阀集渣状态,-,36,第四章主要设备组成,-,37,1、磨煤机为气化工艺提供合格的水煤浆；钢制筒体，内衬橡胶（或钢）衬里；研磨体为钢棒（或球）,焦化磨机参数：规格：3.3(3.4)5.8研磨体类型：钢棒配比：756555304030长度：L5500mm材质：65Mn电机功率：800kW磨机转速：14.6r/min最大处理能力：50t干煤/h,-,38,气化炉气化炉为一钢制外壳，内衬耐火材料与保温材料的立式反应器。在反应器内煤与氢气发生部分氧化反应生成主要含CO+H2的合成气。激冷室激冷室为高温合成气及熔渣与水进行热交换及熔渣固化的钢制外壳容器，在该容器内实现高温合成气的冷却、熔融渣的固化及气（汽）液（水）的分离。,2.气化炉、激冷室,-,39,耐火砖：耐火砖要承受高温（1400）气流及煤熔渣的冲蚀与渗透侵蚀，要抗炉温急冷急热的条件变化，还要承受一定的压力（上部砖的应力）。工作环境恶劣，条件苛刻。耐火砖（向火面）是制约德士古煤气化技术发展的关键材料,-,40,向火面耐火砖的主要理化指标（通用）Cr2O385%ZrO24.5%Fe2O30.3%体积密度4.15g/cm3显气孔率17%常温耐压强度90MPa蠕变(1500,0.2MPa,529h)10次,-,41,向火面耐火砖主要以Cr-Al-Zr砖为主目前的生产厂家主要有：法国Savoie公司Zirchrom90砖美国Harbison&Walker公司Aurex90砖中国洛耐院LIRR90砖中国新乡耐火材料厂XKZ-90砖中国洛阳耐火材料厂CR-90砖,-,42,耐火砖的使用寿命焦化：80009000小时（0.02mm/h)渭河：15000小时（0.012mm/h)淮化、鲁南：1100012000小时（0.016mm/h),影响耐火砖寿命的因素耐火砖质量筑炉质量砖型设计及与气化炉、喷嘴的匹配砖的使用,-,43,3、气化工艺喷嘴,德士古煤气化工艺的核心设备。采用三流外混式，利用高速喷出的氧气动能充分雾化水煤浆，使水煤浆与氧气能在极短的时间（45秒）内充分地完全反应。中心氧量占总氧量1216左右，起到预混作用。喷嘴本体采用Inconel600，喷头采用Mco-50或Haynes188耐磨材料。,-,44,工艺喷嘴的主要磨损耗为中喷嘴头部，寿命在3060天（90天）,新型烧嘴能达180天左右。喷嘴性能主要表现在碳转化率、渣中残碳、COH2的含量等。喷嘴的蚀损还表现在头部H2S的腐蚀、冷却盘管与喷嘴连接焊缝的热应力裂纹，以及顶部端头的龟裂纹。喷嘴端部的修复主要采用堆焊后加工至设计尺寸，并经热处理。,-,45,洗涤塔,4、洗涤塔,-,46,洗涤塔的作用主要为洗涤合成气中粉尘，同时冷却合成气。出洗涤塔的合成气指标：温度：216压力：3.86MPa含尘：1mg/Nm3洗涤塔内件采用冲压型的板式塔盘（二种型式）,-,47,第五章主要问题及处置,-,48,1.激冷室带水现象：提高进激冷室水量，仍无法提高激冷液位，合成气将水大量带入后序洗涤塔，使洗涤塔液位难以控制，严重时水带入变换系统，造成系统停车。原因：激冷室内传热传质工况恶化（单位面积热负荷、分离空间）采取的措施及对策：加长加粗激冷室结构尺寸。加大激冷室的水循环。保证锁斗系统的正常运行，降低水中的含固量。降低进入系统水的温度。,-,49,2.带灰现象：激冷室上部积聚大量灰，使托砖板不能得到冷却，支撑板温度上升，被迫停车。原因：激冷室液位偏低、激冷室液相含固偏高(包括溶解固体如氨盐等)操作温度偏高合成气带水严重工艺喷嘴工况欠佳,对策：调整操作温度调节工艺状况，抑制带水调整激冷室液位，加大水循环，降低液相含固量调节工艺喷嘴工况,-,50,3.下降管挂渣现象：下降管局部或整体挂渣，使下降管壁缺水烧坏及系统阻力加大被迫停车。原因：渣口砖严重蚀损激冷环缺水或水分布不均气化炉负荷（热负荷）太大煤灰性质发生较大波动,对策：检查渣口砖，如严重蚀损及时更换检查、清理激冷环,确保激冷环的运行性能良好确保激冷水流量保证煤灰性质的稳定,-,51,激冷环烧坏：现象：激冷严重变形，局部穿孔或烧毁。原因：激冷环局部或整体缺水，激冷环结垢，激冷环结构设计存在缺陷。对策：保证激冷水流量。保证水系统良好的运行状况。改善激冷环结构设计。建立完善的激冷环清理确认管理制度。,-,52,排渣系统不畅现象：锁斗不出渣，长时间累积后将黑水管堵塞。原因：破渣机故障。破渣机上渣“架桥”。破渣机至锁斗排渣管堵塞。锁斗循环泵系统故障。,对策：恢复正常的锁斗循环水循环。修复破渣机。用高压冷凝液反冲堵塞的