空气产品公司干粉煤气化技术

发布时间:2018-11-08 22:31        

空气产品公司(Air Products, 纽约证券交易所代码:APD)是一家世界领先的工业气体公司,拥有超过75年的历史。

工业气体是公司的核心业务,提供空分和工艺气体、以及相关的设备,主要为炼油石化、金属、电子和食品饮料等制造产业服务。空气产品公司同时也是一家全球领先的液化天然气工艺技术和设备供应商。

作为一家全球领先的工业气体供应商,空气产品公司已经将其现场供气模式拓展至利用煤气化生产合成气,为重大项目服务。

空气产品公司于2018年5月收购了壳牌的煤气化业务。壳牌在过去50年中一直处于气化技术创新的前沿。气化技术可将多种较低价值的原料以较低排放的方式转化成合成气。空气产品公司可将合成气供应给客户来生产更高价值的产品。

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AP干粉煤气化技术发展历程

1972年: 开始进行煤气化技术研究

1976年: 在阿姆斯特丹壳牌煤气化研究中心建立6吨/天的试验厂

1978年: 在德国汉堡炼油厂建立150吨/天的工业试验装置

1987年: 在美国休斯顿迪尔帕克炼油厂建立250吨/天工业示范装置

1993年:  在荷兰Buggenum建立第一套2000吨/天IGCC商业应用装置

2001年6月与湖北双环签订第一个技术许可合同。 

作为在中国应用的第一种干粉加压气流床煤气化技术,不但给中国传统的煤气化带来了先进的技术和全新的理念,同时也大大地促进了国内干粉气流床技术的发展。

2011年1月与惠生签署商业技术协议,两家公司在南京化工园区合作建设1000吨/天投煤量的下行水激冷气化装置。

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AP干粉煤气化工艺

AP干粉煤气化技术是国际领先的气化技术,是干粉煤气化技术的创建者和领航员。AP干粉煤气化可以处理石油焦、无烟煤、烟煤、褐煤和生物质。气化炉的操作压力一般在4.0MPa,气化温度一般在1400~1700摄氏度。在此温度压力下,碳转化率一般会超过99%,冷煤气效率一般在80~83%。对于废热回收流程,合成气的大部分显热可由合成气冷却器回收用来生产高压或中压蒸汽;如配合采用低水气比催化剂的变化工艺,在变换单元消耗少量蒸汽即可保证变换深度要求,剩余大量蒸汽可送入全厂蒸汽管网,获得可观的经济效益。

AP干粉煤气化废锅流程是当前工业应用经验最丰富的干粉气化技术。它的效率和工艺指标的先进性已经得到了验证和认可,而且在线率也在不断创造新的世界纪录,大部分客户已实现满负荷、长周期、安全、稳定运转。

AP干粉煤气化下行水激冷流程在煤种的适应性方面与市场上其它下行水激冷技术相似,特别适合处理有积垢倾向的煤种;由于其采用了壳牌废锅流程成熟的对置多烧嘴布置,气化炉内流场分布合理,温度场均匀,使得碳转化率高,负荷调节灵活。同时采用经过工业验证的竖管式水冷壁设计,气化炉规模易于放大,能满足大型项目的需求。

根据不同的煤质特性以及用户企业的不同生产需求和规划,开发了下面3种不同炉型:

废锅流程工艺流程如下:

通过带式输送机从煤场取原煤,在磨煤与干煤系统中经过研磨和干燥后,然后通过“粉煤加压与给料”(锁斗)系统,在一定压力下,送入气化炉的煤烧嘴。

粉煤在气化炉中与蒸汽稀释后的氧气气流发生反应,产生合成气与(飞灰)渣。从气化炉顶部出来的合成气被经过湿洗的合成气激冷到800~900℃,然后在合成气冷却器(废锅)中进一步冷却。大部分渣在气化炉底部以熔渣的形式从气化炉出来,在渣(水)池中被激冷分散成小玻璃状渣块(大小平均约2~5mm)。

合成气所夹带的飞灰在干法脱灰单元中由一个高温高压过滤器去除并通过灰锁斗系统排出,经过气提和冷却后,飞灰送到存储和处理设施去。

基本上不含飞灰的合成气最后进入湿洗单元,灰尘含量降至<1毫克/标准立方米,同时湿洗也将合成气中卤化物含量降至<<1ppmv。合成气离开湿洗单元时达到水汽饱和,到气化界区时温度大约在160~175℃。

在渣池中收集的渣通过锁斗系统排放,通过捞渣链与水分离,再经过传送带输送至界区外。通过带有外部冷却器的渣池水循环回路,移走渣池中吸收的热量。

为防止除渣与湿洗系统中的微量元素累积,两个系统均配有污水排放。排放水先经过汽提脱除硫化氢及其它酸性气体,并降低水中的氨到环境可以接受的水平,然后澄清,此过程称为“初级水处理”。澄清池中的固体物经真空带式过滤器分离,做成湿饼进行回收,送至原料煤场,并在“干燥”后加到磨煤机的进料中。通常废水汽提塔尾气被送至界区外的硫回收单元,放空气被送至火炬系统。

下行水激冷工艺流程如下:

粉煤在气化炉中与蒸汽稀释后的氧气气流发生反应,产生合成气与 (飞灰)渣。合成气、飞灰和未完全反应的煤由气化炉底部流出在下降管中被激冷。熔融渣在渣 (水)池中被激冷分散成小玻璃状渣块 (大小平均约2-5 mm)。另外,细的渣颗粒 (飞灰和飞渣)将通过激冷池,文丘里洗涤管和洗涤塔,以渣水形态被除去。

激冷后的合成气进入文丘里洗涤器和湿洗塔,使固体含量降低至1 mg/Nm³(干基)以下。大部分的卤化物在激冷室被洗掉,文丘里洗涤器和洗涤塔如同一个卤化物洗净环节,将合成气中卤化物成分降至远低于1 ppmv。被水饱和的合成气在大约200-210°C的温度下离开洗涤塔去界区。

渣池中的渣通过锁斗系统排出,通过捞渣链与水分离后,由皮带传送至界区外。

为防止系统中的固体和微量元素累积除渣与湿洗系统中的微量元素累积,激冷和湿洗系统均配有污水排放。两个系统的排放水先送入“污水处理工段”进行多级闪蒸并热量回收。闪蒸气冷却后,进行气液分离,酸性气体送入界区外的硫回收单元进行处理。污水送入澄清池进行沉淀,最后固体物经卧式离心机分离,可做成湿饼进行回收。

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AP干粉煤气化的技术特点与运行优势

技术特点:

AP干粉气化炉有两个独特的特点:对置多烧嘴设计和竖管水冷壁设计。

对置多烧嘴设计: 流场热负荷均匀,峰值热负荷低,保护水冷壁;挂渣均匀,热疲劳低,热损少;烧嘴磨损小,水冷壁寿命长;煤氧混合均匀,停留时间长,碳转化率高;单炉气化能力大,易于放大(4000吨/天单炉);负荷调节能力强(单烧嘴条件范围是40%~120%)。

竖管式水冷壁的设计:直管水冷壁,成熟技术,故障低,到现在没出现重大故障;流程短换热能力大,允许的换热流程长,炉子的尺寸易于放大;气化炉水冷壁的使用寿命保证25年;可在环形空间对水冷壁维修,无须拆出内件维修,周期短。

运行优势

高安全性、高可靠性和在线率

无论是给自己工厂还是第三方客户,AP煤气化都采用相同严格的HSSE设计标准。其位于湖南岳阳的工厂自2006年2月9日开车到2016年底实现了1100万人工时无损失工时事故的骄人纪录。

近期成功开车实例和最新业绩 : 

  • 2016年6月18日在金新化工公司一次开车成功,当天生产出合格的下游产品,第二天达到100%负荷运行。

  • 2015年9月在韩国西部电力工厂成功开车并达到全负荷。

  • 2014年12月, 壳牌气化炉在越南HaniChemco化肥项目成功开车, 并在2015年4月成功完成性能考核。

  • 作为山西省旗舰煤化工项目的潞安集团百万吨煤制油装置,采用4台全球最大日投煤量3200吨的气化炉,已于2017年开车,现在全部4台气化炉均已满负荷稳定运行。

在过去的三年,AP干粉煤气化技术的技术可靠性达到了96%。多台气化炉,在不同地域,运行不同煤种,面对不同工况与操作难度,这种平均高可靠性也反复验证了壳牌气化技术的高成熟度。

煤种适应性宽,丰富的理论和实践经验

AP干粉气化装置已成功处理国内上百种煤作为生产原料,涵盖无烟煤到褐煤不同煤种(灰分6~36%,水分3.8~35%,灰熔点从1140~到大于1500℃)以及石油焦。

由于AP掌握煤质对气化影响基础理论和经过实际验证的数学模型,无需试烧即可对煤质进行气化适应性的评价。目前,已经对国内用户进行多轮培训使其掌握运行诀窍,并提供专有煤质气化特性分析模型给用户用于日常生产。

废水少,渣灰可利用,环境友好

废锅流程废水排放量约为0.10吨/千标准立方米有效气,只相当于国内干粉水激冷技术的1/8。而且飞灰和渣可作为建筑材料进行销售和使用。保优势将成为客户带来巨大的社会和环保效益。

成熟的大规模工业应用

多家AP干粉技术用户已实现了连续运行百日常态化和全年累计运行三百日常态化,运行的可靠性和技术的成熟度已得到了业内的逐渐认可。丰富的运行经验,以及不断的改进和优化,保证了AP干粉煤气化技术是风险最小,技术最成熟的干粉气化技术。

完善的设备维护和管理体系,丰富的煤化工装置的运行管理经验

可帮助用户建立科学的管理体系(先进风险及可靠性管理系统以及对设备维护),对于客户缩短学习摸索的时间,设备可靠性的提高,并尽快实现高负荷长周期运行都将打下牢固的基础。

空气产品公司干粉煤气化技术应用业绩

自1993年在荷兰建立第一套商业化干粉煤气化IGCC装置以来,AP干粉煤气化技术已在全球建立了32套气化炉,包括废锅流程和下行水激冷流程。

 AP干粉煤气化技术是在中国应用的第一种干粉加压气流床煤气化技术,给中国传统的煤气化带来了先进的技术和全新的理念,大大地促进了国内干粉气流床技术的发展。自2001年与湖北双环签订第一个技术许可合同以来,AP干粉煤气化技术至今已在中国签订了20个合同,包含27台气化炉,分别应用于合成氨、甲醇、制氢、烯烃以及费托油品等的生产。

在海外,近几年先后签订了韩国的IGCC项目,澳大利亚的化肥项目,越南两套化肥项目,其中韩国和越南项目均已顺利开车投入商业运行。

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