淺談Shell煤氣化石灰石系統新利用

史來順，崔文麗

(河南龍宇煤化工有限公司，河南永城 476600)

河南龍宇煤化工有限公司煤氣化采用世界先進的Shell氣化爐干煤粉氣化技術及氣流床加壓氣化、液態排渣工藝。Shell氣化爐經過10年運行，目前已經實現安穩長滿優運行，最佳運行天數為332 d。經過數次技改后，Shell氣化爐長周期、滿負荷運行記錄不斷被突破。隨著運行時間的增加，新的影響Shell氣化爐滿負荷運行的問題又暴露出來。

1 存在的問題

磨煤系統是為Shell氣化爐提供合格煤粉的裝置，近幾年來，由于Shell氣化爐長周期、滿負荷運行，磨煤系統要保持高負荷運行，而磨煤機長時間運行卻得不到及時的維修和保養，致使磨煤機的故障率很高[1-2]。當一臺磨煤機發生故障時，另一套磨煤系統無法保障氣化爐滿負荷運行；若長時間磨煤機故障處理不好無法啟動時，Shell氣化爐就會因煤粉不足而停車。近3年來，因磨煤機故障導致氣化爐停車的事件發生6起。如何保證在磨煤機出現故障情況下Shell氣化爐不會因煤粉不足而停車，這是Shell氣化爐長周期、滿負荷運行所面對一個新的問題。

2 技改方案

河南龍宇煤化工有限公司(以下簡稱龍宇煤化工)一期年產500 kt甲醇、200 kt二甲醚裝置，配套磨煤系統將粒徑為13 mm的碎煤與合格粒度的石灰石在一定的比例下，在惰性環境和微負壓的條件下碾磨成粒徑為5～90 μm、含水質量分數<2%的煤粉。二期年產400 kt乙酸、200 kt乙二醇裝置配套五環爐，配套磨煤系統將粒徑為13 mm 的碎煤與合格粒度的石灰石在一定的比例下，在惰性環境和微負壓條件下碾磨成粒徑在5～90 μm、含水質量分數<2%的煤粉。一期Shell氣化爐和二期五環爐均采用了干煤氣化技術，都有獨立磨煤系統，而且煤粉指標是一樣的。若將二期磨煤機磨的煤粉輸送到一期使用，就可以在一期氣化爐一套磨煤系統故障處理時，保證Shell氣化爐滿負荷運行。

2.1 技改前石灰石系統流程

Shell氣化爐有2套獨立的石灰石系統，主要由石灰石輸送系統、控制系統、石灰石貯倉系統三部分組成(見圖1)。從石灰石貯倉出來的石灰石減壓后，被壓縮空氣輸送到氣化框架內的石灰石倉內。2套石灰石貯倉共配置1臺空氣緩沖罐[3-4]。石灰石貯倉系統共設置2座550 m3石灰石貯倉，每座石灰石貯倉頂部設排氣過濾器和壓力真空釋放閥。為便于檢測石灰石貯倉的料位，石灰石貯倉均設置高、低料位計。正常情況下，2套石灰石系統中一套運行用來輸送石灰石，另一套備用，這樣就可利用一套系統來貯存輸送煤粉。

2.2 技改后石灰石系統流程

石灰石輸送氣體使用壓縮空氣，由于煤粉粒度較細，在空氣中容易自燃，所以輸送介質改為低壓氮氣。在去石灰石倉的石灰石管線上加1個三通，一路可以去石灰石倉，一路可以去石灰石貯倉，這樣石灰石貯倉內的物料既可以是石灰石輸送到石灰石倉內，也可以是煤粉輸送到石灰石貯倉內。

二期五環爐磨煤系統用罐車裝煤粉，然后運輸到一期用氮氣輸送到石灰石貯倉V1107A內，煤粉進入石灰石鎖斗V1108，然后用氮氣輸送到68 m煤粉倉V1101A/B內，用來補充煤粉倉減少的煤粉。

V1107A,V1107B.石灰石貯倉 V1108.石灰石鎖斗 V1103.石灰石倉圖1 技改前石灰石系統流程

V1107A,V1107B.石灰石貯倉 V1108.石灰石鎖斗 V1103.石灰石倉 V1101A,V1101B.煤粉倉圖2 技改后石灰石系統流程

3 技術改造可行性分析

(1) 二期五環爐設計磨煤系統有3臺磨煤機，單臺磨煤機設計負荷為20～80 t/h，正常運行時磨煤機負荷在65 t/h。二期1臺五環爐滿負荷運行時耗煤約1 250 t/d，2臺磨煤機完全能保證二期五環爐用的煤粉。一期Shell氣化爐磨煤系統有2臺磨煤機，單臺磨煤機設計負荷為25～85 t/h。正常運行時磨煤機負荷在75 t/h。一期氣化爐滿負荷運行耗煤2 200 t/d，若一套磨煤系統出現故障長時間無法處理時，另一套磨煤機能生產煤粉1 800 t/d，氣化爐缺少了400 t/d煤粉，所以只需要補入400 t/d煤粉就能保證一期氣化爐滿負荷運行。

(2) 石灰石倉設計容積為550 m3，設計能力可裝400 t石灰石，石灰石系統在正常情況下輸送石灰石能力為30 t/h，而煤粉粒度比石灰石小的多，煤粉水分比石灰石要少，煤粉流動性較強，比石灰石更容易輸送，因此，在貯存能力和輸送能力上都可以滿足要求。

(3) 煤粉粒度較小，容易在大氣中發生自燃，但輸送煤粉使用氮氣輸送，氮氣將空氣隔離，可保證輸送煤粉安全穩定。

(4) 輸送石灰石用的壓縮空氣經減壓后壓力為0.2 MPa，將石灰石輸送到50 m高度。而輸送煤粉用低壓氮氣壓力為0.5 MPa，將煤粉輸送到68 m高度，低壓力氮氣壓力完全可以將煤粉輸送到68 m。

(5) 一期Shell氣化爐用煤中加入石灰石比例為0.02%，需要消耗石灰石40 t/d，1套石灰石系統即可保證Shell氣化爐運行所需的石灰石。

4 技改后運行情況

2016年4月，石灰石貯倉改為煤粉倉完成，用30 t罐車從二期五環爐煤粉貯罐中裝入煤粉，送到一期石灰石系統處，用氮氣將煤粉送入石灰石貯倉V1107內，經石灰石鎖斗V1108送入煤粉倉V1101A/B內。經實際測算，向石灰石貯倉V1107內送1車煤粉平均需要40 min，將石灰石貯倉V1107內30 t煤粉送到煤粉倉V1101A/B內平均需要20 min。經計算，煤粉從罐車內送到石灰石貯倉V1107，再送到煤粉倉V1101A/B內，平均約為30 t/h。經過3 d試運行，用2輛罐車輸送的煤粉加上1套磨煤系統運行，完全可以滿足氣化爐滿負荷運行。

5 結語

(1) Shell氣化爐是比較先進的氣化爐，隨著運行時間的增加，停車維護次數越來越少，磨煤系統得不到及時的維護和保養。若長時間運行，磨煤機磨損較大，設備容易損壞，而且磨煤機檢修時間較長，更換1次磨輥需要10 d左右。此次技改正好填補了單系列磨煤系統檢修時氣化爐滿負荷運行的缺陷，保證了氣化爐滿負荷穩定運行。

(2) 從資源方面考慮，二期設計有3臺磨煤機，2套磨煤系統運行就可以滿足2臺五環爐運行，第3臺磨煤機作為補料使用。在一期1套磨煤系統故障時，將二期第3套磨煤系統煤粉送到一期使用，這樣充分利用了現有資源，可達到效益最大化。

(3) 從效益方面考濾，在磨煤系統出現故障需要長時間檢修時，此技改在少量材料投入后，完全能保證Shell氣化爐滿負荷運行，避免氣化爐停車，經濟效益顯著。

[1] 段磊.粉煤氣化裝置石灰石給料方式的優化改造[J].大氮肥,2014,37(6):364- 367.

[2] 楊建國.煤粉氣化裝置中的磨煤干燥系統設計概要[J].硫磷設計與粉體工程,2006(5):18- 23.

[3] 張茜,倪彬,任洪起.石灰石控制系統在SHELL煤氣化中的應用及改造[J].純堿工業,2014(1):22- 24.

[4] 張元梁.Shell粉煤氣化裝置運行分析[J].化肥工業,2012,39(1):47- 49.