【正文】 編號(hào)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題 目 日處理1500噸德士古水煤漿氣化裝置初步設(shè)計(jì)工藝指導(dǎo)教師 王志剛 學(xué)生姓名 楊賀學(xué) 號(hào) 201200901102專 業(yè) 化學(xué)工程與工藝 教學(xué)單位 化學(xué)化工學(xué)院 （蓋章）2016年06月01日99 / 105日處理1500噸煤德士古水煤漿氣化裝置初步工藝設(shè)計(jì) 楊賀（德州學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 山東德州 253023）摘要: 煤氣化技術(shù)是煤化工行業(yè)中的關(guān)鍵技術(shù)，水煤漿氣流床氣化技術(shù)應(yīng)用廣泛，運(yùn)行穩(wěn)定。并且隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)于水煤漿技術(shù)的需求日益增加，為此特開(kāi)展了日處理1500噸煤德士古水煤漿氣化裝置初步工藝設(shè)計(jì)的項(xiàng)目。本設(shè)計(jì)利用ASPEN PLUS軟件對(duì)氣化工段、磨煤工段、灰水工段進(jìn)行了工藝設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了物料衡算，能量衡算和設(shè)備選型等。按照國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，選擇廠址。使用ASPEN PLUS軟件平臺(tái)，通過(guò)其內(nèi)置單元操作模塊，對(duì)煤氣化工段進(jìn)行了全流程穩(wěn)態(tài)模擬。按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置自動(dòng)儀表控制系統(tǒng)，設(shè)置公用工程，設(shè)計(jì)安全與環(huán)境保護(hù)措施。利用計(jì)算機(jī)軟件AutoCAD繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖、主要設(shè)備構(gòu)造圖。此外本次設(shè)計(jì)嚴(yán)格控制三廢的排放，大力保護(hù)環(huán)境，遵循綠色發(fā)展，充分利用廢熱，降低能耗，節(jié)約資源，充分保障人員安全。關(guān)鍵詞：水煤漿氣化；工藝設(shè)計(jì)；流程模擬；Aspen Plus。車間設(shè)備布置目 錄第一章 綜述 1 選題目的與意義 1 德士古水煤漿工藝的國(guó)內(nèi)外概況及發(fā)展前景 1 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀 1 國(guó)外現(xiàn)狀 3 發(fā)展前景 4 合成氣的性質(zhì) 5 合成氣的物理性質(zhì) 5第二章 工藝流程選擇與工藝條件的確定 7 概述 7 生產(chǎn)規(guī)模 8 原料 8 德士古水煤漿加壓氣化工藝路線確定的原則和依據(jù) 8 工藝流程簡(jiǎn)介 11 工藝流程圖 12 工藝流程簡(jiǎn)述 13 磨煤工段 13 氣化爐與水洗塔工段 13 灰水處理工段 15 工藝參數(shù)、模擬與優(yōu)化 16 氣化爐模擬概述 16 氣化爐反應(yīng)工段 17第三章 物料衡算與熱量衡算 19 物料衡算 19 物料衡算的任務(wù) 19 物料衡算的原則 19 物料衡算 21 工藝條件 21 產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo) 21 氣化爐工藝計(jì)算 21 氣化爐出口氣體組分 23 小時(shí)消耗和年消耗 24 洗滌冷卻室工藝計(jì)算 24 水洗塔工藝計(jì)算 25 相平衡等式 26 熱量衡算 26 概述 26 熱量衡算的原則 26 熱量衡算 27 氣化爐的熱量衡算 29 洗滌冷卻室的熱量衡算 29 水洗塔熱量衡算 30第四章 典型設(shè)備的設(shè)計(jì)及選型 32 典型的化工設(shè)備 32 典型設(shè)備的特點(diǎn) 32 典型設(shè)備氣化爐的裝配圖 34 主要設(shè)備選型 37 40 計(jì)算爐體內(nèi)徑和氣化室高度 40 壁厚校核 41 氣化爐重量及價(jià)格 41 噴嘴 41 泵的選型 42 管道 42 氧氣管道計(jì)算與選型 42 煤漿管道計(jì)算與選型 42 變換氣管道計(jì)算與選型 43 主要設(shè)備選型一覽表 43第五章 車間設(shè)備布置設(shè)計(jì) 49 車間布置設(shè)計(jì)的原則 49 車間設(shè)備平面布置原則 49 車間設(shè)備立面布置原則 50 車間設(shè)備布置 50 設(shè)備布置 50 平面布置 53 立面布置 53第六章 自動(dòng)控制 54 自動(dòng)控制過(guò)程儀表選型的一般原則 54 控制水平 63 主要儀表一覽表 63第七章 環(huán)境保護(hù) 64 三廢產(chǎn)生情況 64 廢水 64 廢氣 64 廢渣 65 65 水污染防治措施 65 固體廢棄物的防治措施 66第八章 公用工程 67 給水排水設(shè)計(jì) 67 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 67 給排水系統(tǒng)的劃分 67 給排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 67 供電設(shè)計(jì) 68 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 68 工廠電力負(fù)荷的劃分 69 供電方案的基本要求 69 供電方案設(shè)計(jì)階段的主要工作內(nèi)容 69 采暖通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié) 70 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 70 采暖 70 通風(fēng) 70 空氣調(diào)節(jié) 71 土建 71 土建設(shè)計(jì)的確定因素 71 土建設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求 71 建筑設(shè)計(jì)防火、防爆規(guī)定 72 公用工程事故預(yù)案 74第九章 設(shè)計(jì)總結(jié) 75附錄 76參考文獻(xiàn) 94英文摘要 96致 謝 97獨(dú)創(chuàng)性說(shuō)明 98第一章 綜述 選題目的與意義 我國(guó)是一個(gè)能源大國(guó)，也是一個(gè)能源消耗大國(guó)，對(duì)于煤炭、石油等不可再生資源雖然我國(guó)儲(chǔ)量豐富，但由于我國(guó)對(duì)資源的開(kāi)采不合理，利用不合理等問(wèn)題的存在，從而造成了資源的大量浪費(fèi)。并且許多能源的利用都還處在低級(jí)階段，未能普及煤炭、石油等化石資源的深層次加工的技術(shù)，并且煤氣化是煤炭進(jìn)行更深階段加工利用的重要階段，對(duì)于煤炭能否進(jìn)一步加工利用具有重要的決定作用。并且德士古水煤漿氣化法是煤氣化加工工藝中比較經(jīng)典與成熟的工藝，簡(jiǎn)而言之，就是將固體原料煤和水按一定比例加到磨煤機(jī)中磨成水煤漿，加壓后和氧一起由噴嘴噴入氣化爐內(nèi)，進(jìn)行氣化反應(yīng)，制得合成氣。對(duì)于我們化工學(xué)生，進(jìn)行煤氣化這類課題設(shè)計(jì)不但可以加深學(xué)生對(duì)此類工藝流程的深入學(xué)習(xí)，了解更多的專業(yè)知識(shí)，而且還可以普及推廣， 甚至改進(jìn)煤氣化的加工工藝，對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)具有重要意義，對(duì)于造就高素質(zhì)化工人才意義深遠(yuǎn)。合成氣，一種低熱值煤氣，主要成分為氫氣和一氧化碳，主要用作合成氨、合成液體燃料等的原料，有微量CO、HC和NOX。，抗爆性好。熱效率提高20~40%、功率提高15%、燃耗降低30%，尾氣凈化近IV標(biāo)準(zhǔn)，還可用微量的鉑催化劑凈化。比醇、醚簡(jiǎn)化制造和減少設(shè)備，成本和投資更低。壓縮或液化與氫氣相近，但不用脫除CO，建站投資較低。有毒，工業(yè)上用作燃料，又是化工原料。合成氣由水蒸氣和熾熱的無(wú)煙煤或焦炭作用而得。熱值約為10500千焦/標(biāo)準(zhǔn)立方米。此外，尚有用蒸氣和空氣一起吹風(fēng)所得的“半合成氣”。可作為燃料，或用作合成氨、合成石油、有機(jī)合成、氫氣制造等的原料。由于合成氣的應(yīng)用得到了廣泛的應(yīng)用，大大緩解了因?yàn)槊禾績(jī)r(jià)格下降而造成的市場(chǎng)壓力；制得合成氣的原料煤炭?jī)r(jià)格低廉，而經(jīng)合成氣制得的其它化工產(chǎn)品價(jià)格極為昂貴，對(duì)于我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)，提高我國(guó)科技國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力具有深遠(yuǎn)意義。 德士古水煤漿工藝的國(guó)內(nèi)外概況及發(fā)展前景 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀 我國(guó)1969年在浙江衙州化工廠建成第一套水煤漿加壓氣化中試裝置，試驗(yàn)于1971年中止。其后，1979至1984年在化工部化肥工業(yè)研究所進(jìn)行水煤漿氣化模型試驗(yàn)，處理煤量為20kg/h，氣化壓力為1．96MPa(表壓)。在模試基礎(chǔ)上，1985年建成中試裝置，規(guī)模為36t/d，～(表壓)。中試為廢熱鍋爐間接冷卻流程。1986年已取得第一個(gè)煤種(陜西銅川煤)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。主要工藝指標(biāo)已達(dá)到設(shè)計(jì)值，水煤漿濃度60～%；CO+H2，76％；碳轉(zhuǎn)化率，90～95％；冷煤氣效率，66%；最長(zhǎng)連續(xù)操作82h，已經(jīng)接近國(guó)外同類裝置水平。 我國(guó)在1989年第一次在兗礦魯南化肥廠引進(jìn)了第一套德士古水煤漿加壓氣化裝置，并由此開(kāi)始了德士古水煤漿加壓氣化生產(chǎn)合成氣在我國(guó)的先河。由此以后，德士古水煤漿加壓氣化生產(chǎn)合成氣在我國(guó)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，目前有上海焦化廠、陜西渭河化肥廠、淮南化肥廠、吉化公司化肥廠和金陵石化等等十多家企業(yè)采用了德士古水煤漿加壓氣化裝置生產(chǎn)合成氣用于生產(chǎn)合成氨和甲醇等化工產(chǎn)品。由于采用加壓氣化，氣化爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此單爐生產(chǎn)能力高，目前國(guó)內(nèi)裝置最大投煤量1000t/d,國(guó)際最大裝置投煤量為2000t/d,一臺(tái)氣化爐每年可以生產(chǎn)25～35萬(wàn)噸甲醇。由于該裝置在我國(guó)已經(jīng)使用了許多年，對(duì)這方面經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)有了許多了解，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率較高，可達(dá)95%以上，因此裝置投資相對(duì)較低，一套投煤量500t/d；一套投煤量為1000t/d、。 該技術(shù)的特點(diǎn)之一就是對(duì)煤的適應(yīng)性廣，氣煤、煙煤、次煙煤、無(wú)煙煤、高硫煤及其低灰熔點(diǎn)的劣質(zhì)煤、石油焦和焦炭等均能作為氣化原料。這一技術(shù)非常適用于我國(guó)，我國(guó)幅員遼闊，由于地質(zhì)的不同煤的品質(zhì)也不同，此技術(shù)對(duì)煤的適應(yīng)性強(qiáng)，在我國(guó)應(yīng)該大力普及推廣，從而有效利用我國(guó)的煤資源。但是并不是所有的煤種都適合，為了保證系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，一般說(shuō)來(lái)灰分低、灰熔點(diǎn)低、粘溫特性好的煤比較適應(yīng)該技術(shù)，所以一般情況下要求原料煤灰分控制在到２０％以下，灰熔點(diǎn)在1300℃以下。 水煤漿產(chǎn)品有著巨大的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，華東地區(qū)和我省的燃油量逐年增加。以1999年為例，我國(guó)燃油實(shí)際消耗量約40萬(wàn)噸左右，％，其中華東地區(qū)燃油，主要分布在上海、％，共有燃油企業(yè)近1500家。但是我國(guó)是一個(gè)少油、富煤的國(guó)家，已探明煤炭資源儲(chǔ)量為1萬(wàn)億t以上，按年產(chǎn)煤炭10億噸計(jì)，可連續(xù)開(kāi)采1000年。但石油探明儲(chǔ)量人均僅為3t，是全球平均值的12％。并且國(guó)際局勢(shì)風(fēng)云動(dòng)蕩，我國(guó)若是過(guò)度依賴石油為化工原料而加工產(chǎn)品，終將有一天我國(guó)發(fā)展必將受制于人，所以我們要大力發(fā)展自己的優(yōu)勢(shì)，著力推廣普及煤氣化工藝，取長(zhǎng)補(bǔ)短，提高我國(guó)綜合競(jìng)爭(zhēng)能力。所以綜合開(kāi)來(lái)在我國(guó)一方面是煤氣化推廣普及的程度及力度大大不夠，另一方面是我國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)有對(duì)以煤氣化的產(chǎn)品為原料的化工產(chǎn)品的需求很大，所以我們研究煤氣化，尤其是德士古水煤漿加壓氣化工藝這一煤氣化工藝中經(jīng)典且成熟的工藝便有著意義非凡的影響。 國(guó)外現(xiàn)狀 綜合看開(kāi)國(guó)外的煤氣化工藝，尤其是以歐美為首的西方國(guó)家的煤氣化工藝不僅在工藝流程上，還是在科學(xué)技術(shù)上，甚至在普及程度上都較我國(guó)有所領(lǐng)先。當(dāng)然我國(guó)的煤氣化產(chǎn)品在國(guó)際上也是有所地位的；我國(guó)臺(tái)灣省、日本、韓國(guó)及東南亞地區(qū)是缺少能源的地區(qū)，由于國(guó)際石油價(jià)格的攀升及核電廢料難以處理等原因，這些國(guó)家和地區(qū)急需尋求新的替代能源。日本每年從山東的棗莊、兗州進(jìn)口約5x106t的水煤漿用于發(fā)電燃料，該水煤漿出口離岸價(jià)約50美元／t。臺(tái)灣省的中國(guó)新電力香港國(guó)際投資股份有限公司已與大陸某公司簽訂有關(guān)水煤漿項(xiàng)目產(chǎn)品出口與技術(shù)合作的議向協(xié)議，第一期在2年之內(nèi)對(duì)4x10KW燃油電站鍋爐進(jìn)行改造，年需進(jìn)口大陸水煤漿約2x106t，第二期需進(jìn)口大陸水煤漿5x106t。韓國(guó)方面也有意向進(jìn)口中國(guó)的水煤漿．據(jù)有關(guān)資料，韓國(guó)電站鍋爐和工業(yè)鍋爐若變水煤漿代潛燃油，則每年需進(jìn)口水煤漿1x106t左右。臺(tái)灣省和韓國(guó)迫于國(guó)際油價(jià)的影響，對(duì)水煤漿的需求是急迫的，這是我國(guó)水煤漿打人國(guó)際市場(chǎng)極好的機(jī)遇。國(guó)外煤氣化技術(shù)已經(jīng)到了第二代，第二代煤氣化技術(shù)開(kāi)發(fā)于二十世紀(jì)六十年代，由于當(dāng)時(shí)國(guó)際上石油和夭然氣資源的開(kāi)采及利用，制取合成氣技術(shù)進(jìn)步很快，大大降低煤氣制造成本，使煤炭氣化技術(shù)開(kāi)發(fā)進(jìn)程受阻。二十世紀(jì)七十年代全球出現(xiàn)石油危機(jī)后，又促進(jìn)了煤氣化新技術(shù)開(kāi)發(fā)工作的進(jìn)程，到二十世紀(jì)八十年代，開(kāi)發(fā)的煤氣化新技術(shù)，有的實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，有的完成了示范試驗(yàn)，具有代表性的爐型有德士古(Texaco)水煤漿加壓氣化爐、熔渣魯奇爐、高溫溫克勒爐((HTW)及謝爾((Shell)干粉煤加壓氣化爐等。第二代煤氣化技術(shù)的主要特點(diǎn)是:提高氣化爐的操作壓力和溫度，提高單爐生產(chǎn)能力，擴(kuò)大原料煤的品種和粒度使用范圍，改善生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，減少污染以滿足環(huán)保要求。總之煤氣化技術(shù)不管國(guó)內(nèi)外，都是受到重視的一項(xiàng)技術(shù)，在我國(guó)推廣又是亟需解決的問(wèn)題，所以推廣這種技術(shù)成熟，投資較少的德士古水煤漿加壓氣化工藝尤是重中之重。 發(fā)展前景 德士古水煤漿加壓氣化工藝簡(jiǎn)稱TCGP，是美國(guó)德士古石油公司TEXACO在重油氣化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。1945年德士古公司在洛杉磯近郊蒙特貝洛建成了第一套中試裝置，并提出來(lái)水煤漿的概念，水煤漿采用柱塞隔膜泵輸送，克服了煤粉輸送的困難及其不安全的缺點(diǎn)。后經(jīng)各國(guó)生產(chǎn)廠家及研究單位的深入研究的逐步完善，于80年代投入工業(yè)化生產(chǎn)，成為具有代表性的第二代煤氣化技術(shù)。 德士古水煤漿加壓氣化工藝有以下優(yōu)點(diǎn)，故其有廣大的和深遠(yuǎn)的應(yīng)用前景。第一，煤種適應(yīng)性廣；德士古水煤漿加壓氣化工藝?yán)碚撋峡梢詮V泛的利用各種煤種，包括高水分、高灰分、高硫分以及高粘結(jié)性的煤種。在中試裝置及其工業(yè)示范性裝置中試燒各種特性的煤種，并且取得了顯著的成功。由于煤在磨機(jī)中被研磨成一定的粒度，小于8目（），故原料不受原有原料的煤粒度的限制。并且可以采用多種原料混燒的方法，最大限度的降低了原料的成本。但是考慮到氣化工藝的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)煤種應(yīng)有所選擇。第二，生產(chǎn)連續(xù)性強(qiáng)；德士古水煤漿氣化工藝采用連續(xù)加料、液態(tài)排渣，在排渣時(shí)不影響氣化爐運(yùn)行，克服了固定層氣化方法間接性排渣的缺點(diǎn)，提高了生產(chǎn)的連續(xù)性。但由于受到工藝燒嘴使用周期的限制，一般氣化爐連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間在50天左右，工藝燒嘴處于高溫（1300～1400℃）工況下，應(yīng)該定期停爐檢查，以確保裝置運(yùn)行安全。第三，降低了氣體壓縮的功耗；德士古水煤漿氣化工藝采用加壓氣化，煤漿的壓力由煤漿泵提供，氧氣壓力由液氧泵提供。視后工序生產(chǎn)壓力，、省去了后工序氣體壓縮所需的大量功耗。第四，有利于熱量回收利用；德士古水煤漿氣化在高溫（1400℃左右）、高壓（ ～）下進(jìn)行生產(chǎn)，采用激冷流程或者輻射鍋爐的方式回收熱量。由于溫度、壓力較高，其回收的熱量具有較高的利用價(jià)值，可以副產(chǎn)不同壓力等級(jí)的蒸汽以及用于聯(lián)合發(fā)電等，激冷流程一般適用于合成氨的生產(chǎn)，輻射廢鍋流程一般適用于聯(lián)合發(fā)電。第五，技術(shù)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的空間大；德士古水煤漿加壓氣化工藝是比較成熟的一項(xiàng)煤氣化工藝技術(shù)，在我國(guó)的發(fā)展比較迅速，其技術(shù)應(yīng)用的范圍也在不斷擴(kuò)大，并且有很多優(yōu)點(diǎn)。因此，其技術(shù)還有待進(jìn)一步繼續(xù)開(kāi)發(fā)。對(duì)于德士古水煤漿氣化爐的燒嘴問(wèn)題已經(jīng)有了一些新的氣化爐將單噴嘴改變?yōu)閷?duì)置式多噴嘴，可以增加熱質(zhì)傳遞，并且能提高碳的