1、 编号：毕业设计(论文)题 目 日处理 1500 吨德士古水煤浆气化装置初步设计工艺指导教师 王志刚学生姓名 杨贺学 号 201200901102专 业 化学工程与工艺 教学单位 化学化工学院 （盖章）2016 年 06 月 01 日日处理 1500 吨煤德士古水煤浆气化装置初步工艺设计杨贺（德州学院化学化工学院 山东德州 253023）摘要: 煤气化技术是煤化工行业中的关键技术，水煤浆气流床气化技术应用广泛，运行稳定。并且随着经济的发展，对于水煤浆技术的需求日益增加，为此特开展了日处理1500 吨煤德士古水煤浆气化装置初步工艺设计的项目。本设计利用 ASPEN PLUS 软件对气化工段、磨煤
2、工段、灰水工段进行了工艺设计，并进行了物料衡算，能量衡算和设备选型等。按照国家行业标准，选择厂址。使用 ASPEN PLUS 软件平台，通过其内置单元操作模块，对煤气化工段进行了全流程稳态模拟。按照相关标准，设置自动仪表控制系统，设置公用工程，设计安全与环境保护措施。利用计算机软件 AutoCAD 绘制带控制点的工艺流程图、主要设备构造图。此外本次设计严格控制三废的排放，大力保护环境，遵循绿色发展，充分利用废热，降低能耗，节约资源，充分保障人员安全。关键词：水煤浆气化；工艺设计；流程模拟；Aspen Plus;车间设备布置目 录第一章 综述 .11.1 选题目的与意义 .11.2 德士古水煤浆
3、工艺的国内外概况及发展前景 .11.2.1 国内现状 .11.2.2 国外现状 .31.2.3 发展前景 .41.3 合成气的性质 .51.3.1 合成气的物理性质 .5第二章 工艺流程选择与工艺条件的确定 .72.1 概述 .72.1.1 生产规模 .82.1.2 原料 .82.2 德士古水煤浆加压气化工艺路线确定的原则和依据 .82.3 工艺流程简介 .112.4 工艺流程图 .122.5 工艺流程简述 .132.5.1 磨煤工段 .132.5.2 气化炉与水洗塔工段 .132.5.3 灰水处理工段 .152.6 工艺参数、模拟与优化 .162.6.1 气化炉模拟概述 .162.6.2 气
4、化炉反应工段 .17第三章 物料衡算与热量衡算 .193.1 物料衡算 .193.1.1 物料衡算的任务 .193.1.2 物料衡算的原则 .193.1.3 物料衡算 .213.1.4 工艺条件 .213.1.5 产品质量指标 .213.1.6 气化炉工艺计算 .213.1.7 气化炉出口气体组分 .233.1.8 小时消耗和年消耗 .243.1.9 洗涤冷却室工艺计算 .243.2 水洗塔工艺计算 .253.2.1 相平衡等式 .263.3 热量衡算 .263.3.1 概述 .263.3.2 热量衡算的原则 .263.3.3 热量衡算 .273.4 气化炉的热量衡算 .293.5 洗涤冷却室
5、的热量衡算 .293.6 水洗塔热量衡算 .30第四章 典型设备的设计及选型 .324.1 典型的化工设备 .324.2 典型设备的特点 .324.3 典型设备气化炉的装配图 .344.4 主要设备选型 .374.5 气化炉计算 .404.5.1 计算炉体内径和气化室高度 .404.5.2 壁厚校核 .414.5.4 气化炉重量及价格 .414.6 喷嘴 .414.7 泵的选型 .424.8 管道 .424.8.1 氧气管道计算与选型 .424.8.2 煤浆管道计算与选型 .424.8.3 变换气管道计算与选型 .434.9 主要设备选型一览表 .43第五章 车间设备布置设计 .495.1 车
6、间布置设计的原则 .495.2 车间设备平面布置原则 .495.3 车间设备立面布置原则 .505.4 车间设备布置 .505.4.1 设备布置 .505.4.2 平面布置 .535.4.3 立面布置 .53第六章 自动控制 .546.1 自动控制过程仪表选型的一般原则 .546.2 控制水平 .636.3 主要仪表一览表 .63第七章 环境保护 .647.1 三废产生情况 .647.1.1 废水 .647.1.2 废气 .647.1.3 废渣 .657.2.1 粉尘的防治措施 .657.2.2 水污染防治措施 .657.2.3 固体废弃物的防治措施 .66第八章 公用工程 .678.1 给水
7、排水设计 .678.1.1 设计标准规范 .678.1.2 给排水系统的划分 .678.1.3 给排水系统的设计要求 .678.2 供电设计 .688.2.1 设计标准规范 .688.2.2 工厂电力负荷的划分 .698.2.3 供电方案的基本要求 .698.2.4 供电方案设计阶段的主要工作内容 .698.3 采暖通风和空气调节 .708.3.1 设计标准规范 .708.3.2 采暖 .708.3.3 通风 .708.3.4 空气调节 .718.4 土建 .718.4.1 土建设计的确定因素 .718.4.2 土建设计的设计要求 .718.4.3 建筑设计防火、防爆规定 .728.4.4 公
8、用工程事故预案 .74第九章 设计总结 .75附录 .76参考文献 .94英文摘要 .96致 谢 .97独创性说明 .98德州学院 化学化工学院 2016 届 化学工程与工艺 毕业设计0第一章 综述1.1 选题目的与意义我国是一个能源大国，也是一个能源消耗大国，对于煤炭、石油等不可再生资源虽然我国储量丰富，但由于我国对资源的开采不合理，利用不合理等问题的存在，从而造成了资源的大量浪费。并且许多能源的利用都还处在低级阶段，未能普及煤炭、石油等化石资源的深层次加工的技术，并且煤气化是煤炭进行更深阶段加工利用的重要阶段，对于煤炭能否进一步加工利用具有重要的决定作用。并且德士古水煤浆气化法是煤气化加工
9、工艺中比较经典与成熟的工艺，简而言之，就是将固体原料煤和水按一定比例加到磨煤机中磨成水煤浆，加压后和氧一起由喷嘴喷入气化炉内，进行气化反应，制得合成气。对于我们化工学生，进行煤气化这类课题设计不但可以加深学生对此类工艺流程的深入学习，了解更多的专业知识，而且还可以普及推广， 甚至改进煤气化的加工工艺，对于国民经济的增长具有重要意义，对于造就高素质化工人才意义深远。合成气，一种低热值煤气，主要成分为氢气和一氧化碳，主要用作合成氨、合成液体燃料等的原料，有微量 CO、HC 和 NOX。燃烧速度是汽油的 7.5 倍，抗爆性好，据国外研究和专利的报导压缩比可达 12.5。热效率提高 2040%、功率提
10、高 15%、燃耗降低 30%，尾气净化近 IV 标准，还可用微量的铂催化剂净化。比醇、醚简化制造和减少设备，成本和投资更低。压缩或液化与氢气相近，但不用脱除 CO，建站投资较低。有毒，工业上用作 燃料，又是化工原料。合成气由水蒸气和炽热的无烟煤或焦炭作用而得。热值约为 10500 千焦/标准立方米。此外，尚有用蒸气和空气一起吹风所得的“半合成气”。可作为燃料，或用作合成氨、合成石油、有机合成、氢气制造等的原料。由于合成气的应用得到了广泛的应用，大大缓解了因为煤炭价格下降而造成的市场压力；制得合成气的原料煤炭价格低廉，而经合成气制得的其它化工产品价格极为昂贵，对于我国国民经济，提高我国科技国际竞
11、争能力具有深远意义。 1.2 德士古水煤浆工艺的国内外概况及发展前景1.2.1 国内现状德州学院 化学化工学院 2016 届 化学工程与工艺 毕业设计1我国 1969 年在浙江衙州化工厂建成第一套水煤浆加压气化中试装置，日处理煤量 18.6t，试验于 1971 年中止。其后，1979 至 1984 年在化工部化肥工业研究所进行水煤浆气化模型试验，处理煤量为 20kg/h，气化压力为 196MPa(表压)。在模试基础上，1985 年建成中试装置，规模为 36t/d，操作压力为2.453.23MPa(表压)。中试为废热锅炉间接冷却流程，付产 3.92MPa 饱和蒸气。1986 年已取得第一个煤种(
12、陕西铜川煤)的试验数据。主要工艺指标已达到设计值，水煤浆浓度 6061.5%；CO+H2，76；碳转化率，9095；冷煤气效率，66% ；最长连续操作 82h，已经接近国外同类装置水平。我国在 1989 年第一次在兖矿鲁南化肥厂引进了第一套德士古水煤浆加压气化装置，并由此开始了德士古水煤浆加压气化生产合成气在我国的先河。由此以后，德士古水煤浆加压气化生产合成气在我国有了突飞猛进的发展，目前有上海焦化厂、陕西渭河化肥厂、淮南化肥厂、吉化公司化肥厂和金陵石化等等十多家企业采用了德士古水煤浆加压气化装置生产合成气用于生产合成氨和甲醇等化工产品。由于采用加压气化，气化炉结构简单，因此单炉生产能力高，目
13、前国内装置最大投煤量 1000t/d,国际最大装置投煤量为 2000t/d,一台气化炉每年可以生产 2535 万吨甲醇。由于该装置在我国已经使用了许多年，对这方面经验和知识有了许多了解，设备国产化率较高，可达 95%以上，因此装置投资相对较低，一套投煤量 500t/d、气化压力为 4.0MP 的气化炉系统投资约 6900 万元；一套投煤量为 1000t/d、气化压力为 4.0MP 的气化炉系统投资约 1000 万元。该技术的特点之一就是对煤的适应性广，气煤、烟煤、次烟煤、无烟煤、高硫煤及其低灰熔点的劣质煤、石油焦和焦炭等均能作为气化原料。这一技术非常适用于我国，我国幅员辽阔，由于地质的不同煤的
14、品质也不同，此技术对煤的适应性强，在我国应该大力普及推广，从而有效利用我国的煤资源。但是并不是所有的煤种都适合，为了保证系统长期稳定运行，一般说来灰分低、灰熔点低、粘温特性好的煤比较适应该技术，所以一般情况下要求原料煤灰分控制在到以下，灰熔点在 1300以下。水煤浆产品有着巨大的国内市场，随着我国国民经济的持续发展，产业结构发生了很大的变化，华东地区和我省的燃油量逐年增加。以 1999 年为例，我德州学院 化学化工学院 2016 届 化学工程与工艺 毕业设计2国燃油实际消耗量约 40 万吨左右，华东地区和华南地区占燃油总量的60.51 ，其中华东地区燃油，主要分布在上海、江苏和山东占总量的27
15、.95，共有燃油企业近 1500 家。但是我国是一个少油、富煤的国家，已探明煤炭资源储量为 1 万亿 t 以上，按年产煤炭 10 亿吨计，可连续开采 1000 年。但石油探明储量人均仅为 3t，是全球平均值的 12。并且国际局势风云动荡，我国若是过度依赖石油为化工原料而加工产品，终将有一天我国发展必将受制于人，所以我们要大力发展自己的优势，着力推广普及煤气化工艺，取长补短，提高我国综合竞争能力。所以综合开来在我国一方面是煤气化推广普及的程度及力度大大不够，另一方面是我国国内市场有对以煤气化的产品为原料的化工产品的需求很大，所以我们研究煤气化，尤其是德士古水煤浆加压气化工艺这一煤气化工艺中经典且
16、成熟的工艺便有着意义非凡的影响。1.2.2 国外现状综合看开国外的煤气化工艺，尤其是以欧美为首的西方国家的煤气化工艺不仅在工艺流程上，还是在科学技术上，甚至在普及程度上都较我国有所领先。当然我国的煤气化产品在国际上也是有所地位的；我国台湾省、日本、韩国及东南亚地区是缺少能源的地区，由于国际石油价格的攀升及核电废料难以处理等原因，这些国家和地区急需寻求新的替代能源。日本每年从山东的枣庄、兖州进口约 5x106t 的水煤浆用于发电燃料，该水煤浆出口离岸价约 50 美元t 。台湾省的中国新电力香港国际投资股份有限公司已与大陆某公司签订有关水煤浆项目产品出口与技术合作的议向协议，第一期在 2 年之内对
17、 4x10KW 燃油电站锅炉进行改造，年需进口大陆水煤浆约 2x106t，第二期需进口大陆水煤浆5x106t。韩国方面也有意向进口中国的水煤浆据有关资料，韩国电站锅炉和工业锅炉若变水煤浆代潜燃油，则每年需进口水煤浆 1x106t 左右。台湾省和韩国迫于国际油价的影响，对水煤浆的需求是急迫的，这是我国水煤浆打人国际市场极好的机遇。国外煤气化技术已经到了第二代，第二代煤气化技术开发于二十世纪六十年代，由于当时国际上石油和夭然气资源的开采及利用，制取合成气技术进步很快，大大降低煤气制造成本，使煤炭气化技术开发进程受阻。二十世纪七十年代全球出现石油危机后，又促进了煤气化新技术开发工作的进程，到二十世纪
18、八十年代，开发的煤气化新技术，有的实现了工业化，有的完德州学院 化学化工学院 2016 届 化学工程与工艺 毕业设计3成了示范试验，具有代表性的炉型有德士古(Texaco)水煤浆加压气化炉、熔渣鲁奇炉、高温温克勒炉(HTW)及谢尔(Shell) 干粉煤加压气化炉等。第二代煤气化技术的主要特点是:提高气化炉的操作压力和温度，提高单炉生产能力，扩大原料煤的品种和粒 度使用范围，改善生产的技术经济指标，减少污染以满足环保要求。总之煤气化技术不管国内外，都是受到重视的一项技术，在我国推广又是亟需解决的问题，所以推广这种技术成熟，投资较少的德士古水煤浆加压气化工艺尤是重中之重。1.2.3 发展前景德士古水煤浆加压气化工艺简称 TCGP，是美国德士古石油公司 TEXACO在重油气化的基础上发展起来的。1945 年德士古公司在洛杉矶近郊蒙特贝洛建成了第一套中试装置，并提出来水煤浆的概念，水煤浆采用柱塞隔膜泵输送，克服了煤粉输送的困难及其不安全的缺点。后经各国生产厂家及研究单位的深入研究的逐步完善，于 80 年代投入工业化生产，成为具有代表性的第二代煤气化技术。德士古水煤浆加压气化工艺有以下优点，故其有广大的和深远的应用前景。第一，煤种适应性广；德士古
