Zusammenfassung des Betriebs der 5 inländisch in Betrieb genommenen Shell-Gasifizierungsanlagen

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Dieser Beitrag wurde zuletzt von percy am 20.11.2015 um 20:10 bearbeitet.
1. Wir bitten alle Beteiligten, Informationen über den Betrieb der Shell-Gasifizierungsanlagen zu geben.
2. Wir hoffen, dass die geteilten Informationen für diejenigen nützlich sein werden, die künftig Shell-Technologien einsetzen möchten. In China sind insgesamt 5 Shell-Gasifizierungsanlagen in Betrieb – sie dienen dazu, Rohgase für die Herstellung von Ammoniak zu erzeugen. Die älteste dieser Anlagen ist die in Hubei Shuanghuan; sie ist bereits seit 1,5 Jahren in Betrieb. Die jüngste Anlage ist die in Liuhua – sie ist bereits seit 10 Monaten in Betrieb. Da die Shell-Gasifizierungstechnologie erstmals zur Herstellung von Synthesegas eingesetzt wird und zudem zum ersten Mal in China angewandt wird, stellt sie eine große Herausforderung dar. Bei den ersten Gasifizierungsprojekten traten im Prozess der Planung, Beschaffung, Bauausführung und Inbetriebnahme viele unerwartete Schwierigkeiten auf, konnten aber durch die gemeinsamen Anstrengungen aller Beteiligten letztendlich überwunden werden. Diese wertvollen Erfahrungen, die das Wissen aller Beteiligten bündeln, werden eine gute Grundlage für die bereits in Betrieb befindlichen oder künftig in Betrieb genommenen Shell-Gasifizierungsprojekte darstellen. Zudem können sie als umfassende Leitlinie für die derzeit im Bau befindlichen oder künftig errichteten Shell-Gasifizierungsprojekte dienen. Das Gaskohlenstoffisierungsgerät in Hubei wurde bereits 5 Stunden nach Inbetriebnahme in das gesamte Produktionsystem des Werks eingebunden. Bereits nach weniger als 24 Stunden Betriebszeit erreichte die Produktionslast 80 Prozent; der Anteil der wirksamen Gase (CO + H2) am Gesamtgasvolumen betrug ebenfalls 80 Prozent. Weniger als 2 Monate nach Inbetriebnahme der Anlage erreichte die Produktionsleistung des Gaskohlenstoffisierungsapparats 100 %. Der Anteil der wirksamen Bestandteile (CO + H2) blieb konstant bei über 82 % – obwohl die Qualität des Kohlestoffs eher schlecht war. Der Kohlenstoffgehalt im Kohlestaub lag unter 1,6 %. Die Gaskohlenstoffisierungsanlage von Hubei Shuanghuan Shell hat in so kurzer Zeit eine volle Produktionskapazität erreicht, wobei alle Kennzahlen hervorragend waren. Dies ist ein erstaunlicher Erfolg im Vergleich zu allen anderen Anwendungen dieser Gaskohlenstoffisierungstechnologie. Zum Beispiel dauerte es in China mehr als zehn Jahre, bis die erste Lurgi-Gasifizierungsanlage im Wesentlichen den gestellten Anforderungen entsprach ； Auch das erste Anlagensystem zur Gaserzeugung aus Wasserkohlebrennstoff hat in China einige Jahre lang Schwierigkeiten durchgemacht, bevor es einen störungsfreien Betrieb bei voller Leistung erreichen konnte. Nach mehr als einem Jahr Betrieb der Gasifizieranlage in Hubei Shuanghuan wurde die Prozesssteuerung schrittweise optimiert, verschiedene technische Verbesserungen wurden vorgenommen, und der Betrieb der Anlage wurde immer stabiler. Die Anlage arbeitete stets unter Volllast. Im Jahr 2007 wurde insgesamt 7 Mal gestoppt, wobei die Gesamtdauer der Stillstände etwas über 20 Tage betrug. Von Februar bis September 2007 lag die Betriebsrate der Gaskohlenstoffisierungsanlage bei 93,5 %. Dies war die höchste Betriebsrate unter den fünf in China in Betrieb befindlichen Gaskohlenstoffisierungsanlagen. Zudem verringerten sich die Zeiten für Stillstände zur Wartung erheblich, wodurch die durchgehende Betriebszeit der Anlage stetig zunahm. Von März bis April betrug die Betriebsdauer 53 Tage in Folge, von Mai bis Juli 47 Tage in Folge und von Juli bis September 57 Tage in Folge. Nach dem erfolgreichen Umstieg von Rohöl auf Kohle als Rohstoff für die Herstellung von Ammoniak kann Hubei Shuanghuan täglich mehr als 1,1 Millionen Yuan an Produktionskosten sparen, was erhebliche wirtschaftliche und soziale Vorteile mit sich bringt. Seit dem erfolgreichen ersten Betrieb des Gaskohlenstoffisierungsanlagens von Sinopec Shell Yueyang wurde die Anlage insgesamt 13 Mal gestartet und wieder gestoppt. Die längste kontinuierliche Betriebsdauer der Anlage betrug 49 Tage. Ab Mai 2007 verbesserte sich der Betrieb der Anlage deutlich, und im Juli erreichte die Auslastung 62 %. Die Gaskohlenstoffisierungsanlage der Sinopec-Niederlassung in Hubei funktionierte bis März 2007 nicht optimal und musste größtenteils zur Behebung von Mängeln repariert werden. Seit der Überarbeitung des Flammenabschirmers der Kohlebrenner hat sich die Leistung des Geräts verbessert. Vom 7. April 2007, als die Anlage in Betrieb genommen wurde, bis zum 9. Mai wurde sie ununterbrochen 32 Tage lang in Betrieb gehalten. Im Juni und Juli lag die Betriebsrate der Anlage bei 67,45 % bzw. 84,62 %. Die längste kontinuierliche Betriebsdauer der Anlage betrug 37 Tage. Die maximale Belastung des Vergasers lag bei 77 %. Die Gaskompressionsanlage der Sinopec-Niederlassung in Anqing war bis April 2007 größtenteils ebenfalls in der Reparatur. Ab April 2007 gab es eine deutliche Verbesserung, und bis zum 8. Oktober betrug die durchgehende Betriebsdauer des Geräts 60 Tage. Seit Inbetriebnahme des Geräts gab es insgesamt 13 Stillstände (6 im Jahr 2007). Aus der Statistik zur Klassifizierung der Stillstände geht hervor, dass externe Ursachen nur 23 % ausmachen, während interne Ursachen mit 76,92 % die Hauptfaktoren sind, die eine lange Betriebsdauer der Anlagen beeinträchtigen. Bei Unfällen durch interne Ursachen: ① Ausrüstungsprobleme machen 60 % aus; die Probleme liegen hauptsächlich in Leckagen im Flammenabschirm des Brenners, was zu Verstopfungen führt, in Fehlern der Pumpen, in Fehlern des Frequenzumwandlers des Kühlgaskompressors oder in einem hohen Eingangsdruck. Zudem können auch beschädigte keramische Filter bei hohen Temperaturen und Drücken zum Problem werden ； ②Probleme bei der Bedienung machen 30 Prozent aus und betreffen hauptsächlich die Steuerung des Flüssigkeitsniveaus im Schlammwassersystem ； ③Der Stillstand durch fehlerhafte Funktionsweise der Anzeigen trat nur einmal auf. Die Belastung wird durch Überhitzung aufgrund von Staubaufbau im Kühler des Synthesizers des Gasifizierers sowie durch Einflüsse aus nachfolgenden Prozessen begrenzt; die Sauerstoffbelastung im Gasifizierer liegt im Allgemeinen bei 60 % bis 77 %. Seit dem Betriebsbeginn der Gaskohlenstoffisierungsanlage von Liuhe am 8. Januar 2007 gab es insgesamt 8 Stillstände. Die längste kontinuierliche Betriebsdauer betrug 30 Tage. Es gab viele Pausen zur Wartung. Die Anlage arbeitete stets bei voller Leistung, und der Produktionsablauf verlief stabil. Obwohl die 5 in Betrieb genommenen Shell-Gasifizierungsanlagen aus verschiedenen Gründen keinen langfristigen, störungsfreien Betrieb aufweisen konnten – die längste kontinuierliche Betriebsdauer betrug lediglich etwas mehr als 2 Monate (in einigen Anlagen lag das an Problemen mit den Trocknungsanlagen oder den Anlagen zur Reinigung von Methanol bei niedrigen Temperaturen) – können das Ziel eines vollausgelasteten, einwandfreien und langfristig stabilen Betriebs der Gasifizierungsanlagen nun schnell erreicht werden. Dies liegt daran, dass die im Laufe des Betriebs auftretenden Probleme bereits gelöst wurden oder noch gelöst werden, sowie an der zunehmenden Erfahrung in der Betriebsführung. Hinweise zur technischen Anwendung 1: Probleme während der Inbetriebnahme oder des Betriebs. Die ersten fünf Shell-Gasifizierungsanlagen in China wurden innerhalb von 8 Monaten nacheinander in Betrieb genommen. Bei jeder dieser Anlagen traten während der Inbetriebnahme und des Betriebs mehr oder weniger Probleme auf. Die Hauptprobleme sind: ① Die Dichtigkeit des Kohlemahlungssystems ist nicht gut ； ②Bei einigen Dampfleitungen/Heizsystemen sowie Rohrisolierungen ist die Isolierungswirkung unzureichend ； ③Das Dieselsystem ist nicht sauber, der Öldruck im System ist unzureichend und instabil ； ④Der Übergangsstutzen nach der Entlastungsleitung in der Kohlepulver-Zirkulationsleitung neigt zum Durchreiben ； ⑤Störung des externen Strom-, Dampf- und Wasserversorgungssystems ； ⑥Verstopfung und Riss des Aufblaskonus ； ⑦Schwungrand des Zündrohrs beschädigt ； ⑧Schutzabdeckung des Kohlebrenners beschädigt ； ⑨Defekt am Kühlgaskompressor, das Kühlgaskompressorsystem weist eine schwache Widerstandsfähigkeit gegenüber äußeren Schwankungen auf ； ⑩Verformung und Beschädigung des Eingangsfilters der Zirkulationspumpe für das Kesselwasser ； Faktoren wie Verunreinigungen im Kohlenstaub können zu Schwankungen im Durchfluss des Kohlenstaubs oder zu häufigen Wechseln der Kohleart führen. Dadurch wird der Betrieb des Gasifizierungsofens instabil ； 12 Die Schutzschicht des Schlackepuffers im Vergasungsofen ist instabil, und es ist schwierig, die Dicke der Schutzschicht an der Innenwand des Vergasungsofens genau und direkt zu bestimmen ； 13 Störung im Grauwasseraufbereitungssystem, Verstopfung von Geräten und Rohrleitungen im Schlammwassersystem ； 14 Riss in der Kette der Schlackenentnahmemaschine ； 15 Der Innenraum des Aschefilters ist beschädigt ； 16 Schaden in der Abkühlzone des Verdampfungsofens ； 17 Die Einlassdüsen der wassergekühlten Wand des Verdampferturms sind durch Fremdkörper verstopft ； 18 Staubansammlung im Kühler des Synthesegas. 2 Zu beachtende Aspekte und Lösungsmaßnahmen Auf der Grundlage des Wissens über Shells Gaskohlenstoffisierungstechnologie sowie einer Analyse der Ursachen für Probleme bei dem Betrieb der bereits in Betrieb befindlichen 5 Shells-Gaskohlenstoffisierungsanlagen, sollten bei dem Betrieb der derzeit in Betrieb befindlichen Shells-Gaskohlenstoffisierungsanlagen sowie bei dem Bau und Betrieb zukünftiger Anlagen folgende Probleme berücksichtigt und gelöst werden. (1) Es muss gewährleistet werden, dass der Kohlenstaub eine gute Fließeigenschaft sowie Stabilität bei der Transportierung aufweist. Andernfalls kann es zu Verstopfungen kommen, und außerdem wird es schwierig, den O/C-Wert im Brenner unter Kontrolle zu halten. Dies wiederum führt zu einer Reihe von Folgen. Zu beachtende Punkte: ① Die Feuchtigkeit des trockenen Kohlepulvers sollte zwischen 1 % und 2 % liegen ； ②Stellen Sie sicher, dass der Kohlepulver in einem mit Stickstoff gefüllten Behälter nicht zu lange aufbewahrt wird (weniger als 10 Tage) ； ③Das Trockenkohlepulversystem muss gut isoliert werden, damit die Temperatur der Kohlepulver über 80 liegt ℃ ； ④Die Korngröße des nach der Mahlung verbleibenden Kohlepulvers muss kontrolliert werden, sodass der Anteil an Kohlepulver mit einer Korngröße von weniger als 5 μm unter 10 % liegt ； ⑤Fügen Sie eine Fasersiebung hinzu, um zu verhindern, dass Fremdkörper in den Kohlenstaub gelangen (es verhindert außerdem eine Verstopfung der Kohlenstaubregelventile) ； ⑥Kontrollieren Sie den gleichmäßigen Druck, um zu verhindern, dass V-1204 aufgrund der Verdichtung des Kohlepulvers schlecht entleert werden kann ； ⑦Es wird eine langsame Erhöhung des Drucks in V‑1205 auf den Betriebsdruck des Vergasers +0,8 MPa gesteuert. Dadurch wird sichergestellt, dass der Befüllungskonus von V‑1205 ausreichend mit Gas gefüllt wird, und es wird verhindert, dass das Kohlepulver in V‑1205 komprimiert wird ； ⑧Achten Sie auf die Installation und die Erstkalibrierung des Kohlepulver-Massenflussmessers. (2) Verhinderung von Schäden an der Befüllanlage ① Kontrolle des Druckunterschieds im Konusbereich, um zu verhindern, dass dieser zu hoch wird ； ② Für V‑1204 sollte die Menge an N2, die in den Befüllkegel gelangt, kontrolliert werden, oder seine Struktur sollte geändert werden, indem eine poröse Plattenstruktur anstelle einer gesinterten Metallstruktur verwendet wird. (3) Zündbrenner, Betriebsbrenner ① Achten Sie auf die Montage des Zündbrenners und des Betriebsbrenners, um mechanische Schäden an den Brennern oder Schäden an der wassergekühlten Wand des Vergasers zu vermeiden ； ② Halten Sie die Kanäle der Zündbrenner sowie der Brenner für den Betriebsmodus sauber, um Schäden an den Brennerköpfen oder Verstopfungen in den Kanälen zu vermeiden ； ③Am Hauptoxygenleitungsrohr sollten Gaspufferbehälter angebracht werden, um zu verhindern, dass die Brenner abgeschaltet werden müssen, sobald der erste Kohlebrenner in Betrieb genommen wird ； ④Achten Sie darauf, die Übereinstimmung des Steuerungssystems des Herstellers mit dem Steuerungssystem der Anlage zu überprüfen. (4) Die Übergangsstücke nach den Druckminderungsrohren in den Kohlepulverzirkulationsleitungen neigen dazu, abgenutzt zu werden; es ist daher möglich, sie durch Übergangsstücke mit einer speziellen Konstruktion zu ersetzen. (5) Kesseldruckwasser- und Zirkulationsystem ① Sicherstellung der effektiven Filterfläche des Eingangsfilters der Kesseldruckwasserpumpe, der Maschenweite des Filters sowie des Druckunterschieds, um Schäden zu vermeiden ； ② Die Wasserqualität des Kesseldruckwassers muss gewährleistet werden, um Kalkbildung zu vermeiden, die wiederum zu Schäden an den Wänden der wassergekühlten Rohre sowie an den Pumpen zur Zirkulation des Kesseldruckwassers führen kann ； ③Es muss sichergestellt werden, dass die Pumpe, die den Wasserkreislauf im Kessel antreibt, zuverlässig mit Strom versorgt wird. Bei einem plötzlichen Stromausfall kann es dazu kommen, dass die Wärme an der wassergekühlten Wand des Verdampfers nicht rechtzeitig abgeleitet werden kann – dadurch können die Rohre der wassergekühlten Wand beschädigt werden ； ④Während der Geräteherstellung, Rohrverlegung und Einzelprüfungen ist darauf zu achten, die Sauberkeit des Systems aufrechtzuerhalten, um eine Verstopfung der LAMONT-Düsen zu verhindern, was wiederum zu Schäden an den wassergekühlten Rohren führen könnte. (6) Kohlebrenner: ① Um Schäden am Kühlschlauch sowie an den Dehnfugen des Kohlebrenners zu vermeiden, muss bei der Montage eine doppelte Verklebung auf der Abdeckung des Brenners gewährleistet werden. Zudem sollen die Dehnfugen mit feuerfesten Materialien gefüllt werden ； ②An der Ein- und Auslassstelle des Kühlmittels für die Kohlebrenner wurden Temperaturmessungen hinzugefügt, um eine Echtzeit-Überwachung der Kohlebrenner zu ermöglichen. (7) Vermeidung von Schäden am Schutzgehäuse des Kohlebrenners ① Achten Sie auf die Länge, über die der Kohlebrenner in den Vergaser hineinreicht ； ② Erhöhen Sie den Durchfluss des Kühlmittelwassers für die Brennerabdeckung angemessen ； ③ Die Stabilität des Kohlepulvertransportsystems aufrechterhalten ； ④ Die Qualität des Kohlenmaterials muss konstant gehalten werden (bei einem Wechsel des Kohlentyps müssen die entsprechenden Prozesskontrollparameter rechtzeitig angepasst werden) ； ⑤Achtung auf die Zufuhr von Dampf zur Temperaturregulierung durch Vergasung ； ⑥Angemessene Reduzierung des Sauerstoff-Kohlenstoff-Verhältnisses ； ⑦Die Viskosität des Schlammes wird durch die Menge des Flussmittels angepasst. (8) Temperaturkontrolle des Vergasungsofens: Die Temperaturkontrolle des Vergasungsofens erfolgt nun anhand der Menge an Dampf, die im Ofen erzeugt wird (Reaktionszeit von nur wenigen Sekunden). Der CO2-Gehalt am Ausgang dient lediglich als Ersatzkontrollmechanismus (Reaktionszeit von 5–10 Minuten). Achten Sie auf die entsprechenden Maßnahmen, die ergriffen werden müssen, um die Genauigkeit und Stabilität der Messung des Dampfflusses, der im Vergasungsofen erzeugt wird, zu gewährleisten. (9) Verhinderung von Schäden im Kühlabteil des Vergasers: Wenn der Kompressor für das Kühlgas ausfällt oder die Menge an Kühlgas unzureichend ist, muss sichergestellt werden, dass ausreichend Hochdruck-N2-Gas zum Durchblasen des Kühlabteils des Vergasers verwendet wird (Sicherheitssteuerung). Dadurch wird verhindert, dass das Kühlabteil beschädigt wird. (10) Verhinderung von Verstopfungen im Schlacken- und Schlammabfuhrsystem ① Um die Entstehung großer Schlackemengen zu verhindern und eine Verstopfung des 1400-Systems zu vermeiden, muss bei dem Wechsel des Kohlentyps die Zusammensetzung des Asches gemessen werden. Anhand von Viskositäts- und Temperaturtests wird anschließend die Menge an Kalkstein festgelegt, die zugesetzt werden soll. ②Achten Sie auf die Veränderungen der Viskosität und Dichte des Wassers im Schlammbehälter des Systems 1400. Erhöhen Sie gegebenenfalls den Durchfluss des Zirkulationswassers, um zu verhindern, dass die Konzentration des Schlamms zu hoch wird und dadurch das Rohrleitungssystem verstopft. (11) Beheizung von Anlagen und Rohrleitungen: Achten Sie auf eine ordnungsgemäße Beheizung der Anlagen und Rohrleitungen im Kohlepulversystem, im System zur Kompression des Kühlgases sowie im Aschesystem. (12) Keramikrohre des Aschefilters: Um Schäden an den Keramikrohren des Aschefilters zu vermeiden, sollte die Verbindung zwischen dem Venturi-Element und der Rohrplatte verstärkt werden. Zudem sollten Verbindungsstücke zwischen dem Venturi-Element und den Anschlüssen für die Rückblaspumpe eingebaut werden. (13) Druckaufbringung und Transport von CO2: Im Rahmen des Shell-Gasifizierungsprojekts zur Herstellung von Methan gibt es derzeit noch keine Erfahrungen damit, CO2 anstelle von N2 als Medium zur Druckaufbringung und zum Transport von Kohlepulver zu verwenden. Es ist daher notwendig, auf die möglichen Probleme zu achten, die dadurch entstehen können. (14) Weitere Aspekte, die bei der Projektrealisierung berücksichtigt werden müssen: ① Die Lieferung und Installation des Vergasungsöfens ist der entscheidende Schritt im Shell-Gasifizierungsprojekt. Eine gute Abwicklung dieser Arbeiten trägt dazu bei, die Bauzeit des Projekts zu verkürzen ； ②Die Erhöhung der Anzahl zertifizierter Lieferanten für die wichtigsten Geräte der Shell-Gasifizieranlagen trägt dazu bei, den Prozess der Inlandsherstellung dieser Geräte und Instrumente zu beschleunigen. Zudem wird dadurch die Optimierung der Anlagensysteme vorangetrieben, was wiederum zur Verringerung der Investitionskosten für den Bau der Anlagen beiträgt ； ③Die saubere Installation des Dampfsystems im Vergasungsofen, das Erhitzen der feuerfesten Auskleidung im Vergasungsofen, die Justierung der Hebevorrichtungen, das Aufkochen des Dampfsystems, die Einzel- und Zusammenprüfung der Mess- sowie Steuerungssysteme sowie die abschließende Überprüfung der mechanischen Komponenten des Geräts sind alle sehr wichtig und erfordern besondere Aufmerksamkeit ； ④Die Systeme zur Mahlung und Trocknung von Kohle sollten vor den anderen Prozessen fertiggestellt werden, damit zunächst qualitativ hochwertiger Kohlepulver hergestellt werden kann. Zudem kann so das Messsystem für den Kohlepulverfluss kalibriert werden. Dies schafft die Voraussetzungen für die Einbringung der Chemikalien in den Gasifizierer ； ⑤Der Kühlprozess im Shell-Gasifizierungsverfahren weist im Vergleich zum Prozess mit Abfallkessel Vorteile bei der Herstellung von Rohgas für die Synthese von Ammoniak auf – dies sollte von allen Beteiligten erwartet werden.