国内で既に運転を開始している5基のシェルガス化装置の運転総括

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本投稿は最後にpercyさんが2015年11月20日20時10分に編集しました。1、各位の海友の方々に、運転中のシェル式ガス化炉の状況を紹介していただきたい。2、共有される内容が、今後シェル技術を利用する海友の方々の参考となることを期待する。国内で既に運転を開始している5基のシェル式石炭ガス化装置はすべて、合成アンモニア製造用の原料ガスを生産するためのものである。運転開始から最も長い期間が経過している湖北省の双環石炭ガス化装置は、現在まで1年半運転を続けており、運転開始から最も短い期間しか経っていない柳化石炭ガス化装置も既に10ヶ月間運転されている。シェルのガス化技術が合成ガスの製造に初めて用いられ、かつ中国で初めて導入されることから、非常に大きな課題が伴います。第1次ガス化プロジェクトでは、設計、調達、建設、試運転といった過程で多くの予期せぬ困難に直面しましたが、関係者全員の共同努力により最終的にはすべて解決されました。各方面の知恵が集約されたこれらの貴重な経験は、既に稼働中または間もなく稼働予定のシェル石炭ガス化プロジェクトにとって大いに参考となるものであり、建設中または今後建設されるシェル石炭ガス化プロジェクトに対しても、より包括的な示範的指導的役割を果たすことになるだろう。 湖北双環のガス化装置は、化学工場での運転開始から5時間後に全工場の生産システムに統合されました。ガス化装置が24時間も稼働していないうちに、生産負荷はすでに80％に達し、有効なガス成分（CO＋H2）の体積割合も80％に達しました。化学工場の稼働開始から2ヶ月も経たないうちに、ガス化装置の生産負荷は100％に達し、有効成分（CO＋H2）は82％以上を維持している（石炭の品質が悪い）。また、石炭灰中の炭素含有量は1.6％未満である。 湖北双環シェルガス化装置が、これほど短い期間でフル稼働を実現し、かつ各種指標が優れた水準に達したことは、あらゆるガス化技術の応用実践と比較しても驚くべき成功と言える。例えば、第1セットのルルギガス化装置は中国で10年以上もの歳月を費やし、ようやく設計要件をほぼ満たすに至った；第1号のスラリーコークスガス化装置も、中国では数年間の苦労を経てようやくフル負荷で安定した運転が実現しました。湖北双環ガス化装置は1年以上運転され、プロセス制御が段階的に最適化され、各種の技術改良が順次進められた結果、生産運転は徐々に安定し、装置は常にフル負荷状態で稼働している。2007年には合計7回停止し、全停止期間は20日強だけでした。2007年2月から9月にかけて、ガス化プラントの稼働率は93.5％に達しました。これは、中国で既に稼働している5基のガス化プラントの中で最も高い数値です。また、停止して点検を行う時間も大幅に短縮され、プラントの連続稼働時間も徐々に延長されています。3月から4月にかけて53日間連続運転し、5月から7月にかけて47日間連続運転し、7月から9月にかけて57日間連続運転した。湖北双環は、合成アンモニアの原料油を石炭に切り替えるプロジェクトを成功裏に実現したことで、1日あたり110万元以上の生産コストを削減し、優れた経済的・社会的効果をもたらしました。 中国石化シェル岳陽会社のガス化装置は、初回の投入運転に成功して以来、これまでに合計13回の起動・停止を繰り返し、最長で49日間連続して運転された。2007年5月から、装置の運転状態が明らかに改善し、7月には稼働率が62％に達した。 中国石化湖北支社のガス化プラントは2007年3月まで、運転状況があまり良くなく、ほとんどの時間を改良や不具合の修正に費やしていた。石炭バーナーの炎遮断カバーを改良して以来、装置の運転状況が改善されました。2007年4月7日に原料を投入して運転を開始し、5月9日まで連続して32日間稼働した。6月と7月の装置運転率はそれぞれ67.45％および84.62％に達し、装置の最長連続運転時間は37日間、ガス化炉の最大負荷は77％であった。 中国石化安慶支社のガス化装置も、2007年4月まではほとんどの時間を改造作業に費やしていた。2007年4月から状況が著しく改善し、10月8日までに装置の連続稼働時間は60日に達した。装置が稼働して以来、合計13回の停止があった（2007年に6回）。停止作業の分類統計によると、外的要因は23％に過ぎず、内的要因が76.92％を占めており、装置の長期運転に影響を与える主要な要因となっている。内部要因による停止事故において：①設備上の問題が60％を占め、主な問題点はバーナーの断熱カバーの漏れによるスラグ詰まり、ポンプの故障、急冷ガス圧縮機のインバーターの不具合または入口差圧の上昇、高温高圧セラミックフィルターの破損などである；②操作問題が30％を占め、主にスラッジ水システムの液面制御に集中している；③計器の誤動作によるインターロック停止は1回のみ。負荷は、ガス化炉合成器冷却器の灰積みによる過熱および後工程の影響を受けており、ガス化炉の酸素負荷は基本的に60％～77％の水準にある。 柳化のガス化装置は、2007年1月8日に運転を開始して以来、8回の停止がありました。装置の最長連続運転時間は30日で、停止しての点検・修理の期間が多く、設計上の定格負荷で運転され、運転中は安定した生産が維持されていました。 すでに稼働している5基のシェル製ガス化プラントは、様々な理由により長期間にわたる安定した運転を実現できず、最長でも2ヶ月強しか連続運転できなかった（いくつかの工場では空気分離装置や低温メタノール洗浄装置などに発生した問題の影響を受けた）。しかし、プラントの運転中に生じた問題が既に解決されているか解決途中であり、また運用経験も蓄積されているため、ガス化プラントがフル負荷で、規定基準を満たし、長期間にわたって安定して運転されるという目標は間もなく達成可能となるだろう。工学応用上の注意点1 試運転または運転中に発生した問題 中国で最初に導入された5基のシェル式ガス化装置が8ヶ月の間に相次いで稼働を開始したが、各装置において試運転および運転中に多かれ少なかれいくつかの問題が発生した。主な問題は：①石炭粉砕システムの気密性が悪い；②一部の蒸気伴熱管／電気伴熱装置および配管の断熱効果が不十分；③ディーゼルシステムが汚れており、オイルシステムの圧力が不足している上に不安定；④石炭粉循環配管上の減圧管後の異径管が容易に摩耗穿孔する；⑤外部給電・給蒸気・給水システムの故障；⑥エアコーンの詰まりと破損；⑦点火バーナーヘッド破損；⑧石炭バーナーカバーの損傷；⑨急冷ガス圧縮機の故障、急冷ガス圧縮機システムの外部変動への耐性が低い；⑩ボイラ給水循環ポンプ入口フィルタの変形および破損；11 石炭粉中の不純物などが原因で石炭粉の流量が変動したり、石炭の交換が頻繁に行われたりすることで、ガス化炉の運転が不安定になる；12 気化炉内のスラグ保護層が不安定であり、気化炉内壁の保護スラグ層の厚さを正確かつ直感的に判断することが困難である；13 灰水処理システムの故障、スラッジ水システムの設備・配管の詰まり；14 スラグ取り機のチェーン切断；15 フライアッシュフィルターの内部部品破損；16 気化炉急冷区の損傷；17 加熱炉の水冷壁の給水ノズルが異物で詰まった；18 合成ガス冷却器に灰が溜まる。2 注意すべき問題点と対策 シェルのガス化技術に関する知見に基づき、既に運用が開始されている5基のシェルガス化装置の運用で生じた問題の原因を分析することにより、現在稼働中のシェルガス化プロジェクトの運用や、今後建設されるシェルガス化プロジェクトの建設・運用においては、以下の問題点を適切に解決していく必要がある。 （1）石炭粉が良好な流動性と輸送の安定性を保つこと。そうでないと、ブリッジングや充填コーンの閉塞を引き起こし、さらにガス化炉のO/C制御が困難になり、一連の問題を招く。注意すべき点：①乾燥石炭粉の水分を1％～2％の間に保つ；②窒素雰囲気の容器内での石炭粉の保管期間を長くしないようにする（10日未満）；③乾燥石炭粉システムを適切に断熱し、石炭粉の温度が80度以上であることを保証する ℃；④研磨後の石炭粉の粒径を制御し、粒径が5μm未満の石炭粉の割合が10％未満になるようにする；⑤繊維フィルターを追加し、石炭粉に異物が混入するのを防ぐ（また、石炭粉制御バルブの詰まりも防げる）；⑥均衡加圧を制御し、石炭粉の圧密によりV-1204の排料が滞るのを防ぐ；⑦V－1205に対してゆっくりと加圧し、気化炉の運転圧力＋0.8 MPaに保つことで、V－1205の充填コーン内の充填量を確保し、V－1205内の石炭粉が圧縮されるのを防ぐ；⑧煤粉質量流量計の取り付けと初期校正に注意してください。 （2）充填装置の損傷防止 ① コーン部の圧差を制御し、圧差が過大にならないようにする；② V－1204については、充填コーンへのN2の供給量を制御するか、またはその構造を変更し、焼結金属構造に代わって多孔板構造を使用するべきである。 （3）点火バーナー、運転開始用バーナー ① 点火バーナーと運転開始用バーナーの取り付けに注意し、バーナーの機械的損傷や気化炉の水冷壁の破損を防ぐこと；② 点火バーナーと運転用バーナーの通路を清潔に保ち、バーナーヘッドの損傷や通路の詰まりを防ぐ；③酸素主管にはガス緩衝タンクを設置し、第1号石炭バーナーの運転開始後に起動用バーナーが停止するのを防ぐこと；④メーカーの制御システムと装置の制御システムが一致しているかを確認してください。 （4）石炭粉循環配管上の減圧管後の異径管は摩耗しやすいため、特殊構造の異径管に変更できる。 （5）ボイラ給水および循環システム ① 損傷を防ぐため、ボイラ給水循環ポンプの入口フィルターの有効なフィルター面積、フィルターグリッドの孔径、および圧力差を確保する；② ボイラ給水の水質を保証し、スケールの発生による水冷壁管の損傷やボイラ給水循環ポンプの損傷を防ぐ；③ボイラー給水循環ポンプの電力供給の信頼性を確保し、万が一停電が発生すると、ガス化炉底部の水冷壁から熱が適時に排出されず、水冷壁管が焼損する恐れがある；④機器製造、配管設置、単体試運転の間は、LAMONT孔板ノズルの閉塞を防ぎ、それによる水冷壁管の損傷を避けるため、システムの清浄性を保つよう注意する必要があります。 （6）石炭バーナー ① 石炭バーナーの冷却シースや伸縮継手が損傷するのを防ぐため、組み立て時にはバーナーカバー上で両面溶接を行い、伸縮継手には耐熱材料を充填する必要がある；②石炭バーナーの冷却水入口および出口に温度計測を追加し、石炭バーナーのリアルタイム監視を容易にする。 （7）石炭バーナーカバーの損傷防止 ①石炭バーナーが気化炉内に突き出ている長さに注意する；② バーナーカバーの冷却水流量を適切に増やす；③ 煤粉輸送システムの安定を維持する；④ 石炭の品質を安定させる（石炭の種類を変更する場合は、関連する各工程の制御パラメータを速やかに調整しなければならない）；⑤気化調温蒸気の添加に注目；⑥酸素・石炭比を適切に低下させる；⑦融剤の使用量によってスラグの粘度を補正する。 （8）ガス化炉の温度制御 ガス化炉の温度制御は、ガス化炉で生成される蒸気量に基づいて行われるように変更された（応答時間はわずか数秒）。一方、出口のCO2濃度は補助的な制御としてのみ利用される（応答時間は5～10分）。ガス化炉で生成される蒸気の流量測定の正確性と安定性を確保するために、講じるべき対策に注意してください。 （9）気化炉の急冷領域の損傷防止 急冷ガス圧縮機が停止したり、急冷ガスの供給量が不足した場合には、十分な超高圧N2を用いて気化炉の急冷領域を洗浄すること（インターロック制御）で、急冷領域が焼損するのを防ぐ必要がある。 （10）スラグおよびスラグ水系の閉塞防止 ① 大きなスラグの生成を防ぎ、1400システムの閉塞を避けるため、石炭種を変更する際には灰分の組成を測定し、粘度－温度試験によって添加する石灰石の量を決定する。②1400システムのスラッジプール水の粘度と密度の変化に注意し、スラリーの濃度が高くなり配管系統が詰まるのを防ぐため、適宜循環水の排出量を増やすこと。 （11）設備および配管の保温 石炭粉システム、急冷ガス圧縮システム、飛灰システムの設備および配管の適切な保温に注意すること。 （12）飛灰フィルター用セラミックチューブ 飛灰フィルター用セラミックチューブの損傷を防ぐため、ヴェンチュリと管板との接続部を補強し、ヴェンチュリと逆吹き管口との間に接続部品を取り付けるべきである。 （13）CO2による加圧および輸送 メタノール製造用のシェル・ガス化プロジェクトにおいて、石炭粉の加圧および輸送媒体としてN2の代わりにCO2を使用するため、現時点では参考となる経験がなく、これによって生じうる一連の問題に注意を払う必要がある。 （14）プロジェクト建設において注意すべきその他の問題 ① ガス化炉の供給と設置はシェルガス化プロジェクトにおける最も重要な工程であり、これに関連する業務を適切に処理することがプロジェクト建設期間の短縮に最も寄与する；②シェルのガス化プラントにおける重要な機器の認定を受けた供給業者の数を増やし、重要な機器や計測器の国産化を加速させ、プラントシステムの最適化を進めることで、プラント建設にかかる投資を削減することができる；③ガス化炉の水蒸気システムの清潔な設置、ガス化炉内の耐熱ライニングの焼成、定荷重クレーンの調整、水蒸気システムの煮沸試験、計装および制御システムの単体試験と連動試験、装置の機械的完成検査などは、いずれも非常に重要であり、特別な注意が必要である；④石炭粉砕・乾燥システムは、他の工程より先に建設されるべきである。そうすることで、まず合格品質の石炭粉を製造し、石炭粉流量測定システムの校正作業を行うことができる。これにより、ガス化炉への化学原料投入の条件が整うことになる；⑤シェルのガス化プロセスにおける急冷工程は、合成アンモニアの原料ガスを製造する上で、廃熱ボイラー方式よりも相対的な優位性があり、関係者はこれを期待すべきである。