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[摘 要]通过对N2/CO2系统工艺和控制的了解进一步深化对壳牌煤气化的认识，开停车时如何更好地平衡优化N2/CO2，保证装置的安全、稳定、长期运行。
[关键词]壳牌煤气化；氮气；二氧化碳
中图分类号：TQ545 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）24-0377-01
The Application of Nitrogen/Carbon Dioxide in Shell Coal Gasification Technology
Liu yu Wang Feng-jiao
（Tongmei Guangfa Chemical Industry Co. Ltd， Shanxi Datong 037000）
[Abstract]Through the Nitrogen/Carbon Dioxide system we get further understanding of Shell Coal Gasification Technology， how to better balance the use of Nitrogen/Carbon Dioxide when start-up and stop to ensure safe，stable and long-term running of the plant.
[Key words]Shell coal gasification； Nitrogen； Carbon Dioxide
近年来，壳牌煤气化技术在我国发展迅速，早期由于经验不足总是连锁跳车，如今工艺日渐成熟，全国已有很多装置可以连续、安全、高效地运行[1]。N2/CO2系统作为壳牌气化最重要的系统之一，有必要深刻探讨。
1 空分及煤气化N2/CO2系统
空分为全厂提供N2气源，有两个等级的气源：HPN28.1MPa、LPN20.4MPa。HPN2有两种工况可以供：1、后备高压N2。空分有后备液氮罐，当空分不正常运行时，液氮经汽化器用泵打出；2、空分高压N2管线。当空分正常运行时，直接供出N2。LPN2也有两种工况供出，空分正常运行及不正常运行，同HPN2。
CO2是由煤气化产生的合成气经过变换氢碳比、低温甲醇洗分离出CO2，再经CO2压缩机四级压缩供煤气化使用。
煤气化有一个单独的N2/CO2系统，大体上由3个高压N2缓冲罐组成，V3054、V3051、V3052，以及LPN2管线组成。V3054直接接受空分打来的HPN2（后备HPN2、空分管线HPN2），又叫高纯氮。LPN2经过氮气压缩机五级压缩，五级氮气7.5MPa分两路，一路进入V3051，一路进入E3051加热进入V3052作为高压吹扫N2。四级N25.1MPa，又叫稳压氮，在V3051后汇合供给下游。
低温甲醇洗产生的CO2经过CO2压缩机四级压缩，四级CO27.5MPa也分两路，同氮压机的五级去路，三级CO25.1MPa同氮压机四级去路。区别在于氮压机只在开车初期低温甲醇洗没有产生足够的CO2时使用，待煤气化负荷足够且低温甲醇洗产生的CO2也足够，便可并气，将CO2替代N2供煤气化使用，很好地完成自身循环，节约能耗[5]。
空分直接从后备或者空分低压N2管线将LPN2供给煤气化。
2 管网的下游用户及实际作用
煤气化一般分为11、12磨煤及煤粉输送单元，13气化单元，14除渣单元，15除灰单元，16湿洗单元，17水处理单元，3X00（30-36）公用工程单元，30即为N2/CO2系统。在SCGP中，N2系统可以被认为是一種“原料”而不是公用工程，有相当数量的N2（经煤的进料系统、除灰系统和合成气系统的各种仪表吹扫带入N2），将留在产品气体中。
2.1 LPN2
LPN2主要用户是11、12单元，一般就是起保护作用，防止超温超压。在S1103（煤粉袋式过滤器）、S1201（煤仓装料过滤器）等过滤设备中起吹扫作用；作为K1301、氨压机等压缩机的密封氮气或油循环保护N2，只要设备运行无论开车停车必须有；在12单元的很多充气锥、管道充气器中起流化作用，防止煤粉压实；在V1702中通入LPN2防止淤泥压实[2]。LPN2有个分程控制，LPN2是通过30PV08供给管网的，所以30PV04A通常是关闭的。但如果高压缓冲容器的压力超过了最大操作压力或者LPN2管网压力降到低于允许操作压力的最低值，该阀门就会打开。万一LPN2供给控制系统发生故障，30PV04B就是一只过压保护器。30PV08是由30PDIC08控制的，并设法保持LPN2管网的压力稍低于LPN2的供气压力，从而防止用户的任何回流。
LPN2经过减压阀变成LLPN2（0.3MPa），LLPN2送至分析室、15的空气炮、E1702（排风加热器）。
2.2 V3054的HPN2
V3054的高压氮气经30PV0102A/B分程控制减压到5.1MPa后分两路。一路用户有：经30PV0015减压供15单元的换热器及15单元吹扫。由于飞灰储罐都是低压系统且飞灰温度低时容易变成水泥，所以要减压且加热；给S1501（飞灰过滤器）的24组反吹阀提供仪表气[6]；14系统下渣时给V1403（排渣锁斗）充压，只能用N2不能用CO2，因为CO2易溶于水。当N2比较紧张时，可以延缓下渣，停掉这部分N2；煤气化给变换送气时，需要事先用N2给两个装置之间的管线充压；原始开车前或者开车前给SUB、IB、氧线和煤线作吹扫N2。另一路用户有：经过E3052加热供给15单元。因15系统的灰遇冷容易变成水泥黏在设备上，所以必须过换热器。主要是供给15的充气锥、管道充气器起流化作用。
2.3 V3052的HPN2/CO2
从氮压机五级或者CO2压缩机四级来的N2/CO2进过E3051换热后进入V3052，主要用户有：去气化炉激冷段及十字吊架吹灰；给S1501（飞灰过滤器）提供脉冲反吹气源，压力需是气化炉压力的两倍来确保吹扫效果[4]。
2.4 V3051的HPN2/CO2
从V3051来的和氮压机四级或者CO2压缩机三级来的N2/CO2分两路：一路进入V1205A/B（煤仓）底锥作为流化氮或者给12单元的过滤器吹扫；进入煤线作为加速氮，给煤粉提供动力，压力必须保证5.1MPa[3]。注意的是当开车时，需要用大量的HPN2/CO2来给气化炉和四路煤线做吹扫，这个时候就要控制好过HPN2/CO2的量，尽量少用后备；E3050换热器加热后进入15单元，当15单元下灰时给V1503（飛灰锁斗）充压以及15单元各个安全阀的吹扫。可见这部分HPN2/CO2在供应紧张时是可以停掉的，延缓下灰；当另一路进入12单元，当12单元下煤时给V1204A/B（煤粉锁斗）充压，同样这部分也是可以延缓进行的。
3 结语
从以上可以看出，N2/CO2犹如流动的血液对工艺、安全等整个生产起着至关重要的作用。所以不仅要深刻了解这个系统，尽量减少波动，更要解决好煤气化装置的N2/CO2平衡，争取节能降耗，保障装置安全长周期运行。
参考文献
[1] 张宗飞，汤连英，章卫星等.壳牌煤气化装置的运行现状与展望[J].化肥设计，2010（3）：8-10.
[2] 唐宏青.Shell煤气化工艺的评述和改进意见[J].煤化工，2005，33（6）：9-14.
[关键词]壳牌煤气化；氮气；二氧化碳
中图分类号：TQ545 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）24-0377-01
The Application of Nitrogen/Carbon Dioxide in Shell Coal Gasification Technology
Liu yu Wang Feng-jiao
（Tongmei Guangfa Chemical Industry Co. Ltd， Shanxi Datong 037000）
[Abstract]Through the Nitrogen/Carbon Dioxide system we get further understanding of Shell Coal Gasification Technology， how to better balance the use of Nitrogen/Carbon Dioxide when start-up and stop to ensure safe，stable and long-term running of the plant.
[Key words]Shell coal gasification； Nitrogen； Carbon Dioxide
近年来，壳牌煤气化技术在我国发展迅速，早期由于经验不足总是连锁跳车，如今工艺日渐成熟，全国已有很多装置可以连续、安全、高效地运行[1]。N2/CO2系统作为壳牌气化最重要的系统之一，有必要深刻探讨。
1 空分及煤气化N2/CO2系统
空分为全厂提供N2气源，有两个等级的气源：HPN28.1MPa、LPN20.4MPa。HPN2有两种工况可以供：1、后备高压N2。空分有后备液氮罐，当空分不正常运行时，液氮经汽化器用泵打出；2、空分高压N2管线。当空分正常运行时，直接供出N2。LPN2也有两种工况供出，空分正常运行及不正常运行，同HPN2。
CO2是由煤气化产生的合成气经过变换氢碳比、低温甲醇洗分离出CO2，再经CO2压缩机四级压缩供煤气化使用。
煤气化有一个单独的N2/CO2系统，大体上由3个高压N2缓冲罐组成，V3054、V3051、V3052，以及LPN2管线组成。V3054直接接受空分打来的HPN2（后备HPN2、空分管线HPN2），又叫高纯氮。LPN2经过氮气压缩机五级压缩，五级氮气7.5MPa分两路，一路进入V3051，一路进入E3051加热进入V3052作为高压吹扫N2。四级N25.1MPa，又叫稳压氮，在V3051后汇合供给下游。
低温甲醇洗产生的CO2经过CO2压缩机四级压缩，四级CO27.5MPa也分两路，同氮压机的五级去路，三级CO25.1MPa同氮压机四级去路。区别在于氮压机只在开车初期低温甲醇洗没有产生足够的CO2时使用，待煤气化负荷足够且低温甲醇洗产生的CO2也足够，便可并气，将CO2替代N2供煤气化使用，很好地完成自身循环，节约能耗[5]。
空分直接从后备或者空分低压N2管线将LPN2供给煤气化。
2 管网的下游用户及实际作用
煤气化一般分为11、12磨煤及煤粉输送单元，13气化单元，14除渣单元，15除灰单元，16湿洗单元，17水处理单元，3X00（30-36）公用工程单元，30即为N2/CO2系统。在SCGP中，N2系统可以被认为是一種“原料”而不是公用工程，有相当数量的N2（经煤的进料系统、除灰系统和合成气系统的各种仪表吹扫带入N2），将留在产品气体中。
2.1 LPN2
LPN2主要用户是11、12单元，一般就是起保护作用，防止超温超压。在S1103（煤粉袋式过滤器）、S1201（煤仓装料过滤器）等过滤设备中起吹扫作用；作为K1301、氨压机等压缩机的密封氮气或油循环保护N2，只要设备运行无论开车停车必须有；在12单元的很多充气锥、管道充气器中起流化作用，防止煤粉压实；在V1702中通入LPN2防止淤泥压实[2]。LPN2有个分程控制，LPN2是通过30PV08供给管网的，所以30PV04A通常是关闭的。但如果高压缓冲容器的压力超过了最大操作压力或者LPN2管网压力降到低于允许操作压力的最低值，该阀门就会打开。万一LPN2供给控制系统发生故障，30PV04B就是一只过压保护器。30PV08是由30PDIC08控制的，并设法保持LPN2管网的压力稍低于LPN2的供气压力，从而防止用户的任何回流。
LPN2经过减压阀变成LLPN2（0.3MPa），LLPN2送至分析室、15的空气炮、E1702（排风加热器）。
2.2 V3054的HPN2
V3054的高压氮气经30PV0102A/B分程控制减压到5.1MPa后分两路。一路用户有：经30PV0015减压供15单元的换热器及15单元吹扫。由于飞灰储罐都是低压系统且飞灰温度低时容易变成水泥，所以要减压且加热；给S1501（飞灰过滤器）的24组反吹阀提供仪表气[6]；14系统下渣时给V1403（排渣锁斗）充压，只能用N2不能用CO2，因为CO2易溶于水。当N2比较紧张时，可以延缓下渣，停掉这部分N2；煤气化给变换送气时，需要事先用N2给两个装置之间的管线充压；原始开车前或者开车前给SUB、IB、氧线和煤线作吹扫N2。另一路用户有：经过E3052加热供给15单元。因15系统的灰遇冷容易变成水泥黏在设备上，所以必须过换热器。主要是供给15的充气锥、管道充气器起流化作用。
2.3 V3052的HPN2/CO2
从氮压机五级或者CO2压缩机四级来的N2/CO2进过E3051换热后进入V3052，主要用户有：去气化炉激冷段及十字吊架吹灰；给S1501（飞灰过滤器）提供脉冲反吹气源，压力需是气化炉压力的两倍来确保吹扫效果[4]。
2.4 V3051的HPN2/CO2
从V3051来的和氮压机四级或者CO2压缩机三级来的N2/CO2分两路：一路进入V1205A/B（煤仓）底锥作为流化氮或者给12单元的过滤器吹扫；进入煤线作为加速氮，给煤粉提供动力，压力必须保证5.1MPa[3]。注意的是当开车时，需要用大量的HPN2/CO2来给气化炉和四路煤线做吹扫，这个时候就要控制好过HPN2/CO2的量，尽量少用后备；E3050换热器加热后进入15单元，当15单元下灰时给V1503（飛灰锁斗）充压以及15单元各个安全阀的吹扫。可见这部分HPN2/CO2在供应紧张时是可以停掉的，延缓下灰；当另一路进入12单元，当12单元下煤时给V1204A/B（煤粉锁斗）充压，同样这部分也是可以延缓进行的。
3 结语
从以上可以看出，N2/CO2犹如流动的血液对工艺、安全等整个生产起着至关重要的作用。所以不仅要深刻了解这个系统，尽量减少波动，更要解决好煤气化装置的N2/CO2平衡，争取节能降耗，保障装置安全长周期运行。
参考文献
[1] 张宗飞，汤连英，章卫星等.壳牌煤气化装置的运行现状与展望[J].化肥设计，2010（3）：8-10.
[2] 唐宏青.Shell煤气化工艺的评述和改进意见[J].煤化工，2005，33（6）：9-14.