乙烯裂解工艺与IGCCSOFC循环煤气化联产氢电工艺的联合.pdf

2005年11月 第六届全国氢能学术会议文集 上海 乙烯裂解工艺与IGCC--SOFC循环煤气化联产氢电工艺的联合 何琨1一，吴德荣2，马紫峰1’ (1．上海交通大学化学工程系，上海，200240；2．中国石化集团上海工程有限公司，上海，200120) 随着社会经济的迅速发展，氢气(1 3在炼油、化工、冶金、电子等行业的用途越来越J一泛，其用量也 越来越大；同时氢气被公认为是解决环境污染问题的一种清洁燃料。目前，世界上所需的大部分氢气都 是由化学法制得；最普遍采用的是天然气、石油蒸汽转化法制氢或煤气化法制氢：而且在今后相当长的 时期内，利用化石能源制氢仍将是氢气的主要来源。 1煤气化IGCC--SOFC循环联产氢电工艺 我国是煤炭大国，煤的合理、洁净利用对于我国国民经济和环境保护具有极其重要的意义。煤气化 法生产合成气制备氢气是最典型的制氢方法之一。而传统煤燃烧热电联产是最常规的发电形式，目前PC 炉或CFB炉效率在30％～35％之间，典型的超临界和超超临界发电机组效率提高到40％以上。 GasificationCombined 整体煤气化【2】联合循环(IGCC--Integrated Cycle)作为一种新型、洁净的煤利 用工艺，其发展才刚刚开始；IGCC发电系统是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。 它由两大部分组成，即：煤的气化与净化部分和燃气——蒸汽联合循环发电部分。第一部分的主要设备 有气化炉、空分装置、煤气净化设备(包括硫的回收装置)，第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、 余热锅炉、蒸汽轮机发电系统，其燃料的效率在50％以上。 Fuel 固体氧化物燃料电池(SOFC--SolidOxideCell)是一种通过廉价的固体氧化物的电化学反应直 于SOFC在高温下工作，具有电热联用效率高、使用贵金属少、燃料适应性广等优点；SOFC电池的另一 个优点是：当发电机组低负荷时，SOFC的能量转换效率不仅不会像热电发电机组那样下降，反而略有升 表1 不同发电制氢联产技术经济对比表 +基金项目：国家自然科学基金50236010和上海市“曙光学者”奖励基金 ．．236．． 2005年11月 第六届全国氢能学术会议丈集 上海 高。因此，SOFC所发的电力并入电网，不存在用电“谷峰”问题。近年来的电化学技术水平发展，SOFC 的研究更有吸引力；发展SOFC可充分利用天然气、煤资源，节约宝贵的石油资源。 联产。其最大特点是：在合成气发电比例50％左右的条件下，联产氢气可以减排C02，而且合成气用于 制氢的比例越高，能量效率也越高。不同发电制氢联产技术经济对比，见表1。 日常生产成本等综合指标具有竞争性。另外，IGCC--SOFC如果与煤气化组成的联合循环系统，则特别 适用于大、中型电站，如将废热发电考虑在内，其燃料的总发电效率在70％480％以上[5]；与传统热电 联产30％～40％相比，总发电效率提高近1倍。 2乙烯裂解工艺 热裂解反应相应的乙烯工艺生产装置是石化的基础；作为石油化工企业的龙头装置——乙烯裂解联 合装置是石化基地的标志性工程项目。这种体系可以通过“洋葱逻辑关系图”把各个层次(裂解一分离 一配套装置一公用设施)象征性地表示出来。管式炉制备乙烯约占乙烯总产量的99％左右。烃类在850 ℃左右进行断链吸热裂解反应；因此，热裂解炉实质上是一个管式加热炉。裂解反应在一根细长的炉管 中进行，为了提高热效率和防止二次反应的发生，管式裂解炉的结构作了不少改进，形成了多种管式裂 解炉的炉型。乙烯裂解炉技术指标的提高和改进，乙烯工艺装置原料单耗、综合能耗的降低就相当可观。 裂解炉设计的经历了如下过程，见表2。 表2 裂解炉设计的发展过程一览表 随着乙烯装置生产能力的大型化，单台裂解炉的生产能力增加到100～200kt／a。国际上著名裂解炉专 利商包括：ABBLummus公司、Linde 司等；大型裂解炉特性见表3。