低成本, 高效率热合成气脱硫技术 A Low-cost, High-Efficiency Acid Gas Removal Technology using Warm Gas Desulfurization 5th International Conference of OMB Coal Gasification Technology Nanjing, China David Denton, Raghubir Gupta, Shaojun James Zhou November 7, 2016 RTI 热脱硫工艺 (WDP) 技术 水煤气变换 (WGS) 反应器 amdea CO 2 捕获 RTI International is a registered trademark and a trade name of Research Triangle Institute. 1 RTI International is a registered trademark and a trade name of Research Triangle Institute. www.rti.org
RTI International - Energy Technology Division RTI International Turning Knowledge Into Practice Energy Technologies Developing advanced process technologies for energy applications by partnering with public/private leaders Syngas Processing/ Clean Coal Natural Gas One of the world s leading research organizations 2 4,150 staff Work in 75 countries 3,680 Active projects Scientific staff Highly qualified with tremendous breadth $831.5 million Research budget Carbon Capture & Utilization Biomass Conversion Industrial Water Emerging Technologies
RTI 热合成气脱硫工艺 (WDP) - 概述 可在高温下 (650 C) 从合成气除去高达 99.9% 的总硫杂质 基于双传输反应器的独特工艺技术 ( 类似于 FCC 反应器设计 )...) 和基于可再生, 高容量, 快速, 高耐磨耗吸附剂 清洁合成气 SO 2 / N 2 TO SULFUR RECOVERY RTI 专有脱硫吸附剂 吸附反应器 REGENERATED SORBENT 原料合成气 250-650 C ADSORBER (REACTOR) 再生反应器 N 2 /O 2 (Air) RTI 热合成气脱硫工艺 650-750 C REGENERATOR (REACTOR) REGENERATED SORBENT TO ADSORBER MIXING ZONE R&D 100 奖 独特, 高度分散的纳米结构 与科莱恩公司长期合作生产专有脱硫吸附剂 ( 到目前为止, 约生产了 100 吨 ) 拥有广泛的美国和国际专利, 涵盖了最新的一些改进 3
成功的将 WDP 从实验室方大到大规模预工业化测试 发明 (2001) 高耐磨性 专有的吸附剂 实验室 / 小试 (2001-2003) RTI International,NC 概念验证和建模 中试 (2006-2008 年 ) 伊士曼化工有限公司, TN> 3000 小时, 煤合成气 预商用 合成气净化及 CO 2 捕集 (2010-2016) 坦帕电力有限公司, 波尔克 1 IGCC 电站,50 兆瓦的规模, 大于 3500 小时, 煤 / 石油焦合成气 4
RTI 的热合成气脱硫技术 :50 兆瓦的预工业化测试项目 amdea CO 2 捕获 RTI 热脱硫工艺 (WDP) 技术 水煤气变换 (WGS) 反应器 5 amdea = activated amine carbon capture process of BASF WGS = water gas shift process
合成气净化和碳捕获系统与坦帕电气公司波尔克 1 IGCC 系统组合 合成气冷却 CO 2 回收 WDP Sweet WGS Reactors Syngas Cooling amdea CO 2 Recovery 甜 WGS 反应器 Air Air Separation Oxygen Coal/Petcoke GE Gasifier (~400 psig) Slag Syngas Cooling Char Syngas Diluent (N 2 ) Pre-Commercial Project Scope Scrubbers COS Hydrolysis Process Condensate Syngas Cooling 再生气 Regenerator Gas MDEA Reheat/ Humidify Clean Fuel Gas Sulfuric Acid Plant Acid Gas 清洁合成气 Currently vented, but could be sequestered or used or recycled Sulfuric Acid 硫酸 Extraction Air 8% H 2 O 6 Raw Syngas ~ 128 Mwe (122 Mwe) Process Clean 20% 气流 ( 50MWe) 预商业规模测试使 Water WDP Fuel 技术可直接工业化 Gas WDP 测试设备处理量为 Polk 1 气化器的约 2MMscfh( 60,000Nm 3 /hr) 的合成气 ~
WDP Video (WDP 视频 ) RTI 独有的突破性热合成气体净化技术 7
RTI 热合成气体净化 (WDP) 预工业化测试项目绩效 WDP Unit 施工按计划和低于预算完成 约 60 万总工时, 除了几个小伤外, 没有工伤事故 复制了以前的实验室和中试规模结果 WDP 装置在其设计合成气进料速率和设计硫进料速率以下和以上成功操作 即使在入口合成气总硫含量高达 14,000 ppmv 时,WDP 装置仍可去除高达 99.9% 的总硫含量 ( 超过设计水平 40%) 离开 amdea 二氧化碳捕获块的清洁合成气总硫含量可低至 100ppbv, 总硫去除率为 99.999% 微反应器测试显示, 清洁的合成气用商业 FT(Fe- 和 Co- 基 ) 和甲醇催化剂在几百小时内没有催化剂失活的显著迹象 8
RTI 热合成气体净化 (WDP) 预工业化测试项目绩效 WDP Unit DOE/RTI/TEC/Clariant Team 吸附剂的磨损率比设计期望的更好 ( 低 ) 脱硫剂的硫容量是稳定的 - 没有观察到显着的失活 RTI 实现 > 3500 的 WDP 总气运行小时,> 2000 小时对 WDP + amdea 二氧化碳捕集, 和 ~ 700 小时的 WDP + WGS + amdea 中试和预工业示范规模测试项目完成了大约 7000 小时的总合成气操作, 满足了工业部署需要 WDP 的总在线率高达 93%, 并且确定了设计可改进使未来工业化工厂利用率高于 93% RTI 与工业伙伴合作, 今年内将在世界各地提供工业化 WDP 技术 ( 通过许可证 ) 和吸附剂 ( 通过销售 ) 9
预工业化测试厂结果 : 持续的高总硫去除率 (H 2 S 和 COS) 四个月的 WDP 测试 H 2 S 去除率 ( 进气 H 2 S = 10,000-12,000 ppmv) COS 去除率 ( 进气 COS = 600-900 ppmv) 注 : 缺口是由于合成气中断 10
RTI 热合成气净化技术的价值驱动要素 氧气 合成气净化 Graphics Source: Eastman Chemical Co. 气化 二氧化碳捕集 清洁合成气 转换为清洁电力, 直接还原铁, 或化学品 / 燃料 煤炭 / 石油焦 硫回收 二氧化碳压缩 Typical Capital Cost Breakdown 合成气净化是一个主要的成本因素 提高效率可降低成本的所有要素 RTI 技术可降低成本, 并提高效率! 11
技术经济分析 : 合成气净化设计案例 化学品 ( 如甲醇 ) 基础案例 : 酸性水煤气变换 WGS + 合成气冷却 +Rectisol AGR + Claus /SCOT SRU IGCC 发电基础案例 ( 有或没有 CC): 酸性水煤气变换 WGS + 合成气冷却 +Selexol AGR + Claus /SCOT SRU ( 单级 Selexol 用于 IGCC, 无 CC, 二级 Selexol 具有 CC) RTI WDP 案例 : WDP + 甜水煤气变换 WGS + 合成气冷却 + CC * + 改性 Claus /DYNAWAVE SRU * 二氧化碳捕集 (CC) WDP 案例的选项 : Rectisol 低温甲醇洗 ( 冷甲醇,Linde/Lurgi) Selexol (depg 溶剂,UOP) 活性胺 ( 例如, 巴斯夫 amdea ) Acronyms: AGR = acid gas removal CC = carbon capture WGS = water gas shift SRU = sulfur recovery unit 12
RTI WDP 显著降低投资和运营成本! 技术经济分析 (TEA): 煤制甲醇案例 (2 300-MWequiv Shell 型固体进料气化器, 神华混合或 PRB 煤 ) 固定资产 CAPEX reduced ~50% RTI WDP 改善了所有碳捕获选项的投资和运营成本, 但是当与活性胺偶联时最佳 运营成本 OPEX reduced >50% Rectisol Base Case RTI WDP + Rectisol RTI WDP + Selexol RTI WDP + amdea Rectisol Base Case RTI WDP + RTI WDP + RTI WDP + Rectisol Selexol amdea 13 显著 Technology used in RTI Demo Plant Non-labor, non-feedstock operating costs 上图显示的只是合成气清洁块资本的降低率, 并不包括整个系统由于更高的 WDP 合成气清洁效率可能得到的资本降低率
RTI WDP 显著降低投资和运营成本! 技术经济分析 (TEA):IGCC 发电基础案例 (2 300-MWequiv Shell 型固体进料气化器, 神华混合或 PRB 煤 ) IGCC 无二氧化碳捕集 IGCC 90% 二氧化碳捕集 RTI WDP 减少 AGR 资产投资 RTI WDP 减少 AGR 运营成本 RTI WDP 减少 AGR 资产投资 RTI WDP 减少 AGR 运营成本 100% 100% RTI WDP 100% 100% 79% Single-Stage Selexol 67% 55% -500% Single-Stage Selexol RTI WDP Dual-Stage Selexol RTI WDP + amdea Dual-Stage Selexol RTI WDP + amdea 上图显示的只是合成气清洁块资本的降低率, 并不包括整个系统由于更高的 WDP 合成气清洁效率可能得到的资本降低率 Nexant 先前的研究表明, 在没有碳捕获的 IGCC 应用中,RTI 的热合成气净化技术的资本支出 /KW,LCOE 和总体效率方面具有显著 (10-15% 或更多 ) 的优势 14
RTI WDP 技术的优点 RTI WDP 是一个独特的在较高温度下, 基于固体吸附剂的合成气净化技术, 同时具有 : 较低的资本成本 ( 少 20-50%), 较低的非劳力 非原料经营成本 ( 可达 30-50 + % 以下 ), 提高了整个过程的效率 ( 高达 10 + %), 通过去耦脱硫和二氧化碳捕获增进过程的灵活性, 和 是一个广泛, 经济适用的合成气净化技术 CC = Carbon Capture 15 RTI 的 WDP 示范项目很成功, 现在此技术可进入工业使用!RTI 与工业合作伙伴合作, 提供技术并提供用于工业规模部署的吸附剂
QUESTIONS? Contacts: David L. Denton Sr. Director, Business Dev. Energy Technology Division RTI International ddenton@rti.org 919-485-2609 (work) 423-384-6217 (cell) Shaojun James Zhou Director, Energy Technology Energy Technology Division RTI International szhou@rti.org 919-485-2601 (work) 919-564-9319 (cell) Raghubir Gupta Global Head Energy Technology Division RTI International gupta@rti.org 919-541-8023 (work) 919-889-7183 (cell) 16