壳牌煤气化技术及其工程应用

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1、壳牌煤气化技术及其工程应用宫经德（中国五环化学工程公司，湖北武汉430223）1煤气化技术概况煤的液化技术近20年来虽有很大进展，但目前还没能形成大规模化的煤制化学品的工业生产。从煤出发制取化学品仍须经过气化过程，即将煤炭气化转化为含有H2和CO的粗原料气，然后通过转化、净化、合成等过程，加工成各种化工产品。煤气化技术从炼焦炉、煤气发生炉和水煤气炉（以块煤或小粒煤为原料）起步，经过几十年发展，在20世纪70年代发展到第2代——洁净煤气化技术，煤炭经过洁净气化避免了直接燃烧产生的污染。洁净煤气化技术主要采用气流床反应器，以水煤浆或干煤粉为原料，进行加压

2、气化，并实现了大规模化。洁净煤气化技术的优点是对煤种适应性广、气化压力高、气化效率高、单系列生产能力大、污染少等。具有代表性的第2代洁净煤气化技术包括GE水煤浆气化工艺、壳牌干煤粉气化工艺、西门子GSP干煤粉气化工艺、BGL煤气化工艺（属固定床工艺，采用小粒煤）。2壳牌煤气化技术简介2.1工艺原理壳牌煤气化过程是在高温、加压条件下进行的，煤粉、氧气及少量蒸汽在加压条件下并流进入气化炉内，在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过程。由于气化炉内温度很高，在有氧存在的条件下，碳、挥发分及部分反应产物（H2和CO等）以发

3、生燃烧反应为主，在氧气消耗殆尽之后发生碳的各种转化反应，即过程进入到气化反应阶段，最终形成以CO和H2为主要成分的煤气离开气化炉。典型的SCGP煤气成分见表1。2.2工艺流程目前，壳牌煤气化装置从示范装置到大型工业化装置均采用废锅流程，激冷流程的壳牌煤气化工艺很快会推向市场。废锅流程的壳牌煤气化工艺简略流程见图1。原料煤经破碎由运输设施送至磨煤机，在磨煤机内将原料煤磨成煤粉（90％＜100μm）并干燥，煤粉经常压煤粉仓、加压煤粉仓及给料仓，由高压氮气或二氧化碳气将煤粉送至气化炉煤烧嘴。来自空分的高压氧气经预热后与中压过热蒸汽混合后导入煤烧嘴。煤粉、氧

4、气及蒸汽在气化炉高温加压条件下发生碳的氧化及各种转化反应。气化炉顶部约1500℃的高温煤气经除尘冷却后的冷煤气激冷至900℃左右进入合成气冷却器。经合成气冷却器回收热量后的煤气进入干式除尘及湿法洗涤系统，处理后的煤气中含尘量小于1mg／m3送后续工序。湿洗系统排出的废水大部分经冷却后循环使用，小部分废水经闪蒸、沉降及汽提处理后送污水处理装置进一步处理。闪蒸汽及汽提气可作为燃料或送火炬燃烧后放空。在气化炉内气化产生的高温熔渣，自流进入气化炉下部的渣池进行激冷，高温熔渣经激冷后形成数毫米大小的玻璃体，可作为建筑材料或用于路基。2.3技术特点壳牌干煤粉气化

5、工艺于1972年开始进行基础研究，1978年投煤量150t／d的中试装置在德国汉堡建成并投入运行。1987年投煤量250～400t／d的工业示范装置在美国休士顿投产。在取得大量实验数据的基础上，日处理煤量为2000t的单系列大型煤气化装置于1993年在荷兰Demkolec电厂建成，煤气化装置所产煤气用于联合循环发电，经过3年多示范运行于1998年正式交付用户使用。生产操作表明，煤气化工艺指标达到设计目标，运行稳定。壳牌干煤粉气化工艺具有如下特点。（1）煤种适应性广对煤种适应性强，从褐煤、次烟煤、烟煤到无烟煤、石油焦均可使用，也可将2种煤掺混使用。对煤

6、的灰熔点适应范围比其他气化工艺更宽，即使是较高灰分、水分、硫含量的煤种也能使用。（2）单系列生产能力大目前已投人生产运行的煤气化装置单台气化炉投煤量达到2000t／d以上，单台气化炉投煤量达2800t／d的煤气化装置也正在建设中。（3）碳转化率高由于气化温度高，一般在1400～1600℃，碳转化率可高达99％以上。（4）产品气体质量好产品气体洁净，煤气中甲烷含量极少，不含重烃，CO＋H2体积分数达到90％。（5）气化氧耗低与水煤浆气化工艺相比，氧耗低15％～25％，可降低配套空分装置投资和运行费用。（6）热效率高煤气化的冷煤气效率可以达到80％～83

7、％，其余～15％副产高压或中压蒸汽，总热效率高达98％。（7）运转周期长气化炉采用水冷壁结构，牢固可靠，无耐火砖衬里。正常使用维护量小，运行周期长，无需设置备用炉。煤烧嘴设计寿命为8000h。烧嘴的使用寿命长，是气化装置能够长周期稳定运行的重要保证。（8）负荷调节方便每台气化炉设有4～6个烧嘴，不仅有利于粉煤的气化，同时生产负荷的调节更为灵活，范围也更宽。负荷调节范围为40％～100％，每分钟可调节5％。（9）环境效益好系统排出的炉渣和飞灰含碳低，可作为水泥添加剂或其他建筑材料，堆放时也无污染物渗出。气化污水量小且不含焦油、酚等，容易处理，需要时可实

8、现零排放。3壳牌煤气化技术应用的特殊性由于壳牌煤气化技术是目前世界上最先进的煤气化技术之一，又是第1次用于生