壳牌煤气化技术及其工程应用

人气化炉下部 的渣池进行激冷 ， 高温熔渣经激冷 （） １流程复杂。煤气化装置流程复杂 ， 包括 后形成数毫米大小 的玻璃体 ， 可作为建筑材料 或 磨煤及干燥、 煤粉加 压及进料 、 煤气化 、 除渣 、 除 灰、 湿洗 、 初步水处理 ７大工序 和公用系统 ， 仅管 用 于路 基 。 ２３技术特点 ＿ 道仪表流程图（ Ｉ 就有 １０余张 １ ＰＤ） ０ ＃图纸。流 壳牌 干煤 粉气化工艺 于 １ ７ ９２年开始进行 程虽然复杂 ， 但实践证 明装置 的开车 、 停车及运 基 础研究 ，９ ８年投煤量 １０ ｔ １７ ５ ／ｄ的中试装置 行操控均 比 较容易。 在德 国汉 堡建成 并投 人运行 。 １８ 年 投煤量 ９７ （） ２ 控制系统复杂。 煤气化装置 的控制系统 ２０ ４０ ｔ ５ ～ ０ ｄ的工业 示范装 置在 美 国休 士顿投 比较复杂 ，Ｏ点 多达 ３ ０ 多个 ，采用串级 、 ／ Ｉ ／ ００ 前 产。在取得大量实验数据 的基础上， 处理煤量 馈、 日 分程 、 比值调节及顺序控制（ ５ ） １ 个 和逻辑控 ００ｔ ９ ３年 制（０多个 ）通过分散 型控制 系统（ Ｃ ）紧急 ５ ， Ｄ Ｓ、 壳牌煤气化过程是在高温 、加压条件下进 为 ２０ 的单系列大型煤气 化装置 于 １９ 行 的， 煤粉、 氧气及少量蒸汽在加压条件下并流 在荷兰 Ｄ ｍ ｏ ｃ ｅ ｋｌ 电厂建成 ， ｅ 煤气化装置所产煤 停车系统（ Ｓ 、 编程逻辑控制（ Ｌ 实现生 Ｅ Ｄ）可 Ｐ Ｃ） 无论从规模还是复杂 进人气化炉内，在极为短暂的时间 内完成升温 、 气 用于联合循环发 电，经过 ３年多示范运行 于 产过程 的集中监控和管理 ， 挥发分脱除、 裂解 、 燃烧及转化等一系列物理和 １９ ９８年正式交付用户使用 。 生产操作表明 ， 煤气 程度方面在国内化工行业单套装置 中均为少见。 化 学 过程 。 由 于气 化 炉 内温 度很 高 ， 在有 氧存 在 化 工 艺指标 达 到 设 计 目标 ， 行稳 定 。壳 牌干 煤 由于控制系统设置及组态工作完美 ， 运 在已投产的 的条件下 ， 、 碳 挥发分及部分反应产物（ Ｃ 粉气化工艺具有如下特点 。 Ｈ和 Ｏ 壳牌煤 气化项 目生产运 行 中没 有出现 Ｄ Ｓ和 Ｃ 等） 以发生燃烧反应为主， 在氧气消耗殆尽之后 （） １煤种适应性广 。对煤种适应性强 ， 从褐 Ｅ Ｄ Ｓ 控制 的问题 。 发生碳的各种转化反应， 即过程进人到气化反应 煤 、 次烟煤 、 烟煤 到无烟煤 、 石油焦均可使用 ， 也 （ ）设备结构复杂。煤气化关键设备气化 ３ 阶段 ，最终形成以 Ｃ Ｏ和 Ｈ 为主要成分 的煤气 可将 ２ 种煤掺混使用。 对煤 的灰熔点适应范围比 炉、输气管和合成气冷却器在煤气化框架上呈 离开气化炉。 其他气化工艺更宽 ， 即使是较高灰分 、 、 水分 硫含 “ 门字形”连成一体 ， ３台设备共有 ２０多个 管 ０ ２２ 艺 流程 ．工 量 的煤种也能使用。 口， 设备结构和受力情况复杂 ， 对材料要求高 ， 内 目前 ，壳牌煤气化装置从示范装 置到大型 （） ２ 单系列生产能力大 。目前已投人生产运 件组装对外壳接管标高及方位要求极为严格 ， 设 工业化装置均采用废锅流程 ， 激冷流程的壳牌煤 行 的煤气化装 置单 台气化炉投煤量达到 ２ Ｏ ｔ 计 、 ０Ｏｄ ／ 制造、 组装 、 运输和 吊装难度大。 （） ４ 疲劳设备 多。煤气化装置共有 １ ３台疲 气化工艺很快会推向市场。 废锅流程的壳牌煤气 以上 ， 台气化炉投煤量达 ２ ０ ｔ 单 ８ ０／ ｄ的煤气化装 化 工艺 简 略 流程 见 图 １ 。 置也正在建设 中。 劳设备 ， 要采用有限元应力分析法进行疲劳计算 （） ３ 碳转化率高 。由于气化温度高 ， 一般在 与设计 ． 对设备制造也提出了更高的要求。 （） ５ 引进设备和仪表较多。 煤气化关键设备 １０ ～ ６０Ｃ 碳转化率可高达 ９ ％以上。 ４０ １０ｏ， ９ （） ４ 产品气体质量好 。产品气体洁净 ， 煤气 中需要进 口的主要有气化炉 、 输气管、 合成气 冷 中甲烷含量极少 ， 不含重烃 ， Ｏ 体积分数达 却器的内件 ，飞灰过滤器的内件以及点火烧嘴、 Ｃ＋ 到 ９％。 ０ 开工烧嘴 、 煤烧嘴 、 煤流量控制阀 、 煤三通 阀、 煤 （） ５ 气化氧耗低 。与水煤浆气化工艺相 比， 粉流量测量仪表 、 阀、 煤粉 煤灰渣阀、 硬密封仪表 氧耗低 １％～ ５ ， 降低配套空分装置投资和 球 阀、 ５ ２％ 可 锅炉给水循环泵 （ 大流量 ）恒力 吊、 、 激冷气 运行费用。 压缩机等 ， 目前五环公司正进行的项 目中已对 但 （） ６热效率高。 煤气化的冷煤气效率可 以达 其 中部分设备实现国产化。 （ ）布置 结构 复杂 。煤 气化框 架 高超过 ６ 到 ８ ％～ ３ 其余 １％副产高压 或中压蒸汽 ， ０ ８ ％， ５ 总热效率高达 ９ ％。 ８ ９ ｍ， ０ 为钢筋混凝土和钢结构 混合 结构 ， 中安 其 图 １ 壳牌 煤 气化 工 艺 流程 （） ７运转周期长 。气化炉采用水冷壁结构 ， 装设备不仅数量多 ， 且质量大 ， 与框架 的连接形 原料煤 经破碎由运输设施送至磨煤 机 ， 在 牢 固可靠 ， 无耐火砖衬里 。 正常使用维护量小 ， 运 式复杂。采用有限元模型从结构的动力特性、 变 磨煤机 内将原料煤 磨成煤 粉（０ ９ ％＜１ ０ ｍ） ０ 并 行周期长 ， 无需设置备用炉。煤烧嘴设计寿命为 形 、 强度、 建筑结构 、 气化炉及地震对框架的影 响 干燥 ， 煤粉经常压煤粉仓 、 加压煤粉仓及 给料仓 ， ８ Ｏ ｈ 烧嘴的使用寿命长 ， ０Ｏ 。 是气化装置能够长周 等进行 了模拟分析。结构施 工和安装工作量较 由高压氮气或二氧化碳气将煤粉送至气��
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 ４ ％～ ０ ％， ０ １０ 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 、 量小 于 １ ｇｍ 送 后 续 工 序 。 ｍ ／ 酚等， 容易处理 ， 需要时可实现零排放。 ３壳牌煤气化技术应用 的特殊性 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、 降及汽提处理后送 沉 由于壳牌煤气化技术是 目前世界上最先进 污水处理装置进一步处理 。 闪蒸汽及汽提气可作 的煤气化技术 之一 ，又是第 １ 次用于生产合成 为燃 料 或 送 火炬 燃 烧 后放 空 。 气， 而且是首次在 中国使用 ， 可借鉴的经验少 ， 具
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赖 佰柱
壳牌煤 气化 技术及 其工 程 应用
马景春
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摘 要 ： 点介 绍 了 壳牌 煤 气化 技 术 及 其 应 用 的特 殊 性 。 重
关键词 ： 壳牌煤 气化技 术； 特殊性 ； 应用
１煤气化技术概况 煤 的液化技术近 ２ Ｏ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 Ｈ Ｃ 和 Ｏ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 ， ２ 世纪 ７ 年代发展到第二代—— 洁净 在 Ｏ Ｏ 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、 系列 单 生产能力大、 污染少等。具有代表性的第二代洁 净煤气化技术包括 Ｇ 水煤浆气化工艺、 Ｅ 壳牌干 煤粉气化工艺、西 门子 Ｇ Ｐ干煤粉气 化工艺 、 Ｓ ＢＬ Ｇ 煤气化工艺（ 固定床工艺 ， 属 采用小粒煤 ） 。 ２壳牌煤气化技术简介 ２１ ．工艺原理
挑 在 气化 炉 内气 化 产 生 的高 温 熔 渣 ， 自流 进 有 非常 的复 杂性 、 战性 和 特 殊性 。
蒸汽混合后导人煤烧嘴。煤粉 、 氧气及蒸汽在气 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 １ ０ ｏ ５０Ｃ的高温煤气经除尘 冷却后的冷煤气激冷 至 ９ ０Ｃ 右进人合成 气 ０ ｏ左 冷却器 。 经合成气冷却器回收热量后的煤气进人 干式 除尘及湿法洗涤系统 ， 处理后的煤气中含尘