鲁奇炉、shell、德士古、恩德炉、灰熔炉等气化炉工艺性能比较
德士古气化炉仪表
德士古（TEXACO）气化炉与壳牌（SHELL）气化炉仪表安装工程特点分析及对比随着近年来煤化工的不断发展，公司施工的煤化工项目越来越多，而煤化工项目的核心装置气化炉最常用的技术有两种，一种是德士古（TEXACO）技术气化炉、一种是壳牌（SHELL）技术气化炉，为了便于以后大型煤化工气化装置仪表安装工程的施工，现对两种气化炉的仪表安装工程特点进行分析和对比。
1 工艺流程简介德士古（TEXACO）煤气化装置采用水煤浆进料、液态排渣、在气流床中加压气化，水煤浆与纯氧在高温高压下反应生成煤气。
气化炉主要结构是水煤浆单喷下喷式,并采用耐火砖炉壁，大部分是采用水激冷工艺流程，操作压力大多为4MPa、6.5MPa，少数项目也已达到8.7MPa。
壳牌（SHELL）煤气化装置以干煤粉为原料，采用粉煤加压部分氧化的方法转化生产粗合成气（煤气）。
气化炉主要结构是干煤粉多喷嘴上行废锅气化并采用水冷炉壁，冷煤气回炉激冷热煤气，煤气冷却采用废锅流程。
2 各类仪表设备的选用及安装特点2.1 温度仪表的选用及安装特点德士古（TEXACO）气化炉采用耐火砖炉壁，故其炉内温度是通过高温热电偶直接测量，且热电偶的安装位置需在炉内砌砖时预留好。
由于气化炉内温度高达1300多度，故热电偶保护套管必须选用耐高温陶瓷管（易碎、安装时要特别小心），且为了保证高压（炉内压力高达80多MPa）密封，热电偶保护套管（陶瓷）与热电偶法兰（不锈钢）连接需采用特殊瓷环密封技术。
而高温热电偶是散装运输到达现场，故需在现场进行组装，组装时要特别注意组装顺序及组装方式，尤其是特殊高压密封瓷环的安装，如果安装顺序及安装方式错误则很可能导致密封瓷环压碎或压坏，则导致整套高温热电偶报废（其价格相当昂贵）。
另外，由于气化炉外壳与耐火砖的受热后膨胀系数不同发生相互剪切，很容易损坏热电偶，尤其是气化炉烘炉和气化炉预热升温期间，更容易损毁热电偶。
因气化炉烘炉和预热升温期间还没有进料，炉膛内是微负压，故可进行热电偶的更换，但高温下热电偶套管（陶瓷）已与炉壁耐火砖粘到一起，更换前需准备特殊钻类工具才能将损坏的热电偶彻底除去。
德士古与壳牌两种煤气化技术的比较
煤粉
N2
煤处理系统
进料系统
废
氧气 空分
气 化 炉
热 锅 炉
灰渣 脱硫净化 湿除尘 干除尘
净合成气 硫回收 水处理 飞灰系统
硫磺
图2 壳牌煤气化工艺流程
2. 2 两种气化工艺的主要区别 a) 进料方式不同。德士古煤气化工艺为水
煤浆进料, 壳牌煤气化工艺为干粉进料, 可见 两种气化工艺中的原料煤制备工艺完全不同, 其主要区别为: 德士古气化工艺的输煤方式为 泵送, 原料煤粒度在 10m m 以下, 原料煤入炉 状态为浓度 65% ～70% 的水煤浆; 壳牌煤气化 工艺的输煤方式为氮气输送, 原料煤粒度为小 于 0. 0154mm 的占 95% 以上, 入炉状态为干煤 粉。
表 1 两种气化工艺指标比较
项目
德士古工艺 壳牌工艺
CO
45. 03 26. 94
气体组 成, 体 积分数,
%
H2 CO 2 C H4 N2 O2
St 碳转化率, %
冷煤气效率, %
36. 63 17. 69 0. 09 0. 41 0. 03 0. 12 94. 55 74. 18
古煤气化工艺的开发至今已有 50 多 年的历史, 主要用于水煤浆气化技术。
1978 年在前西德奥伯豪森的鲁尔化学厂 内建设一台德士古示范炉, 规模为 150t / d, 气 化压力 4. 0M Pa, 采用的是废热锅炉流程。1983 年建设并投运一套田纳西伊斯曼 ( T EC) 煤 气 化工程, 规模为 820t / d, 操作压力 6. 5M P a, 采 用激冷流程, 用于等压合成甲醇 500t / d, 醋酐
1999 年第 1 期
煤炭加工与综合 利用
N o . 1, 1999
国内外煤气化技术概述
国内外煤气化技术概述煤气化技术的研发已有200多年的历史，根据气化炉所使用的煤颗粒大小和颗粒在气化炉内的流动状态，气化炉总体上分为三类，即以鲁奇为代表的固定床气化炉、以U—Gas、灰熔聚为代表的流化床气化炉和以德士古、壳牌为代表的气流床气化炉。
1．1 鲁奇固定床气化技术鲁奇固定床气化技术产生于20世纪40年代，由鲁奇公司开发。
鲁奇炉以8～50mm粒度、活性好、不黏结的无烟煤、烟煤或褐煤为原料，煤从气化炉的项部加入，而气化剂从炉子的下部供入，因而气固间为逆向流动，随着反应的进行，煤在气化炉内缓慢移动。
鲁奇固定床气化的压力可达3．0MPa，气化温度为900～1050℃，单炉投煤量一般为1000ffd(最大可达1920ffd)，采用固态排渣方式。
典型的鲁奇固定床气化炉对燃料的要求比较高，尤其不宜使用焦结性煤。
由于气化温度较低，产生的煤气中不可避免的含有大量的沥青、焦油，因此需要对粗煤气进行分离净化。
为简化复杂的粗煤气净化流程，提高气化效率，英国煤气公司在固作态排渣鲁奇炉的基础上，进一步提高了气化温度，以强化气化过程，发展成液态排渣鲁奇炉⋯。
鲁奇气化炉起初主要用于生产城市煤气，后发展到生产合成油、氨、甲醇等，以及燃气。
我国云南解化集团等许多单位采用该技术用于合成氨。
由于鲁奇气化炉生产合成气时，气体成分中甲烷含量高(8～10％)，且含焦油、酚等物质，气化炉后需要设置废水处理及回收、甲烷分离转化装置，用于生产合成气生产流程长、投资大，因此单纯生产合成气较少采用鲁奇气化炉。
1．2 GSP气流床气化技术GSP工艺技术由前民主德国的德意志燃料研究所开发，始于20世纪70年代末。
GSP气化炉由烧嘴、冷壁气化室和激冷室组成。
烧嘴为内冷多通道的多用途烧嘴，冷却水分别在物料的内中、中外层之间和外层之外，冷却方式比较均匀，可以使烧嘴温度保持在较低水平。
固体气化原料被碾磨为不大于0．5mm的粒度后，经过干燥，通过浓相气流输入系统送至烧嘴。
3组主要气化工艺及8种典型气化炉图文详解
组主要气化工艺及种典型气化炉图文详解中国耐火材料网一、气化简介气化是指含碳固体或液体物质向主要成分为和的气体的转换。
所产生的气体可用作燃料或作为生产诸如或甲醇类产品的化学原料。
气化的限定化学特性是使给料部分氧化；在燃烧中，给料完全氧化，而在热解中，给料在缺少的情况下经过热降解。
气化的氧化剂是或空气和，一般为蒸汽。
蒸汽有助于作为一种温度调节剂作用；因为蒸汽与给料中的碳的反应是吸热反应（即吸收热）。
空气或纯的选择依几个因素而定，如给料的反应性、所产生的气体用途和气化炉的类型。
气化最初的主要应用是将煤转化成燃料气，用于民用照明和供暖。
虽然在中国（及东欧）气化仍有上述用途，但在大多数地区，由于可利用天然气，这种应用已逐渐消亡。
最近几十年中，气化主要用于石化工业，将各种碳氢化合物流转换成"合成气"，如为制造甲醇，为生产提供或为石油流氢化脱硫或氢化裂解提供。
另外，气化更为专门的用途还包括煤转换为合成汽车燃料（在南非应用）和生产代用天然气（）（至今未有商业化应用，但在年代末和年代初已受到重视）。
二、气化工艺的种类有多种不同的气化工艺。
这些工艺在某些方面差别很大，例如，技术设计、规模、参考经验和燃料处理。
最实用的分类方法是按流动方式分，即按燃料和氧化剂经气化炉的流动方式分类。
正像传统固体燃料锅炉可以划分成三种基本类型（称为粉煤燃烧、流化床和层燃），气化炉分为三组：气流床、流化床和移动床（有时被误称为固动床）。
流化床气化炉完全类似于流化床燃烧器；气流床气化炉的原理与粉煤燃烧类似，而移动床气化炉与层燃类似。
每种类型的特性比较见表。
* 如果在气化炉容器内有淬冷段，则温度将较低。
.气流床气化炉在一台气流床气化炉内，粉煤或雾化油流与氧化剂（典型的氧化剂是氧）一起汇流。
气流床气化炉的主要特性是其温度非常高，且均匀（一般高于℃），气化炉内的燃料滞留时间非常短。
由于这一原因，给进气化炉的固体必须被细分并均化，就是说气流床气化炉不适于用生物质或废物等类原料，这类原料不易粉化。
德士古和谢尔渣油气化工艺设计与应用比较
德士古和谢尔渣油气化工艺设计与应用比较齐亚平(内蒙古天野化工(集团)有限责任公司，内蒙古呼和浩特，010070) 2005-03-16德士古和谢尔气化工艺，都是采用部分氧化法制取有效气(CO＋H2)生产合成氨。
20世纪70年代后期我国引进了3套(镇海、乌鲁木齐、银川)德士古渣油气化激冷流程装置。
20世纪90年代初引进了3套谢尔渣油气化废锅流程装置。
现从设计和应用两方面进行比较，对两者更好地理解，以便在实践中更好地应用。
1 总体比较(见表1)从表1可看出，谢尔气化消耗比较低，每吨氨低62.6kg渣油，有效气成分多4.16％，操作压力低2.9MPa。
总体看谢尔气化比德士古气化能耗要低。
2 主要特点2.1 德士古气化工艺特点德士古气化压力比较高为8.7MPa。
操作压力高，气体体积就小，这不但有利于下游工序变换、甲醇洗和液氮洗的工艺操作，而且可以使系统设备与管道尺寸小，冷热损失少。
特别是换热器面积可大大降低，既节省投资又节约能源，提高效率。
一般设计2台气化炉，单台炉负荷设计能力为700t／d，2台气化炉并列运行。
目前有采用3台气化炉的，平时两开一备，这样可以交替检修，延长系统运转时间，减少检修次数。
3台高压柱塞泵，平时2台运行，备用一台，备用泵可以向2台气化炉供油。
2台高压液氧泵，平时2台同时运行，在一台液氧泵故障时，另一台可在几秒内将负荷由50％增加到100％，确保气化炉用氧。
烧嘴为双套管喷嘴，中心管走氧气，套管内走渣油和蒸汽的混合物；喷嘴头部有冷却水夹套。
气化炉下部使用激冷环。
2.2 谢尔气化工艺特点谢尔气化炉一般设计2台并列运行，气化炉炉膛容积大，燃烧温度低，使用寿命长，耐火衬里寿命长。
也采用三联柱塞泵供渣油和柱塞泵供液氧，但压力要低的多。
使用共环式烧嘴，最外面有屏蔽蒸汽环隙，屏蔽蒸汽用来保护烧嘴免受返流蒸汽和炉壁辐射的伤害；最外层设有冷却水夹套，冷却水压力比炉膛内压力高，这样可以防止烧嘴前端烧穿时炉内可燃气冲出气化炉。
SHELL煤气化工艺与TEXACO水煤浆气化工艺的比较
SHELL煤气化工艺与TEXACO水煤浆气化工艺的比较shell煤气化工艺与texaco水煤浆气化工艺，是当前先而又成熟的两种煤气化技术，已成功地在工业规模上应用多年。
现将两种气化工艺对比分析如下：（1）原料适应性shell煤气化是洁净的煤气化工艺，可以使用褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤等煤种以及石油焦为原料，也可使用两种煤掺合的混煤。
猿晒φ亟高灰分（5.7～24.5%，最高35%）、高水分（4.5～30.7%）和高硫分的劣质煤种行气化。
对于原料煤和燃料煤价差较大地区有可能使其两者合一，既简化贮运系统可又降低生产成本。
对shell煤粉气化工艺，煤种选择已经不是气化技术的制约因素，而是经济因素。
可见该工艺在煤种选择上极具灵活性。
德士古水煤浆气化工艺也可使用多种煤，如烟煤、次烟煤、石油焦和煤液化残渣，因此对原料适应性广。
然而，在选择煤种时应考虑以下两点：1。
为满足制备高浓度水煤浆的需要，应选择含水量特别是内部含水量较低的煤种；2.应选择低灰熔点和适当灰粘度的煤。
灰熔点ft（T3）应低于1300℃，以控制合适的气化温度，延长炉内耐火砖的使用寿命，降低消耗和成本。
（2）入炉煤的准备原煤通常与粉末和颗粒混合，需要进行筛选、研磨和粉碎，以达到一定的粒度，以满足运输和气化操作的要求。
在shell煤气化工艺中，将煤研磨至气化合适粒度的同时，用惰性气体的热风行干燥。
出磨机时煤粉的粒度90%wt<100μ，对本项目煤种，煤粉含水量控制在5%（wt）左右，以满足气相输送干粉料的要求。
在德士古水煤浆气化工艺中，通常采用一段湿磨工艺。
煤粉小于10mm，同时向磨煤机中加入水和添加剂，筛分后制备高浓度水煤浆。
制浆要求煤粉的“粗”和“细”颗粒比例合理：一般420μ煤粉占90~95%，通过44μ25~35%为宜。
在磨矿作业中加入稳定剂后，煤浆浓度可提高1～2%，煤浆浓度可达到60～67%的工业应用水平。
由于德士古水煤浆气化技术对煤浆浓度的要求，其在高内水煤中的应用受到限制，而壳牌煤气化技术则没有这方面的缺点。
德士古煤气化和壳牌煤气化工艺生产甲醇的综合技术经济比较
德士古煤气化和壳牌煤气化工艺生产甲醇的综合技术经济比较胡四斌(五环科技股份有限公司，湖北武汉430223) 2007-11-01进入21世纪以后，国际原油价格大幅攀升，而我国的资源分布情况又属缺油少气，基于此，国内开始大力发展煤化工，尤其是以煤为原料生产甲醇及其下游产品。
近十年来，煤气化技术取得了飞速的发展，成功开发了煤种适应性广、气化压力高、生产能力大、气化效率高、污染低的新一代煤气化工艺，主要有德士古(Texaco)水煤浆煤气化工艺和壳牌(Shell)干粉煤气化工艺。
2006年，五环科技股份有限公司根据某业主的要求为其醋酸装置提供甲醇及CO项目的工程技术咨询。
工程技术咨询的内容为：采用不同煤种分别运用德士古水煤浆气化工艺和壳牌干粉煤气化工艺生产甲醇及联产CO，从工艺方案、单元配置、装置投资、消耗以及公共工程能力和建设周期等方面对2种气化工艺进行了综合技术经济比较。
工程技术咨询结论为：采用不同的煤气化工艺生产甲醇及其下游产品，其工艺路线、公用工程配置、项目投资、产品成本以及工厂的经济效益是各不相同的。
笔者对此进行简要论述。
1 德士古煤气化工艺生产甲醇及CO1.1 基本要求(1)原料煤和燃料煤原料煤采用神华煤，燃料煤采用义马煤。
煤质典型组分见表1和表2。
(2)装置能力根据2台φ3.2 mm气化炉在压力6.5 MPa下的产气能力，气化装置总有效气(CO+H2)为180000m3／h，由此可确定工厂产品能力为：精甲醇54 ×104t／a(67.43 t／h)；一氧化碳34.5×104t ／a(34 500 m3／h)。
(3)外供蒸汽要求为醋酸装置提供的蒸汽品质为1.8 MPa，340℃，100t／h。
1.2 工艺技术1.2.1 工艺流程和物料平衡工艺方框流程见图1，物料平衡见表3。
1.2.2 工艺技术方案和装置能力配置(1)煤气化装置煤气化采用GE公司水煤浆激冷流程，气化压力为6.5 MPa压力，主要工艺过程包括水煤浆制备、水煤浆气化、灰水处理等。
Texaco、Shell、GSP三种气化技术对比
• 即选用GSP煤气化技术！
各性能对比见下表：
五、主要工艺指标对比
• 经过以上学习和对比，我组认为：
• 德士古技术是单喷嘴，进料流向不均匀， 煤炭浪费较多。 • shell必须用干粉煤，且煤气中焦油及酚含 量高，污水处理复杂，难以大规模推广. • GSP没有工业化经验，因而没有竞争力，而 相同煤化工规模投资额度比较：Shell>德士 古
3、GSP气化反应原理
GSP 连续气化炉是在高温加压条件下进行的，属 气流床反应器，几根煤粉输送管均布进入最外环隙， 并在通道内盘旋，使煤粉旋转喷出给煤管线末端与喷 嘴顶端相切，在喷嘴外形成一个相当均匀的煤粉层， 与气化介质混合后在气化室中进行气化，反应完后最 终形成以 CO、H2为主的煤气进入激冷室。 以上 3 种气化炉其反应原理基本相同，其反应均 为不完全氧化还原反应生成粗合成气；不同之处是 前者采用的是水煤浆气化，而后两者采用干煤粉气 化。
3、GSP气化炉工艺流程
将预处理好的原料煤在磨煤机内磨碎到适于气化的粒度（对不同煤种有不 同的要求）并进行干燥用输气（N2 或CO2）从加料斗中将干煤粉送到气化 炉的组合喷嘴中。 加压干煤粉，氧气及少量蒸汽通过组合喷嘴进入到气化炉中。气化炉的操 作压力为2.5~4.0MP，根据煤粉的灰熔特性，气化操作温度控制在 1350~1750 ℃。高温气体与液态渣一起离开气化室向下流动直接进入激冷 室，被喷射的高压激冷水冷却，液态渣在激冷室底部水浴中成为颗粒状，定 期的从排渣锁斗中排入渣池，并通过捞渣机装车运出。从激冷室出来的达到 饱和的粗合成气经两级文氏管洗涤后，使含尘量达到要求后送出界区。 激冷室和文氏管排出的黑水经减压后送入两级闪蒸罐去除黑பைடு நூலகம்中的气体成 分，闪蒸罐内的黑水则送入沉降槽，加入少量絮凝剂以加速灰水中细渣的絮 凝沉降。沉降槽下部沉降物经过滤机滤出并压制成渣饼装车外送。沉降槽上 部的灰水与滤液一起送回激冷室作激冷水使用，为控制回水中的总盐含量， 需将少量污水送界区外的全厂污水处理系统。
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φ内＝4600
(投煤2300t/d)
H＝31640
φ内＝3500
H＝17000
耐火砖或水冷壁寿命/a
1
20
20
喷嘴寿命
60d
1a～1.5a
10a前端部分1a
60万t/a甲醇
气化炉台数
4＋1
1(φ内约为5000mm)
2
冷激室或废锅尺寸/mm
2794
2500
冷激室φ内=3500
除尘冷却方式
洗涤
干式过滤、洗涤
分离＋洗涤
出变换温度/℃
2Hale Waihona Puke 040220建筑物
(不包括变换)
装置占地：9100m2
高约55m(气化部分)
装置占地：9000m2
高约85m～90m(气化部分)
装置占地：9000m2
高约55m(气化部分)
几种常见煤气化炉的工艺性能比较
德士古、壳牌、GSP气化炉具体参数比较
名称
Texaco
Shell
GSP
原料要求
(1)烟煤、无烟煤、油渣；(2)粒经40%～45%<200目；(3)水煤浆质量分数>60%；(4)灰熔融性温度<1350℃；(5)灰份<15%
(1)褐煤-无烟煤全部煤种；(2)粒经90%<100目含水2%干粉煤(褐煤8%)；(3)灰熔融性温度<1500℃；(4)灰份8%～20%
干煤粉供料，下部多喷嘴对喷。承压外壳内有水冷壁，废锅流程，充分回收废热产蒸汽。材质碳钢、合金钢、不锈钢。
干粉煤供料，顶部单喷嘴。承压外壳内有水冷壁，激冷流程。由水冷壁回收少量蒸汽，除喷嘴外材质全为碳钢。
投煤2000t/d
单台气化炉尺寸/mm
φ内＝4500
标准炉：φ外＝2794和
φ外＝3175(投煤800t/d)
(1)褐煤-无烟煤全部煤种、石油焦、油渣、生物质；(2)粒经250μm～500μm含水2%干粉煤(褐煤8%)；(3)灰熔融性温度<1500℃；(4)灰份1%～20%
气化温度/℃
1450～1600
1450～1600
1450～1600
气化压力/MPa
4.0～8.0
4.0
4.0
气化炉特点
水煤浆供料，顶部单喷嘴。热壁Al2O3-Cr2O3-ZrO2耐火衬里，冷激流程(用于IGCC时有废锅流程)，除喷嘴外全为碳钢