河南龙宇煤化工有限公司培训教材
煤气化装置技术
气化工区编写
编写：李耀刚李斌马永桓武大勇
李圣君党运峰张建设邵春林
主编：李耀刚
审核：闫军
审定：王世太
批准：裴兴社
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序言
永城煤电（集团）有限责任公司，1989年开工建设，是以煤炭为依托，集煤、电、运为一体，煤化工、矿建安装、机械加工、商贸、宾馆等多业并举的大型现代化企业集团。是全国六大无烟煤生产基地之一。
河南龙宇煤化工有限公司是永煤集团控股的子公司。龙宇煤化工从2004年开始建设，是利用当地优厚的煤炭资源，按照循环经济理念设计、开发的企业。一期工程是年产50万吨甲醇项目。该项目概算投资21.54亿元，建成后，每年可实现销售收入10亿元，实现利润3亿元。采用的煤气化工艺是世界最先进的壳牌粉煤加压气化工艺，单系列生产能力居世界前列。气体净化、甲醇合成精馏、空气分离及公用工程部分，全部采用国内外先进技术。产品甲醇的单位能耗在国内煤制甲醇装置中具领先地位。
针对新企业、新装置、新员工的特点, 我们安排工区编写了《培训资料》，侧重于生产原理和设备的介绍，旨在引导员工认真学习新装置生产技术，起到抛砖引玉的作用。所以，在培训过程中，还应与PID图、设备图、操作规程及专业教材配套学习加以提高。在此，向参与编写的工程技术人员表示衷心感谢。
由于编写时间处于技术设计和设备订货阶段，可供参考的资料匮乏，且非终板资料，所以该《培训资料》可能存在缺陷与错误，肯请业内人士批评指正。
我们热切希望参与本套甲醇装置的开车人员，一定要把生产原理弄明白，把工艺流程、设备构造、技术参数、操作程序及要点搞清楚，以期达到一次开车成功的目的。这就是编写
《培训资料》的初衷！
生产准备部
二零零六年二月六日
前言
随着龙宇煤化工50万吨甲醇项目建设进度的不断加快，为气化工区化工装置试车和生产运行进行人员培训所需资料的准备已显得日益紧迫。为了搞好这项工作，现根据气化工区的实际情况，特编制气化工区员工培训材料，以供培训学习使用。
本资料的编制主要依据荷兰壳牌公司提供的初步设计资料、并参考了国内相应设备设计单位及设备生产厂家的技术资料。
本资料主要内容有：气化工区化工装置的总体构成、设备概况、工艺原理、技术特点、工艺流程、主要工艺参数、各装置之间的流程关系以及安全、环保等。
本资料可作为气化工区操作员工的培训材料，也可作为本工区化工装置正常生产运行的操作参考资料。希望本资料能为相关人员学习壳牌煤气化技术提供应有的帮助，为将来掌握气化工区各个装置的操作规程、确保一次性试车成
功、搞好生产运行打下必要的基础。
其中遗漏、不足和不当之处，请予以批评指正为谢。
气化工区
2006年01月18日
目录
第一章煤气化装置概况
第一节壳牌煤气化工艺简介.............................................................................第二节工艺流程方框图....................................................................................第三节生产工段设置........................................................................................第四节设备概况................................................................................ ....... .......第五节产品生产能力、原材料消耗及公用工程消耗....................................第六节原材料、产品规格及物理化学特性介绍.............................................第二章磨煤与干燥系统
第一节磨煤和干燥装置的目的和作用..............................................................第二节工艺介绍................................................................................ ..................第三节主要设备介绍............................................................................................第三章粉煤加压及输送系统
第一节煤加压及输送的目的和作用.....................................................................第二节工艺介绍................................................................................ ........... ..........第三节主要设备介绍.............................................................................................
第四章气化系统和水、汽系统
第一节气化系统和水、汽系统的目的和作用...................................................第二节工艺介绍................................................................................ ........................第三节主要设备介绍..................................................................................................第五章渣水处理系统
第一节除渣系统的目的和作用............................................................................第二节工艺介绍................................................................................ .................
第三节主要设备介绍.............................................................................................
第六章干法除灰系统
第一节干法除灰系统目的和作用..........................................................................第二节工艺介绍......................................................................................................第三节主要设备介绍................................................................................ ...............第七章湿洗系统
第一节湿洗系统的目的和作用................................................................................第二节工艺介绍..........................................................................................................第三节主要设备介绍..................................................................................................第八章初步水处理系统
第一节初步水处理系统的目的和作用....................................................................第二节工艺介绍................................................................................ ..........................
第三节主要设备介绍................................................................................ .................第九章气化公用工程系统
第一节气化公用工程系统的目的和作用..............................................................第二节各系统工艺及设备介绍................................................................................附录：各工段工艺流程图
各工段物料平衡数据表
第一章煤气化装置概况
第一节壳牌煤气化工艺简介
一、工艺原理：
壳牌气化技术采用干煤粉进料、气流床加压气化、液态排渣的形式，其主要反应式如下：
C＋O2 = CO2 △H=－393百万焦耳/千摩尔碳
C＋CO2 = 2CO △H=173 百万焦耳/千摩尔碳
C＋H2O=CO＋H2 △H=131百万焦耳/千摩尔碳
C＋2H2 = CH4 △H=－75 百万焦耳/千摩尔碳
CO＋H2O=CO2＋H2 △H=－41 百万焦耳/千摩尔碳
CH4＋H2O=CO＋3H2 △H=211 百万焦耳/千摩尔碳
二、工艺特点：
1．采用加压氮气或二氧化碳气体输送干煤粉，煤种适应性广，对煤的灰熔点适应范围比Texaco水煤浆气化技术更宽。
2．气化温度约1400～1600℃，碳转化率高达99%以上，产品气体洁净，不含重烃，甲烷含量极低，煤气中有效气体（CO+H2）达到90%左右。
3．氧耗低，与水煤浆气化相比，氧耗低15～25%，因而配套之空分装置投资可减少。
4．单炉生产能力大，日处理煤量可达2000吨以上。
5．冷煤气效率可达到78～83%。
6．气化炉采用水冷壁结构，无耐火砖衬里，维护量较少，气化炉内无传动部件，运转周期长，无需备用炉。
7．气化炉烧嘴及控制系统安全可靠。Shell公司气化烧嘴设计寿命为8000小时。
8．炉渣可用作水泥渗合剂或道路建造材料。气化炉高温排出的熔渣经激冷后成玻璃状颗粒，性质稳定，对环境几乎没有影响。气化污水中含氰化物少，容易处理。
第二节工艺流程方框图
第三节 生产工段设置
本装置可分为以下8个工段：
1. 磨煤与干燥系统
2. 粉煤加压及输送系统
3. 气化系统和水、汽系统
4. 渣水处理系统
5. 干法除灰系统
6. 湿洗系统
7. 初步水处理系统
8. 气化公用工程部分
第四节 设备概况
本装置主要设备如下表所示：
低压蒸汽
第五节产品生产能力、原材料消耗及公用工程消耗一、主要产品的工艺参数：
二、主要原料的工艺参数：
三、公用工程消耗
第六节原材料、产品规格及物理化学特性介绍一、煤的物化特性：
二、主要气体的物化特性：
三、粗合成气组份：
第二章磨煤与干燥系统第一节磨煤和干燥装置的目的和作用
磨煤和干燥装置的目的和作用是将≤13mm以下的碎煤在磨机中研磨成一定粒度的粉煤并得到干燥，通过布袋收集器进行收集。
第二节工艺介绍
一、工艺原理
本工段设计时考虑两方面因素：一是安全操作和干燥的存储，要在惰性环境下（对于煤粉来说氧含量小于8%）；二是要最小的能量损失，所以使用循环气进行固体输送和干燥。
在磨煤机中煤和石灰石在惰气环境和微负压条件下被碾磨和干燥。干燥的热量是由燃料气或柴油在热风炉中燃烧产生的热工艺气提供的。惰气流量进入磨机温度在140～300℃之间，离开磨机的温度是100～110℃。
惰气输送被碾磨后的煤粉到旋转分离器，在这里粗糙的大的颗粒重新返回到磨机中。煤粉的粒度是由循环气流量、液压辊子的压力（通常是不变的）和可变速的旋转分离器控制。原料中比较硬的煤块、矸石被送到废物箱中并排出界区。工艺气和煤粉的分离在一个袋式过滤器中完成的。在分离的气体中固体浓度小于10 mg/Nm3。过滤后的大部分气体被循环来维持气体的惰性（低氧含量），多余的气体被排出（带走水分）。煤粉随后从袋式收集器中被送到煤加压及给料系统。
二、工艺流程简述
石灰石通过外部输送进入到石灰石贮仓V1102A/B中存储，通过称重给料机X1106A/B分别进入磨煤机A1101A/B中；在此与从碎煤贮仓V1101A/B经过称重给煤机X1101A/B送来的碎煤（含回收的滤饼）混合碾磨。
在原料分别进入石灰石贮仓V1102A/B、碎煤贮仓V1101A/B时产生的粉尘通过石灰石贮仓排风机K1107A/B、碎煤贮仓排风机K1104A/B的抽吸，送到石灰石贮仓排风机过滤器S1104A/B、碎煤贮仓排风机过滤器S1101A/B，过滤后的气体通过排放烟囱送入大气。
石灰石和碎煤在碾磨的同时，被从惰性气体发生器F1101A/B送来的热烟气干燥，碾磨成细粉的碎煤经过热风干燥后，随着热风一起被送出磨煤机。在磨煤机的上部经过旋转分离器S1102A/B旋转分离，合格煤粉随热风一起进入煤粉袋式收集器S1103A/B进行煤/气分离，不合格的大颗粒煤粉重新返回到磨煤机A1101A/B中继续碾磨。在磨煤机下部，未被碾磨的石块、木块等从磨机的排矸孔排出。
进入S1103A/B的煤/气混合物，固体浓度为460g/Nm3,由于风速突降，约有70%的煤粉自然沉降落入收集器底部收料斗，经过折流板后，剩余的30%的煤粉中有约60%会再次沉降下来，实际上只有约12%的煤粉进入煤粉袋式收集器过滤。经过过滤后的热风中固体含量低于10mg/Nm3，被循环风机K1102A/B抽出，80%循环使用，为了移走气体中的水份，20%排放到大气中。循环的热风进入惰性气体发生器F1101A/B前，与稀释风机K1105A/B补充的部分新鲜气一起经混合后，分别进入到惰性气体发生器F1101A/B的燃烧室和混合室。
惰性气体发生器F1101A/B的燃料气在正常情况下用甲醇工段来的驰放气，有时也用精制合成气和柴油，燃烧空气风机K1101A/B送入燃烧空气，热烟气在进入磨煤机之前，被循环热风降温到300℃以下，其温度调节由磨煤机出口烟气温度调整。为了保证整个磨煤干燥系统的安全性，整个烟气循环回路
要控制其氧气含量不能超过8%，回路配有氮气补充管线和氧含量在线分析仪。为了保证设备的稳定运行和环境卫生，磨机还配备密封空气风机K1103A/B，对磨机的轴承等部位进行气封。
煤粉袋式收集器S1103A/B采用长袋高效低压脉冲方式进行煤粉收集。当运行一定时间后，滤袋内外压差增大，反吹程序会自动运行进行清灰（也可以采取定时喷吹），反吹气源为低压氮气。
在S1103A/B底部被收集的煤粉，通过螺旋给料机X1102A/B、旋转给料机X1103A/B的输送，最终全部进入煤粉贮仓V1201A/B中待用。根据框架结构，可能还会用到螺旋给料机X1105A/B、X1107A/B等辅助设备。但不论怎样，所有的输送都是在氮气的保护下进行的，以避免出现煤的自燃和爆炸现象发生。
三、工艺特点
磨煤和干燥系统包括两条同等的55%工艺线。正常情况下这两条线连续运行。
1.通过磨机液压装置，旋转分离器转速以及循环风量将粉煤的合格粒度控制在10μm-90μm,合格率控制在90%以上。
2.通过热风炉提供的热量，粉煤表面的水分含量控制在2%以下。
3.循环气中氧含量低于8%以下，以防止煤粉爆炸。
4.布袋除尘器控制的煤粉固体浓度小于10mg/Nm3,以减少排放气对空气污染，80%的惰性气体维持循环。
四、正常工艺状况的物料表
主流煤气化技术及市场情况系列展示（之五） 壳牌煤气化技术 技术拥有单位：壳牌全球解决方案国际私有有限公司 壳牌是世界知名的国际能源公司之一。壳牌煤气化技术可以处理石油焦、无烟煤、烟煤、褐煤和生物质。气化炉的操作压力一般在，气化温度一般在1400～1700摄氏度。在此温度压力下，碳转化率一般会超过99%，冷煤气效率一般在80～83%。对于废热回收流程，合成气的大部分显热可由合成气冷却器回收用来生产高压或中压蒸汽；如配合采用低水气比催化剂的变化工艺，在变换单元消耗少量蒸汽即可保证变换深度要求，剩余大量蒸汽可送入全厂蒸汽管网，获得可观的经济效益。 目前，壳牌全球解决方案国际私有有限公司负责壳牌气化技术的技术许可，工艺设计以及技术支持。2007年壳牌成立了北京煤气化技术中心，2012年初，壳牌更是将其全球气化业务总部也从荷兰移师中国，这充分体现了壳牌对中国现代煤化工蓬勃发展的重视，同时壳牌也能更好地利用其全球气化技术能力，贴近市场，为中国客户提供更加快捷周到的技术支持。目前，在北京的壳牌煤气化技术团队可提供从研发、工程设计、培训、现场技术支持以及生产操作和管理的全方位技术支持和服务。 一、整体配套工艺 根据不同的煤质特性以及用户企业的不同生产需求和规划，壳牌开发了下面3种不同炉型： 壳牌废锅流程是当前工业应用经验最丰富的干粉气化技术。它的效率和工艺指标的先进性已经得到了验证和认可，而且在线率也在不断创造新的世界纪录，大部分客户已实现满负荷、长周期、安全、稳定运转。如果业主比较关注热效率,全厂能效和环保效益的话，采用壳牌废锅流程并配合已成功应用的低水气比变换技术应该是最合适稳妥的方案。 壳牌上行水激冷流程特别适合处理有积垢倾向的煤种；适合大型项目，此外投资低，可靠性高。对于比较关注在线率和低投资的业主，采用壳牌上行水激冷流程应该是最合适稳妥的方案。
四种煤气化技术及其应用 李琼玖,钟贻烈,廖宗富,漆长席,周述志,赵月兴 (成都益盛环境工程科技公司,四川成都610012) 摘要:介绍了4种煤气化工艺技术,包括壳牌工艺、德士古水煤浆气化工艺、恩德工艺、灰熔聚流化床气化工艺,对其技术特点、工艺流程、主要设备及应用实例进行了详细阐述,并对4种工艺进行了对比。 关键词:煤气化;壳牌工艺;德士古;恩德工艺;灰熔聚工艺;煤气炉 中图分类号:TQ546文献标识码:A文章编号:1003-3467(2008)03-0004-04 Four Coal Gasification Technologi es and Their Applicati on L I Q iong-ji u,ZHONG Y i-lie,LIAO Zong-fu, QI Chang-xi,ZHOU Shu-zhi,ZHAO Yue-xing (Chengdu Y i s heng Envir on m ent Eng i n eering Techo logy C o.Ltd,Chengdu610012,China) Abst ract:Four coal gasificati o n technologies,inc l u d i n g Shell techno logy,Texaco coa l-w ater sl u rry gasif-i cati o n,Enticknap pr ocess,ash agg l o m erati o n fl u i d ized bed gasification technology are intr oduced,and the technical features,technolog ical process,m ai n equipm ent and app lication exa m p le o f the four techno l o g i e s are descri b ed in detai.l K ey w ords:coal gasification;She ll techno logy;Texaco;Enticknap process;ash agglo m erati o n tech-nology;gas stove 1壳牌粉煤气化制取甲醇合成气 1.1壳牌工艺技术的特点 壳牌煤气化过程(SCGP工艺)是在高温加压下进行的,是目前世界上最为先进的第FG代煤气化工艺之一。按进料方式,壳牌煤气化属气流床气化,煤粉、氧气及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。一般认为,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、CO等)以发生燃烧反应为主;在氧气消耗殆尽之后发生碳的各种转化反应,过程进入到气化反应阶段,最终形成以CO、H2为主要成分的煤气离开气化炉。 壳牌粉煤气化的技术特点:1干煤粉进料,加压氮气输送,连续性好,气化操作稳定。气化温度高,煤种适应性广,从无烟煤、烟煤、褐煤到石油焦均可气化,对煤的活性几乎没有要求,对煤的灰熔点范围比其它气化工艺更宽。对于高灰分、高水分、含硫量高的煤种同样适应。o气化温度约1400~1700e,碳转化率高达99%以上,产品气体相对洁净,不含重烃,甲烷含量极低,煤气中有效气体(CO+H2)高达90%以上。?氧耗低,与水煤浆气化相比,氧气消耗低,因而与之配套的空分装置投资可减少。?单炉生产能力大,目前已投入运转的单炉气化压力为3MPa,日处理煤量已达2000t。?气化炉采用水冷壁结构,无耐火砖衬里,维护量少,气化炉内无转动部件,运转周期长,无需备炉。?热效率高,煤中约83%的热能转化在合成气中,约15%的热能被回收为高压或中压蒸汽,总的热效率为98%左右。?气化炉高温排出的熔渣经激冷后成玻璃状颗粒,性质稳定,对环境几乎没有影响。气化污水中含氰化合物少,容易处理,必要时可做到零排放,对环境保护十分有利。à壳牌公司专利气化烧嘴可根据需要选择,气化压力2.5~4.0M Pa,设计保证寿命为8000h,荷兰De m ko lec电厂使用的烧嘴在近4年 收稿日期:2007-10-13 作者简介:李琼玖(1930-),男,教授级高级工程师、研究员,长期从事化工设计、建设、生产工程技术工作,主编5合成氨与碳一化学6、5醇醚燃料与化工产品链工程技术6专著,发表论文百余篇,电话:(028)86782889。
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，在有氧条件下，碳、挥发分及部分反应产物（H2和CO 等）以发生燃烧反应为主，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。 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。 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副产高压、中压饱和蒸汽或过热蒸汽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1 mg/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。 技术特点 （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2000 t/d 以上。
几种煤气化技术介绍 煤气化技术发展迅猛，种类很多，目前在国内应用的主要有：传统的固定床间歇式煤气化、德士古水煤浆气化、多元料浆加压气化、四喷嘴对置式水煤浆气化、壳牌粉煤气化、GSP气化、航天炉煤气化、灰熔聚流化床煤气化、恩德炉煤气化等等，下别分别加以介绍。 一 Texaco水煤浆加压气化技术 德士古水煤浆加压气化技术1983年投入商业运行后，发展迅速，目前在山东鲁南、上海三联供、安徽淮南、山西渭河等厂家共计13台设备成功运行，在合成氨和甲醇领域有成功的使用经验。 Texaco水煤浆气化过程包括煤浆制备、煤浆气化、灰水处理等工序：将煤、石灰石（助熔剂）、添加剂和NaOH称量后加入到磨煤机中，与一定量的水混合后磨成一定粒度的水煤浆；煤浆同高压给料泵与空分装置来的氧气一起进入气化炉，在1300～1400℃下送入气化炉工艺喷嘴洗涤器进入碳化塔，冷却除尘后进入CO变换工序，一部分灰水返回碳洗塔作洗涤水，经泵进入气化炉，另一部分灰水作废水处理。 其优点如下： （1）适用于加压下（中、高压）气化，成功的工业化气化压力一般在4.0MPa 和6.5Mpa。在较高气化压力下，可以降低合成气压缩能耗。 （2）气化炉进料稳定，由于气化炉的进料由可以调速的高压煤浆泵输送，所以煤浆的流量和压力容易得到保证。便于气化炉的负荷调节，使装置具有较大的操作弹性。 （3）工艺技术成熟可靠，设备国产化率高。同等生产规模，装置投资少。 该技术的缺点是： （1）由于气化炉采用的是热壁，为延长耐火衬里的使用寿命，煤的灰熔点尽可能的低，通常要求不大于1300℃。对于灰熔点较高的煤，为了降低煤的灰熔点，必须添加一定量的助熔剂，这样就降低了煤浆的有效浓度，增加了煤耗和氧耗，降低了生产的经济效益。而且，煤种的选择面也受到了限制，不能实现原料采购本地化。 （2）烧嘴的使用寿命短，停车更换烧嘴频繁（一般45～60天更换一次），为稳定后工序生产必须设置备用炉。无形中就增加了建设投资。 （3）一般一年至一年半更换一次炉内耐火砖。 二多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术 该技术由华东理工大学洁净煤技术研究所于遵宏教授带领的科研团队，经过20多年的研究，和兖矿集团有限公司合作，成功开发的具有完全自主知识产权、国际首创的多喷嘴对置式水煤浆气化技术，并成功地实现了产业化，拥有近20项发明专利和实用新型专利。目前在山东德州和鲁南均有工业化装置成功运行。
石油化工建设10. 03 图1气化炉整体模型 1气化炉概况 近年来，随着煤化工的兴起，煤液化技术、煤制甲醇、油改煤在国内大批推进，其中壳牌气化炉（以下简称：气化炉）是采用最多的设备之一，如神华煤制油、中原大化50万t 甲醇装置、大唐多伦168万t 甲醇46万t 煤基烯烃均采用壳牌专利技术。壳牌气化炉一律为专利设备整体引进，并由外商进行总体设计，其壳体部分大致分由两个国家制造：西班牙、印度L ＆T 公司；内件部分由荷兰SEG 公司设计，分别由西班牙和L ＆T 公司制造；其结构形式为膜式水冷壁结构。1.1气化炉总体介绍 气化炉主要由壳体和内件组成。其中壳体分为反应器（Re-actor ）＋激（急）冷管（Quench Pipe ）（位号：V1301），合成气冷却器（Syngas Cooler ）＋气体返回室（Gas Return Chamber ）（位号：V1302），输气管（Transfer Duct ）（位号：V1303）。内件分为渣池（位号：V1401）、激冷管中压蒸汽发生器（位号：E1301）、输气管中压蒸汽发生器（位号：E1302）、合成气冷却器中压蒸汽发生器（位号：E1303）、气化炉反应器中压蒸汽发生器（位号：E1320）以及气体返回室内的立管（主管）和斜管（支管）等七部分。1.2设备材料及设备规格 气化炉整体重量约1300t 。壳体主要材质为SA387GR11CL2；在反应器段、合成气冷却器段有一部分材质为复合材料SA387GR11CL2＋NO8825；最大壁厚285mm ；壳体最大内径Φ4630mm ；需要现场组对焊缝处的壁厚为65～90mm ；整体长段50.2m 。气化炉整体模型如图1所示。1.3设备分段（以2000t 炉子为例） 为了满足设备内陆道路运输及组焊吊装要求，在初步设计期间，技术方案的讨论必须有制造厂商参加，他们必须充分考虑 管口方位、外壳外部尺寸等因素，并按照以下尺寸和重量极限进 行设计分段： （1）组件高度最高5.1m ；（2 ）组件宽度最大7m ；（3）组件长度最长25.00m ；（4）组件重量 最大150t 。 具体的设备分段情况列表如表1、表2所示：（注大唐3000t 炉子分段的几何尺寸及重量略大些） 壳牌气化炉的现场组焊技术 ■肖晓磊 中国化学工程第十一建设公司河南开封 475002 摘 要通过与壳牌公司技术交流，借鉴国外压力容器组焊的先进经验，在国内中石化油改煤工程投料调试的经验基础上， 结合大型气化炉组焊技术的工程实例，阐述一项成熟的气化炉现场组焊技术。本文着重于描述施工程序（组装流程） 、组对与焊接、内件安装。对于无损检测、消除应力热处理、液压试验、衬里等仅做一般性介绍。关键词壳牌技术气化炉现场组对 焊接 中图分类号TG44 文献标识码B 文章编号1672-9323（2010）03-0035-08 35
SCGP（壳牌）煤气化工艺 1、SCGP（壳牌）煤气化技术简介。 1.1工艺原理。 SCGP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。 1.2工艺流程。 目前，壳牌煤气化装置采用废锅流程，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。 1.3技术特点。 1.3.1煤种适应性广。 SCGP工艺对煤种适应性强，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。 1.3.2单系列生产能力大。 煤气化装置单台气化炉投煤量达到2000t/d以上，生产能力更高的的煤气化装置也正在建设中。 1.3.3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。 1.3.4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％以上。 1.3.5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。 1.3.6热效率高。
1、Shell煤气化技术开车问题分析 Shell粉煤加压气化工艺是荷兰壳牌公司开发的一种先进的煤气化技术，国内进口了十多套，其中三套（分别在岳阳，安庆、枝江）干煤粉气化炉，近一段时间开车。三套干煤粉气化炉刚开车时，出现了严重的问题（按供应商提供操作条件操作）：Shell每台气化炉有点火烧嘴一个，开工烧嘴2个，煤粉喷嘴4个。在气化炉投料运行前需要对气化炉进行烘炉，烘炉是用两个开工烧嘴时进行的，用点火烧嘴对开工烧嘴进行点火。点火顺序：点火烧嘴—开工烧嘴—煤粉烧嘴；首先点着点火烧嘴，之后开工烧嘴投料，给气化炉升温和升压，当温度和压力达到了工艺要求的工况时，煤粉烧嘴进行化工投料，至此，气化炉进入化工运行阶段。岳阳，安庆，枝江三家使用Shell气化炉的企业在对点火烧嘴进行开车时都出现了同样的问题：点火不到10秒钟就将其点火烧嘴烧坏；该点火烧嘴的内喷头材质是铜，外壳为不锈钢incolly-800材料。燃料油从内喷头12个圆孔喷出，与氧气在内喷头与外壳之间的空隙混合，然后自12个槽型孔喷出，喷出之后进行燃烧。中心通冷却水，对点火烧嘴进行冷却。在点火烧嘴点火10秒钟后，点火烧嘴的外壳就如同气割一样被切割开了，严重损坏了。 问题①点火烧嘴易损坏，最短时间不大于10秒钟，最多使用不到二十次，厂家是否有改进的措施？ ②点火烧嘴造价高昂、更换频繁，从技术上能否提高设备寿命？ ③点火烧嘴是否实现了国产化？造价、寿命如何？。
2、SHELL气化炉、GE废锅气化炉和GE水冷激气化炉 ①气化炉运行负荷是否能够达到100%？，目前是多少？ ②连续运行时间是多少？目前有没有突破两个月？ ③维修项目有哪些？维修时间能否缩短？成本如何？ 3、煤气化工艺中循环使用的洗涤灰水如何处理效果最佳? 4、壳牌煤气化工艺流程中的合成气反吹系统的反吹介质能否用洗涤后的粗合成气改为高温高压氮气？是否满足下游装置的工艺要求？对比节省工程投资是多少？ 5、壳牌粉煤气化是一种先进成熟的洁净煤气技术,该技术的关键设备是由气化炉、输气管和合成冷却器三大件组成，其中气化炉又是核心，如何将气化炉、输气管和合成气冷却器等设备进行安全可靠合理的配置，实现高转化效率，长周期运行，节省投资？ 6、废锅造价高，现在是否有降低造价的措施？尤其采用上行废锅形式，煤气激冷、余热回收、去除渣尘使这套系统变得庞大、复杂、昂贵；为了清除渣尘，采用庞大的陶瓷过滤装置，需要定期脉冲反吹。能否采用下行水激冷工艺设备？ 7、气化炉高温排出的熔渣经激冷后成玻璃状颗粒，性质稳定，能否综合利用？ 8、合成气中的粉尘含量的标准是多少？检测措施是什么？如果合成气粉尘超标将直接影响合成气的质量，对下游工艺流程有什么影响？
壳牌煤气化技术 在世界所需要的基本能源中，接近30%由煤炭提供。世界所需要的电量之中，近40%是用煤炭生产的。在目前已探明储量的能源之中，煤炭是蕴藏量最丰富、分布最广泛燃料，而且煤炭的价格相对石油与天然气也是最低的。中国是属于“缺油少气”的国家，但是煤炭储量却占有世界煤资源总量的1/3。按照同等热值计算，中国已探明的石油储量还能够使用不到20年，天然气约为30年，而煤炭则至少为200年。天然气比替代能源如石油和煤炭更为洁净，但是目前只能满足不到3%的能源需求，主要还是依赖煤炭与石油，煤炭满足了中国超过70%的能源需求。 但是，煤炭燃烧排放的污染却越来越引起人们对环境保护的关注。传统用煤的方式只有直接燃烧，燃烧后的废物，包括二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳等会直接进入大气层。 煤气化是一种最洁净的煤炭利用技术，能够避免煤直接燃烧的污染。另外，煤气化方式利用煤的能源效率高。原料煤所含的能量之中，约80%到83%以合成气形式回收，另外14%到16%以蒸汽形式回收，总之，96%以上的煤能源都能够被利用。 壳牌煤气化技术采用干燥方式，用氮气将煤粉送到气化炉，最后生成合成气，即一氧化碳和氢的混合物。合成气中含有原煤中约80%的能量，另外15%的有效能量以蒸汽的形式获得。整个气化过程只有5%的能量流失。合成气可以用来制造纯氢，生产合成氨、甲醇、含氧化合物，以及尿素及合成氢燃料等衍生物。该合成气还可用于电厂供热、蒸汽和发电的燃料，并可作为城市用气。 壳牌煤气化技术使煤炭得以充分利用。其中，硫化物被还原成纯硫磺，可以作为原料出售给化工行业；灰份则被回收为清洁炉渣，用来制造建筑材料。整个工艺的用水量极低，废水也很容易净化。壳牌煤气化技术的另一个优势在于它适用于不同种类的煤，包括劣质的次烟煤和褐煤。 日前，壳牌煤气化技术在中国已取得了重大进展: -壳牌已在XX省XX建立了一个合资厂，其中壳牌与中石化各持有50％的股份。 该合资厂日处理煤2000吨，为中石化巴陵化肥厂提供合成气作为原料。工厂建 设目前正顺利进行。 -壳牌以授权方式向中国六家大型化肥厂提供煤气化技术, 用于生产合成气。
煤气化近期用煤分析 一、近期用煤及调整情况 1、煤气化双炉在2017年2月7日及以前用煤主要为： 白羊墅贫瘦煤：东川蒙煤：瑞丰蒙煤=23%：14%：63%。 2、受配煤后煤质波动较大影响在2月8日开始双炉上煤按1:1加配了（汽运阳泉贫瘦煤：瑞丰蒙煤=20%：80%），因此煤气化上煤调整为： （白羊墅贫瘦煤：东川蒙煤：瑞丰蒙煤=23%：14%：63%）：（汽运阳泉贫瘦煤：瑞丰蒙煤=20%：80%）=1：1。 3、因近期煤气化消耗较高，为排除相关煤粉指标（如CaO、热值等）对气化炉消耗的影响，自2月14日起煤气化上煤1#炉没变，2#炉改为： 阳泉贫瘦煤:东川大砭窑混蒙煤:大砭窑蒙煤=24%:40%:36% 4、1#炉因前一种煤用完，自2月18日起煤气化1#炉上煤改为： 阳泉贫瘦煤：瑞丰蒙煤：东川蒙煤=18%：64%：18% 二、煤质分析 1、灰分 根据下图1、2#炉用煤灰分可以看出（主要看中采），本月上旬灰分波动较大，上煤时调整为1:1后灰分趋于稳定；2#炉换煤后灰分较同期1#炉要稳定。
2、低位热值 从下图可以看出，双炉低位发热量变化同灰分变化相同，双炉上旬波动较大，中采热值在5700左右；中旬经过两次换煤后双炉热值都有所提高在5800左右。
3、硅铝比 从下图可以看出，本月上煤2月7日调整后硅铝比略有下降，从2.1降到2.0左右；2月14日2#炉第二次调整后从2.0涨到2.2左右；2月18日1#炉调整后硅铝比有所上涨。
4、CaO变化 从下图可以看出本月上旬双炉中采CaO含量基本在6%左右，但波动较大，经双炉上煤调整后波动有所好转；2#炉14日换煤后稳定在6%-7%；1#炉18日换煤后有上涨趋势（受数据较少只供参考）。
壳牌煤气化装置(SCGP)操作规程 1、煤气化装置各岗位的岗位职责 1.1 磨煤岗位 本岗位的职责是将电厂燃料车间送来的碎煤贮存在碎煤仓V-1101A/B中，石灰石贮存在V-1102A/B中，两者混合配比加入到中速磨A-1101A/B中，〉在微负压和惰性气体条件下被磨粉干燥，干燥所需的热量由热风炉F-1101A/B中燃烧合成气或柴油提供，出来的煤粉要求直径范围0.005mm〈 D〈0.09mm，煤粉被输送到袋滤器S-1103A/B，之后送往低压粉仓V-1201A/B。 1.2 现场岗位 本岗位的主要职责是做好现场巡查工作，,做好开车前后设备的运行、调试,让每件现场设备具备一次开车成功能力；在开车期间,协助中控岗位做好设备的运行监护,准确无误的做好数据记录，并对未运行设备进行维护、保养,使设备随时处于可备用状态。(现场设备包括压缩机，汽包，破渣机，火炬系统,各种高低压泵等)。 1.3 分析岗位 本岗位的职责是对煤气化工艺所需各种原料进行及时准确的分析,对正常生产中的气体,液体,固体进行取样分析,并把分析结果及时反馈给中控岗位,以协助中控岗位控制好整个煤气化装置的运行。 1.4 中控岗位 本岗位的职责是维持磨煤系统(U-1100),煤给料系统(U-1200),气化系统(U-1300),除渣系统(U-1400),干法除尘系统(U-1500),湿法除尘系统(U-1600).初级水处理系统(U-1700)及公共系统(U-3000至3600)的正常运行，并协调与电厂燃料车间,氨厂净化车间,空分车间的生产关系。 磨煤系统(U-1100)的职责是与现场磨煤岗位的协调,将合格的粉煤送往煤给料系统。 煤给料系统(U-1200)由2套完全相同的锁斗加压系统组成,本系统的职责是将磨煤送来的粉煤经煤锁斗加压,再送往气化炉的四个煤烧嘴。 气化系统(U-1300)的职责是将加压后的粉煤以及氧蒸汽混合物通过2对相对的煤烧嘴送入气化炉,使粉煤和氧蒸汽混合物在一定条件发生反应,同时控制好炉内的温度,压力,出口合成气的温度及气化炉内的渣层厚度.并将产生的中压饱和蒸汽导入管网。 除渣系统(U-1400)的职责是将气化炉口流出的液态渣冷却,粒化并排至渣收集槽T-1401,然后捞渣机及渣输送带送往渣场. 干法除尘系统(U-1500)的职责是除去来自合成气中的干灰(通过过滤器和锁斗系统),同时将飞灰中的有毒微量气气提,然后将飞灰输送到筒仓,或送至磨煤系统。 湿法洗涤系统(U-1600)的职责是将经过干法除尘后的热合成气在湿洗塔里洗涤激冷,以脱除粗合成气中所含的氯化氢,氢氟酸和微量固体.最后将合格的合成气送往净化车间。 初级水处理系统(U-1700)的职责是将除渣系统,湿洗系统及其它装置送来的废水,进行初级处理、回收、再利用。 公共系统包括氮气系统(U-3000),燃料和火炬系统(U-3100),冷却水系统(U-3200),工艺水系统(U-3300),蒸汽/冷凝液系统(U-3400),酸碱系统(U-3600)。该系统为各单元提供服务,满足各单元对氮气,各种用水,蒸汽,酸碱等需要。 2、煤气化装置各岗位的岗位管辖范围 2.1 U-1100 磨煤与干燥系统 A-1101A/B 磨煤机2台
壳牌煤气化技术 在世界所需要的差不多能源中，接近30%由煤炭提供。世界所需要的电量之中，近40%是用煤炭生产的。在目前已探明储量的能源之中，煤炭是蕴藏量最丰富、分布最广泛燃料，而且煤炭的价格相对石油与天然气也是最低的。中国是属于“缺油少气”的国家，然而煤炭储量却占有世界煤资源总量的1/3。按照同等热值运算，中国已探明的石油储量还能够使用不到20年，天然气约为30年，而煤炭则至少为200年。天然气比替代能源如石油和煤炭更为洁净，然而目前只能满足不到3%的能源需求，要紧依旧依靠煤炭与石油，煤炭满足了中国超过70%的能源需求。 然而，煤炭燃烧排放的污染却越来越引起人们对环境爱护的关注。传统用煤的方式只有直截了当燃烧，燃烧后的废物，包括二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳等会直截了当进入大气层。 煤气化是一种最洁净的煤炭利用技术，能够幸免煤直截了当燃烧的污染。另外，煤气化方式利用煤的能源效率高。原料煤所含的能量之中，约80%到83%以合成气形式回收，另外14%到16%以蒸汽形式回收，总之，96%以上的煤能源都能够被利用。 壳牌煤气化技术采纳干燥方式，用氮气将煤粉送到气化炉，最后生成合成气，即一氧化碳和氢的混合物。合成气中含有原煤中约80%的能量，另外15%的有效能量以蒸汽的形式获得。整个气化过程只有5%的能量流失。合成气能够用来制造纯氢，生产合成氨、甲醇、含氧化合物，以及尿素及合成氢燃料等衍生物。该合成气还可用于电厂供热、蒸汽和发电的燃料，并可作为都市用气。 壳牌煤气化技术使煤炭得以充分利用。其中，硫化物被还原成纯硫磺，能够作为原料出售给化工行业；灰份则被回收为清洁炉渣，用来制造建筑材料。整个工艺的用水量极低，废水也专门容易净化。壳牌煤气化技术的另一个优势在于它适用于不同种类的煤，包括劣质的次烟煤和褐煤。 日前，壳牌煤气化技术在中国已取得了重大进展: -壳牌已在湖南省岳阳建立了一个合资厂，其中壳牌与中石化各持有50％的股份。该合资厂日处理煤2000吨，为中石化巴陵化肥厂提供合 成气作为原料。工厂建设目前正顺利进行。 -壳牌以授权方式向中国六家大型化肥厂提供煤气化技术, 用于生产合成气。
煤气化技术简介及装置分类 煤气化是清洁利用煤炭资源的重要途径和手段。目前，国内自行开发和引进的煤气化技术种类众多，但总体上可以分为以下三大类： 一、固定床气化技术 以鲁奇为代表的加压块煤气化技术。鲁奇加压气化炉是由联邦德国鲁奇公司于1930年开发的，属第一代煤气化工艺，技术成熟可靠，是目前世界上建厂最多的煤气化技术。鲁奇气化炉是制取城市坑口煤气装置中的心脏设备。它适应的煤种广﹑气化强度大﹑气化效率高﹑粗煤气无需再加压即可远距离输送。鲁奇气化技术的特点为：采用碎煤加压式填料方式，即连接在炉体上部的煤锁将原料制成常温碎煤块，然后从进煤口经过气化炉的预热层，将温度提高至300℃左右。从气化剂入口吹进的助燃气体将煤点燃，形成燃烧层。燃烧层上方是反应层，产生的粗煤气从出口排出。炉篦上方的灰渣从底部出口排到下方连接的灰锁设备中，所以气化炉与煤锁﹑灰锁构成了一体的气化装置。鲁奇炉的代表炉型即第三代MARK－IV/4型Ф3800mm加压气化炉, 炉体由内外壳组成，其间形成50mm的环形水冷夹套，是一种技术先进﹑结构更为合理的炉型。我公司为河南义马、大唐克旗等制做了多台鲁奇式气化炉。 图1 鲁奇加压块煤气化装置
二、流化床气化技术 以恩德炉、灰熔聚为代表的气化技术。恩德炉粉煤流化床气化技术是朝鲜恩德“七.七”联合企业在温克勒粉煤流化床气化炉的基础上，经长期的生产实践，逐步改进和完善的一种煤气化工艺。灰融聚流化床粉煤气化技术根据射流原理，在流化床底部设计了灰团聚分离装置，形成床内局部高温区，使灰渣团聚成球，借助重量的差异达到灰团与半焦的分离，在非结渣情况下，连续有选择地排出低碳量的灰渣。目前，中科院山西煤化所山西省粉煤气化工程研究中心开发的加压灰熔聚气化工业装置已经成功应用于晋煤集团天溪煤制油分公司1 0万吨/年煤基MTG合成油示范工程项目，该项目配备了6台灰熔聚气化炉（5开1备），气化炉操作压力0.6MPa，日处理晋城无烟煤1600吨，干煤气产量125000Nm3/h（配套30万吨/年合成甲醇）。 图2 灰熔聚气化反应装置 三、气流床气化技术 1、以壳牌、GSP、科林、航天炉、伍德、熔渣-非熔渣为代表的气流床技术 壳牌干煤粉气化工艺于1972年开始进行基础研究，1978年投煤量150 t／d的中试装置在德国汉堡建成并投人运行。1987年投煤量250～400 t／d的工业示范装置在美国休斯敦投产。在取得大量实验数据的基础上，日处理煤量为2000 t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年多示范运于1998年正式交付用户使用。目前，我国已经引进23套
·270·2016年7月 第8卷技术论坛工程技术 浅析SHELL煤气化技术 赵 野 神华鄂尔多斯煤制油分公司，内蒙古 鄂尔多斯 017209 摘 要：随着国内近年掀起的煤化工热潮，Shell煤气化工艺以其高效、安全和环保的特点，成为很多企业的首选工艺之一。本文介绍了Shell煤气化的工艺原理、特点，煤种的选择，气化炉炉温偏高和偏低的参数变化和影响，气化炉温度监测，煤烧嘴与烧嘴罩损坏泄漏的一般原因及影响，以及对Shell煤气化未来的展望。 关键词：壳牌煤气化；气化炉的特点；煤种；炉温；烧嘴罩 中图分类号：TQ546 文献标识码：A 文章编号：1671-5586（2016）64-0270-02 1 引言 能源和环境是人类赖以生存与发展的基础，然而当今世界正面临着能源短缺、环境污染和温室效应等诸多问题，如何实现人类社会、经济与环境的协调可持续发展，已经引起国际社会的普遍关注。人类必须在化石能源濒临枯竭和生存环境濒临崩溃之前，完成替代能源和相关技术的开发。我国是能源消耗大国，而且煤多油少气贫，那么煤转气转油将是未来发展的趋势，它将带动经济的发展，也是国家能源战略储备的一部分。壳牌煤气化技术的出现为洁净能源的开发指明方向，产品具有节能降耗，应用广泛的特点。以下是结合自己在工作中的实践和对壳牌煤气化的所知进行分析探讨。 2 SHELL煤气化的原理和特点 2.1 SHELL煤气化的工艺原理 Shell煤气化技术是目前世界上较为先进的第二代粉煤气化技术之一，气化过程也是在高温加压下进行的。其进料方式是将碎煤磨成0.1mm以下、水分2%以下的细粉，高压氮气通过特殊的喷嘴将粉煤送进炉膛，与被蒸汽稀释的氧气在气化炉内高温高压下气化形成合成气（CO+H2＞90%）、飞灰和熔渣[1]。该技术工艺流程较简单，原煤经碎煤后送至磨煤机，磨成的细粉被热惰性气体干燥，由高压氮气将干煤粉送入气化炉，另外高压氧气和中压过热蒸汽混合后也由喷嘴喷入炉内。炉口约1400～1600℃的高温合成气离开气化炉顶部，与来自洗涤和除灰系统混合后200℃的合成气混合，被激冷到900℃后进入合成气冷却段冷却到340℃，然后再进入干式除灰系统和湿洗除灰系统。大部分熔渣被渣水激冷破碎成粒径平均接近1mm的玻璃球体。 2.2 SHELL煤气化的特点 第一，干粉进料，气化效率高。原料煤所含能量之中，大约80～83%以合成气形式回收，另外14%～16%以蒸汽形式回收，总的热效率可达98%左右。 第二，气化操作温度高。气化温度约在1400～1600℃，在高的气化温度下碳转化率高达99%，有效气体成份含量高，产品气体相对洁净，不含重烃，甲烷含量很低，煤气品质好[2]。 第三，氧耗低。与湿法进料水煤浆气化相比，氧气消耗低（15%～25%），原料制备系统简单，进料灵活，与之配套的空分装置投资可相对减少。 第四，加压操作，单炉生产能力大。目前已投入的单炉日处理煤量达到2000吨。 第五，气化炉结构较简单，内部为膜式水冷壁，无任何耐火砖，烧嘴寿命长，所以气化炉坚固耐用，操作可靠[3]。 第六，生产调幅能力强，连续运转周期长。采用对称式多烧嘴，混合效果好，提高了气化操作的可靠性和生产调幅能力。气化煤烧嘴设计保证寿命8000h。 第七，煤种适应性广。 第八，环保性能好。 3 SHELL煤气化工艺对煤种的选择 尽管壳牌煤气化炉适应的煤种很广，但也不是万能的，从技术经济的角度考虑对煤种还是有一定的要求。煤种特性对煤气化炉和相关的设备设计及操作密切相关。壳牌煤气化着重从水分、灰分、煤粉粒度、挥发份、反应活性、总硫、 灰熔点及灰组成来具体选择适合自己的煤。 4 SHELL煤气化炉温度 4.1 气化炉温度监测 气化炉蒸汽产量可以用来作为气化炉温度监测的主要参数，与此同时要对其渣型进行比对，保证对炉温进行正确判断，从而对气化温度进行调节，也可通过CO2和CH4量的变化对炉温进行监控。 气化炉蒸汽产量自动控制用于灰熔点和灰分正常波动时校正气化温度[4]。 图1 炉温偏高渣型 图2 炉温偏低渣型 4.2 气化炉温度波动 在气化炉操作过程中，炉温偏高，合成气中CO2含量升高、CH4含量降低、汽包小室副产蒸汽升高，煤粉燃烧后产生的煤渣成黄褐色晶体，针状物多（见图1所示），燃烧充分，渣的流动性强，炉壁不易挂渣，保温效果差，极易烧坏气化炉膜式水冷壁、烧嘴头以及烧嘴罩，降低了它们的使用寿命。 炉温过高煤粉燃烧后，液态熔渣还容易被合成气带到气化炉冷却段十字吊架处，随着温度的降低，熔渣容易凝固在换热器上，时间长了，换热器的前后压差将增大，SGC入口温度也会升高，气化炉压力增大，激冷气量明显下降，饱和蒸汽经过换热器时的换热效果差，过热蒸汽的温度将受到影响。如果SGC出口温度也升高，说明换热器堵的不是很厉害；反之，说明堵的很严重了。 炉温偏低，合成气中CO2含量降低、CH4含量升高、汽包小室副产蒸汽降低，煤粉燃烧后产生的煤渣成黑色小颗粒状（见图2所示），燃烧很不充分，渣的流动性差，炉壁挂渣较厚，传热效果差，下渣口很容易堵渣，给生产造成影响。 5 SHELL煤气化炉烧嘴罩的损坏泄漏 在气化炉运行过程中，导致烧嘴罩损坏泄漏的原因很多，也是诸多壳牌煤气化人多年要攻克的瓶颈，下面谈谈个人对此问题的理解，仅供参考。 5.1 烧嘴罩泄漏的直接原因 局部超温导致的烧蚀。制造烧嘴罩的材料为13CrMo4-5钢，其金相组织为铁素体/珠光体。烧嘴罩泄漏部位的金相组织为马氏体。金相学理论表明：超过840℃的高温可以导致铁素体/珠光体转变为马氏体，而马氏体恰好不耐高温。 5.2 烧嘴罩泄漏的根本原因 （1））粉煤烧嘴火苗长度偏低，低于设计值。导致粉煤烧嘴火苗的高温外焰（2500-3000℃）接近烧嘴罩。 （2））炉温整体偏高但波动很大。炉温过高时，渣的流动性变得非常好。因为烧嘴位置的原因，合成气和渣在炉膛内形成环流。此种情况在下渣口下方同样存在。渣的流动性太好，会有部分渣被气流带到渣裙和热裙的位置，并附着在 （下转第273 页）
煤气化技术特点 第一部分：固定层制气工艺。 1- 1 常压固定层间歇制气工艺： 工艺特点是：常压气化，固体加料10- 50mm，固体排渣，间歇气化，空气和蒸汽作气化剂，吹风和制气阶段交替进行，适用原料白煤和焦碳，气化温度800~1100℃。代表炉型有美国的U.G.I 型和前苏联的U.G.Ⅱ型。工艺过程从略。 技术优点：历史悠久，技术成熟，设备简单，投资省，生产经验丰富。 技术缺点：技术落后，原料动力消耗高，炭转化率低70~75%，产品成本高，生产强度低，程控阀门多，维修工作量大，废气废水排放多，污染严重，面临淘汰。 1- 2 常压固定层连续制气。 常压固定层连续制气工艺的技术特点：常压气化，固体加料，固体排渣，连续制气，富氧空气（氧占50%）或氧气加蒸汽做气化剂，无废气排放，适用煤种白煤和焦碳。 技术优点是：连续制气，炉床温度稳定，约为900~1150℃，操作简单，程控阀门少，维修费用低，生产强度大，碳转化率高，约80- 84%。 技术缺点：需要空分装置，投资比较大。 固定层连续制气工艺的技术突破在于以氧气或富氧空气加蒸汽做气化剂，由于气化剂中氧含量的增加，气化反应过程中，燃烧产生的热量与煤的气化和蒸汽分解所需要的热量能够实现平衡，可以得到稳定的反应温度和固定的反应床层，可以实现连续制气，不用专门吹风，无废气排放，生产强度和能源利用率都有了很大的提高。 1- 3 固定层加压气化工艺：前西德鲁奇公司（Lurgi）开发。 工艺特点：加压气化，固体加料，固体排渣，连续气化，氧气和蒸汽作气化剂，设有加压的煤锁斗和灰储斗，适用煤种：褐煤、次烟煤、活性好的弱粘结煤。 技术优点：加压气化3.1Ma，生产强度大，碳转化率高约90%。 技术缺点：反应温度略低700～1100℃，甲烷含量较高，煤气当中含有焦油和酚类物质，气体净化和废水处理复杂，流程较长，投资比较大。 第二部分：流化床气化工艺。 流化床气化工艺的总体特点是：以粉煤或小颗粒的碎煤为原料气化，气化剂以一定的速度通过物料层，物料颗粒在气化剂的带动下悬浮起来，形成流化床，由于物料层处于流化状态，煤粉和气化剂之间混合更充分，接触面积更大，煤粉和气化剂迅速地进行气化反应，反应产生的煤气出气化炉后去废热回收和除尘洗涤系统，反应产生的灰渣由炉底排出。气流床反应物料之间的传热和传质速率更快，过程更容易控制，生产能力也有了较大的提高。下面就流化床气化工艺发展过程中的几种工艺的技术特点分别作一下介绍。 2- 1 温克勒（Winkler）常压流化床气化工艺：是前西德莱茵褐煤公司和伍德公司二十世纪二十年代开发的，是世界上最早的流化床气化工艺。 工艺特点：常压气化，粉煤进料粒度小于9.5mm，干法排渣，氧气或空气加蒸汽作气化剂，炉体上部有分离空间，使煤气当中夹带的半焦和灰颗粒分离，并且用二次空气加蒸汽进一步气化，气化温度815～1100℃，碳转化率70~73%，适用煤种：褐煤、次烟煤、弱粘结性煤。 主要技术问题：炉底的炉箅经常出现局部高温，结渣，偏炉现象。炉出口气体带出物较多，排灰的含碳量较高。 2- 2 恩德常压流化床气化工艺：是朝鲜恩德郡七.七化工厂二十世纪六十年代在常压温克勒气化工艺的基础上开发的。 工艺特点：常压气化，粉煤进料粒度小于10mm，干法排渣，氧气或空气加蒸汽作气化
Shell煤气化技术 吴迎(中国五环化学工程公司，武汉 430079) 2006-08-04 1 概述 谢尔粉煤加压气化工艺(简称Shell煤气化工艺)，是荷兰壳牌公司开发的一种先进的煤气化技术，与先进的德士古(Texaco)水煤浆加压气化技术相比，Shell煤气化具有对煤质要求低，合成气中有效组分 (CO+H2>90％)含量高，原煤和氧气消耗低，环境污染小和运行费用低等特点，已成为近年来国内外设计单位和生产厂家首选的气化工艺。 我国正在设计和建设中的洞庭氮肥厂、柳州化学工业公司等厂家，已将该技术应用于合成氨生产。湖北化肥厂和安庆化肥厂也准备将该技术用于本厂的“油改煤”制氨流程。湖北双环科技股份有限公司引进Shell公司基础设计，由我院做工程设计，正在建设规模为800t／d(相当于20万t／a)的工业示范装置，即将投运。Shell煤气化技术是我国建设大型煤化工项目或中氮肥改造的主要方向。Shell工艺虽属先进，但投资偏高，一般企业不易接受，建议尽快实现关键技术和设备的国产化。 2 Shell煤气化工艺原理、技术特点及主要设备 2.1 Shell煤气化工艺原理 Shell煤气化过程是在高温高压下进行的，Shell煤气化属气流床气化。粉煤、氧气及水蒸汽在加压条件下并流进入气化炉，在极为短暂的时间(3～10s)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，其工艺流程如图1所示，气化工艺指标如表1所示。 2.2 技术特点 a.煤种适应性广。
从无烟煤、烟煤、褐煤到石油焦化均可气化，对煤的灰熔融性适应范围宽，即使高灰分、高水分、高含硫量的煤种也同样适应。 b.气化温度约1 600℃，碳转化率高达99％以上，产品气体洁净，不含重烃，甲烷含量低，煤气中有效气体(CO+H2)高达90％以上。 c.氧耗低，单炉生产能力大。 氧气消耗低，比水煤浆气化工艺低15％～25％，因而配套的空分装置投资相对降低；目前已投入运转的单炉气化压力3.0MPa，日处理煤量已达2000t，因此，单炉生产能力大，目前更大规模的装置正在工业化。 d.热效率高，排渣易处理。 煤中约83％的热能转化为合成气，约15％的热能被回收为高压或中压蒸汽，总的热效率为98％；其气化炉高温排出的熔渣经激冷后成玻璃状颗粒，性质稳定，对环境几乎无影响，气化污水含氰化物少，易处理。 e.Shell气化炉关键部件烧嘴的设计寿命为8000h，已有使用4a仍未更换的记录；另外控制系统安全可靠，设有必要的安全联锁，使气化操作始终处于最佳状态下运行。 f.Shell气化炉炉壁采用水冷壁结构，无耐火砖衬里，维护量少，气化炉内无传动部件，运转周期长，无需备炉。 2.3 主要设备 Shell气化装置的核心设备是气化炉和废热锅炉。气化炉结构如图2所示。 Shell煤气化炉由内筒和外筒两部分组成，包括膜式水冷壁、环形空间和高压容器外壳。内筒采用水冷壁结构，仅在向火面有一层薄的耐火材料涂层，其一，为了减少热损失；其二，主要是为了挂渣，充分利用渣层的隔热功能，以渣抗渣，以渣护炉壁，使气化炉热损失减少到最低，以提高气化炉的可操作性和气化效率。环形空间位于压力容器外壳和膜式水冷壁之间，即内筒与外筒之间有空隙气层，设计环形空间的目的是为了容纳水／蒸汽的输入／输出管和集气管，同时，环形空间还有利于检查和维修。其内筒仅承受微小压差。气化炉烧嘴是Shell 煤气化工艺的关键设备及核心技术之一，与其它气化炉不同的是Shell气化炉采用侧壁烧嘴，根据气化炉能力由4～8个烧嘴呈中心对称分布。气化炉外壳为压力容器，一般小直径气化炉用钨合金钢制造，其它用低铬钢制造。由于气化炉的特殊设计，保证了Shell煤气化工艺指标先进可靠。