学生毕业设计（论文）题目：50万吨/年煤气化工艺设计摘要煤气是重要的化工产品与原料，它广泛用于合成氨、民用燃气、工业用气乃至发电，有着巨大的市场潜力。
随着世界石油资源的减少和煤气化生产成本的降低，发展使用煤气化等新的替代燃料，己成为一种趋势。
中国是资源和能源相对匾乏的国家，少气，缺油，但煤炭资源相对丰富，发展煤制气，以煤代替石油，是国家能源安全的需要，也是化学工业高速发展的需求。
本课题通过对国内外几种煤气化工艺流程的对比，最终选择高压法煤气化制备煤气的shell工艺生产流程。
最后设计出shell气化炉的基本尺寸；并对反应过程进行了物料衡算、热量衡算。
关键词：煤气化；shell气化炉；物料衡算，；热量衡算论文类型：工程设计ABSTRACTGas is an important chemical products and raw materials, it is widely used in synthetic ammonia, civil and industrial gas, gas, electricity, and has a huge market potential. With the world of petroleum resources and reduce production cost of coal gasification, the development of a new alternative fuel use coal gasification, etc, has become a trend. China is relatively short of energy resources like gas and oil, but relatively rich of coal,so development of coal to gas,but petroleum is national energy safety needs, as well as chemical industry .Shell gasification is chesde fianly by contrasting severed gasification,peocess at home and abroad .Mass balance and heat balance of gasification process are caleulated .The technoloyical dimensions of shell gasifier are designed .Keywords：Coal gasification；Shell Gasifier；Mass balance；Heat balance Thesis：Engineering Design目录1绪论 (1)1.1煤气化过程原理 (1)1.2国内外煤气化发展的现状和趋势 (1)1.3SHELL煤气化工艺 (2)1.4本课题研究的主要内容 (5)2 SHELL煤气化 (7)2.1选择SHELL煤气化的原因 (7)2.2工艺流程图 (7)2.3SHELL气化工艺的主要设备 (8)2.4SHELL气化过程中的化学反应 (9)2.5气化反应的物料、热量衡算 (10)2.5.1气化反应的物料衡算 (10)2.5.2气化反应的热量衡算 (18)2.650万吨煤气化产物分析 (18)3 SHELL气化炉的设计 (20)3.1SHELL气化炉 (20)3.2SHELL炉体工艺尺寸计算 (21)4总结 (22)参考文献 (1)致谢 ........................................................................................................ 错误!未定义书签。
1绪论中国煤炭的储量和开采都位于世界前列，煤炭的转化和合理利用，包括煤的气化，对中国无论目前和长远都具有重要的意义。
煤的气化主要生成一氧化碳、氢气及甲烷，灰分形成废渣排出。
煤气化的好处是可在燃烧前脱除气态硫和氮组分，是一种煤的高效利用方式，同时也是环境友好的能源，提高煤气化效率是本课题的目的。
1.1 煤气化过程原理煤气化过程是个热化学过程。
它是以煤或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气等做气化剂（气化介质），在高温条件下通过化学反应或煤焦中的可燃部分转化为气体燃料的过程。
气化技术的目的是为了提高各类气化炉的生产能力，同时连续和高效地生产不同组成的煤气，包括城市民用和工业用燃料气、发电燃料气、化工燃料气，并要避免污染环境[1]。
1.2 国内外煤气化发展的现状和趋势目前国外煤气化炉开发正在向加压、大容量方向发展，单台气化炉处理煤量从几吨/天发展至2600t/d，4000-5000t/d的气化炉也完成概念设计。
气化用煤从最初的只能利用不黏煤，到现在几乎可以气化从褐煤、不黏和黏结的煤到无烟煤所有的煤种。
不同的气化炉可以使用从块煤到粉煤等不同粒度的煤，碳转化率最高已大于99%，气化效率超过80%。
国外现在近常用的气化放法主要有：IGCC电厂中采用Texaco、Shell、Prenflo、Destec、KRW等气化技术，荷兰Buggenum电厂的253MW发电来自于一台日处理煤2500t 左右的Shell气化炉，电厂发电效率43%[2]。
Shell公司已具备设计单台煤处理能力5000t∕d 以适应600MW废热IGCC机组的气化炉系统[3]。
目前国内的煤气化技术有些已达到世界领先水来，比如：水煤浆气化技术、采用壳牌干粉煤气化技术生产合成氨、鲁奇炉等。
些外煤气化装置不仅仅用于合成氨生产，而且还可以用于甲醇生产、合成醋酸、制备廉价氢气、煤气发电、民用等，IGCC加氢工艺，煤液化、地下煤气技术的开发和研发使的高效、低耗、无污染的煤气化工艺技术是发展煤化工的前提[4]。
煤气化技术的发展对中国的煤矿工业发展前景可观，因此在煤资源相对丰富的我国，开发更先进的煤气化技术意义更加重大。
我国于20世纪30年代～40年代引进UGI炉，50年代改烧无烟煤，主要用于制氨和甲醇。
针对UGI炉工艺的缺点（如煤种限制、环保、气化强度和效率），我国从60年代初至今曾研发过多种气化工艺，而实现工业化的只有碎煤加压气化（Lurgi）、水煤浆气化（Texaco）和灰熔聚流化床气化，即将工业化的有干粉加压气化（Shell）[5]。
总体来说，目前国内外对煤气化研究概况主要有以下三种[6]：（1）固定床比较：国外比较著名的常压固定床/移动床气化工艺有：A型及威尔曼-格鲁夏（W-G）发生炉、两段煤气化发生炉、意大利的UGL型水煤气炉、波兰和法国的两段式水煤气炉等；国内比较著名的固定床/移动床气化工艺有：常压固定床煤气发生炉气化、常压固定水煤气气化、加压固定床鲁奇气化；固定床的优点：工艺简单、操作方便；投资少、建设快；热效率高、碳转化率高；耗氧量低[6]。
固定床的缺点：对煤种有一定要求，煤的黏结性不能太强，要求使用块煤；副产焦油、酚难于水，造成污染；单炉产气量低于其它炉型[12]。
（2）流化床比较：国外主要的气流床有：常压Winkler气化工艺、高温克勒气化工艺、U-Gas气化工艺、KRW气化工艺；国内流化床技术有：常压流化床气化技术、加压流化床气化技术[6]。
流化床的优点：床层内温度均匀，便于调控；原料煤粒度适应范围广；加料除灰方便；能正确地调整流化速度和准确加料；煤和气化剂接触较好，气化效率高[7]。
流化床的缺点：碳转化率和热效率均较低；带出物多，造成环境污染较大；由于煤气出炉时温度较高，热效率低于固定床气化；灰渣含碳量较高；对原料有一定的要求[6]。
（3）气流床气化工艺比较：国外气流床气化工艺有：德士古气化工艺(Texaco)、Destect气化工艺、K-T气化工艺、Prenflo气化工艺、Shell加压气流床气化工艺、GSP 气化工艺；国内气流床气化工艺有：K—T气化炉、德士古气化炉(Texaco)、Shell加压气化炉[6]。
气流床气化的优点：适用于任何性质的煤种；单位炉容积产气量大；炉型简单；无焦油和酚产生，对环境污染小；灰渣含碳低[6]。
气流床气化的缺点：需要先进的控制技术和设备；原料需干燥、粉碎，动力消耗较大，在气流输送煤时对管道磨损较大；操作温度高，煤气带出热量多，如不回收，热效率要受到影响；主要产品中一氧化碳含量高，不经甲烷化，不能当城市煤气使用[7]。
由此可以看出煤气化趋向更高效、更清洁、热损较小的方向发展。
1.3 Shell煤气化工艺目前国内外比较公认的、先进的气化工艺即shell气化工艺。
以下为shell气化工艺流程的进展、工艺流程框图、煤质对气化的影响和shell煤气化的评价指标。
shell气化工艺流程的进展：shell 煤气化是shell 公司开发的具有独特技术的第二代煤气化工艺。
shell公司在渣油气化技术取得工业化成功经验的基础上，于1972年开始从事煤气化研究。
1978年第一套中试装置在德国汉堡建成并投入运行。
1987年在美国休斯敦建成的投煤量250t/d-400t/d 的示范装置投产。
1993年在荷兰的丹姆克勒电厂建成投煤量2000t/d 的大型煤气化装置。
该装置用于联合循环发电，为单系列操作，装置开工率达95%以上。
经过3年示范运行已于1998年正式交付用户。
生产操作数据表明煤气化工艺指标达到预期目标，shell 煤气化技术是先进成熟的。
工艺流程框图：图1.1 shell 煤气工艺流程框图煤质对Shell气化的影响因素主要有：水分、灰分、挥发分、硫分、煤粒度、灰熔点和结渣[8]。
（1）水分含量对气化的影响煤的水分包括游离水和结晶水，游离水又可分为外在水分和内在水分。
外在水分是指附着于煤的颗粒表面的水膜或大的毛细孔(直径>10- 5cm)中的水分，其蒸汽压与纯水的蒸汽压相同，在常温下就很容易失去。
内在水分是指吸附或凝聚在煤颗粒内部毛细孔(直径<10 - 5cm)中的水分,由于毛细孔的吸附作用，其蒸汽压低于纯水的蒸汽压，要在高于纯水的正常沸点的温度下才能除尽，所以较难蒸发除去。
结晶水是指煤中矿物质所含的结晶水或化合水，通常要在200 ℃以上才能析出，在工业分析中不予考虑[8]。
煤的水分对Shell煤气化工艺的影响Shell煤气化工艺采用干煤粉进料，要求进气化炉的煤粉水含量低于2%。
就气化炉而言，在特殊情况下，煤粉水含量允许稍高于该值，但不能偏离太多，否则会影响粉煤流化，极可能出现煤粉粘连而造成输送困难。
原料煤的水分含量通常高于2%,过剩水分在制备Shell气化炉所要求的合格粉煤过程中除去。
