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1、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。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。硏H恢代1返创飞*弋化炉帑乩气L激冷
2、 0儿牺机_中沧嬴汽J L合成气成冲却器厂厂彳除冊打卅bI髙压I图1壳牌煤气化工艺流程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%V100“m =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 C的高温煤气经除尘冷却后的冷煤气激冷至900 C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
3、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。3技术特点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入运行。1987年投煤量250400 t / 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2000 t的单系列大型煤气化装置于1993年在荷兰 Demkolec电厂建成
4、，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2800 t / 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14001600摄氏度，碳转化率
5、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%，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46个烧嘴，不仅有利于粉煤的气化，同时生产
6、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 要时可实现零排放。4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 次用于生产合成气，而且是首次在中国使用，可借鉴的经验少，具有非 常的复杂性、挑战性和特殊性。(1) 流程复杂煤气化装置流程复杂，包括磨煤及干燥、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，仅管道仪表流程图(PID)就有100余张1
7、#图纸。流程虽然复杂，但实践证明装置的开车、 停车及运行操控均比较容易。(2) 控制系统复杂煤气化装置的控制系统比较复杂，I/O点多达3000多个，采用串级、 前馈、分程、比值调节及顺序控制（15个）和逻辑控制（50多个）， 通过分散型控制系统（DCS）、紧急停车系统（ESD）、可编程逻辑控 制（PLC）实现生产过程的集中监控和管理，无论从规模还是复杂程度 方面在国内化工行业单套装置中均为少见。由于控制系统设置及组态工 作完美，在已投产的壳牌煤气化项目生产运行中没有出现DCS和ESD 控制的问题。（3）设备结构复杂煤气化关键设备气化炉、输气管和合成气冷却器在煤气化框架上呈门 字形连成一体，3台
8、设备共有200多个管口，设备结构和受力情况复 杂，对材料要求高，内件组装对外壳接管标高及方位要求极为严格，设 计、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13台疲劳设备，要采用有限元应力分析法进行疲劳计 算与设计，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中需要进口的主要有气化炉、输气管、合成气冷却器的 内件，飞灰过滤器的内件，以及点火烧嘴、开工烧嘴、煤烧嘴、煤流量 控制阀、煤三通阀、煤粉流量测量仪表、煤粉阀、煤灰渣阀、硬密封仪 表球阀、锅炉给水循环泵（大流量）、恒力吊、激冷气压缩机等，但目 前五环公司正进行的项目中已对其中部分设备实现国产化。（6
9、）布置结构复杂煤气化框架高超过90m,为钢筋混凝土和钢结构混合结构，其中安装设 备不仅数量多，且质量大，与框架的连接形式复杂。采用有限元模型从 结构的动力特性、变形、强度、建筑结构、气化炉及地震对框架的影响 等进行了模拟分析。结构施工和安装工作量较大。（7）项目建设周期和投资相对来讲，壳牌煤气化项目的建设周期较其他煤气化工艺长，投资也较 高。5壳牌煤气化技术的工程应用荷兰Demkolec 253 MW煤气化联合循环发电厂采用壳牌煤气化工艺技 术，于1990年开始建设，于1993年建成并顺利投产，试运行3年后 转给当地的公用事业部门继续运行。实践证明壳牌煤气化工艺技术是先 进的、可靠的技术。壳牌
10、公司与湖北双环科技股份有限公司签订的国内第1套煤气化技术 转让协议在2001年6月生效，6年多来已有15家国内企业陆续与壳牌 公司签订了技术转让协议（共19台气化炉），生产的产品包括合成氨、 甲醇、氢（油品）、聚丙烯、醋酸、聚甲醛等。国内第1套采用壳牌煤 气化技术的生产装置已于2006年5月顺利投产。到目前为止，共有5 家采用壳牌煤气化技术企业的生产装置陆续投入生产运行。国内采用壳 牌煤气化技术的生产装置概况见表。Zl*B爆1Utlfe 世办f 7FTKR1舍J20万5.5 7Fw2001 -062006-W-1?2會30万127HOD200120-llllMttW万 0 万MM1200200
11、1XKM-t27M0t9MVt70HXM - 09MH-na-a10甲如JTIMJF21002DM-HI!3 vn13AW1k3!J(4uxSklXM时心憤叶咖-找IJBRW46 7T3v4OXOS -1114天停童厂加Jh 丁串幕埜万* 尿擊血豊甲51XU.17IxlWQ2D06-OQ1S11攔天令MUK却万二阳万M.空亓a 0092006459tt09-0i6结论(1) 壳牌煤气化技术是目前国际上最先进的洁净煤气化技术之一，具 有原料利用率高、消耗低、对资源节约、对环境友好等显著优点。(2) 壳牌煤气化技术用于生产合成气的工程实践是成功的，各项主要操 作指标基本达到设计要求，装置运行比较平稳，开车、停车操作灵活方 便。(3) 壳牌煤气化技术在中国的成功应用，相关各方在项目设计、采购、 施工、试车、生产运行过程中积累了一定的经验，将为中国其他在建的 壳牌煤气化项目起到很好的借鉴作用。(4) 壳牌煤气化技术在中国的成功应用，使我国的煤气化技术应用上 了一个新台阶，壳牌煤气化技术具有良好的发展前景
