壳牌煤气化气化原理技术说明（翻译版）目录气化原理 ............................................................................................................ 错误！未定义书签。
一、总论 (2)1.1 概述 (2)1.2 主要反应方程式 (2)1.3 环境方面 (3)2壳牌煤气化工艺(SCGP) (4)2.1 概述 (4)2.2 工艺步骤 (5)3煤的起源和煤的成分对煤气化工艺SCGP的影响 (13)3.1煤的起源 (13)3.2 与shell煤气化工艺相关的煤的特性 (13)3.3 煤/煤灰特性对操作和设计的影响 (15)一、总论1.1 概述气化是一种将碳氢原料转变为CO和H2为主要气体成分的工艺。
其它气体成分如CH4、CO2、H2S、苯酚、烟和微量的氨、HCl、HCN以及在特殊工艺下基于原料和工况产生的甲酸盐。
气化产出的气体既可作为发电用的燃料，又可作为化工原料。
对气化工艺的选择，以及气化介质(O2或空气)，取决于气化进料的类型和产品的要求。
壳牌专利/操作两大气化技术1. 壳牌气化工艺(SGP)壳牌气化工艺(SGP)原料范围从天然气到重油。
此工艺合成出来的气体广泛用于H2、Cl2、甲醇的制造，或作为发电用的燃料。
自1956年来，壳牌气化工艺(SGP)技术被广泛应用，现已经有150套气化炉。
壳牌气化工艺(SGP)采用有耐火衬里的单个烧咀和一个特别设计的气管式废热锅炉（合成气冷却器SGC）。
2. 壳牌煤气化工艺(SCGP)壳牌煤气化工艺(SCGP)原料范围从焦油和无烟煤到褐煤。
间接煤液化（气化伴随着合成气接触反应的变换）是发展此工艺的最初原因。
现在，此工艺主要应用于发电和化工原料生产。
1972年，开始壳牌煤气化工艺(SCGP)的开发。
1976年阿姆斯特丹壳牌实验室委托一个工厂——GASCO化工厂烧煤6t/d；1978~1983年在德国汉堡壳牌总厂，一个烧煤150t/d的工厂投产；1986~1991年在美国壳牌Deer Park总厂，一个烧煤250-400st/d的示范厂投产。
1994年以来，此工艺应用在商用上，在荷兰德克里克布根伦IGCC工厂，消耗商用煤2000t/d。
壳牌煤气化工艺(SCGP)应用了一个多烧咀的水冷膜式壁气化炉和一个经特别设计的合成气冷却器（废热锅炉）结构，允许气化炉在更高温度下操作，并且承担在合成气冷却器中承载固体的负荷，比其他SHELL煤气化工艺（SGP）气化炉/合成气冷却器（SGC）要大。
1.2 主要反应方程式简而言之，壳牌煤气化工艺(SCGP)中煤（焦）气化可以用总反应来描述：CH + 1/2 O2 => CO + 1/2 H2在这里：CH是煤的简化分子式。
然而，为了真正理解气化工艺，就应该知道更多基本的气化反应方程式。
为了简单，在此反应中，煤将当作是纯碳，并且，通过转换，负热反应将预示热量产生。
因为以下气化反应将有区别：C + 1/2 O2 => CO (1) -110MJ/kmol CC +H2O => CO + H2(2) +131MJ/kmol CC +2H2 => CH4(3) -75MJ/kmol C这些反应说明实际上三种方法可以将碳氢燃料气化，即：通过部分氧化反应（1），吸热产蒸汽反应（2）和加氢氧化反应（3）。
实际上部分氧化反应必须分成两步：C + O2 => CO2-393MJ/kmol CC +CO2 <=> 2CO +173MJ/kmol C分步表明进行气化反应的能量在其内部产生。
而且，还表明它的第二个反应应该认为是平衡的。
在壳牌煤气化工艺(SCGP)中，有2个以上的主要反应，第一个主要反应是必需的，第二个主要反应是几乎不相关的，两者主要反应都是平衡的：CO变换反应：CO + H2O <=> CO2 + H2-41MJ/kmol CO蒸汽甲烷转化反应：CH4 + H2O <=> CO +3H2+211MJ/kmol CO要理解在正常操作中壳牌煤气化工艺(SCGP)的控制原理和必要的非正常调整，这些反应方程式是必需的知识。
1.3 环境方面从发电方面来看，采用气化，特别是采用煤气化工艺(SCGP)，唯一的原因是它的环保性能；商业上它不能和煤粉锅炉竞争。
如果这个工艺用于化学原料的生产，包括液体烃类的生产，首先必须证明气化在商业上是值得的；其次选用煤气化工艺(SCGP)将有利于环保。
效率当采用煤气化工艺(SCGP)，煤中平均80%的能量将存在于合成气中，大约15%将被传送给高压蒸汽(40-140巴)，大约5%将失去。
因此，煤气化工艺将是最有效率的气化工艺之一。
由于自然的损失(渣、灰等中的热量)，更进一步的改进看起来很难实现。
在整体气化联合循环装置中采用煤气化工艺(SCGP)，整个电站大约43%效率现已实现，并且随着未来气体透平机领域的发展，效率将会更高。
效率将会等于或高于现有的煤粉锅炉。
气体的挥发(用于发电)SO2由于少量物质(H2S、COS)中存在硫，所以标准高效(>99%)的清除和再生技术用于生产商品硫(或硫酸，如果要)是可以的。
这与烟道气洗涤技术(效率：<95%;产品：石膏或高定额成本化肥)相似。
NO X当采用透平机稀释(来自空分的污氮/蒸汽)合成气燃烧，会产生很少量的NO X，当使用天然气在透平机中燃烧时含量会更低。
煤粉锅炉的挥发高10个点。
灰尘由于合成气集中清洗，灰尘经透平机烟道挥发会被忽略。
有些灰尘的挥发物将从固体搬运系统产生。
这些又比从煤粉锅炉挥发的烟道气低得多。
废水从煤气化工艺(SCGP)来的废水可循环和处理。
应用标准技术：●澄清(清除固体)●蒸发/冷凝(除去所有未处理固体；需再循环)●生物处理(氮氧化物及硫的混合物；需最大限度处理)最理想的水处理方案总是依据特殊的环境和许可条件来定。
固体废物从工厂来的固体废物，以渣和飞灰的形式存在，占进煤量的6－35%。
两种废物都能当作产品，因为它们能通过过滤测试(气化温度导致煤灰熔融，在里面加入微量元素形成玻璃)作为修路材料和其它的工业应用。
依靠特殊的工程，产生的飞灰可能也有其它的应用，因为它含碳量低颗粒小，所以它有更高的价值。
少量化学废料、未冷凝在渣里或灰里的重金属(未处理固体，如果选择水循环)将在废水处理厂产生。
2 壳牌煤气化工艺(SCGP)2.1 概述壳牌煤气化工艺(SCGP)的基本概念：●熔渣式膜式壁气化炉●加压气化●悬流气化●加氧气化●多个相对的烧咀●干法输送粉煤熔渣式膜式壁气化炉选择熔渣膜式壁气化炉以便允许在高温(反应器周围砌有难熔的砖，具有合理的难熔寿命，温度限制到大约1500℃)下正常操作：1)高碳转化效率(>99%)，停留时间短，2)将所有的煤灰惰性化(通过将它转化为玻璃)。
而且，熔融的灰/渣在冷却的气化炉炉壁上固化；3)提供另外的隔热，从而减少热损失(生产蒸汽)，4)在跳车时起缓冲作用(在温度偏移时, 粘附在膜式壁上的渣将会固化/熔解)。
加压、悬流气化选择悬流气化是因为它将导致气化炉结构紧凑(停留时间<10秒)。
加压操作将更加减少气化炉和下游所有的设备(在实际气流基础上的尺寸)的尺寸。
基于处理大量的固体的设备，尺寸将当然是不受影响。
用氧气而不用空气作气化媒介对于化工原料应用上，在必需排放氮气这种惰性气体的地方，这是显而易见的。
然而，为了发电应用，它也很有吸引力，虽然它将减少所有生产的高压合成气和气体净化的设备尺寸。
而且，虽然平衡用的氮气不必加热和降温，但是气化效率是稍微高一些。
多个相对的烧咀选择多个烧咀将达到：1)相对的“小烧咀”确保了一个良好的煤的混合和吹送，从而确保高的碳转化率（“易于”放大）；2)气化炉大减量（例如：四个烧咀中两个烧咀操作的设计是切实可行的，从而按单个烧咀的2倍比率调节）。
干法输送粉煤选择一个干法输送系统是因为这将导致最大的气化效率。
而且，它使气化工艺本身不依赖于煤的特性，比如煤的湿度、颗粒大小、Hardgrove指数、结块性能等。
这个系统的一个不利之处是相对比较复杂的煤加压和输送设备，同时作为化工原料生产，大量的氮气(接近8%)会带入合成气中。
2.2 工艺步骤壳牌煤气化工艺(SCGP)的各个工艺步骤描述如下：●磨煤和干燥●煤的加压和进料●气化和合成气冷却●渣的除去和处理●飞灰的除去和处理●湿洗●废水的汽提和澄清考虑到另外的工艺步骤不是“相关的煤气化工艺(SCGP)核心技术”，将不作详细讨论。
磨煤和干燥(CMD)在标准磨煤设备里，磨煤和干燥能被实现，煤在一个传统的典型的磨辊下面磨，同时用加热的循环气流从系统中带走水蒸汽，粉煤经过一个内部典型的旋转分级器吹送到布袋收尘室。
主要的气体经过惰性气体发生器循环。
在惰性气体发生器里，通过燃烧处理的合成气加热气体后送到磨煤机，多余的气体在压力控制下放空。
磨煤和干燥的进料物流有：1)原煤(如需提前粉碎，取决于磨煤机)2)助熔剂(如需要，取决于煤的型号)3)循环飞灰(如需要/吸收)4)燃料气(处理的合成气，燃料气，液化气或汽油)5)空气(作燃烧、密封气，且若需要控制露点)6)氮气(吹扫和惰性化气体)磨煤和干燥的产出物流有：1)干的粉煤(PC)典型是：含湿量1~2%wt<10%的粉煤>0.09mm<10%的粉煤<0.005mm2)磨煤和干燥的烟气(一个惰性气体发生器的混合燃烧气)、注入的空气、含水的蒸汽和氮气吹扫气。
注：在这本手册中，将不作任何深度的讨论。
因为，实际磨煤机操作是取决于磨煤机供货商，而且磨煤机供货商必须提供操作和维修指导。
煤的加压和进料多数情况下该系统是“成双的”，每个系统供给两个烧咀。
所有理念是基于：●从一个具有1小时贮存能力的高压容器以恒定量向烧咀送粉煤，●通过一个锁斗系统加满高压给料容器；●在低压贮存容器中，最少要有2小时的粉煤贮存能力。
这个系统的操作如下：●通过2条煤烧咀供应管线将粉煤不断地从V-1205A中送出。
为确保一个稳定的煤流量，容器出口位置处设置流化氮气。
根据压力或者流量来控制氮气的充压和泄压。
●一旦V-1205A中粉煤的料位下降到低于给定料位，将通过打开V-1204A底部阀门，从V-1204A(提供这个容器是准备传递煤)中加煤到V-1205A。
选择这个料位开关点，以便V-1205A能够从V-1204A收到另外一批煤。
●一旦V-1204A是空的，将通过关闭底阀和高压平衡阀来隔离这个容器。
通过减压阀逐步降低V-1204A的压力到与S-1201A相等，最后通过打开低压平衡阀，使V-1204A压力降到和低压煤贮仓V-1201A压力平衡。