Shell煤气化工艺的综述及流程改进意见戴进美（湖南工学院材料与化学工程系应用化工专业0901班）摘要：叙述了Shell煤气化技术的发展过程，介绍了Shell煤气化工艺和主要设备的特点，回顾国内的装置建设情况，坦言一些存在的问题，并提出Shell工艺的改进意见：在为中国设计的制氢气、氨和甲醇化工装置中，将废锅流程改为激冷流程，町以明显降低投资，加快建设周期，提高开车速度，降低运行成本。

关键词：Shell 煤气化工艺废锅流程激冷流程编者按：虽然Shell煤气化工艺是目前世界上较为先进的第二代煤气化工艺之一，但是这种工艺不是十全十美的国内引进该枝术应用于氢、氨、醇生产的过程中将面临着很多困难，认识上有很多不足。

本文作者结合多年的工程实践经验，坦言Shell煤气化工艺存在的一些问题，并提出Shell工艺的改进意见．可供业界同行参考。

Shell煤气化过程是目前世界上较为先进的第二代煤气化工艺之一。

按学术上的分类，She[1煤气化属气流床气化。

煤粉、氧气及少量水蒸气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，气化产物为以氢气和一氧化碳为主的合成气，二氧化碳的含量很少。

1 Shell煤气化技术的发展历程自20世纪50年代起，壳牌公司就参与了气化技术的开发。

当时，该公司开发r以油为原料的壳牌气化技术(SGP)，至今已有150多套SGP没施得到技术转让。

在积累油气化经验后，1972年开始在该公司的阿姆斯特丹研究院(KSLA)进行煤气化技术研究。

1976年，煤气化工艺(SCGP)已达到一定水平并建立一座处理煤量为6t／d的试验厂，利用该装置一共试验了30多个不同的煤种。

1978年，在汉堡附近的哈尔堡炼油厂建设一座处理煤量为150t／d的工厂，公司利用这座装置进行了一系列成功的试验，至1983年该装置停止运转为止，累计运行了6l00h，其中包括超过1 000h的连续运转，顺利完成了工艺开发和过程优化的任务。

在汉堡中试装置成功运行的基础上，1987年，壳牌公司在美同休斯顿附近的DeerPark 石化巾心建设了一座规模较大的上厂，这庠命名为SCGP l的示范进煤量为每天250t高硫煤或每天400t高湿度、高灰褐煤，共积累了15000h的操作经验。

SCGP1试验了约18种原料，包括褐煤乃至石油焦。

这些试验结果充分汪实壳牌煤气化技术在可靠性、原料灵活性、负荷可调性和环保方面都达到了极高水准，该示范装置运行成功。

1988年，荷兰国家电力局决定由其下属的Demkolec公司在荷兰南部的BuGGenun兴建能力净输出为253MW的煤气化联合循环发电厂(IGCC)。

Shell公司为装置提供专利技术及基础设计，其煤气化装置设计能力为单炉日处理2000t煤、气化压力为2．8MPa。

该电厂于1993年底试车1994年初开始为期3年的示范期，在此期间，该装置成功地完成了14个煤种的试验，并对商业化电站规模的可靠性操作、环保、负荷调节及经济方面进行了全面的评估。

该装置的实践表明，碳的转化率可达99％以上，装置负荷可在40％～100％之间调整。

到2001年，气化装置运转率在95％以上，从此Shell公司开始向市场推出壳牌煤气化工艺。

Shell技术进展见表1。

由此可见，Shell煤气化技术的进程从中试开始，到可以商业化巾，前后长达30年。

这说明大型煤气化技术的开发是艰巨的，为我国正在兴起的煤气化技术的开发提供了很好的启示。

表1 SheB技术进展2 Shell煤气化工艺及特点简介2．1 Shell煤气化工艺流程来自煤场的煤和石灰石通过称重给料机按一定比例混和后进入磨煤机混磨，并由热风作为动力带走煤中的水分经过袋式过滤器过滤，干燥的煤粉进煤粉仓中贮存。

束自空分的氧气经氧压机加压并预热后与中压过热蒸汽混合后导入喷嘴。

出煤粉仓的煤粉通过锁斗装置，由氮气加压至4.2MPa并以氮气作为动力送至喷嘴，与蒸汽氧气进入气化炉内燃烧，反应温度约为l500℃~1600℃压力3.5MPa。

出气化炉的气体先在气化炉顶部被激冷压缩机送来的冷煤气激冷至900℃然后经输气管换热器、合成气冷却器回收热量后温度降至350℃，再进入高温高压陶瓷过滤器除去合成气中99％的飞灰。

出高温高压过滤器的气体分为2股，一股进入激冷气压缩机版缩后作为激冷气，另一股进文丘里洗涤器和洗涤塔，经高压工艺水除去其中剩余的灰并将温度降覃150℃后去气体净化装置。

处理后的煤气含尘量小于1mg／m3，然后送后续工序。

在气化炉内产生的熔渣沿气化炉壁流人气化炉底部的渣池，遇水固化成玻璃状炉渣，然后通过收集器、渣锁斗，定时排放至渣脱水槽，再通过捞渣机捞出送至渣场，作为商品出售。

在高温高压过滤器中收集的飞灰经飞灰气提塔气提并冷却至i00℃后进人飞从贮罐，一部分飞灰返回至磨煤机，另一部分作为商品出售。

气化炉膜式壁内和各换热器由泵进行强制水循环，产生的5.4MPa饱和蒸汽进人汽包，经汽水分离进人蒸汽总管，水循环使用。

2．2 Shell煤气化工艺的特点2．2 1 r煤粉进料煤种适应性比较广，从无烟煤、烟煤、褐煤到石油焦均可气化，对煤的灰熔融性温度范围的要求比其他气化工艺较宽些，，对于较高灰分、较高水分、较高含硫量的煤种也同样适应。

但是，实际使用时．还是尽量选择比较好的煤为宜。

粉煤用密封料斗法升压(即问断升压)，常压粉煤经变压仓升压进人工作仓(压力仓)，其压力略高于气化炉，粉煤用氮气或CO。

央带人炉(经喷嘴)。

2 .2.2气化温度高气化温度约l400℃～l 600℃，碳转化率高达99％以上，产品气体相列洁净，不含重烃，甲烷含量极低，煤气中有效气体(CO+H2)高达90％以上。

高温气化不产生焦、油、酚等凝聚物，不污染环境，煤气质量好。

2．2．3氧耗低氧耗量与煤种有关，本工艺的氧耗比较低，吨煤耗量约为600m3(神府煤)，因而与之配套的空分装置投资可减少。

2．2．4 |煤粉下喷式喷嘴，并有冷却保护Shell气化炉使用多个喷嘴，采用成烈对称布置，喷嘴的李气动力学设汁是经过研究计算后确定的。

气化炉喷嘴安放在气化炉下部，对列式布置，数量一般为4个～6个。

喷嘴冷却系统是防止气化炉内高温对喷嘴造成过热损坏。

软水经喷嘴冷却水泵分别打入喷嘴，出喷嘴的冷却水进人冷却器进行冷却后循环使用。

Shell公司专利气化喷嘴设计保证寿命为8 000h，这是一个重要验证。

2．2．5气化炉Shell煤气化炉的单炉生产能力大，本工艺投入运转的单炉气化丝力3.0MPa，日处理煤量已达1 000t一2000t。

，该煤气化炉采用水冷壁结构，无耐火砖衬里，维护量少，运转周期短，无需备炉。

该炉主要由内筒和外筒两部分构成，外筒只承受静压而不承受高温，内什形成气化空间、炉渣收集空间、气体输送空间。

气化炉内筒上部为燃烧窜，下部为激冷室，煤粉及氧气燃烧反应，温度为1600℃左右。

2．2．6高温煤气激冷和冷却气化形成的混合粗煤气气流夹带部分液渣(～40％)，为避免液渣在凝吲时粘壁，需用急冷法固化液渣，使炉温瞬间降至灰渣软化温度(ST)以下，在气化炉上部经激冷冷却至900℃左右，使其中夹带的熔融态灰渣颗粒固化。

粗煤气离开气化炉进入废热锅在废热销炉内与脱氧水(4.0MPa，40℃)进行热交换，冷却至300℃左右。

2．2．7废热锅炉采用废锅法(水管式)回收高温煤气显热，要承受高温高压和粉坐的冲刷，操作条件比较恶劣。

由于温差大，如何减少热应力给设备带来的损害也是必须考虑的问题。

废热锅炉的会属外筒为受压容器，温度不高(～350℃)。

内件由圆筒型水冷壁和若干层盘管型水冷壁组成，为消除水冷壁上的积灰，可殴置若干数量的气动敲击除灰装置进行振动除灰。

2．2．8热效率高煤中约83％的热能转化为合成气，约15％的热能被心收为高压或中压蒸汽，总的热效率为98％左右。

2．2．9气化操作采用先进的控制系统，其中包括Shell公司专有的工艺计算机控制技术，为保护设备和操作人员安全．设有必要的DCS、ESD(紧急停车系统)系统，使气化操作在最佳状态下进行。

表2列出壳牌煤气化工艺的主要性能参数。

2．2．10出废热锅炉的粗煤气进入干式除尘器，用高效飞灰过滤器除巾法回收飞灰，飞从经收集并变压后返回常压煤仓(再气化)，总的碳转化率较高(～99％)，脱除的飞灰进入飞灰收集罐，出飞灰收集罐的飞灰返回气化炉循环使用。

2．2．11气化炉高温排出的熔渣经激冷后成玻璃状颗粒，性质稳定，对环境影响比较小，气化、污水中含氰化物少，容易处理，自可能做到近零排放。

3 Shell煤气化工艺存在的问题虽然Shell煤气化技术足目前国际上最先进的煤气化技术之一，但是这种工艺不是十全十美的。

3．1这种炉型在同外虽然有成功经验，但那是用在发电上的。

引进该技术应用于氢、氨、醇生产的过程中将面临着很多困难，认识有很多不足。

工艺流程和一些指标数据和优点是根据在发电流程上得到的，并不完全适合于制氢、氨、醇。

在与其他气化技术比较时，比较的数据不是在同等条件下得到的，产生失真。

对这样的新技术，我们要有一个消化吸收的过程，也就足一个客观事实的认识过程。

在这方面，国内的功夫显然下得不够。

何况在设备选型、流程配置、施工管理以及从试车到正常运行等方面，也都要有一个认识过程。

3．2煤气化的关键设备(即煤气化炉、输气导管、废热锅炉)的内件在国外制造，工期较长；喷嘴、煤粉阀、渣阀、灰阀等完全依赖进u；其他大型设备，即飞灰过滤器、高压氮气缓冲罐的运输和吊装比较困难。

3．3Shell公司在设计上比较保守，在选材上很苛刻，要求进口的设备太多。

装置控制的自动化程度很高，采用串级、前馈、分程、比值及顺序控制和逻辑控制，通过DCS、ESD、PLC实现生产过程的集中控制和管理。

有20多个停车联锁，一旦操作中出现问题就联锁停车，因此对配套工程、操作、殴备检修、设备性能的要求很高。

3．4为保持水冷壁管的水量均匀分布，有的水冷壁管内径仪7mm，对钠炉给水的水质要求高，同时对水汽系统配管、设备安装及试车的要求也高。

3．5国内相关设备的制造厂家都是第一次制作配套设备，存在一个熟悉的过程。

3．6高压氮气和超高压氮气的用量过太，部分抵消了其节能的优势。

3．7煤质要求研究表明，并不是所有的煤种都适于Shell气化法。

要选用灰熔融性温度低、活性好、灰分含量较低的适于Shell气化的好煤种，能够确保长周期安全稳定运行，可操作性强。

实际运行表明，灰分质量分数在8％一15％为最佳。

同时，必须通过试烧，方能准确地进行工业装置的设计。

这与一些报道不一样，应该引起注意。

3．8除尘问题Shell煤气化工艺中陶瓷除尘器的能力问题，目前是一个焦点问题。

据称，陶瓷除尘器后，气体中的微粒不大于2um。

对于发电来说，这个问题影响不是很严重，但是对于化工来说，这个问题很严重。