Shell炉煤气化工艺介绍
目    录
1.概述
1.1.发展历史
1.2. Shell炉煤气化工艺主要特点
2.工艺流程
2.1. Shell炉气化工艺流程简图
2.2.Shell炉气化工艺流程简述
3.气化原理
3.1粉煤的干燥及裂解与挥发物的燃烧气化
3.2.固体颗粒与气化剂(氧气、水蒸气)间的反应
3.3.生成的气体与固体颗粒间的反应
3.4.反应生成气体彼此间进行的反应
4.操作条件下对粉煤气化性能的影响
4.1气化压力对粉煤气化性能的影响
4.2氧煤比对粉煤气化性能的影响
4.3蒸汽煤比对粉煤气化性能的影响
4.4.影响加压粉煤气化操作的主要因素
4.5煤组分变化的影响
4.6 除煤以外进料“质量”变化的影响
5.工艺指标
6.Shell炉气化工艺消耗定额及投资估算
7. 环境评价
1.概述
1.1.发展历史
Shell煤气化工艺(Shell Coal Gasfication Process)简称SCGP，是由荷兰Shell国际石油公司(Shell International Oil Products B. V.)开发的一种加压气流床粉煤气化技术。Shell煤气化工艺的发展主要经历了如下几个阶段。
(l)概念阶段20世纪70年代初期的石油危机引发了Shell公司对煤气化的兴趣，1972年Shell公司决定开发煤气化工艺时，对所开发的工艺制定了如下标准:
        ①对煤种有广泛的适应性，基本可气化世界上任何煤种;
        ②环保问题少，有利于环境保护;
        ③高温气化，防止焦油和酚等有机副产品的生成，并促进碳的转化;
        ④气化装置工艺及设备具有高度的安全性和可靠性;
⑤气化效率高，单炉生产能力大。
    根据上述原则，通过固定床、流化床和气流床三种不同连续气化工艺的对比，对今后煤气化工艺的开发形成了如下基本概念:
①采用加压气化，设备结构紧凑，气化强度大;
        ②选用气流床气化工艺，生产能力大，气化炉结构简单;
③采用纯氧气化，气化温度高，气化效率高，合成气中有效气CO十H2含量高;
④熔渣气化、冷壁式气化炉，熔渣可以保护炉壁，并确保产生的废渣无害，
⑤对原料煤的粒度无特殊要求，干煤粉进料，有利于碳的转化。
(2)小试试验1976年Shell在荷兰阿姆斯特丹建成了规模为6t/d煤的小试装置，该装置的主要任务是进行煤种试验，验证Shell煤气化理论，为工艺模型的开发提供基础数据，并进行材料试验和煤气净化方法试验，收集基本的环保数据。在其主要试验期间(1978-1983年)，先后对21个煤种进行了气化试验。目前该装置仍可根据需要进行特定煤种评价及试验。
(3)中试装置在小试试验的基础上，于1978年Shell在原联邦德国的汉堡一哈尔堡(Ham-
  burg-Harburg)壳牌炼油厂内建设了一套日处理150t煤中试装置。其主要任务是进行不同煤种的气 化试验，与小试试验结果关联并验证煤气化数据和工艺模型，进行相关的设备试验，确定煤气化的关键设备(如:气化炉、煤气冷却器、烧嘴、加料及排渣设备及阀门等)的设计原则，为工业化装置的设计提供数据，同时为生产装置积累操作经验、开发安全操作程序。中试装置累计进行了6000h(包括1000h的连续运转)的气化试验，于1983年结束运转。
(4)工业示范装置在汉堡中试的基础上，对气化和煤气冷却系统的设计进行了大幅度的改
进，并在美国休斯顿郊区壳牌的Deer Park总厂建设了一套命名为SCGP-1的粉煤气化工业示范装置，该装置于1983年开始设计，1986年开始运转，气化规模为250 - 400t/d煤，气化压力2^-4MPa，约日产32. 5 X 104 m”中热值煤气和16t/h蒸汽。SCGP-1示范装置的主要任务是验证Shell煤气化工艺技术，包括工艺特性及设备可靠性，进一步开发商业化生产的操作技能和经验。SC(aP-1气化装置的示范试验装置累计运行15000h，最长连续运行1500h，气化了大约18种煤(其中包括褐煤和石油焦)，获得了比期望值更好的工艺效果。该示范装置于1991年关闭。
  (5)工业化应用1993年采用Shell煤气化工艺的第一套大型工业化生产装置在荷兰布根伦
(Buggenum)市的Demkolec建成，用于整体煤气化燃气一蒸汽联合循环发电，发电量为250MWo设计采用单台气化炉和单台废热锅炉，气化规模为2000t/d煤。煤电转化总(净)效率>430o(低位发热量)。1994年4月首次用煤气化发电，到1998年初联合循环发电已经累计运行时间超过10000h，烧嘴寿命超过7500h，成功地气化了14种煤(其中部分混烧)，在1997年下半年装置总运转率超过8500。运转初期曾发生过一些问题，主要发电燃气轮机的间题占95%，于1996年9月最终得到解决。在1998年1月1日该装置已经转交给当地公用事业部门，进人商业化运行(比原计划晚一年)。
1.2. Shell炉煤气化工艺主要特点
    (1)粉煤进料
    煤的气化反应是非均相反应，又是剧烈的热交换反应，影响煤气化反应的主要因素除气化温度外，气固间的热量传递、固体内部的热传导速率及气化剂向固体内部的扩散速率是控制气化反应的主要因素。气流床气化是气固并流，气体与固体在炉内的停留时间几乎相同，都
比较短，一般在1 }- l Os。煤粉气化的目的是想通过增大煤的比表面积来提高气化反应速度，从而提高气化炉的生产能力和碳的转化率。在固定床气化过程中，气体和固体是逆向流动，对人炉原料粒度及原料中粉煤的含量要严格控制，如Lurgi炉规定人炉原料中小于6. 4mm的粉煤必须少于10%^-1500，否则会恶化炉况，影响气化炉的正常运行。在流化床气化过程中，气体和固体的流动是并流和逆流共存，要保证气化炉的正常操作，对人炉原料中粉煤的含量也要求控制在一定的比例。而气流床气化人炉原料的粒度越细对气化反应越有利。煤的颗粒直径从lOcm降到。 .Olmm (10}m)，煤的比表面积约扩大10‘倍，这样可以有效地提高气化反应速率，从而提高气化炉的生产能力和碳的转化率。因此，粉煤气化通过降低入炉原料粒度来提高固体原料的比表面对气化反应就更有其特殊意义。随着采煤技术自动化程度的提高，商品煤中粉煤含量就越多，因此采用粉煤气化就显得日趋重要。
(2)高温气化
气流床煤气化反应温度比较高，气化炉内火焰中心温度一般可高达20000C以上，出气化炉气固夹带流的温度也高达1400^ 17000C，参加反应的各种物质的高温化学活性充分显示出来，因而碳转化率特别高。高温下煤中的挥发分如焦油、氮、硫化物、也可得到充分
的转化。其他组分也通过彻底的“内部燃烧”得到钝化。因此，得到的产品煤气比较纯净，煤气洗涤污水比较容易处理。对非燃料用气如合成氨或甲醇的原料气来说，甲烷是不受欢迎的，随着气化温度的升高其所产生的气体中甲烷含量显著降低，因此气流床煤气化特别适合于生产高CO+ H:含量的合成气。高温气化生产合成气的显热可通过废热锅炉回收，生产蒸汽。在某些情况下，所生产的蒸汽除自身生产应用外，还可以和其他的化工企业或发电企业联合一起利用。由于是高温气化，因此气流床气化氧气消耗量比较高。
(3)液态排渣
在气流床气化过程中，夹带大量灰分的气流，通过熔融灰分颗粒间的相互碰撞，逐渐结团、长大，从气流中得到分离或勃结在气化炉壁上，并沿炉壁向下流动，以熔融状态排出气化炉。经过高温的炉渣，大多为惰性物质，无毒、无害。由于是液态排渣，要保证气化炉的稳定操作，气化炉的操作温度一般在灰的流动温度(FT)以上，原料煤的灰熔点越高，要求气化操作温度也就越高，这样势必会造成气化氧气的消耗量增加，影响气化运行的经济性，因此，使用低灰熔点煤是有利的。对于高灰熔点煤，可以通过添加助熔剂，降低灰熔点和灰的翻度，从而提高气化的可操作性，气流床气化对煤的灰熔点要求不是十分严格。
(4) 煤种适应广
由于采用干法粉煤进料及气流床气化，因而对煤种适应广，可使任何煤种完全转化。它能成功地处理高灰分、高水分和高硫煤种，能气化无烟煤、石油焦、烟煤及褐煤等各种煤。对煤的性质诸如活性、结焦性、水、硫、氧及灰分并不敏感。
(5)能源利用率高shell程序的编写流程
由于采用高温加压气化，因此其热效率很高，在典型的操作条件下，
Shell气化工艺的碳转化率高达9900。合成气对原料煤的能源转化率为80 % ^-830o。此外尚有16%^-17%的能量可以利用而转化为过热蒸汽。这主要由于在高温下(1400 - 22001C),燃料各组分活性大，有利于完全气化。在加压下(( 3 MPa以上)，气化装置单位容积处理的煤量大，产生的气量多。采用了加压制气，大大降低了后续工序的压缩能耗。此外，还由于采用干法供料，也避免了湿法进料消耗在水气化加热方面的能量损失。因此能源利用率也相对提高。
  (6)设备单位产气能力高。
由于是加压操作，所以设备单位容积产气能力提高。在同样生产能力下，设备尺寸较小，结构紧凑，占地面积小，相对的建设投资也比较低。
  （7)环境效益好
因为气化在高温下进行，且原料粒度很小，气化反应进行得极其充分，影响环境的副产物很少，因此干法粉煤加压气流床工艺属于“洁净煤”工艺。Shell煤气化工艺脱硫率可达95%以上，并生产出纯净的硫黄副产品，产品气的含尘量低于2mg/m3(标)。气化产生的熔渣和飞灰是非活性的，不会对环境造成危害。工艺废水易于净化处理和循环使用，通过简单处理可实现达标排放。生产的洁净煤气能更好地满足合成气、工业锅炉和燃气透平的要求及环保要求。
2.工艺流程
2.1. Shell炉气化工艺流程简图


2.2.Shell炉气化工艺流程简述
2.2.1  U-1100单元-----磨煤及干燥
煤流程：原煤和石灰石用皮带送至本工段的V1101碎煤仓和石灰石仓V1102，再通过称重给料机X1101和X1106计量后送至微负压的磨煤机A1101进行碾磨，并被热风炉F1101送过来的190℃的热风所干燥。在磨机上部的旋转分离器S1102的作用下，温度为105℃、粒度为10—90微米的煤粉和热气一起从磨机顶部出来，被送至粉煤袋式过滤器S1103（大布袋），在此，煤粉被收集下来，分别经旋转给料机X1105和螺旋输送机X1102、X1104送至粉煤贮仓V1201。

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