Shell煤气化技术

admin管理员组

文章数量:1567757

2024年7月26日发(作者：)

Shell煤气化技术

吴 迎(中国五环化学工程公司，武汉 430079) 2006-08-04

1 概 述

谢尔粉煤加压气化工艺(简称Shell煤气化工艺)，是荷兰壳牌公司开发的一种先进的煤气化技术，与先进的德士古(Texaco)水煤浆

加压气化技术相比，Shell煤气化具有对煤质要求低，合成气中有效组分 (CO+H

2

>90％)含量高，原煤和氧气消耗低，环境污染小和运行费

用低等特点，已成为近年来国内外设计单位和生产厂家首选的气化工艺。

我国正在设计和建设中的洞庭氮肥厂、柳州化学工业公司等厂家，已将该技术应用于合成氨生产。湖北化肥厂和安庆化肥厂也准备将该技

术用于本厂的“油改煤”制氨流程。湖北双环科技股份有限公司引进Shell公司基础设计，由我院做工程设计，正在建设规模为800t／d(相

当于20万t／a)的工业示范装置，即将投运。Shell煤气化技术是我国建设大型煤化工项目或中氮肥改造的主要方向。Shell工艺虽属先进，

但投资偏高，一般企业不易接受，建议尽快实现关键技术和设备的国产化。

2 Shell煤气化工艺原理、技术特点及主要设备

2.1 Shell煤气化工艺原理

Shell煤气化过程是在高温高压下进行的，Shell煤气化属气流床气化。粉煤、氧气及水蒸汽在加压条件下并流进入气化炉，在极

为短暂的时间(3～10s)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，其工艺流程如图1所示，气化工艺指标

如表1所示。

2.2 技术特点

a.煤种适应性广。

从无烟煤、烟煤、褐煤到石油焦化均可气化，对煤的灰熔融性适应范围宽，即使高灰分、高水分、高含硫量的煤种也同样适应。

b.气化温度约1 600℃，碳转化率高达99％以上，产品气体洁净，不含重烃，甲烷含量低，煤气中有效气体(CO+H

2

)高达90％以上。

c.氧耗低，单炉生产能力大。

氧气消耗低，比水煤浆气化工艺低15％～25％，因而配套的空分装置投资相对降低；目前已投入运转的单炉气化压力3.0MPa，日

处理煤量已达2000t，因此，单炉生产能力大，目前更大规模的装置正在工业化。

d.热效率高，排渣易处理。

煤中约83％的热能转化为合成气，约15％的热能被回收为高压或中压蒸汽，总的热效率为98％；其气化炉高温排出的熔渣经激冷

后成玻璃状颗粒，性质稳定，对环境几乎无影响，气化污水含氰化物少，易处理。

气化炉关键部件烧嘴的设计寿命为8000h，已有使用4a仍未更换的记录；另外控制系统安全可靠，设有必要的安全联锁，

使气化操作始终处于最佳状态下运行。

气化炉炉壁采用水冷壁结构，无耐火砖衬里，维护量少，气化炉内无传动部件，运转周期长，无需备炉。

2.3 主要设备

Shell气化装置的核心设备是气化炉和废热锅炉。气化炉结构如图2所示。

Shell煤气化炉由内筒和外筒两部分组成，包括膜式水冷壁、环形空间和高压容器外壳。内筒采用水冷壁结构，仅在向火面有一层薄的耐火

材料涂层，其一，为了减少热损失；其二，主要是为了挂渣，充分利用渣层的隔热功能，以渣抗渣，以渣护炉壁，使气化炉热损失减少到

最低，以提高气化炉的可操作性和气化效率。环形空间位于压力容器外壳和膜式水冷壁之间，即内筒与外筒之间有空隙气层，设计环形空

间的目的是为了容纳水／蒸汽的输入／输出管和集气管，同时，环形空间还有利于检查和维修。其内筒仅承受微小压差。气化炉烧嘴是Shell

煤气化工艺的关键设备及核心技术之一，与其它气化炉不同的是Shell气化炉采用侧壁烧嘴，根据气化炉能力由4～8个烧嘴呈中心对称分

布。气化炉外壳为压力容器，一般小直径气化炉用钨合金钢制造，其它用低铬钢制造。由于气化炉的特殊设计，保证了Shell煤气化工艺

指标先进可靠。

废热锅炉用于回收高温煤气的显热，其内件由圆筒形水冷壁和若干层盘管形水冷壁组成，盘管形水冷壁各层之间密封分隔。为消除

水冷壁上的积灰、设置了气动敲击除灰装置，定期或不定期进行振动除灰。气化炉和废热锅炉顶部用导气管连接，导气管内部也为水冷壁

结构。

3 结 语

煤气化技术是煤炭洁净、高效和综合利用的基础技术和关键技术，其应用领域极为广泛。因此，大力开发煤种适应性强，单炉生产

能力高，煤气成本低，气体为可调的先进加压气化技术十分重要。Shell气化技术代表当今气化工艺发展方向，适合我国大多数煤灰熔融性

温度偏高的国情，该工艺是我国建设大型煤化工项目或中氮肥改造的主要方向。Shell工艺虽属先进，但投资偏高，一般企业不易接受，降

低造价的办法是采用国内专利技术，走国产化道路。建议在引进和改进Texaco水煤浆加压气化技术和Shell粉煤加压气化技术的同时，尽

快实现关键技术和设备的国产化。

Texaco煤气化工艺技术指标与经济效益评价系统的设计

国 蓉1 程光旭1 郑宝祥2 王 毅1 赵勇平2(1.西安交通大学环境与化工学院 710049) (2.陕西渭河化肥厂 渭南 714000) 2003-08-16

Texaco煤气化技术是由美国Texaco公司在重油气化的基础上开发成功的第二代煤气化技术，属于加压气流床气化工艺。与其它气

化工艺相比，Texaco水煤浆气化工艺以水煤浆形式加料，简化了干粉煤给料及加压煤仓加料的问题，取消了气化前的干燥，节约能量。同

时，气化采用1 300～1 500℃的高温，气化压力达6.5MPa，气化效率高，煤转化效率高(达98％以上)，无焦油等污染物，是一种工艺先进、

可靠的气化工艺。国内目前运行中的Texaco气化装置有山东鲁南化肥厂、上海焦化厂、淮南化工集团以及陕西渭河化肥厂4套装置，这项

新技术的应用与投产运行，使我国煤气化技术的应用又获得了进一步的发展。

目前各厂对这一新技术的技术指标、经济效益评价基本上都采用手工作业的方式，手工输入数据，用Excel等应用软件处理数据、

输出报表，缓慢而且繁琐，工作量大，周期也比较长，无法及时、准确地评价工艺流程的运行状况。

国外一些公司虽然推出了计算、统计软件，但由于在设计时更多考虑广泛适用性，因此对于个别厂家来说，并不是很适合。笔者针

对陕西渭河化肥厂的具体生产情况，开发了基于VB 6.0环境的Texaco煤气化工艺技术经济指标评价系统，并成功地应用于工厂的技术经

济分析中。

1 Texaco煤气化工艺流程分析

1.1 Texaco煤气化工艺流程

Texaco煤气化技术属于加压气流床并流气化工艺，气化过程包括煤浆制备、煤浆气化、灰水处理和CO变换等工序。

煤、石灰石(助熔剂)、添加剂和NaOH经称量后加入磨煤机中，与一定量的水相混合，磨成一定粒度分布、浓度为65％～70％的水

煤浆，通过滚筒筛滤去较大颗粒后进入磨机出口槽，最后经磨机出口槽泵和振动筛送至煤浆槽中。煤浆槽中煤浆由高压煤浆给料泵送气化

炉工艺喷嘴，与空分装置来的氧气一起进入气化炉，在l 300～1 400℃温度下进行部分氧化生成粗煤气，经气化炉底部的激冷室激冷后，

气体和固渣分离。粗煤气经喷嘴洗涤器进入碳洗塔，冷却除尘后进入CO变换工序。气化炉出口灰水经灰水处理工段4级闪蒸处理后，部分

灰水返回碳洗塔作洗涤水，经泵进入气化炉，其余送废水处理。熔渣被激冷固化后进入破渣机，特大块渣经破碎进入锁斗，定期排入渣池，

由捞渣机捞出定期外运。

1.2 Texaco煤气化工艺中的关键设备

1.2.1 气化炉

气化炉是圆柱形加压容器，内衬耐火材料，由上部燃烧室和下部激冷室组成，中间有激冷环，着下降管，具体结构见图1。

上部的燃烧室内衬4层耐火材料：第一层为高温层(向火面)，主要成份为Cr

2

O

3

，主要是抗煤融渣的侵蚀，其次是抗高温、高压气流

和气流夹带的未氧化的煤粒及煤融渣的冲刷；第二层为保护层，主要材料是Al

2

O

3

，有部分Cr

2

O

3

，主要作用是为绝热创造条件，同时也充当

安全衬里的作用，即在高温层整体厚度减薄时，确保装置在短期内继续运行；第三层亦为保护层，Al

2

O

3

含量很高，主要作用是提供绝热，

以保证壳体温度在设计范围内；第四层为可压缩层，采用陶瓷毡，当产生热膨胀时，防止因壳体不均匀而使得保温层与壳体之间产生的压

力不均匀。

气化炉激冷室主要由激冷环、下降管和上升管组成。激冷水经过激冷环分配室的小孔喷射进入激冷室，沿下降管内表面流下，与煤

气并流接触，完成降温、增湿、除灰等作用。

1.2.2 烧嘴

Texaco气化工艺中使用的烧嘴有预热烧嘴和工艺烧嘴2种。气化炉养护及气化炉预热的初始阶段，使用预热烧嘴。工艺烧嘴用于煤

气化阶段，水煤浆及氧化剂通过工艺烧嘴进入气化炉反应室，发生气化反应。Texaco工艺烧嘴端部结构见图2。

工艺烧嘴是煤气化的关键设备之一，其雾化性能直接影响产品气的成份和转化率；其寿命及运转状况直接影响到气化的技术指标与

经济效益；火焰的刚性直径和长度不但影响气化的技术指标与经济效益，同时也影响着气化炉的寿命。因此烧嘴的设计、制造、安装及更

换都是非常重要的。

1.2.3 磨煤机和煤浆泵

磨煤机与煤浆泵是煤浆制备系统的主要设备。煤浆泵的作用是将水煤浆泵送至气化炉，所以其运行状况直接关系到整个装置的运行。

磨煤机又分球磨机、棒磨机等不同的型式，是制备高浓度水煤浆的关键设备。

2 技术指标与经济效益评价的基础

2.1 评价的理论基础

气化炉中总反应可表示为：

2.2 评价的工艺基础

2.2.1 原料煤的工业分析数据

Texaco煤气化工艺对原料煤的适应性较强，但最好选择灰熔点为1 300℃左右、灰含量低于20％的煤种。

作为低灰熔点的煤种，甘肃华亭煤被选作气化原料煤，其工业分析数据与热值见表1，原料煤元素分析见表2。

2.2.2 气化装置运行参数

气化装置运行参数见表3、表4与表5。

2.3 评价指标的计算方法

在分析气化工艺反应机理的基础上,选取了如下指标作为评价的主要参数,并通过对气化工艺进行物料衡算、热量衡算，得到了如下

的指标计算方式：

3 技术指标与经济效益评价系统的设计与实现

3.1 系统的需求分析

通过仔细分析，评价系统具有如下需求。

(1)系统功能需求

在系统功能方面，要求进入、退出系统应有明显的命令及提示，能够设置打印机型号等参数，能够不退出系统而更改当前用户(即

注销)，并且有联机帮助及使用说明。

(2)数据库管理功能需求

在数据库管理方面，要求能够建立和删除数据库、修改数据库信息等；能够对数据库的信息按照不同项目进行统计；可方便地导入、

导出数据并进行备份和恢复；通过权限设置，保证数据库不受非法访问。

(3)报表管理功能需求

在报表管理方面，要求能够建立和删除报表、修改报表信息；报表信息能够与数据库信息保持同步；能够打印报表；可编辑输出格

式；能够将报表输出并保存为Word文档格式。

3.2 评价系统结构及运行流程

通过上述流程分析、工艺分析及需求分析，开发了Texaco煤气化工艺技术经济指标评价系统。系统分为系统功能、统计数据库管

理、用户数据库管理及报表管理几个部分，总体结构如图3所示，系统运行流程见图4。

3.3 系统编码及数据库设计

系统采用微软公司的VB 6.0可视化开发工具作为本软件的开发工具。这种新型的程序设计语言使得开发过程中代码量少、程序测

试量少，而且程序更容易阅读和维护，大大提高了系统开发速度。

通过对系统的规模、使用环境、用户要求等因素进行分析，本系统数据库部分采用单层数据库处理模式即可完成，现采用流行的

Microsoft Access7.0作为后台数据仓库。Access 7.0数据库符合关系型数据库模型的标准，采用表处理，支持SQL查询语言，完全符合

本软件的要求。

系统能够完全替代现有的手工劳动计算所需数据，能够根据所得计算结果评价气化装置的运行状况，能够根据输入参数预测装置运

行态势并对危险状况预警。系统还具备强大的报表功能，能够建立和删除报表、修改报表信息，报表信息能够与数据库信息保持同步，能

够打印报表，可编辑输出格式，能够将报表输出并保存为Word文档格式。另外，系统的用户管理功能既方便用户使用，又极大地加强了系

统的安全性、保密性。同时该软件支持多用户、多数据库、多报表、多权限，使用安全可靠。

4 结语

“Texaco气化炉技术指标与经济效益评价系统”软件集参数计算、指标分析、数据库管理于一身，可对气化工艺的消耗实现定量分析与评

价，从而实现对气化工艺的优化控制，因此具有良好的应用前景。

本文标签： 气化工艺气化炉