Shell煤气化合成气处理方案浅析

杨卫祖，王敬锋，张家秋

（河南能源化工集团鹤壁煤电股份有限公司化工分公司，河南鹤壁458030）

1 Shell煤气化技术简介

1.1 工艺原理

Shell煤气化过程是在高温加压下进行的,是目前世界上较为先进的第三代煤气化工艺之一。按进料方式，Shell煤气化属气流床（entrained bed）气化，煤粉、氧气及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。

一般认为，由于气化炉内温度很高（大约1400℃～1500℃），在有氧存在的条件下，碳、挥发分及部分反应产物（H2、CO等）以发生燃烧反应为主（C+O2=CO2）；在O2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（2C+O2=2CO，C+H2O=H2+CO），最终形成以CO、H2为主要成分的合成气离开气化炉，见表1。

表1 典型合成气成分（%）

1.2 工艺流程

目前，Shell煤气化从示范装置到大型工业化装置均采用废锅流程，见图1。

以鹤壁煤化工气化流程为例，原料煤从煤储运经输煤皮带送到原煤仓，经称重皮带与助溶剂（石灰石）按配比落入磨煤机，在磨煤机中经研磨干燥后，在旋转分离器分离出不合格的煤粉。继续研磨，合格的煤粉（5μm

2 Shell 煤气化合成气处理

2.1 飞灰除尘（图2）

来自气化工段的合成气送入高温高压过滤器进行过滤，达到除灰目的。过滤后的合成气含尘量约为1～2mg/Nm3，送往湿洗工段进一步净化。通过陶瓷滤棒进行过滤，用超高压热氮气经过减压后对陶瓷滤棒进行反吹，以保证过滤器压差控制在正常指标以下，并将附着在陶瓷滤棒上的飞灰吹落至飞灰放料罐。当飞灰放料罐内飞灰含量达到高料位或顺控等待时间走完，隔离阀关闭，飞灰放料罐中的氮气及合成气经过飞灰放料过滤器后两段减压排放至火炬燃烧。飞灰放料过滤器靠高压热氮气来反吹，以维持飞灰放料过滤器的压差在正常范围之内，直至排放至常压，泄压完成后飞灰放料罐与飞灰气提冷却罐连通，飞灰落入飞灰气提冷却罐中。当飞灰放料罐出现低料位时，关闭两罐之间先前打开的联通阀。用高压热氮气对飞灰放料罐充压至与过滤器压力达到平衡。重新打开飞灰放料罐与过滤器的隔离阀，继续收集由过滤器落下的飞灰，在飞灰放料罐充压泄压过程中，过滤器落下的飞灰落入飞灰收集罐中。飞灰气提冷却罐中的飞灰用低压氮气对罐中的飞灰进行气提冷却，飞灰中的有害气体经气提后排放至火炬燃烧，并将飞灰冷却至250℃以下。为防止火炬系统尾气倒入，在火炬与飞灰气提冷却罐之间设置了压差变送器。气提合格后的飞灰落入飞灰储罐后，排至槽车，送出界区。

优点：采用陶瓷过滤棒过滤飞灰，可以达到很好的去灰效果，飞灰在后面的气提冷却段可以充分除去飞灰中含有的酸性气体。除去酸性气体后的飞灰可以作为制作水泥的原料（飞灰含酸性气体时不与水泥融合）。

缺点：投资成本大。例如，就我们鹤壁煤化工甲醇厂来说，24组陶瓷过滤棒，1组48根，每根1万元，全部由德国波尔公司进口，仅这一项就需要1152万元。

2.2 气体净化（图3）

气体净化单元是除去粗合成气中的少量飞灰等固体，加碱除去HCl、HF等酸性气体。

来自除尘单元的粗合成气与来自C1601底部的洗涤水（经过泵P1601A/B加压后，在J1602中充分混合后送入洗涤塔中部），气/水混合物在此初步分离，气体沿填料层上升，与从塔顶下来的洗涤水在填料层中充分接触，以除去粗合成气中的HCl、HF和微量的固体颗粒。被水饱和的粗合成气净化后分为三股：一股送至热风炉；一股送去界区外；一股作为循环气用于气化炉激冷。

洗涤塔底出来的循环洗涤水经循环水泵加压后分为三部分：一部分送入洗涤塔顶部；一部分进入文丘里洗涤器；另一部分则送往废水气提及澄清单元，以防止腐蚀性成分、盐和固体悬浮物在系统中累积。

为提高粗合成气中酸性成分的脱除效率，将适量的碱液加到文丘里洗涤器前，与粗合成气充分混合。循环回路的pH值控制在7～8之间。

经过以上两步处理，合成气可以达到表2标准。

3 结论

航天炉和五环炉同样都是采用煤粉加压气化，但是和Shell不同的是没有后面的冷却段和合成气处理工段。航天炉与五环炉生成合成气后，合成气带着飞灰直接进入洗涤塔中与水混合。航天炉和五环炉由于没有后面的冷却段，从洗涤塔中出来的合成气温度都在300℃左右，所以要带走大量水，洗涤水中由于大量的飞灰，容易引起管道堵塞，设备结垢。由于飞灰没有气提，导致废水中氨氮含量很高，COD大概在1000mg/L左右。

Shell化炉合成气从炉膛里出来后经过后面换热器

表2 湿洗系统出口的合成气组份