壳牌煤气化技术关键设备设计探讨

张海兰， 庞岩峰

(同煤广发化学工业有限公司，山西 大同 037000)

壳牌煤气化技术关键设备设计探讨

张海兰， 庞岩峰

(同煤广发化学工业有限公司，山西 大同 037000)

壳牌煤气化技术是通过加压干粉煤使其气化的技术，在国际上，被认为是目前对煤炭利用最为干净的技术之一。对干煤粉采用多烧嘴方式进料，然后在高温、高压下气化，冷却主要使用废热锅炉进行。这种方法有较多优点：调幅能力强，耗氧量少，煤粉气化和热效率较高，碳的转化率大，烧嘴的寿命长，产出的气体品质佳，所需气体CO以及H2的含量比例大，而且，对气化炉的维护简单、运转周期长，对煤种使用性较为广泛，有非常好的环保性质等。

壳牌煤气化技术；关键设备；生产运行

1 壳牌煤气化技术概述

1) 工艺原理

由于受到气化炉内高温的影响，再结合与氧的反应发生条件，首先，碳、挥发分和一些产物，如，CO、H2等与O2在高温下进行燃烧反应，当燃烧反应进行完全时，此时，碳会进行其他转化反应。在气化反应时，保证煤气(主要含H2、CO等气体)从气化炉分离出来。

2) 工艺流程

现阶段，在对壳牌煤气化装置的运用中，也成功地在示范装置、大型工业化装置中应用了废锅流程。而后期市场将会接受使用壳牌煤气化工艺的激冷流程[1]。

运输设施将被破碎的原料煤送到磨煤机里，再对90%粒径<100 μm的煤粉实施干燥步骤，然后，进入常压煤粉仓、加压煤粉仓和给料仓。通过CO2或者N2(高压)作用保证干煤粉进入煤烧嘴。空分中的O2(高压)进行预热处理后，混合经过中压处理的过热蒸汽一块进入煤烧嘴。以上3种物质(过热蒸汽、干煤粉、O2)经高温、高压作用进行各种反应。通过除尘及冷却后煤气温度从气化炉出炉时的1 500 ℃左右降到大约900 ℃，然后，再通过合成气冷却器。通过时产生的热量进行利用。经过干式除尘、湿法洗涤以后的煤气，其含尘量低于1 mg/m3，之后，继续进行接下来的流程。

对于湿法洗涤产生的废水，在很大程度上可加以回收、循环利用，少量部分可采取沉降、闪蒸或者汽提等方法预处理后排入污水系统。闪蒸、汽提出来的气体可制成燃气用来燃烧等。

气化炉内反应后留下的熔渣，使其排入气化炉下方渣池，通过冷却处理，形成很小的玻璃体，用于建材、路基等使用。

2 壳牌煤气化技术优点及设备运行情况

2.1 壳牌煤气化技术优点[2-3]

1) 对煤种使用具有广泛性

对煤种的使用具有广泛性，适用于褐煤、烟煤、次烟煤、石油焦、无烟煤等，也可将其中两种煤混合使用。相比其他气化工艺，该方法对煤灰熔点具有更好的使用范围，也可运用于高灰分和高水分的煤。

2) 很大的单系列生产能力

现阶段，实际生产应用的煤气化装置，其投煤量已超过2 000 t/d·台。

3) 较高的碳转化率

1 400 ℃～1 600 ℃的气化温度，保证了99%以上的碳转化率。

4) 极佳的产出气体质量

产出气体的质量极佳，CH4含量极小以及无重烃，同时，CO、H2气体体积分数可占到90%。

5) 气化反应所需耗氧量小

对比其他气化工艺(如，水煤浆)，此工艺所需耗氧量小，可少于15%～25%，因而对空分装置的使用可减少。

6) 较高的总热效率

干煤粉经过气化反应生成的冷煤气效率比例占到80%～83%，产生的副产部分，其蒸汽总热效率达到了98%。

7) 持续运转时间长

水冷壁结构的炉内，其坚固安全，没有耐火砖衬里，持续运转时间较长，对其维护次数较少，不用考虑备用炉。气化炉的煤烧嘴使用寿命长，可达8 000 h。保障了气化装置的持续工作。

8) 对生产负荷调节灵活

单台气化炉都具备4个～6个烧嘴，一方面，增加了粉煤的气化程度，另一方面，对生产负荷调节的灵活性提高。调节度可达每分钟5%，可调范围40%～100%。

9) 良好的环境效益

反应后排放的炉渣以及飞灰中含有很少的碳成分，将其用作建材等使用，即使长时间堆置也不会渗出垃圾物。此工艺产生的污水量较小且易于处理，甚至能达到零排放。

2.2 工程应用

我国首次使用的壳牌煤气化装置在2006年5月实施投产。截止目前，国内14家企业在使用该技术工艺，15套设备装置相继使用。现阶段在国内，有19家公司相继和壳牌公司完成了技术转让协议签订，主要生产产品包括甲醇、合成氨、聚丙烯等。

目前，除我国以外，国外使用壳牌煤气化技术的有：英国1套IGCC，越南2套合成氨，韩国1套IGCC[4]。

2.3 装置生产运行概况

煤气化项目研发阶段，碰到了各种各样的问题，气化工艺相关的原因和外部环境的干扰造成的停车，导致Shell干煤粉气化装置不能长周期稳定运行。2.4 内部原因引起的停车事故[5]

1) 有六成比例的原因为设备导致。主要原因是，烧嘴隔焰罩处容易出现外泄导致堵渣，渣口和渣池堵塞，高温高压陶瓷过滤器元件破损，K1301入口三通腐蚀和磨蚀，堵塞K1301过滤器等方面；

2) 操作问题占原因的三成，主要问题集中在合成气冷却器十字架积灰，积灰超温制约以及对以后工序的影响。

但经过技术改善，问题最终都得以圆满解决，如，煤烧嘴罩损坏漏水问题，通过采取下列措施对煤烧嘴罩进行改进，较好地解决了问题。

1) 煤烧嘴进入炉内的长度要适当；

2) 冷却烧嘴罩的水量适当提高；

3) 保证稳定的煤粉输送系统；

4) 保证稳定的煤种类型；

5) 要时刻注意气化调温蒸汽的加入；

6) 对煤氧比适当提高。

2.5 外部原因引起的停车问题

1) 煤的供应量不足，煤的合格率低。

2) 甲醇市场不景气。2009年，由于经济危机，造成化工产品市场需求下降，价格暴跌，从而使甲醇企业开工率不高，有些不得不停产或低负荷运行。2009年，国内进口甲醇600万t，占市场需求40%以上，2010年上半年国内进口甲醇300万t。

3) 低温甲醇洗装置和空分装置出现问题的影响。其中，空分装置改造或出现故障占比61.31%，公用工程问题占比3.96%，23.61%是其他原因造成，而11.11%的原因是气化装置自身出现问题。

4) 下游配套原因。安庆、湖北下游装置能力小，气化负荷分别在88%和75%情况下就能满足下游的满负荷需求。

5) 外部供电、供汽、供水系统故障。

3 煤气化的关键设备

煤气化方法中压力容器设备是关键的部分。

3.1 气化关键设备外壳

壳牌气化设备外壳的尺寸、直径大小由客户定制，对设备的维护，壳牌公司需要确定人员，以及需要对气化炉反应热的回收传热面积等方面进行明确。并且，关键设备的外壳仅承受静压力。

3.2 气化关键设备内件

气化炉、输管气合成气冷内器作为关键设备内件。在内件中进行了气化反应的发生、反应炉渣的排放以及冷却合成气的产生。在结构上选用水冷膜式壁内件，对炉内壁进行推渣防护。干煤粉、蒸汽、O2经过燃烧喷嘴到达炉内气化区，粉煤、氧和蒸气在此反应部分氧化生成合成气。

4 结语

本文通过对煤气化技术工艺原理的分析和工艺流程的梳理，分析了煤气化工艺技术具备的性质，并分析了停车的内部、外部原因，针对关键设备和流程节点，提出了相应的整改措施，提高了产量，节约了运行成本，提高了设备的可靠性，稳定了气化炉运行工况。

[1] 汪寿建.壳牌煤气化关键设备设计探讨[J].大氮肥,2003,26(5):304-306.

[2] 任隽.浅谈壳牌煤气化重要设备设计[J].技术与市场,2014(4):173.

[3] 汪寿建.壳牌煤气化关键设备浅析[C]//北京：2004年中国煤炭加工与综合利用技术信息交流会暨发展战略研讨会,2004:1-3.

[4] 石晓晓.壳牌煤气化装置关键设备安装技术[J].化肥设计,2013,51(1):43-45.

[5] 常祖山.壳牌煤气化装置特点及存在问题和解决方案[J].大氮肥,2010,33(1):42-45.

DiscussiononkeyequipmentdesignofShellcoalgasification

ZHANGHailan,PANGYanfeng

(DatongGuangfaCoalChemicalIndustryCo.,Ltd.,DatongShanxi037000,China)

Shell coal gasification technology is the technology of gasification by using pressurized dry coal, which is considered as one of the cleanest technologies for coal utilization in the world. The dry pulverized coal is fed by multi burner way, and then gasified at high temperature and high pressure. The cooling is mainly carried out by using waste heat boiler. This method has many advantages, including better modulation ability, less oxygen consumption,higher coal gasification and heat efficiency, highcarbon conversion rate, long service life of burner, and good quality of output gas required for CO and H2in a large proportion. And it has the advantages ofsimplemaintenance of gasification furnace, long operation period, wide use of coal, and has good environmental properties.

Shell gas technology; key equipment; production operation

2017-03-12

张海兰，女，1988年出生，2011年毕业于东北石油大学，助理工程师，现从事壳牌煤制甲醇项目设备管理及维修工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.03.26

TQ545

A

1004-7050(2017)03-0078-03

专题讨论