Shell干煤粉气化过程研究

＊孙崇 张春凤

（大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司 内蒙古 027300）

Shell干煤粉气化过程研究

＊孙崇 张春凤

（大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司 内蒙古 027300）

科技在不断进步、经济也在不断发展，使得国家和社会对于资源、能源的需求越来越高，对于资源利用转化率的要求也越来越严格，加之如今环境污染问题日益严重的社会现实，使得如何更有效率、更加绿色的使用能源成为热门的研究课题。而煤炭资源作为我国社会生产和发展所需的主要自然资源，也是传统发展模式下造成环境污染的主要污染物，更是成为主要的研究对象。本文即通过对Shell干煤粉气流床化技术的简单介绍，对该过程进行具体的分类描述，并通过具体的实验数据阐述气化压力、氧煤比、蒸汽煤比、碳转化率对于干煤粉气化过程的实际影响，为更好的完成Shell干煤粉气化过程提供理论指导。

Shell干煤粉；气化过程；分析研究

时代不断向前推进，对于资源的需求越来越大，对于资源利用的方式也越来越先进，尤其是在如今环境污染问题日益严峻的现实下，绿色能源以及能源的绿色使用成为时代发展的主流。而煤炭资源作为我国社会生产和发展所需的主要自然资源，也是传统发展模式下造成环境污染的主要污染物，干煤粉气化为实现这一目的提供了可能。本文即通过对Shell干煤粉气流床化技术的简单介绍，对该过程进行具体的分类描述，并通过具体的实验数据阐述气化压力、氧煤比、蒸汽煤比、碳转化率对于干煤粉气化过程的实际影响，为更好的完成Shell干煤粉气化过程提供理论指导，助力我国能源事业建设的同时也起到推动环境保护事业发展的作用。

1.Shell干煤粉气流床气化技术介绍

Shell干煤粉气化技术是目前煤气化清洁转化技术中最为常见的一种，可以最大限度的将固体煤中的可燃物转化为气态，将一些不必要的可以产生污染气体的固态物分离出去，从而在提升可燃煤的利用率同时又起到降低污染物排放的作用。其具体的工作流程如下：首先把原煤通过干燥、压缩、粉碎等手段制成可以燃烧的煤粉，再将其放入特定的气化炉中充分燃烧，将原煤中可以燃烧的部分与非燃烧部分相分离，可燃烧的煤气通过冷却、除尘等手段后通过最终的合成气变换后投入使用。由于变换后的煤气属于纯净的能源，因此其燃烧过程中能够释放出比原煤更多的热量且产生的可污染物几乎为零，因此煤气化技术的研究和创新是原煤进行能源转化的必然趋势。

2.Shell干煤粉气化过程分类

(1)按Shell煤气炉气化反应特征分类。根据原煤所制成的煤粉燃烧识得具体情况，Shell煤气化炉可以根据燃烧的气化反应特征分为以下五个区域，分别是射流区、撞击区、撞击扩展流区、回流区以及管流区。按照这几个区域的不同，所产生的产物也各不相同，一部分煤粉通过燃烧后成为煤气，这一部分煤气有的经过煤气净化后制成硫磺或者用作燃气，有的仅仅经过除尘处理生成别的固体副产品（或回炉再造或根据性质直接使用）。此外，根据Shell煤气炉燃烧程度以及反映特征的不同，煤气炉还可以分作一次反应区、二次反应区以及混合反映区三种，分别对应煤粉初步燃烧、充分燃烧、彻底燃烧三种情况。

(2)按Shell煤气炉气化反应种类和时间分类。由于原煤所制成的煤粉在Shell煤气炉中根据燃烧时间的不同所产生的反应各不相同这一特性，可以根据气化剂种类以及燃烧时间将Shell煤气炉气化反应分为以下几种情况：第一种是粉煤的干燥、裂解和燃烧过程，第二种是固体颗粒与气化剂间的燃烧过程，即粉煤固体颗粒与半焦化的固体碳之间的反应；第三种是生成的气体与固体颗粒见的反应，即半焦颗粒物与硫等与反应生成气体的反应；第四种是反应气体间的彼此反应，这些反应气体包括一氧化碳、二氧化碳、硫化氢等。

3.Shell干煤粉气化实验数据分析

(1)气化压力与温度对Shell干煤粉气化过程的影响。以较为常见的典型煤进行分析实验，研究发现，在氧煤比与蒸汽煤比保持定值的情况下，气化压力的变化对于Shell干煤粉转化反应没有明显的作用，而随着气化温度的降低，所生成的二氧化碳以及氢气含量明显增加，与二氧化碳的还原反应明显减弱，由于氢气属于可燃气体，因此可以得出：在一定的温度区间进行气化温度的调节，有助于增强Shell干媒粉的气化反应的结论。

(2)氧煤比对Shell干煤粉气化过程的影响。氧煤比是Shell干煤粉气化过程中必不可少的一个条件，直接关系到Shell干煤粉气化转化过程的效率和质量，因此有必要进一步研究氧煤比在Shell干煤粉气化过程中的具体影响和作用。为此，在实验中，采取逐渐增加氧煤质量的方式进行试如何更有效率、更加绿色的使用该能源成为热门的研究课题，验，研究发现，随着氧煤比的逐渐增加，Shell气化炉中的燃烧反应开始增强，所生成的一氧化碳和氢气明显增多，起到了促进气化炉转化效率的作用，但当氧煤比增加到一定程度之后，一氧化碳和氢气的生成量明显减少，开始出现下降趋势，阻碍了Shell气化炉的转化效率。而经过多次的实验比较之后，发现当氧煤比介于0.78-0.82之间时，Shell煤气炉的转化效率最高，处于最佳状态。因此为了保证气化炉转化的顺利进行，应该将氧煤比尽可能的控制在0.80左右。

(3)蒸汽煤比对Shell干煤粉气化过程的影响。蒸汽煤比也是影响Shell干煤粉气化过程的又一个重要因素。同氧煤比相同，为进一步研究蒸汽煤比在Shell干煤粉转化过程中的具体作用，进行了一系列的组合实验，实验结果如下：当蒸汽煤比为0是，混合气体的含量最高，其次是一氧化碳，最后是氢气；而当蒸汽煤比逐渐增加时，虽然对于生成气体的影响不大，但总体上呈现出混合气体和一氧化碳气体含量逐渐降低、氢气的气体含量逐渐增加的趋势。此外，在Shell煤气炉气化过程中，随着蒸汽煤比的增加，气化炉内的温度呈现出下降趋势。综上所述，可以得出如下结论：通过向气化炉加入蒸汽可以延长气化炉内耐火材料、销钉和水冷壁的使用寿命，但当加入量过多时，气化炉内温度过低、不利于气化反应的进行，合成气有效组成也将降低，同时气化炉下渣也将变得困难，造成蒸汽的浪费。因此，对特定煤种有一个最佳蒸汽煤比，这种特性同氧煤比极为相似。

(4)碳转化率对Shell干煤粉气化过程的影响。为研究碳转化率对Shell干煤粉气化过程的具体影响，通过进行相关实验，得出如下结论：随着煤粉进料碳转化率的增加，合成气出口气化温度随之下降，一氧化碳和氢气的含量有轻微增加，二氧化碳含量下降，甲烷的含量增加，这种实验结果表明只有在碳转化率充足的条件下，干煤粉气化的效率以及质量才能得到最大程度的保证，碳转化率对于Shell干煤粉气化过程的促进作用才能充分的显现出来的。因此在进行气化炉设计时，需要保证煤粉在气化炉中有足够长的停留时间，增加碳的转化率，从而实现煤气化的优化操作结果。

4.结束语

总而言之，通过调整气化压力与温度、增加氧媒比、蒸汽煤比以及提升碳转化率可以使Shell干煤粉气化转化过程的效率达到最优，进而可以极大程度的提升煤的利用效率，并最大限度的起到保护环境的作用，达成既促进经济发展又响应国家新经济发展理念的目的。但本文更多的是从实验研究的角度进行Shell干煤粉气化的相关研究，并未涉及到具体的相关实践，因此仍需要更多能源领域的专家学者进行更为深入的钻研和挖掘，本文仅作抛砖引玉之用。

[1]张建胜,胡文斌,吴玉新,吕俊复,岳光溪．分级气流床气化炉模型研究[J]．化学工程,2007,35(3):14-18．

[2]汪洋,代正华,于广锁,于遵宏．运用Gibbs自由能最小化方法模拟气流床煤气化炉[J]．煤炭转化,2004,27(4):27-33．

[3]步学朋,彭万旺,徐振刚．煤炭气化气流床气化炉的数学模拟[J]．煤炭转化．2000,21(1):8-11．

(责任编辑 王跃梅)

Study of Shell Dry Coal Powder Gasification Process

Sunchong, Zhang Chunfeng
（Datang Inner Mongolia Duolun Coal Chemical Industry Limited Liability Company, Inner Mongolia, 027300）

Science and technology are constantly improving and the economy is developing, which has made the country and society’s demand for resources and energy become higher and higher and the requirements for resource utilization conversion become stricter and stricter.In addition, the environmental pollution problem is becoming more and more serious, therefore how to make use of energy more ef ficiently in a green way has become a hot topic. Coal resources, as the main natural resources for the production and development of our society, is also the main pollutant that causes environmental pollution in the traditional development mode, therefore, it has become the main research object. In this paper, a brief introduction of the technology of Shell dry coal powder is taken and speci fic classi fication of the process is described, besides, the actual effect of gasi fication pressure, oxygen coal ratio, steam coal ratio and carbon conversion rate on dry coal powder gasi fication process is discussed so that to provide theoretical guidance for the better completion of Shell dry coal gasi fication process.

Shell dry coal powder；gasi fication process；analytical study

T

A

孙崇（1986～），男，大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司；研究方向:Shell干煤粉气化过程研究。