试析壳牌煤气化技术及其工程应用

卢春柳 韦万桃

摘 要：煤气化技术随着经济化建设的不断发展，也取得了长足的进步，作为第二代洁净煤气技术，壳牌煤气技术在高压高温条件下，进行煤气生产，因其无可替代的应用优势得到了广泛的应用，但应用过程中具有较强的复杂性，问题较多，需要对其稳定安全性加强保障，本文就其技术特点及应用进行分析和探讨。

关键语：壳牌煤气化技术;工程;应用

引言

目前随着人们生活水平的提高，环境保护意识也在不断加强，由于长期工业化发展对环境造成极大的破坏，因此对能源的清洁重视度也越来越高。壳牌煤气技术能够通过能源转化的方式，使有害气体排放得到有效控制和减少，对环境改善起到促进作用，并且此技术适用于不同类型的煤炭，使煤炭转化率得到提升，对能源节约和社会经济发展都起到了重要的推动作用。

一、壳牌煤气技术概述

（一）煤气化技术

煤气化技术是在适当的温度和压力下，将经过处理的煤炭通过与相应的氧化剂进行反应，转化生成为气体，通过脱硫脱碳等工艺将转化的水煤气制成一氧化碳。我国通过从国外进行技术引进，使其为国内的经济的发展发挥作用，但同时此技术操作流程复杂，所需资源浪费极大，同时气体质量无法得到有效保证，因此还需要进一步的改進。

（二）壳牌煤气化技术

此技术是在气化炉中，煤粉和氧气在高温和加压的情况下，通过升温、液化、燃烧和转化等一系列物理和化学的反应，在极短的时间内完成气体转化的过程。在温度较高的气化炉中，煤粉能在氧气充足的情况下能够充分燃烧，碳能在氧气消耗完后会产生各种转化反应，最后转化为煤气，其主要成分为H2和CO，并排出气化炉[1]。

二、煤气化技术特点

此技术主要采用粉煤通过高压氮气被输送到气化炉，主要工艺流程为进料气流床、氧吹以及液压排渣。通过一套空气分离装置来提供煤粉传送所需的氮气和气化所需的氧气;气化炉配有水冷壁和烧嘴;在炉子出口先对气化炉所需的合成气进行骤冷操作，在合成气冷却器中再进行进一步的冷却;经过过滤水洗将粗合成气体中的飞灰清除，对酸性气体进处处理，完成硫的回收[2]。此技术具有的优势和特点如下。

适应性广，对煤品种有着较强的适应性，适用于石油焦、烟煤、褐煤、无烟煤、次烟煤等，也可适用于两种煤混合的情况，与其他气化工艺相比，对煤的灰熔点适应性更好，甚至适用于高水分，高灰分以及高含硫量的煤种;生产能力大此技术单系列生产能力较强;转化率高，由于煤颗粒在气化炉的高温环境下，能够和氧气充分混合，使转化率能达到99%以上，另外由于隔离层的使用，减少热量的流失，从而使冷煤气效率得到极大的提高;气体质量好，转化后的气体甲醛含量较少，气体洁净，体积分数达到90%;氧耗低，与其他水煤浆气化工艺相比，氧耗得到降低，同时运行经费和配套空分装置投资也相应降低;热效率高;运转周期长，采用水冷壁结构的气化炉，具有可靠牢固，运行周期长，正常使用维护量小的特点，同时使用寿命较长煤烧嘴，对气化装置稳定运行起到重要的保障作用;负荷调节方便，气化炉所配置的烧水能够对生产负荷进行灵活调节，同时调节范围也更宽;环境效益好，运用过程中所产生的飞灰和炉渣，含碳量低，可作为其他建筑材料和水泥添加料，堆放时无污染物排放，不含酚、焦油等，气化污水量小，处理容易，可以实现零排放。

三、应用难点和注意事项

（一）应用的特殊性

此技术具有流程复杂、控制系统复杂、设备结构复杂、布置结构复杂、疲劳设备多、引进仪表和设备较多以及项目投资高周期长的特殊性。其主要流程包括干燥、磨煤、煤气化、煤粉加压及进料、除灰、除渣、初步水处理、湿洗等七大工序，以及大量的公用系统，其控制系统的输入输出点高达3000多个采用前馈、串级、比值调节、分程及顺序控制、逻辑控制等，因其控制系统设置的完善性，目前投入应用的煤气化项目在ESD和DCS控制方面未出现问题[3]。

（二）工程应用注意事项

目前在应用中出现的主要问题有：系统的气密性不佳;部分管道保温效果不好;柴油系统压力不稳定;眉粉循环管线容易磨空;供气、供电、供水系统故障;换煤频繁或煤粉流量波动，造成气化炉运行不稳定;气化炉内壁保护渣层厚度因内渣保护层不稳定而难以判断;管道堵塞、渣水处理设备或灰水处理系统故障等。

通过对此技术的分析和了解，对目前气化装置运行中产生的问题，可采取以下解决措施。

对煤粉的输送稳定性和良好的流动性予以保证，防止充气锥或搭桥出现堵塞而造成气化炉失去控制，需要注意的问题有：对干煤粉水分进行控制;在冲淡的容器中，煤粉储存的时间不易过长;煤系统中保证温度不小于80℃;对磨后的煤粉颗粒大小进行控制;对纤维筛加强控制，防止杂物混入煤粉;对均衡加压进行控制，防止因煤粉压实而使排料出现不畅;对操作压力进行控制，防止煤粉压实的情况出现;监督安装煤粉质量流量计以及初始校验工作。

充气设备的完好性予以保证，需要注意：对椎部压差进行控制，避免出现压差过高的情况;对进充分锥的N2含量进行控制，或用多孔板结构改变原有的烧结金属结构。

对开车烧嘴和点火烧嘴的完好性予以保证，需要注意：安装开工烧嘴和点火烧嘴时，应避免造成因机械性损伤，或损坏气化炉水冷壁;对开工烧嘴和点火烧嘴通道需保持清洁，避免出现通道阻塞或烧嘴头损坏的情况;气体缓冲罐应注意设置，在第一个煤烧嘴运行后，避免出现开工烧嘴停车的情况;加强对装置控制系统与生产厂家控制系统的一致性的检查[4]。

针对煤粉循环管线上的异径管磨穿的问题，可采用特殊结构的异径管进行替代。

针对锅炉给水及循环系统，应注意：对循环泵入口过滤器的有效过滤面积、压差、滤网孔径进行有效保证，同时避免出现损坏的情况;对给水水质进行有效保证，避免锅炉给水循环泵和水冷壁管因水结垢而造成损坏;对循环泵供电可靠性予以保证，突然停电会造成水冷壁因气化炉底部水冷壁热量无法及时移出而损坏;在管道安装设备制造，单体试车期间，要保持系统的洁净度，防止因孔板嘴堵塞而损坏水冷壁。

结束语

煤炭作为重要能源，对经济发展中有着非常重要的地位，而煤气化工程通常会排放大量的有毒气体，使环境污染日益严重，壳牌煤气化技术在解决环境污染问题上有着较好的应用优势，气体排放质量较好，同时适用于不同煤炭类型，可靠性较高，效率转化理想，具备良好的环保性能，因此在能源节约，环境保护的新发展趋势形式下，其有着广泛的应用前景。

参考文献

[1]马景春，赖佰柱.壳牌煤气化技术及其工程应用[J].黑龙江科技信息，2008（27）：5-5.

[2]张磊.二氧化碳在壳牌煤气化技术中的应用[J].中国石油和化工标准与质量，2019（4）：245-246.

[3]张宗飞，唐凤金，王光友，et al.环境友好的煤气化技术——壳牌煤气化[J].化肥设计，2015，53（6）：1-4.

[4]陈二孩，李国胜.低压投煤技术在壳牌煤气化装置中的应用[J].化肥设计，2011，49（4）：33-35.