第1期(總第110期)煤化工No.1(Total No.110)2004年2月Coal Chemical IndustryFeb.2004Shell煤氣化技術(shù)進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì).汪壽建(中國(guó)五環(huán)化學(xué)工程公司,武漢430079)摘要Shell煤氣化是-種先進(jìn)成熟的I藝技術(shù)。該技術(shù)采用大規(guī)模單系列加壓氣化工藝,使氣化指標(biāo)好,氣化效率高并有利于環(huán)保。是第二代煤氣化技術(shù)的代表工藝之一,具有一 -定競(jìng)爭(zhēng)力。關(guān)鍵詞Shel1煤氣化 關(guān)鍵設(shè)備先進(jìn)成熟工藝技術(shù)文章編號(hào):1005- -9598(2004 )-01 0018-04中圖分類號(hào):TQ546.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A工業(yè)上以煤為原料生產(chǎn)合成氣的歷史已有百余表1給出了某些工廠使用Shell煤氣化工藝用年了。從煤氣化技術(shù)發(fā)展進(jìn)程分析,早期的煤氣化大原料煤特性數(shù)據(jù)。多使用塊煤和小粒煤為原料制合成氣,我們稱為第一由表1知Shell煤氣化用原料煤含碳量39%代煤氣化T藝。而隨著采煤機(jī)械化程度提高，粉煤量-88%,灰分最高為25. 87%,均可滿足要求。原料適應(yīng)已占相當(dāng)比例，從而使大量粉煤資源不能有效利用。性較強(qiáng),從較差的褐煤、次煙煤、煙煤到石油焦均可使近年來,隨著“潔凈煤氣化技術(shù)"的開發(fā)研究,產(chǎn)用,也可將不同種煤摻混氣化。對(duì)煤的灰熔融性溫度生了第二代煤氣化工藝。該技術(shù)以粉煤為原料,大規(guī)適應(yīng)范圍比其它氣化工藝更寬。即使是高灰分、高水.模、單系列、加壓氣化并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。其氣化指標(biāo).分.高硫的煤種也能使用。好，有利于環(huán)境保護(hù)，成為煤氣化技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。Shell 煤氣化技術(shù)就是其中的一-種。2 Shell 煤氣化發(fā)展過程1 Shell氣化用原料煤Shell煤氣化是Shell公司開發(fā)的具有獨(dú)特技術(shù)的第二代煤氣化工藝。Shell 公司在渣油氣化技術(shù)取表1 Shell 煤氣化工藝用原料煤特性得工業(yè)化成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，于1972年開始從事煤名希Shell-1B廠. C廠氣化研究。1978年第-套中試裝置在德國(guó)漢堡建成并試燒煤種新密煤 西馬煤神華煤|固定碳FCJ/%39.0-88.5 62.6 74.2 77.2投入運(yùn)行。1987 年在美國(guó)休斯敦建成的投煤量揮發(fā)分V。/%10.0-45.6 13.8 9.0 17. 0250t/d~400t/d的示范裝置投產(chǎn)。1993 年在荷蘭的丹灰分A。/%0. 50-24.00 25.87 16.00 5. 87姆克勒電廠建成投煤量200t/d的大型煤氣化裝置。水分M./%3. 70-34.00 8.53 7.00 10. 69該裝置用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電,為單系列操作,裝置開工可磨y系數(shù)HGI .145.3 63. 0率達(dá)95%以上。經(jīng)過3年示范運(yùn)行已于1998年正式交粒度/mm<38付用戶。生產(chǎn)操作數(shù)據(jù)表明煤氣化工藝指標(biāo)達(dá)到預(yù)期堆密度/kg.m°850.0 958. 3高熱值/MJ.kg'22.00-33. 2024. 9829. 2730. 99目標(biāo),Shell煤氣化技術(shù)是先進(jìn)成熟的。低熱值/MJ.kg"+一27.6Shell煤氣化溫度-般為1 4009-1 600C,合成灰熔融性DT/C1 0901240 1 147氣中(C0+H2)達(dá)到90%以上。由于氣體中有效組分高,煤灰熔融性ST7/C: .1 11014351192氣總量有所減少,因此1 00m*(CO+H2)消耗煤量較低。灰熔融性FT/C1 130147512023. Shell 煤氣化工薌流程.中國(guó)煤化工收稿日期:2003-09 -24作者簡(jiǎn)介:汪壽建.男,1956年生, 1982年畢業(yè)于武漢化工學(xué)YHCNMHG。來自備煤工段的院,教授級(jí)高級(jí)1程師。主要從事化肥行業(yè)等工程項(xiàng)目的T藝煤粉經(jīng)常壓粉煤倉(cāng)、粉煤鎖斗及粉煤給料倉(cāng),由高壓與工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程項(xiàng)目管理工作。N2氣將粉煤送至氣化爐噴嘴。來自空分的氧氣經(jīng)預(yù)熱2004年2月汪壽建:Shell煤氣化技術(shù)進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)●19.后導(dǎo)人噴嘴。粉煤、氧氣及蒸汽在氣化爐內(nèi)高溫加壓高(中)壓蒸汽配人粗合成氣中、氣化爐水冷壁副產(chǎn)的條件下發(fā)生部分氧化反應(yīng)，出氣化爐頂部約1500中壓蒸汽可供壓縮機(jī)透平使用。的高溫煤氣由除塵冷卻后的冷煤氣徼冷至900C左右濕法洗滌系統(tǒng)排出的黑水大部分經(jīng)處理后循環(huán)經(jīng)輸氣管進(jìn)人合成氣冷卻器。使用,小部分黑水經(jīng)閃蒸、沉降及汽提處理后送污水經(jīng)回收熱量后的合成氣進(jìn)入干法除塵(高壓高溫處理裝置進(jìn)一步處理。閃蒸氣及汽提氣送火炬燃燒后飛灰過濾器) .濕法洗滌系統(tǒng)(文丘里和洗滌塔) ,洗滌排放。在氣化爐內(nèi)氣化產(chǎn)生的高溫熔清,自流入氣化后塵含量小于1mg/m3的合成氣進(jìn)一- 步經(jīng)空冷器及合爐下部的激冷室,高溫熔渣經(jīng)激冷后形成數(shù)毫米大小成氣水冷器冷卻至40C后送出。合成氣冷卻器產(chǎn)生的的玻璃體,可作其他用途。粗煤驟冷氣1m再循環(huán)磨粉/烘干氣化爐合成氣冷卻器01十中壓蒸汽進(jìn)煤| | r一F法除塵，濕法選緣一氣體凈化-→合成氣爐渣↑煤灰處理系統(tǒng)水處理充磺TTT煤灰去煤磨粉/烘干段圖1殼牌煤氣化工藝流程示意圉長(zhǎng),無需備爐。4 Shell煤氣化特點(diǎn)4.7燒嘴 :Shell煤氣化爐燒嘴及控制系統(tǒng)安全可靠。燒嘴設(shè)計(jì)壽命為8 00h,已有15 00h運(yùn)行記錄。荷4.1原料適 應(yīng)性:Shell煤氣化采用干煤粉作為氣化蘭Demkole電廠使用燒嘴已經(jīng)4年。氣化操作采用先原料,煤種適應(yīng)性廣。煙煤、褐煤和石油焦均可氣化。進(jìn)的控制系統(tǒng),設(shè)有必要的安全聯(lián)鎖,使氣化操作始對(duì)煤的灰熔融性適應(yīng)范圍寬,即使高灰分、高水分、高終處于最佳狀態(tài)運(yùn)行。含硫量的煤種也能適應(yīng)。4.8排渣:Shell煤氣化爐高溫排出的熔渣經(jīng)激冷后4.2 單系列能力:Shell 煤氣化已投入運(yùn)行的單臺(tái)爐成玻璃狀顆粒,性質(zhì)穩(wěn)定,對(duì)環(huán)境幾乎沒有影響。氣化氣化壓力:3.0MPa,日處理煤量達(dá)2 00t。目前更大規(guī)污水中含氰化物少,易處理。模的裝置正在工業(yè)化。Shell 煤氣化工藝特點(diǎn)和氣化主要參數(shù)見表2及4.3 氣化溫度:SheII煤氣化溫度約1 600C,碳轉(zhuǎn)化表3所示。率可達(dá)99%左右,產(chǎn)品氣體潔凈,不含重?zé)N,甲烷含量表2 Shell煤氣化工藝特點(diǎn)低.煤氣中有效氣體(C0+H2)可達(dá)90%。工藝特點(diǎn)4.4 氧耗量: Shell煤氣化氧耗量比水煤漿氣化工藝煤種灰分As/%5. 7~35. 0低15%~25%,因而配套的空分裝置投資相對(duì)降低。進(jìn)料方式干煤粉.4.5 熱效率:Shell煤氣化冷煤氣效率約83%， 其余氣化系列配置單系列，無備用爐15%熱能被回收為中壓或高壓蒸汽,總的熱效率約為每與洋曠合高壓氮送氣化中國(guó)煤化工:密封輸送前送98%左右。布置,可調(diào)節(jié),8 004.6爐壁冷卻:Shell煤氣化爐爐壁冷卻采用水冷膜YHCNM H G.無耐火磚村里式壁結(jié)構(gòu),并采用掛渣措施保護(hù)氣化爐壁。無耐火磚熱回煤氣冷激,合成氣廢鍋村里,維護(hù)量較少。氣化爐內(nèi)無傳動(dòng)部件,運(yùn)轉(zhuǎn)周期除塵袋式過濾器干法+濕法洗絳塔●20.煤化工2004年第1期表3 Shell 煤氣化主要參數(shù)氧氣氣化壓力/MPa2. 0~4.0空氣4圖除氦H。__氣化溫度/心1 400~1 600 .氧量/m.kmw+u330~360圈5 Shell煤氣化制氫工藝方塊流程圈碳轉(zhuǎn)化率/%-99冷煤氣效率/%80~-85 .5.2合成氣發(fā)電 (IGCC)有效氣(0H2)含量/%86-90Shell煤氣化生產(chǎn)的合成氣及蒸汽可用來發(fā)電，即燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(CCC)。這項(xiàng)技術(shù)是煤氣化和蒸汽聯(lián)合循環(huán)的產(chǎn)物，具有高效率、低污染、節(jié)5 Shell煤氣化應(yīng)用范圍省水、綜合利用等優(yōu)點(diǎn)。其工藝流程是:煤經(jīng)過氣化和凈化后,除去煤氣中99%以上的硫化氫和接近100%的Shell煤氣化應(yīng)用范圍見圖2所示。凸電能粉塵,將固體燃料轉(zhuǎn)化成燃?xì)廨啓C(jī)燃用的清潔氣體燃漪>聯(lián)合循環(huán)發(fā)電c >蒸光料,以驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電;從燃?xì)廨啓C(jī)出來的乏氣去氽熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽并與Shell煤氣化爐回收的高壓煤或褐煤Shbell=酌[化學(xué)合成]4>蒸汽混合后進(jìn)蒸汽輪機(jī)發(fā)電。Shell 煤氣化技術(shù)的發(fā)5>煤氣化>調(diào)理c >家用燃?xì)怆娦士蛇_(dá)45%以上，二氧化硫排放控制在10mg/m'患油技術(shù):臼口甲烷化凸管道氣左右。目前ICCC技術(shù)已進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)行?，F(xiàn)在全世界已建在建和擬建的ICGOC 電站近30套,最大的是婚>碳水合成 C >運(yùn)輸燃料美國(guó)44萬kW機(jī)組。Shell公司已于1993年在荷蘭的丹姆克勒電廠建成投煤量200t/d的大型煤氣化裝團(tuán)2 Shell 煤氣化使用范圊示意圉置,用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。5.1 合成氣制氨.甲醇、氫氣由于ICGCC有潔凈煤燃燒發(fā)電的特點(diǎn),我國(guó)已把Shell煤氣化得到90%以上的(C0+H)粗煤氣,這它列入中國(guó)潔凈煤技術(shù)“九五”計(jì)劃和2010年發(fā)展種粗煤氣中的(CO+H2)是我們制合成氨甲醇?xì)錃獾木V要中。它的主要優(yōu)點(diǎn)是:(1)熱效率高，目前已達(dá)原料氣。粗煤氣中的C0氣可通過蒸汽變換,在催化劑43%-46%,預(yù)計(jì)2010年可達(dá)到50%; (2)環(huán)保性能好。作用下反應(yīng)得到(H,+CO2) ,其中的CO2氣是生產(chǎn)尿素脫硫率達(dá)98%-99%以上,NO,排放量等同于天然氣,CO2的原料。變換氣再經(jīng)過氣體凈化,如低溫甲醇洗、甲烷排放也臧少;(3)燃料適應(yīng)性強(qiáng),對(duì)高硫煤有獨(dú)特的適化(或液氮洗)、配氮、壓縮后進(jìn)行氨合成，最后得到產(chǎn)應(yīng)性;(4)可用于對(duì)燃油聯(lián)合循環(huán)機(jī)組及老燃煤電廠品液氨。合成氣制甲醇、氫氣的工藝路線與合成氣制改造,達(dá)到提高效率改善環(huán)保的目的。Shell 煤氣化合成氨基本相同。合成氣制合成氨、甲醇、氫氣方框流合成氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電如圖6所示。程如圖3.4.5所示。氣→然0,去尿素。p醫(yī)氣鋼妤C光輪發(fā)電機(jī)J氣煤。。唯廚閻一圈擎好}座氣凈化處園一最氣輪機(jī)一空氣_ +圖限園[發(fā)電機(jī)]因甲按他一醫(yī)意因一圍0→l電魄出圉3 Shell 煤氣化生產(chǎn)合成氨工藝方塊流程圖圍6 Shell 煤氣化IGCCC發(fā)電示意圉S去監(jiān)6. Shell煤氣化關(guān)鍵設(shè)備中國(guó)煤化工甲糜0HCNMHG爐、輸氣管和合成氣冷卻器組合面成。表4.表5分別給出Shell煤氣化田4 Shell煤氣化生產(chǎn)甲醇工藝方塊流程圖關(guān)鍵設(shè)備的主要尺寸和材料。2004年2月汪壽建:Shell煤氣化技術(shù)進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)●21，表4投煤量1 00t/d裝量關(guān)鍵設(shè)備壓力容器外克尺寸序號(hào)名稱內(nèi)徑/m高度/mm質(zhì)量/t氣化爐368022 80061輸氣管/氣體返回室2 500/2 9006 00001303合成氣冷卻器2 90032 65082表5壓力容器 殼體及管道設(shè)計(jì)用材名稱(所在位置)材料材料特性壓力容器外殼主材SA387Gr11C1. 2抗氫腐蝕2氣化爐底(與濕氣氛接觸的殼體)SA387Gr11CI. 2+N08225復(fù)合板抗冷凝扃蝕合成氣冷卻器出口SA387Gr11C1. 2+304L復(fù)合板抗高 溫硫腐蝕壓力容器殼體(其與氣體接觸)襯40um厚耐熱材料防不可預(yù)見的局部高溫5可能存在露點(diǎn)腐蝕的接管堆焊IC625防腐層抗冷凝腐蝕SA387Gr11C1.2關(guān)鍵設(shè)備外殼直徑是根據(jù)用戶要求和Shell公部分熱量。由于氣化爐的特殊設(shè)計(jì)保證了Shell 煤氣司對(duì)氣化爐反應(yīng)空間、輸氣管通道尺寸及反應(yīng)熱回收化工藝指標(biāo)的領(lǐng)先地位,從而使該技術(shù)具有更強(qiáng)的競(jìng)傳熱面計(jì)算條件及內(nèi)件安裝、維護(hù)需要確定的。氣化爭(zhēng)力。爐、輸氣管、合成氣冷卻器由樂力容器外殼和內(nèi)件組我公司配套詳細(xì)設(shè)計(jì)的1000t/d投煤量項(xiàng)目為裝而成。外殼承受靜壓力。內(nèi)件首先形成氣化空間，氣國(guó)內(nèi)第-套引進(jìn)Shell公司煤氣化專利技術(shù),是湖北化反應(yīng)在此完成;反應(yīng)完后的爐渣由收集空間,激冷雙環(huán)科技股份公司20萬t/a合成氨(投煤量1 000t/d)排除爐外;反應(yīng)氣體經(jīng)輸氣管送到合成氣冷卻器剮產(chǎn)的油改煤工程。目前該項(xiàng)目設(shè)計(jì)全部完成,所有設(shè)備蒸汽,回收熱能。采購(gòu)工作完畢。由國(guó)外制造廠生產(chǎn)的氣化爐、輸氣管氣化爐內(nèi)件由水冷膜式壁換熱面構(gòu)成，即管子-和合成氣冷卻器內(nèi)件已運(yùn)到國(guó)內(nèi)，由國(guó)內(nèi)制造廠生產(chǎn)翅片-管子結(jié)構(gòu)型式。水冷膜式壁換熱面組成圓形通的氣化爐、輸氣管和合成氣冷卻器外筒也已完成。現(xiàn)道即內(nèi)件。氣化爐在首次開車時(shí)進(jìn)行爐壁掛渣保護(hù)操在內(nèi)件和外簡(jiǎn)在國(guó)內(nèi)制造廠準(zhǔn)備組裝,項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的土作，從而保護(hù)氣化爐外簡(jiǎn)不超溫,防煤氣沖刷并回收建安裝工程正在進(jìn)行中,預(yù)計(jì)2004年7月份投產(chǎn)。Status and Development of Shell Coal Gasifcation TechnologyWang Shou-jian(W uhuan Chemical Engineering Company ,Wuhan,430079)AbstractShell coal gasification is an advanced and mature technology which is large scale,single series and pressurized. Its characteristic is good gasification index, high efficiency and environmentfrendly. It is one of the 2nd classical coal gasification technologies.Key words shell coal gasification， key equipments， advanced and mature technology書訊.●2003' 中國(guó)煤炭加工與綜合利用技術(shù)研討會(huì)議論文集:收集、精中國(guó)煤化工12個(gè)專題,包括:發(fā)展戰(zhàn)略與專家論壇;煤、電、化、冶多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)開發(fā)研究;煤氣化新工藝YHC N M H G及商業(yè)化問題探討;煤液化合成油;潔凈煤技術(shù);煤炭洗選加工及配煤;焦化T業(yè)技術(shù)進(jìn)展、焦?fàn)t氣利用、煤焦油加T;甲醇、二甲醚及其下游產(chǎn)品開發(fā)等。需要者,請(qǐng)直接與編輯部聯(lián)系。