Shell煤氣化技術綜述

宋超(江蘇中能硅業(yè)科技發(fā)展有限公司 江蘇徐州 221000)

一、概述

Shell煤氣化技術是在原K-T氣流床煤氣化技術的基礎上改進而來。將粒度為100目、水分<10%的煤粉，純度為>99%的氧氣和水蒸氣在噴嘴處混合進入煤氣化爐進行氣化反應，爐內的氣化壓力為2.0～4.0MPa，溫度為1400～1600℃，氣化生成的有效煤氣成分含量為90%～94%，碳的轉化率約為99%（飛灰再循環(huán)的條件下）。

二、Shell煤氣化反應原理

Shell煤氣化反應原理與K-T常壓粉煤氣化相同，是以干煤粉作為原料，氧氣和水蒸氣作為氣化劑在氣流床內進行的氣-固兩相流態(tài)化反應。

干煤粉由氮氣或二氧化碳吹入氣化爐，氣化爐內的氣化反應溫度很高，在有氧存在的條件下，以燃燒反應為主，在氧氣反應完成后進入氣化反應階段，物料在爐內的停留時間一般為3～10s，氣化反應很快就達到平衡。氣化產(chǎn)生的粗煤氣經(jīng)粗煤氣冷卻器冷卻后，最終形成以CO、H2為主的煤氣。反應中產(chǎn)生的煤灰熔化后以液態(tài)的形式排出氣化反應爐。

帶粗煤氣冷卻器（廢熱鍋爐）流程的特點如下：

1.結構復雜，昂貴。1臺廢鍋，如2000t/d要多1個億的投資。

2.若用于化工，則后續(xù)的調比過程需要大量蒸汽，廢鍋產(chǎn)生的蒸汽約60-70%用于調比，真正能量回收的好處不大，用高投資的廢鍋而取得的效益不大。

三、原料要求

Shell煤氣化工藝對煤種有廣泛的適應性，由于采用粉煤進料和高溫、加壓氣化，故對煤的粘結性、機械強度、水分、灰分、揮發(fā)分等要求不是十分嚴格，但從技術角度考慮仍有一定要求。水分（收到基水分）：褐煤6%～10%，其它1%～6%，灰分干基＜24%，灰熔點FT＜1350℃，粒度＜0.15mm的＞90%。

1.煤的灰熔點是加壓干粉氣化選擇原料的主要條件，一般選擇灰熔融流動溫度FT在1400℃以下的煙煤，F(xiàn)T超過1500℃的煤不宜采用。

2.煤的活性要好，一般以煙煤和褐煤為主。

3.灰渣的粘溫特性堿性組分含量高，一般堿/酸應大于0.3。

4.灰分一般不超過30%，小于20%為宜。

四、Shell煤氣化工藝的關鍵設備

Shell煤氣化工藝的關鍵設備是煤氣化爐、煤氣冷卻器和煤氣過濾器。

Shell煤氣化爐主要由膜式水冷壁、環(huán)隙空間和高壓容器外殼構成。

氣化爐反應室內上部空間為燃燒反應區(qū)，下部為熔渣激冷區(qū)。干煤粉、氧氣和水蒸氣的混合氣通過噴嘴進入氣化爐后在燃燒室反應。氣化爐內筒采用水（由于反應溫度過高，可考慮采用脫鹽水或軟化水）循環(huán)冷卻，在向火側涂一層耐火涂層，運行時在氣化爐內壁形成一層煤熔渣層保護或減緩水冷壁在高溫、高壓氣-固混合氣的沖刷下的磨損，延長氣化爐的運行時間。氣化爐環(huán)隙空間的目的是為了容納水/蒸汽的輸入/輸出集汽管。Shell氣化爐一般將噴嘴安裝在內筒側壁的下部位置，安裝有4～8個噴嘴呈中心對稱分布，根據(jù)負荷進行噴嘴增減。氣化爐噴嘴的使用壽命不低于7500小時，滿足裝置一年的運行時間要求。爐底關鍵部件還有鎖斗上下的卸渣閥。

煤氣冷卻器（廢熱鍋爐）用于回收高溫粗煤氣的顯熱，產(chǎn)生高壓過熱蒸汽。煤氣冷卻器一般采用水管式結構，由水管焊上管板組成，管板上設置有在線清洗裝置，沖洗管壁上的積灰，以免影響換熱效果。

過濾器用于除去粗煤氣中的煤粉塵，一般采用陶瓷過濾器或旋風分離器，由于進料煤氣的溫度、壓力均較高，要求除塵設備能夠安全、穩(wěn)定、長周期運行。粗煤氣經(jīng)過濾后，煤氣中的含塵量應<20mg/Nm3。

五、Shell煤氣化工藝概況

Shell煤氣化工藝屬加壓氣流床粉煤氣化，是以干煤粉為原料、氧氣為氣化劑，熔渣采用液態(tài)排渣形式。具體工藝流程見圖1 SCGP氣化工藝流程（干法氣化的技術關鍵在于干粉煤的加壓進料）。

原煤在風動磨內先破碎研磨成符合氣化要求的煤粉（粒度90%通過170目的篩孔；或粒度小于0.1mm）并經(jīng)干燥處理（含水量<2%；煙煤含水量1%、褐煤含水量10%）后，借助惰性氣體，粉煤經(jīng)過常壓粉煤倉、粉煤鎖斗及粉煤給料倉，由高壓氮（氮氣濃相400g/m3）或CO2將粉煤送至氣化爐噴嘴。氧氣和蒸汽一起，進氣化爐噴嘴。

氣-固反應物料在氣化爐內壓力為2.0～4.0MPa，溫度為1400～1600℃（通過控制加煤量，調節(jié)氧量和蒸汽量，來調節(jié)氣化溫度。）的條件下發(fā)生化學反應。氣化火焰中心溫度隨煤種不同約在1600～2200℃之間，出爐的煤氣溫度約為1400～1700℃。產(chǎn)生的高溫煤氣夾帶的煤粉細灰在高溫下具有一定的粘結性，為了防止煤粉細灰在設備和管道上粘結，影響設備的正常運行，將出氣化爐的煤氣與一部分經(jīng)冷卻后的循環(huán)煤氣進行混合，將高溫煤氣冷卻至900℃左右后，再將其送入廢熱鍋爐（水管式廢熱鍋爐，包括輻射室和對流室）內，與軟化水進行換熱，將其氣化產(chǎn)生高壓的過熱蒸汽。而煤氣經(jīng)進一步冷卻后，溫度降至約300℃。

從廢熱鍋爐出來的煤氣中僅含有的少量灰份顆粒，在陶瓷過濾器或旋風分離器中進行分離，粉煤灰進入灰鎖斗，再送至粉煤儲罐。粗煤氣經(jīng)干法除塵后煤氣中的含塵量約為10mg/Nm3，經(jīng)過水洗滌后煤氣的含塵為1mg/Nm3。

在整個煤氣化過程中，煤中約有83%以上的熱能轉化為有效煤氣，約有15%左右的熱能以高壓蒸汽的形式回收利用。

圖1 SCGP氣化工藝流程