殼牌煤氣化技術關鍵設備設計探討

范慧寧

(同煤廣發化學工業有限公司，山西 大同 037000)

殼牌煤氣化技術關鍵設備設計探討

范慧寧

(同煤廣發化學工業有限公司，山西 大同 037000)

主要探討了殼牌煤氣化技術的關鍵設備設計情況。以及該技術的工藝性能指標與相應流程，介紹了氣化關鍵設備外殼設計和內件設計情況。

殼牌煤氣化技術；設備；設計

20世紀70年代，殼牌煤氣化技術出現在科研項目列表中?；谠蜌饣难芯?，德國在1978年開始對殼牌煉油廠投入了大量資金，建設了第一套裝置，該裝置的日投煤量達150 t[1]。1993年，荷蘭電廠在其基礎上作出了改進，構建了一套大型煤氣化裝置，日投煤量達到了2 000 t，煤電轉化率在43%以上。截止2014年，該裝置可以氣化多種原材料，逐漸走向成熟[2]。

1 殼牌煤氣化技術的工藝性能指標與相應流程

1.1 工藝性能指標

如表1所示，為煤氣化技術工藝的主要性能指標統計表。

從表1中可以看出，殼牌煤氣化技術的適應性比較強，支持多種類型煤處理，實現了預期目標。目前，該項技術基本上可以氣化世界上所有種類的煤，即便是煤中含灰比例達到了35%，也可以將其氣化。不僅如此，本技術可以同時處理2種混合煤。由于煤的灰熔點具有較寬的適應范圍，因此通常情況下，將SCGP的氣化溫度設置在1 400 ℃～1 600 ℃，且H2與CO混合氣的體積分數在90%以上[3]。

表1 煤氣化技術工藝的主要性能指標統計表

1.2 相應工藝流程

第113頁如圖1所示為殼牌煤氣化技術關鍵設備的工藝流程圖。

該工藝選取備煤工段的煤粉壓粉煤、粉煤鎖斗、粉煤倉給料倉，利用高壓N2將粉煤傳輸至氣化爐噴嘴，經過預熱處理以后將氧氣導入此噴嘴中。對氣化爐進行高溫加壓處理，蒸汽、氧氣、粉煤將在此條件下發生氧化反應。在氣化爐頂部，其溫度在1 500 ℃左右。通過對煤氣進行除塵冷卻，當溫度降低至900 ℃時，利用輸氣管將冷卻后的合成氣體傳輸至合成氣冷卻器中。熱量被回收以后，合成氣將自動轉入濕法洗滌、干法除塵系統當中。經過洗滌處理以后，合成氣的含量將有很大程度的降低，不超過1 mg/m3，最后從界區輸送出去。另外，還可以利用合成冷卻器加工處理生成的中壓蒸汽與氣化爐

圖1 殼牌煤氣技術關鍵設備的工藝流程圖

冷壁副產的蒸汽相互轉換，從而為工序的正常運行提供保障。

2 關鍵設備設計探討

殼牌氣化的關鍵設備主要由3種器件構成，即，氣化爐、輸氣管、合成冷卻器。

2.1 氣化關鍵設備外殼設計

該設備外殼主要由3部分構成，分別是合成氣冷卻器、輸氣管/拱頂、氣化爐。表2所示為外殼的具體尺寸。

表2 外殼的具體尺寸

我國五環化學工程企業開發了一套高壓力氣化關鍵設備，該設備的外殼可支持壓力為4.6 MPa，工作的最高溫度為343 ℃。由于該設備的接管較多、體積較大、直徑較長，采用剛性連接方式，與其他設備相比，該設備內部結構更復雜一些，且偏心荷載比較大，因此，該公司在材料選取、結構設計、應力大小、防腐方面進行了充分考慮，并采取了相應措施。表3所示為該設備的材料選取與相應作用統計情況。

由表3可知，1) 該設備選取SA387Gr11 Cl.2作為主要研究材料，該材料具有良好的抗氫腐蝕功效；2) 對于與濕氣氛接觸的容器，選取SA387Gr11 Cl.2+N08225材料制成復合板；3) 采用SA387Gr11 Cl.2+304L制作復合板，將其放置在高溫合成氣直接接觸的合成氣冷卻器處；4) 采用40mm耐熱材料，放置在壓力容器殼體處，從而避免一些無法預見的局部高溫現象產生；5) 如果無辦法對襯里進行保護，則接管內壁很有可能遭受腐蝕，防腐層被打破。

表3 設備的材料選取與相應作用統計情況

2.2 氣化關鍵設備內件設計

關鍵設備內件的設計主要由3部分構成，分別是合成冷卻器內件、輸氣管、氣化爐。其中，氣化爐的內件壓力為7.1 MPa，對應的最高溫度為327 ℃，其內部形成一個氣化空間，在該空間內部完成氣化反應；在收集爐渣的空間中，所有氣化反應產生的爐渣將經過淬冷處理，最終排放至爐外部；在激冷空間內，高溫作用下形成的合成氣將在短時間內冷激，其溫度逐漸下降，直至溫度達到900 ℃左右時輸出該氣體。利用輸氣管內件，將經過激冷處理的合成氣傳輸至合成氣冷卻器。而冷卻器采用水產汽方式收回熱能，其出口溫度控制在380 ℃左右。為了更好地控制氣體冷卻過程與煤粉氣化過程，該公司采用氣化爐水冷壁構成一個渣保護層。除此之外，還結合了膜式水冷壁結構，對該保護層進行完善。第114頁表4所示為煤氣化技術關鍵設備內件尺寸統計表。

表4 煤氣化技術關鍵設備內件尺寸統計表

延長設備內件使用壽命可以連續工作25a，材料選取情況如下：

1) 選取13CrMo44作為內件主體材料，主要用于沖刷合成氣與抗氫腐蝕；

2) 選取型號為N08825的高鎳合金，放置到渣池，從而達到抗冷凝腐蝕作用；

3) 選取長度在14 mm～20 mm的耐熱陶瓷襯里材料放到輸氣管中，起到抗沖刷作用，同時還具有降低溫度功效；

4) 選取堆焊鎳基材料放置在氣體沖刷比較嚴重的部位，從而起到抗沖刷與抗腐蝕功效。

3 結語

通過材料的選取與尺寸設計，在一定程度上提高了關鍵設備的可靠性。殼牌煤氣化技術關鍵設備在內件合理防護設置的基礎上，對容器外殼也采取了防護設置，通過相互合理配置，體現了該項技術的真正價值。此外，對我國五環工程企業引進的殼牌煤氣化技術設計的關鍵設備進行了探究，從材料選取與內件尺寸角度改進設計方案，預計會有更加廣泛的應用。

[1] 王正興,周瑞平,陳如星,等.大型絞吸式挖泥船疏浚設備軸系設計關鍵技術研究[J]. 船舶工程,2015，37(8):34-38.

[2] 葛漢林,姜芳,吳明.油氣管道帶壓不停輸折疊式封堵技術及設備的研究設計[J].機械設計與制造,2014(4):209-211.

[3] 劉文勇,田寶發,曹萬林,等.復雜體型鋼結構抗震設計關鍵技術研究[J].自然災害學報, 2017,26(1):118-122.

Discussion on key equipment design of Shell coal gasification technology

FAN Huining

(Datong Guangfa Chemical Industry Co., Ltd., Datong Shanxi 037000, China)

The design of key equipment of Shell coal gasification technology is mainly discussed, as well as the technical performance index and corresponding process of the technology. The design of the enclosure parts and internal parts of the key gasification equipments are introduced.

Shell coal gasification technology; equipment; design

2017-03-10

范慧寧，男，1988年出生，2011年畢業于太原理工大學，本科，助理工程師。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.04.39

TQ545

A

1004-7050(2017)04-0112-03

化機與設備