shell粉煤气化讲座
“Shell”、“GSP”粉煤气化制甲醇变换反应
“Shell”、“GSP”粉煤气化制甲醇变换反应深度的控制、催化剂选型及动力学模拟计算纵秋云孙永奎（青岛科技大学山东青岛 266042）（兖矿国泰煤化工有限公司山东滕州 277527）0 前言甲醇是重要的基本有机化工原料，在化工、医药、染料方面都有着广泛的用途，特别是近年来受世界性石油紧张和短缺的影响，煤气化制甲醇作为汽油的替代品，倍受人们的青睐和关注，其市场潜力巨大。
我国贫油少气，但煤碳资源相当丰富，是世界上唯一以煤为主要能源的大国。
因此，以煤为原料制甲醇在我国的煤化工工业中占有十分重要的地位。
进入21世纪后，随着我国煤气化制甲醇项目的全面启动，煤气化制甲醇也由早期的单一的“德士古”气化工艺发展带目前的“Shell”、“GSP”和“常压固定床”气化等工艺。
与“德士古”水煤浆加压气化技术相比，尽管Shell和GSP粉煤气化工艺具有对煤质要求低，合成气中有效组分含量高（CO+H2>89%），原煤和氧气消耗低，环境污染小和运行费用低等特点，但由于制得的原料气中CO高达60%以上，如何控制一段炉反应深度和抑制甲烷化副反应的影响等问题，就成为这两种新气化工艺能否成功的用于甲醇生产的关键。
前期，曾以合成氨厂的工艺条件为计算基准，对选用Shell粉煤气化制氨工艺流程中，耐硫变换工序中第一段反应器反应深度的控制和甲烷化副反应的影响等问题进行了研究，结果发现：当水/气低，床层热点温度又高时，则容易发生甲烷化副反应，提高当水/气高，虽然可以抑制甲烷化副的反应，但由于CO浓度高，反应的推动力大，因此一段催化剂的装量只要少量的变化，就会对出口CO含量和床层热点温度造成很大的影响，因此催化剂的用量必须计算准确，否则也会造成床层“飞温”的不良结果。
由于甲醇合成变换的工艺条件与合成氨一段反应条件相类似，因此在“Shell”和“GSP”煤气化制甲醇的生产中，变换工段反应深度的控制与合成氨生产中一段反应条件的控制一样同等重要。
煤气化技术中shell与GSP气化炉对比
煤气化技术中shell与GSP气化炉对比煤气化技术中shell与GSP气化炉对比壳牌（Shell）干煤粉加压气化技术，属于气流床加压气化技术。
可气化褐煤、烟煤、无烟煤、石油焦及高灰熔点的煤。
入炉原料煤为经过干燥、磨细后的干煤粉。
干煤粉由气化炉下部进入，属多烧嘴上行制气。
目前国外最大的气化炉日处理2000t煤，气化压力为3.0MPa，国外只有一套用于商业化联合循环发电的业绩，尚无更高气化压力的业绩。
这种气化炉是采用水冷壁，无耐火砖衬里。
采用废热锅炉冷却回收煤气的显热，副产蒸汽，气化温度可以达到1400-1600℃，气化压力可达3.0-4.0MPa，可以气化高灰熔点的煤，但仍需在原料煤中添加石灰石作助熔剂。
该种炉型原设计是用于联合循环发电的，国内在本世纪初至今已签订技术引进合同的有19台气化炉装置，其最终产品有合成氨、甲醇，气化压力3.0-4.0MPa。
其特点是干煤粉进料，用高压氮气气动输送入炉，对输煤粉系统的防爆要求严格；气化炉烧嘴为多喷嘴，有4个对称式布置，调节负荷比较灵活；为了防止高温气体排出时夹带的熔融态和粘结性飞灰在气化炉后的输气导管换热器、废热锅炉管壁粘结，采用将高温除灰后的部分300-350℃气体与部分水洗后的160-165℃气体混合，混合后的气体温度约200℃，用返回气循环压缩机加压送到气化炉顶部，将气化炉排出的合成气激冷至900℃后，再进入废热锅炉热量回收系统。
返回气量很大，相当于气化装置产气量的80-85%，对返回气循环压缩机的操作条件十分苛刻，不但投资高，多耗动力，而且出故障的环节也多；出废热锅炉后的合成气，采用高温中压陶瓷过滤器，在高温下除去夹带的飞灰，陶瓷过滤器不但投资高，而且维修工作量大，维修费用高。
废热锅炉维修工作量也大，故障也多，维修费用也高。
据介绍碳转化率可达98-99%；可气化褐煤、烟煤、无烟煤、石油焦；冷煤气效率高达80-83%；合成气有效气（CO+H2）成分高达90%左右，有效气（CO+H2）比煤耗550-600Kg/Km3，比氧耗330-360M3/Km3（用河南新密煤时，比煤耗为709Kg/Km3。
SHELL气化培训课件介绍
全员培训手册
第五讲
大唐国际锡林郭勒盟煤化工项目筹备处
生产准备工作办公室组织编制
目 录
第一章 SHELL 气化介绍 .............................................................................................................. 1 1.1 SHELL（壳牌）工艺介绍 ............................................................................................. 1 1.1.1 概述 ................................................................................................................... 1 1.1.2 主要反应方程式 ............................................................................................... 2 1.1.3 环境方面 ........................................................................................................... 3 1.2 壳牌煤气化工艺(SCGP) ............................................................................................... 3 1.2.1 概述 .........
壳牌煤气化技术
激冷气压缩机 火炬 蒸汽喷射器 热风炉 补充水 J1601
洗涤塔
合成气出界区
1700单元
P-1601A/B 水
1700单元 初步水处理系统工艺流程简图
1600/1700 3000/3100 3100
V-1702
8
N2 1600
酸
V-1704
煤粉
煤粉储仓 V1201A/B
煤粉仓装 料袋滤器
S1201A/B
煤粉锁斗 V1204A/B
煤粉给料仓 V1205A/B
气化炉煤烧嘴
1300单元 气化、急冷及冷却系统流程简图
汽包V-1304 锅炉给水
激
合 中压过热蒸汽
冷成
中压
强制
循环
水泵
蒸汽
P-1301A/B/C 氧气
煤粉
管气
激冷
气 冷却 化 气器
激冷气
水
灰 酸 U1700
滤饼
1100单元 磨煤及干燥系统流程简图
碎煤仓 V1101A/B
煤粉袋式过滤器 S1103A/B
石灰石仓 V1103
称重给煤机 X1101A/B
磨煤机 A1101A/B
粉煤到 V1201A/B
循环风机 K1102A/B
放空
热风炉 F1101A/B
1200单元 煤粉加压及输送系统流程简图
SHELL煤气化技术在国内应用情况简介
2001年湖北双环科技股份有限公司为国内第 一家与壳牌签订SCGP技术许可合同，至今已签订 19个合同、23套SCGP气化工艺。主要用于大型化 肥企业进行氮肥原料及动力结构调整改造，即采 用大型气流床粉煤气化工艺，替代油气化和小型 固定床无烟块煤气化工艺，生产合成氨和甲醇， 并用于国内首套煤制油项目的制氢装置。气化炉 生产合成氨和甲醇都是在中国第一家实现，即， 中国是全世界首家把壳牌炉用于氮肥生产的国家。
Shell煤气化技术综述_宋超
Shell 煤气化技术综述宋超（江苏中能硅业科技发展有限公司江苏徐州２２１０００）一、概述Ｓｈｅｌｌ煤气化技术是在原Ｋ－Ｔ气流床煤气化技术的基础上改进而来。
将粒度为１００目、水分＜１０％的煤粉，纯度为＞９９％的氧气和水蒸气在喷嘴处混合进入煤气化炉进行气化反应，炉内的气化压力为２．０～４．０ＭＰａ，温度为１４００～１６００℃，气化生成的有效煤气成分含量为９０％～９４％，碳的转化率约为９９％（飞灰再循环的条件下）。
二、Shell 煤气化反应原理Ｓｈｅｌｌ煤气化反应原理与Ｋ－Ｔ常压粉煤气化相同，是以干煤粉作为原料，氧气和水蒸气作为气化剂在气流床内进行的气－固两相流态化反应。
干煤粉由氮气或二氧化碳吹入气化炉，气化炉内的气化反应温度很高，在有氧存在的条件下，以燃烧反应为主，在氧气反应完成后进入气化反应阶段，物料在炉内的停留时间一般为３～１０ｓ，气化反应很快就达到平衡。
气化产生的粗煤气经粗煤气冷却器冷却后，最终形成以ＣＯ、Ｈ２为主的煤气。
反应中产生的煤灰熔化后以液态的形式排出气化反应炉。
带粗煤气冷却器（废热锅炉）流程的特点如下：１．结构复杂，昂贵。
１台废锅，如２０００ｔ／ｄ要多１个亿的投资。
２．若用于化工，则后续的调比过程需要大量蒸汽，废锅产生的蒸汽约６０－７０％用于调比，真正能量回收的好处不大，用高投资的废锅而取得的效益不大。
三、原料要求Ｓｈｅｌｌ煤气化工艺对煤种有广泛的适应性，由于采用粉煤进料和高温、加压气化，故对煤的粘结性、机械强度、水分、灰分、挥发分等要求不是十分严格，但从技术角度考虑仍有一定要求。
水分（收到基水分）：褐煤６％～１０％，其它１％～６％，灰分干基＜２４％，灰熔点ＦＴ＜１３５０℃，粒度＜０．１５ｍｍ的＞９０％。
１．煤的灰熔点是加压干粉气化选择原料的主要条件，一般选择灰熔融流动温度ＦＴ在１４００℃以下的烟煤，ＦＴ超过１５００℃的煤不宜采用。
２．煤的活性要好，一般以烟煤和褐煤为主。
３．灰渣的粘温特性碱性组分含量高，一般碱／酸应大于０．３。
浅析 SHELL 煤气化技术
·270·2016年7月 第8卷技术论坛工程技术浅析SHELL煤气化技术赵 野神华鄂尔多斯煤制油分公司，内蒙古 鄂尔多斯 017209摘 要：随着国内近年掀起的煤化工热潮，Shell煤气化工艺以其高效、安全和环保的特点，成为很多企业的首选工艺之一。
本文介绍了Shell煤气化的工艺原理、特点，煤种的选择，气化炉炉温偏高和偏低的参数变化和影响，气化炉温度监测，煤烧嘴与烧嘴罩损坏泄漏的一般原因及影响，以及对Shell煤气化未来的展望。
关键词：壳牌煤气化；气化炉的特点；煤种；炉温；烧嘴罩中图分类号：TQ546 文献标识码：A 文章编号：1671-5586（2016）64-0270-021 引言能源和环境是人类赖以生存与发展的基础，然而当今世界正面临着能源短缺、环境污染和温室效应等诸多问题，如何实现人类社会、经济与环境的协调可持续发展，已经引起国际社会的普遍关注。
人类必须在化石能源濒临枯竭和生存环境濒临崩溃之前，完成替代能源和相关技术的开发。
我国是能源消耗大国，而且煤多油少气贫，那么煤转气转油将是未来发展的趋势，它将带动经济的发展，也是国家能源战略储备的一部分。
壳牌煤气化技术的出现为洁净能源的开发指明方向，产品具有节能降耗，应用广泛的特点。
以下是结合自己在工作中的实践和对壳牌煤气化的所知进行分析探讨。
2 SHELL煤气化的原理和特点2.1 SHELL煤气化的工艺原理Shell煤气化技术是目前世界上较为先进的第二代粉煤气化技术之一，气化过程也是在高温加压下进行的。
其进料方式是将碎煤磨成0.1mm以下、水分2%以下的细粉，高压氮气通过特殊的喷嘴将粉煤送进炉膛，与被蒸汽稀释的氧气在气化炉内高温高压下气化形成合成气（CO+H2＞90%）、飞灰和熔渣[1]。
该技术工艺流程较简单，原煤经碎煤后送至磨煤机，磨成的细粉被热惰性气体干燥，由高压氮气将干煤粉送入气化炉，另外高压氧气和中压过热蒸汽混合后也由喷嘴喷入炉内。
Shell粉煤气化工艺运行问题探讨及改进思路
Shell 粉煤气化工艺运行问题探讨及改进思路吴国祥（神华鄂尔多斯煤制油分公司，内蒙古鄂尔多斯017209）摘要：简单介绍了Shell 粉煤气化工艺的流程，重点阐述了Shell 粉煤气化工艺在运行过程中出现的问题及相应的解决措施，并根据这些运行问题对Shell 粉煤气化工艺提出了一些改进思路关键词：Shell ；粉煤气化；运行问题；改进思路Discussion of Running Problems and Improving Ideason Shell Coal Gasification ProcessWU Guo －xiang（Branch of ShenHua Ordos Coal Liquefaction Corporation ，Inner Mongolia Ordos 017209，China ）Abstract ：The flow of Shell coal gasification process was simply introduced．It highlightedly expounded the problems aroused during the running process of Shell coal gasification process and solution measures relevant．Based on these run-ning problems ，some improving ideas on Shell coal gasification process were advanced．Key words ：Shell ；coal gasification ；running problems ；improving ideas作者简介：吴国祥（1981－），男，大学本科，助理工程师，2003年毕业于安徽理工大学，现主要从事Shell 粉煤气化装置工艺技术管理工作。
Shell粉煤气化技术介绍
维普资讯
２０ ０ １年 第 ２期
总第 ５ ２期
革 新 与综 述
左右 ） ，使得 气 化炉 通 常在 ３ ＂ ０ＭＰ ，Ｉ ０ ～ ７ ０Ｃ的温度 范 围 内发 生化 学反 应 ．形成 了 ４． ５ ａ ４ ０ Ｉ０ ＂
渣 包 碳 的反应 模 型 ，确保 了碳 的 高转 化率 ；同 时 水冷 壁 技术 的引进 确 保 了 气化 炉 更 易大 型
作为 制 氢原 料 ， 以及 与 之相 应 的 气 体净 化 方法 ．来制 造 氢氨 气 体供合 成 使 用 。在解 决 了上
述 这 些 问 题 之 后 ， 当今 世 界 晟 关 注 的 能 源 问题 ， 又摆 在 合 成 氨 工 业 的 面 前
以天 然气 为原 料 ，在 投 资 和 能耗 等方 面均 占绝对 优 势 ， 迄今 为止 已占 国 内总氨 产量 近
烧嘴 （ 又称煤 粉 喷枪 ）安放 在气 化 炉下 部 ，对 列式 布 置，数 量一般 为 ４， ． － ６个 ，如０４ ０ ４ ０气 化 炉有 ６个烧 嘴 。 （ ）破 渣机 ４
Ｓ ｅｌ原 设 计 气 化 炉 底 部 出渣无 破渣 机 ，在 生 产操 作 过程 中 曾发 生 过 换 煤 种 时 出现 大 ｈｌ 渣 ，锁斗 阀堵塞 。现 设计 已加有破 渣机 ，不会再 出现 大渣堵 塞情 况 。
煤 炭 是一 种储 量 最 丰 富 ，分 布 晟广 的燃 料 。随着 现代 技 术 的发展 ，人 们 能够更 高 效 、
低 成本 地 采掘 、运 输 和 储 存煤 炭 。在 能源 紧张 的今天 ，尤其 是在 石油 资源 日渐 枯竭 的情 况 Ｆ ，煤 炭 成 为一种 长久 的、在 价 格 上 有竞 争力 的能源 。这 恰 是合成 氨工 业 所 需 要 的 ．而且 也 不会 遇 到与 其它 高经 济 效益 的工业 产 品争 夺原 料 的麻烦 。我 国有 丰 富 的煤炭 资源 ，发 展 以煤 为原 料的化 肥 工业 ．符 合 我 国 的国情 ．因此具 有广 阔的前 景 。 目前 ，有 大 型 化 工业 业 绩 的 先进 煤气 化 工艺主 要有 德 士 古 水煤浆 气 化 和 壳牌耪 煤 气 化 工 艺技 术 。德 士古 水 煤浆 加 压 气化 技 术成 熟 可靠 ，其煤 的适应 范 围较 广 ． 已成 功 地用 于 多
SHELL煤气化技术
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3关键设备国产化进程
1.气化炉外壳材料国产，主体材料采用舞阳钢铁公司生产的14Cr1MoR;
2.气化炉内件材料国产,主体材料采用久立钢管厂生产的的15CrMoG;
3.气化炉内件国内制造，已授权东方锅炉厂，海陆重工，无锡华光锅炉厂生产。 4.煤烧嘴国内两家供货，上海711所，西安11所。 5. 点火烧嘴，开工烧嘴国内1家供货，上海711所（暂未授权公示）. 6. 恒力吊国内1家供货，东方吊架厂（暂未授权）。 三家气化炉内件制造厂均在德国SEG进行了培训和学习，德国和西班牙专家将在 制造厂进行现场指导。
（3）碳转化率高 由于气化温度高，一般在1400～1600 ℃，碳转化率可高达99％以上。
（4）产品气体质量好 产品气体洁净，煤气中甲烷含量极少，不含重烃，CO＋H2体积分数达到90％。 （5）气化氧耗低 与水煤浆气化工艺相比，氧耗低15％～25％，可降低配套空分装置投资和运行 费用。
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1 壳牌煤气化技术简介
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1 壳牌煤气化技术简介
1.3 技术特点 （1）煤种适应性广 对煤种适应性强，从褐煤、次烟煤、烟煤到无烟煤、石油焦均可使用，也可将2 种煤掺混使用。对煤的灰熔点适应范围比其他气化工艺更宽，即使是较高灰分、水 分、硫含量的煤种也能使用。 （2）单系列生产能力大 目前已投人生产运行的煤气化装置单台气化炉投煤量达到2000 t／d以上。
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3 壳牌煤气化装置生产运行概况
外部原因引起的停车主要问题： ①煤的供应量不足，煤的合格率低; ②甲醇市场不景气,2009由于经济危机，造成化工产品市场需求下降，价格暴跌， 造成甲醇企业开工率不高，有些不得不停产或低负荷运行;2009年国内进口甲醇600 万吨占市场需求40%以上，2010年上半年国内进口甲醇300万吨。 ③受空分装置和低温甲醇洗装置等出现的问题影响;造成煤气化装置停车原因中 有61.31%来自空分装置故障或改造，3.96%来自公用工程的原因，其它原因占23.61%， 而气化装置本身的原因仅为11.11%。 ④下游配套原因，安庆、湖北下游装置能力小，气化负荷分别在88%和75%情况 下就能满足下游的满负荷需求。 ⑤ 外部供电供汽供水系统故障； 除下游配套原因的厂外，大部分厂的运行负荷在90%以上，最长连续运行时126 天，年运行天数已达330天。
Shell煤粉加压气化技术应用
Shell煤粉加压气化技术应用摘要：随着时代不断进步，能源的消耗和采集已成为了全球人类所关注的话题。
我国是能源消耗大国，我国的能源特点是缺油、少气、相对富煤，在目前及未来较长时期内煤都将在能源消耗中占据主导地位。
所以采用先进的技术充分对煤进行利用，是煤能源发展的必然趋势。
基于此，本文通过对shell 煤粉加压气化技术流程的概述；对气化炉炉温波动产生因素，对气化炉温度监测、气化炉高温的影响进行了分析探讨。
旨在与同行进行业务交流，以期提高shell 煤粉加压气化技术水平。
关键词：shell 气化炉煤粉加压气化技术炉温社会经济的飞速发展，导致人们对生活水平及质量的要求也越来越高，而当前对煤的利用基本仍是采用直接燃用的方式，但是煤在燃用、贮运和环保方面仍存在诸多问题，特别是环保方面。
因此，国家就实行了可持续发展战略，对煤利用的环保方面提出了更高要求，这也就对企业的利用煤的技术提供了更高要求，应用先进的洁净煤技术已成必然趋势。
shell 煤粉加压气化技术是现阶段世界最为先进的洁净煤技术之一，其具有节能、降耗等诸多特点，值得大力推广和广泛应用。
因此，笔者就结合工作实践及对shell 煤粉加压气化技术的所知，对shell 煤粉加压气化技术的应用进行以下几方面的分析探讨。
一、shell 煤粉加压气化技术流程的概述1.shell 煤粉加压气化技术概述shell 煤粉加压气化属气流床气化，气化炉、输气管及合成气冷却器组成了shell 煤气化设备。
在加压条件下氧气、蒸气、煤粉同时流进气化炉内，并在极短的时间里面就完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等系列物理及化学过程。
干煤粉是shell 煤粉加压气化的主要原料，氮气是其主要输送介质。
被加压的氧气、蒸气、煤粉会从气化炉壳体上对称布置煤烧嘴流进气化炉中，且其转化成合成气应是在压力是3.5~4.0mpa及温度是1400~1600℃的条件下进行。
2.shell 煤粉加压气化技术的原理与特点一是煤粉加压气化技术的原理。
1-3 shell粉煤气化技术
三、气化炉结构
煤气 结构：主要由内筒和外筒两部分。 包括：膜式水冷壁、环形空间、 高压容器外壳。
氧气+ 煤气 +N2
氧气+煤 气+N2
膜式水冷壁向火侧有一层较薄的 耐火材料，一方面为了减少热损 失；另一方面更主要是为了挂渣， 利用渣层进行隔热并起到保护炉 壁的作用。
炉渣
主要设备
项目一 褐煤制气
1-3 shell粉煤气化技术
主要内容
一、shell气化工艺及流程 二、工艺条件及气化指标 三、气化炉结构
与固定床和流化床两种气化工艺比较，气流 床气化工艺的特点是反应温度高（火焰中心温度 可达2000℃），反应速率快，煤料的停留时间短 （1-10s），产物不含焦油、甲烷等物质，用来生 产合成氨、甲醇时，甲烷含量低是其优点；另一 特点是，由于煤料悬浮在气流中，随气流并流运 动，煤粒的干燥、热解、气化等过程瞬间完成， 煤粒被气流隔开，基本上单独进行膨胀、软化、 燃尽及形成熔渣等过程，所以，煤的粘结性、机 械强度、热稳定性等对气化过程不起作用，原则 上几乎可以气化任何煤种。气流床的设计简单， 内件很少。
该法的缺点是，由于燃料在气化介质中的浓 度低，且反应物并流，产品气体与燃料之间不能 进行内部换热，其结果是出口气体的温度比移动 床和流化床的都高，为了保证较高的热效率，因 而，就得在后续的热量回收装置上设置换热面积 较大的换热器，这就在一定程度上抵消了气化炉 结构简单的优点。
气流床气化，煤的加料有两种形式：
1、原料 2、操作温度和操作压力 3、氧煤比
Shell生产工艺的主要特点：
பைடு நூலகம்
煤气化讲座A
§1 煤气化原理——反应机理
煤的气化工艺是在一定温度压力下，用气化剂对煤 进行热化学加工，将煤中有机质转变为煤气的过程
其涵义就是以煤、半焦或焦炭为原料，以空气、富氧(纯氧)、水蒸汽、二氧化碳 或氢气为气化介质,使煤经过部分氧化和还原反应，将其中所含碳、氢等物质转化 成为一氧化碳、氢、甲烷等可燃组分为主的气体产物的多相反应过程. 可以认为煤气化是一个两步反应，第一步氧化反应释放出的热量用于第二步还 原反应吸热：
半 焦 或 碳 的 气 化 反 应 式
C ＋ O2 ＝ CO2 ＋ 393.777 kJ/mol C ＋ CO2 ＝ 2CO － 172.28 kJ/mol 2C ＋ O2 ＝ 2CO ＋ 221.19 kJ/mol 2CO ＋ O2 ＝ 2CO2 ＋ 563.37 kJ/mol C ＋ H2O ＝ CO ＋ H2 － 131.39 kJ/mol C ＋ 2H2O ＝ CO2＋ 2H2－ 90.196 kJ/mol CO ＋ H2O ＝ CO2 ＋ H2 ＋ 41.194 kJ/mol 2H2 ＋ O2 ＝ 2H2O ＋ 483.99 kJ/mol 2H2 ＋ C ＝ CH4 ＋ 74.898 kJ/mol CO ＋ 3H2 ＝ CH4 ＋ H2O ＋ 206.29 kJ/mol 2CO ＋ 2H2 ＝ CH4 ＋ CO2 ＋ 247.44 kJ/mol CO ＋ 4H2 ＝ CH4 ＋ 2H2O ＋ 162.867 kJ/mol 2C ＋ 2H2O ＝ CH4 ＋ CO2 ＋ 125.448 kJ/mol CO ＋ H2S ＝ COS ＋ H2 ＋ 123.1 kJ/mol 1/2S2 ＋ H2 ＝ H2S ＋ 20.1 kJ/mol N2 ＋ 3H2 ＝ 2NH3 2C ＋ H2 ＋ N2 ＝ 2HCN
SHELL煤气化磨煤干燥系统综述
SHELL煤气化磨煤干燥系统综述苏志强一、Shell煤气化磨煤干燥系统工艺原理及流程简介1.1 Shell煤气化磨煤干燥系统工艺原理概述在磨煤机中煤和石灰石在惰气环境和微负压条件下被碾磨和干燥。
干燥的热量是由燃料气或柴油在热风炉中燃烧产生的热工艺气提供的。
惰气流量进入磨机温度在140～300℃之间，离开磨机的温度是100～110℃。
惰气输送被碾磨后的煤粉到旋转分离器，在这里粗糙的大的颗粒重新返回到磨机中。
煤粉的粒度是由循环气流量、液压辊子的压力（通常是不变的）和可变速的旋转分离器控制。
原料中比较硬的煤块、矸石被送到废物箱中并排出界区。
惰气和煤粉的分离在一个袋式过滤器中完成的。
在分离的气体中固体浓度小于10 mg/Nm3。
过滤后的大部分气体被循环来维持气体的惰性（低氧含量），多余的气体被排出（带走水分）。
煤粉随后从袋式收集器中被送到煤加压及给料系统。
1.2 Shell煤气化磨煤干燥系统流程简介(见图一)以磨煤A系列为例，石灰石通过外部输送进入到石灰石贮仓V1103中贮存，通过V1104A称重经X1107A,通过螺旋给料机X1108A （添加石灰石比例通过调节X1108A转速实现）后进入磨煤机A1101A 中；碎煤由贮仓V1101A经过称重给煤机X1101A送入磨煤机A1101A中混合碾磨。
在原料分别进入石灰石贮仓、碎煤贮仓时产生的粉尘通过石灰石贮仓排风机、碎煤贮仓排风机的抽吸，送到石灰石贮仓排风机过滤器、碎煤贮仓排风机过滤器，过滤后的气体通过排放烟囱送入大气。
石灰石和碎煤在碾磨的同时，被从惰性气体发生器F1101A送来的热烟气干燥，碾磨成细粉的碎煤经过热风干燥后，随着热风一起被送出磨煤机。
在磨煤机的上部经过旋转分离器S1102A旋转分离，合格煤粉随热风一起进入煤粉袋式收集器S1103A进行煤/气分离，不合格的大颗粒煤粉重新返回到磨煤机A1101A中继续碾磨。
在磨煤机下部，未被碾磨的石块、木块等从磨机的排矸孔排出。
shell粉煤气化讲座
热回收
Shell认为汽包分室是必要的。因为废锅和水冷壁对锅 炉水循环倍率的要求是不一样的，水冷壁要求的循环倍 率很大。汽包分室比建两台汽包投资省。
干法除尘
指标
灰尘含量约
1 煤气化原理——反应机理
煤的气化工艺是在一定温度压力下，用气化剂对煤 进行热化学加工，将煤中有机质转变为煤气的过程
若在用煤种与备用煤种的最佳氧碳比范围部 分吻合，则实际操作中就有可能实现平稳切 换，吻合部分越多，切换操作越平稳。
如二者无吻合部分，则这两个煤种不宜在气 化炉的同一个运行周期内使用。
解决措施2
通过选配煤，将不同类别、不同品质的煤经过 筛选、破碎和按比例配合，改变其化学组成、 物理特性和燃烧特性，使之达到煤质互补、优 化产品结构、适应用户对煤质的要求。这样不 仅可保证煤炭质量的相对稳定，还能拓宽煤炭 采购渠道，实现煤炭的稳定供应，从而实现 Shell煤气化炉的长周期稳定运行。
气化炉顶部有冷激器，通过一台循环压缩机将 下游的合成气返回到气化炉顶部，使气化炉出 口合成气温度由1500多℃降至900℃，合成气中 夹带的熔融固体也因而固化成飞灰。 冷激后的合成气进入废锅发生蒸汽，气化炉水 冷壁也产生蒸汽。蒸汽压力通常比气化炉操作 压力高10～15kg/cm2。废锅产汽压力以及蒸汽 是否过热取决于用户要求，废锅出口工艺气温 度250～350℃。
C＋O2 = CO2 C＋CO2 = 2CO C＋H2O=CO＋H2 C＋2H2 = CH4
－393百万焦耳/千摩尔碳 ＋173 百万焦耳/千摩尔碳 ＋131百万焦耳/千摩尔碳 －75 百万焦耳/千摩尔碳
CO＋H2O=CO2＋H2 CH4＋H2O=CO＋3H2
－41 百万焦耳/千摩尔碳 ＋211 百万焦耳/千摩尔碳
Shell煤气化工艺讲义
Shell煤气化工艺讲义第一部分煤气化工程的构成 z了解煤气化装置所处的位置及和周边装置的关系z煤气化装置所用的技术和设计基础z选择壳牌煤气化技术的理由1.1 煤气化工程概况： 1.1.1煤气化项目的构成：洞庭煤气化项目是巴陵石化合成氨部原料路线改造工程，同时向双氧水部和己内酰胺部提供氢气源。
项目分为两部分, 一是合资部分，是由中石化（SINOPEC ）和壳牌(SHELL CHINA)各出资50%组建的岳阳中石化壳牌煤气化公司，完成煤气化部分；另外是配套部分，由中石化全额出资，完成气体处理和硫回收部分。
图1图1 煤气化项目结构框图合资企业煤气化装置的构成为：卸煤、煤储存及输煤系统由合资企业建设，化装置的设计基础煤气化工艺Shell Coal Gasification Process(SCGP)，design coal ）2000T ，这是考虑到和荷兰Dem （U-1100），在使用设计煤种产气142000Nm 3/h(H 2+CO)有效由于原料煤由巴陵石化提供，建成后移交巴陵石化管理；磨煤与干燥系统（U-1100），设三条线，按两开一备远行；粉煤加压与给料系统（U-1200）设两条线对应气化炉两对（四个）烧嘴；煤气化及合成气冷却系统（U-1300）；除渣系统（U-1400）；除灰系统（U-1500）；洗涤系统（U-1600）；初步水处理系统（U-1700）；公用工程系统(U-3***)；空分系统（U-4000）。
图 2.煤气化装置方块图。
1.1.2 煤气 煤气化技术采用壳牌粉由壳牌提供基础工艺包 Basic Design and Engineering Package(BDEP)，由宁波工程公司做详细设计并进行工程总承包。
装置设计能力为日处理设计煤种（kolec 电厂的煤气化装置设计能力相同，减少技术风险。
向巴陵石化提供142000Nm 3/h(H 2+CO)有效合成气，其中140640 Nm 3/h(H 2+CO)用于合成氨和第三方供氢，剩余部分经过气体处理后返用于煤气化装置；设备设计能力，在使用备用煤（“worst case” coal ）时保证产气量142000Nm 3/h(H 2+CO)有效合成气；60%负荷下，产气量为85200 Nm 3/h(H 2+CO)。
Shell炉煤气化工艺介绍
Shell炉煤气化工艺介绍目录1.概述1.1.发展历史1.2. Shell炉煤气化工艺主要特点2.工艺流程2.1. Shell炉气化工艺流程简图2.2.Shell炉气化工艺流程简述3.气化原理3.1粉煤的干燥及裂解与挥发物的燃烧气化3.2.固体颗粒与气化剂(氧气、水蒸气)间的反应3.3.生成的气体与固体颗粒间的反应3.4.反应生成气体彼此间进行的反应4.操作条件下对粉煤气化性能的影响4.1气化压力对粉煤气化性能的影响4.2氧煤比对粉煤气化性能的影响4.3蒸汽煤比对粉煤气化性能的影响4.4.影响加压粉煤气化操作的主要因素4.5煤组分变化的影响4.6 除煤以外进料“质量”变化的影响5.工艺指标6.Shell炉气化工艺消耗定额及投资估算7. 环境评价1.概述1.1.发展历史Shell煤气化工艺(Shell Coal Gasfication Process)简称SCGP，是由荷兰Shell国际石油公司(Shell International Oil Products B. V.)开发的一种加压气流床粉煤气化技术。
Shell煤气化工艺的发展主要经历了如下几个阶段。
(l)概念阶段20世纪70年代初期的石油危机引发了Shell公司对煤气化的兴趣，1972年Shell公司决定开发煤气化工艺时，对所开发的工艺制定了如下标准:①对煤种有广泛的适应性，基本可气化世界上任何煤种;②环保问题少，有利于环境保护;③高温气化，防止焦油和酚等有机副产品的生成，并促进碳的转化;④气化装置工艺及设备具有高度的安全性和可靠性;⑤气化效率高，单炉生产能力大。
根据上述原则，通过固定床、流化床和气流床三种不同连续气化工艺的对比，对今后煤气化工艺的开发形成了如下基本概念:①采用加压气化，设备结构紧凑，气化强度大;②选用气流床气化工艺，生产能力大，气化炉结构简单;③采用纯氧气化，气化温度高，气化效率高，合成气中有效气CO十H2含量高;④熔渣气化、冷壁式气化炉，熔渣可以保护炉壁，并确保产生的废渣无害，⑤对原料煤的粒度无特殊要求，干煤粉进料，有利于碳的转化。
Shell煤粉加压气化技术应用
Shell煤粉加压气化技术应用摘要：随着时代不断进步，能源的消耗和采集已成为了全球人类所关注的话题。
我国是能源消耗大国，我国的能源特点是缺油、少气、相对富煤，在目前及未来较长时期内煤都将在能源消耗中占据主导地位。
所以采用先进的技术充分对煤进行利用，是煤能源发展的必然趋势。
基于此，本文通过对Shell 煤粉加压气化技术流程的概述；对气化炉炉温波动产生因素，对气化炉温度监测、气化炉高温的影响进行了分析探讨。
旨在与同行进行业务交流，以期提高Shell 煤粉加压气化技术水平。
关键词：Shell 气化炉煤粉加压气化技术炉温社会经济的飞速发展，导致人们对生活水平及质量的要求也越来越高，而当前对煤的利用基本仍是采用直接燃用的方式，但是煤在燃用、贮运和环保方面仍存在诸多问题，特别是环保方面。
因此，国家就实行了可持续发展战略，对煤利用的环保方面提出了更高要求，这也就对企业的利用煤的技术提供了更高要求，应用先进的洁净煤技术已成必然趋势。
Shell 煤粉加压气化技术是现阶段世界最为先进的洁净煤技术之一，其具有节能、降耗等诸多特点，值得大力推广和广泛应用。
因此，笔者就结合工作实践及对Shell 煤粉加压气化技术的所知，对Shell 煤粉加压气化技术的应用进行以下几方面的分析探讨。
一、Shell 煤粉加压气化技术流程的概述1.Shell 煤粉加压气化技术概述Shell 煤粉加压气化属气流床气化，气化炉、输气管及合成气冷却器组成了Shell 煤气化设备。
在加压条件下氧气、蒸气、煤粉同时流进气化炉内，并在极短的时间里面就完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等系列物理及化学过程。
干煤粉是Shell 煤粉加压气化的主要原料，氮气是其主要输送介质。
被加压的氧气、蒸气、煤粉会从气化炉壳体上对称布置煤烧嘴流进气化炉中，且其转化成合成气应是在压力是3.5~4.0MPa及温度是1400~1600℃的条件下进行。
2.Shell 煤粉加压气化技术的原理与特点一是煤粉加压气化技术的原理。
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干煤粉输送的关键
粉煤密相输送技术
为减少煤气中的N2量，要求提高粉煤 输送的固气比，每立方米氮气可输送 300～400kg粉煤。 粉煤加压连续输送技术 1978年，和Krupp-Koppers公司联 合开发出一种粉煤间断升压和加压 下连续进料的半连续加煤工艺。
干法粉煤气化工艺关键
阀 门 密封料斗系统的各类阀门开闭频繁，磨损严
顺畅排渣
国内外对液态排渣炉的研究指出，灰渣的粘度在 25～40Pa.s之间方可保证液态锅炉的顺利排渣。 Watt-Fereday等人对灰渣成分与灰渣粘度的关系 进行了回归： Logμ＝10**7×m/（t－150）**2＋C 其中，μ――― 灰渣粘度，pa.s t ――― 温度，℃ C＝0.0415SiO2＋0.0192Al2O3＋ 0.0276Fe2O3＋0.0160CaO－3.92 M＝0.00835SiO2＋0.00601Al2O3－0.109
水分含量＜2％ 指 90%的粉煤粒度＜90μm 标 惰性气中的O2含量≤8％
固气比=0.4Kg/m3
固气比=0.4Kg/m3
C＋O2 = CO2 C＋CO2 = 2CO C＋H2O=CO＋H2 C＋2H2 = CH4
－393百万焦耳/千摩尔碳 ＋173 百万焦耳/千摩尔碳 ＋131百万焦耳/千摩尔碳 －75 百万焦耳/千摩尔碳
CO＋H2O=CO2＋H2 CH4＋H2O=CO＋3H2
－41 百万焦耳/千摩尔碳 ＋211 百万焦耳/千摩尔碳
下图给出了典型的相关反应的平衡条件与温度关系
这张图给出了煤气化中，氧/碳比的变化对温度、 转化率、合成气中的CO2和CH4浓度的影响。
Shell煤气化为并流反应
受气化空间的限制,反应时间很短(1～10s)。为弥补反应时 间短的缺陷,要求入炉煤粒度很细(＜0.1mm),以保证有足够的反 应面积。
热回收
Shell认为汽包分室是必要的。因为废锅和水冷壁对锅 炉水循环倍率的要求是不一样的，水冷壁要求的循环倍 率很大。汽包分室比建两台汽包投资省。
干法除尘
指标
灰尘含量约1-2(最大20)mg/Nm3
湿法除尘
排渣
1 煤气化原理——反应机理
煤的气化工艺是在一定温度压力下，用气化剂对煤 进行热化学加工，将煤中有机质转变为煤气的过程
烧嘴和水冷壁的寿命长
烧嘴设计寿命8000h。Demkolec工厂的烧嘴 和水冷壁安全运行至今。
环保
SCGP的硫氧化物及粉尘排放量几乎为零
废液基本为零排放
粉煤灰可外卖作生产水泥原料 炉渣可用作道和合成氨生产能力，以及可能 的煤质变化情况，配磨煤机2台，每套能力为 设备设计工况的75％。
粉煤气化
操作控制 长周期运行
煤种选择
存在问题
气化炉操作参数
压力： 温度： O2/煤（MAF）： 蒸汽/煤（MAF)： 蒸汽压力： 废锅出口合成气温度： 40bar 1550℃左右 0.85～1.1（重量比） 10～20％ 5.5 MPa 340℃
主要控制回路
根据系统负荷调整氧量，再根据合成气中的CO2 含量调整氧煤比，最终确定气化炉的进煤量。 氧气/蒸汽比保持恒定
重，故要解决好阀门的结构及材质问题。
料斗煤 特别在粉煤太湿易架桥的情况下会出现假 料位，增加料位测量及输送的难度。目前 位测量
大多采用Cs137或Co60同位素仪器测量。
精确 计量
气流床部分氧化反应要求入炉物料精确计 量，Texaco炉很易做到，而干法气化难以 做到精确计量。
气化炉进料的精确计量
气化炉进料计量主要是煤的质量流量，测得 的是混合流量，通过一系列计算换算成煤量， 再折算成总热量，因为合成气产量是与进煤 热值直接相关的 。
Shell粉煤气化工艺的优势在于 ① 煤种适应范围较宽 (能使用周边高灰熔点原料煤) ② 工艺指标先进(煤耗、氧 耗低，气化效率高，冷煤气效率可达 80～83%) ③ 操作和 维护费用低(无耐火砖，炉子及烧嘴寿命较长)；④ 灰渣可直 接利用，有利于环保。 虽然目前在合成氨装置上尚无应用业 绩，但由于其产品也是合成气(H2＋CO)，而且Shell粉煤气化 工艺在荷兰有大型化联合发电装置(其产出的合成气主要用于 燃气轮机发电)已稳定运行多年。因此只要工艺流程匹配合理 和前后工序衔接得当，Shell煤气化工艺实现合成氨装置的良 好运行应当是有把握的。
其涵义就是以煤、半焦或焦炭为原料，以空气、富氧(纯氧)、水蒸汽、二氧化碳 或氢气为气化介质,使煤经过部分氧化和还原反应，将其中所含碳、氢等物质转化 成为一氧化碳、氢、甲烷等可燃组分为主的气体产物的多相反应过程.
气 化 机 理
O2
C+H2O= CO+ H2 C+ CO2=2CO
H2O
CO2
H2
C
CO
H2+1/2O2= H2O CO+1/2O2=CO2
加压进煤
加压通过锁斗来实现，用N2对锁斗进行加压， 将粉煤由大气压力加压至所需压力，该压力通 常比气化炉压力高8～10 kg/cm2。
粉煤输送主要靠重力自流。
采用充气锥防止煤粉架桥
加压进煤流程
关于粉煤气化的研究始于20世纪50年代初期，直 到90年代才建立了第一套工业化示范装臵，原因 就在于长期以来未能有效解决粉煤输送这个技术 难题。
煤计量有两种：一是测线速度，二是测混合 物的密度。测线速度用线速度仪，密度测量 是利用γ射线。
粉煤气化
粉煤和氮气的混合气通过烧嘴进入气化炉， 与纯氧、蒸汽进行反应，加入水蒸汽量的 多少与煤种有关。炉内温度可达1500℃甚 至更高，炭转化率达99％以上。 煤灰呈熔融态顺壁流下，最后以渣的形式从 炉底部排出。 气化炉底部用水激冷熔渣，渣水循环使用， 冷却后的渣经减压由锁斗排出。
气化炉顶部有冷激器，通过一台循环压缩机将 下游的合成气返回到气化炉顶部，使气化炉出 口合成气温度由1500多℃降至900℃，合成气中 夹带的熔融固体也因而固化成飞灰。 冷激后的合成气进入废锅发生蒸汽，气化炉水 冷壁也产生蒸汽。蒸汽压力通常比气化炉操作 压力高10～15kg/cm2。废锅产汽压力以及蒸汽 是否过热取决于用户要求，废锅出口工艺气温 度250～350℃。
顺利排渣 保护水冷壁
当原料煤质发生变化时，只有及时调整气化炉入口 氧碳比，将炉温控制在最佳操作温度区域才能确保 顺利排渣和保护水冷壁。由于Shell粉煤气化炉内无 测温装臵，且目前尚难以做到对入炉粉煤量进行精 确计量，特别是原料煤中C元素含量的实时检测，从 而容易导致停工停炉事故的发生。
解决措施1
选择Shell粉煤气化工艺的原因
低能耗
用于发电，能耗比Texaco 工艺低20％左右 用于合成氨，能耗比Texaco 工艺低8％左右
进煤能量100％ 0.8% 14% 0.2% 水冷壁产蒸汽 废锅生产蒸汽 残碳
2.0%
83％
热损（渣池、湿洗以及散热等）
冷煤气效率
煤种适应性好
Shell粉煤气化炉操作温度高达1400～1700℃， 在此温度下，大部分煤种均能气化。
目前国内西北化工研究院在煤质分析与评价 方面做了大量的工作，也总结归纳出了灰渣 粘度与灰分组成之间的关系公式，但误差为 8％左右，尚不能用以指导生产。 Shell关于灰渣粘度与灰分组成之间的关系计 算较准确，通常Shell会提供客户一个预测气 化炉操作条件的小程序，该程序里就包含有这 个关系式。
气化炉操作要点
3.1
原料煤贮运
原料煤通过专列直供至铁路工业站，利用电厂 现有卸煤设施将其煤卸至东侧槽式皮带，经皮带机 转送至煤筒仓。煤筒仓设计为3个，预留一个筒仓位 臵。每个囤仓容量为6000吨，对应于日投煤量2000t 的工厂而言，其储煤天数最大9天。
原料煤自筒仓下部由螺旋输送机送至破碎楼， 经破碎机破碎至合格粒度后再送往碎煤仓。
若在用煤种与备用煤种的最佳氧碳比范围部 分吻合，则实际操作中就有可能实现平稳切 换，吻合部分越多，切换操作越平稳。
如二者无吻合部分，则这两个煤种不宜在气 化炉的同一个运行周期内使用。
解决措施2
通过选配煤，将不同类别、不同品质的煤经过 筛选、破碎和按比例配合，改变其化学组成、 物理特性和燃烧特性，使之达到煤质互补、优 化产品结构、适应用户对煤质的要求。这样不 仅可保证煤炭质量的相对稳定，还能拓宽煤炭 采购渠道，实现煤炭的稳定供应，从而实现 Shell煤气化炉的长周期稳定运行。
实验证明，随温度、流体力学条件及鼓风气相组成的分压不同， 所制得的煤气中碳的氧化物比例（CO:CO2）变化范围是很大的。 Shell 建立煤气化工艺（SCGP）机理模型过程中，由于反应温度很 高（1400～1700℃），使得反应速度快，足够的停留时间(3～10秒) 使反应可以达到平衡，假设发生以下的反应：
干燥用燃料设计为炼厂干气，备用燃料 为合成回路尾气。
磨煤干燥流程
指 标
水分含量＜2％ 90%的粉煤粒度＜90μm 惰性气中的O2含量≤8％
控制参数
循环气中的水含量约3.0％
惰性气体发生装臵出口温度150～250℃， 磨机出口温度105℃左右。 **为保证粉煤能被惰气带走，惰性气循环 量＞30Kg/s，固气比约1：2～4（重量）
并流气化气固相对速度低，气化反应朝着反应物浓度降 低的方向进行。为增加反应推动力，提高反应速度,必须提 高反应温度(火焰中心温度2000℃以上), 液态排渣是并流气 化的必然结果。
①
②
③
④ ⑤ ⑥ ⑦
● Shell 粉煤气化技术特点 气化炉结构较简单，内部为膜式水冷壁，无任何耐火砖，烧嘴寿 命长，所以气化炉坚固耐用，操作可靠。 煤种适应性好，灰熔点高时只需加入助熔剂石灰石，干粉进料, 气化效率高，氧气消耗低于Texaco工艺（约15％）。 高效率。原料煤所含能量之中，大约80～83%以合成气形式回收, 另外14％～16％以蒸汽形式回收。 对称式多烧嘴，混合效果好，碳转化率高。 熔渣气化,熔渣可保护膜式水冷壁,并确保产生无毒废渣及灰。 高温气化，碳转化率大于99%，有效气体成份含量高，CO2含量低, 几乎无CH4及酚类、焦油等生成。