Shell煤气化技术及其在大化肥装置的应用

Shell煤气化技术及其在大化肥装置的应用

作者/来源：盛新（中石化安庆分公司，安徽安庆246002）

1 概述

中石化安庆分公司大化肥装置系20 世纪70 年代中期从法国赫尔蒂公司引进，其中合成氨生产装置以轻油为原料采用丹麦托普索技术（脱碳采用意大利G·V 技术），日产合成氨1000 t；尿素生产装置采用荷兰斯塔米卡邦二氧化碳汽提法专利技术，日产成品尿素1740 t。大化肥装置在生产成品尿素的同时，还承担着向炼油装置供氢、向丙烯腈装置供氨等整体物料平衡的任务，是中石化安庆分公司生产链中不

可或缺的重要环节。

进入20 世纪90 年代末期，国际原油价格日益飙升，使得轻油型化肥生产企业严重亏损。在此背景下，经过反复论证，于2000 年5 月启动了化肥油改煤工程——“引进Shell 煤气化技术，利用丰富廉价

的煤炭资源，替代昂贵的化工轻油作化肥生产原料”，以期扭转化肥生产严重亏损的局面，促进中石化安庆分公司整体发展。油改煤工程经过6.5a 筹备和工程建设，于2006 年11 月29 日工程全面建成并投入了运行。

2 Shell煤气化工艺技术简介

Shell 煤气化技术是当今世界上较为先进的现代洁净煤气化技术。自1976 年以来，Shell 公司先后在荷兰的阿姆斯特丹、德国的汉堡和美国的休斯敦建成 3 套煤气化中试及示范装置，在取得大量试验数据和操作经验后，首次应用于荷兰布根伦250MW 整体煤气化燃气——蒸汽联合循环发电工厂，于1993 年开始投入运行。该技术在大化肥装置上的应用尚属首次。

2.1 Shell 煤气化工艺流程

Shell 煤气化工艺流程如图1 所示。

原料煤经初步破碎由皮带送至磨煤与干燥单元，加入适量助熔剂后磨成粉煤并干燥，经粉煤仓缓存给料，由高压氮气将粉煤流态化输送，与配加的氧气及蒸汽在 4.1MPa 条件下同时进入气化炉煤烧嘴喷入炉膛内，且在瞬间完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过程，气化产物为粗合成气，煤灰熔化并以液态形式排出。气化炉顶部约3.96MPa、1500℃的高温粗合成气，经209℃激冷气激冷至900℃以下进入废热锅炉生产蒸汽，回收热量后再进入陶瓷过滤器干式除灰及湿法洗涤系统。处理后含尘量小于1mg／m3、（CO＋H2）大于89％的粗合成气，送往后续工序净化，作合成氨生产原料。

气化炉内产生的高温熔渣，自动流入气化炉下部的激冷室，激冷形成几毫米大小的玻璃体经排渣系统出界区。炉渣和干粉灰均可作建筑材料的生产原料。

2.2 Shell 煤气化技术特点

Shell 煤气化工艺较Texaco、BGL 等其他煤气化工艺主要呈现以下技术特点：①煤种适应性广。从无烟煤、烟煤、褐煤到石油焦，在添加合适的助熔剂的情况下均可气化；②气化炉干煤粉进料。气化温度约在1500～1600℃，碳转化率高达99％以上，有效气（CO＋H2）组分大于89％，氧耗比水煤浆气化低15％～25％；③热效率高，煤中约83％的热能转化为合成气，约15％的热能被回收为中压蒸汽，总的热效率达到98％左右；④单炉生产

能力大，目前已投入运行的气化炉日处理煤量达2000t；⑤气化炉采用水冷壁废锅结构。内壁生产中“以渣抗渣”，无耐火砖衬里，维护量少，无需备用炉；⑥气化操作采用先

进的控制系统，其中包括Shell 公司专有的工艺计算机控制技术；⑦气化炉高温排出的熔渣经激冷后形成玻璃状颗粒，性质稳定，对环境几乎没有影响。

3 油改煤工程建设情况

3.1 工程建设主要内容

油改煤工程包括3 部分：建设1 套日处理煤量2000 t 的Shell 煤气化装置；建设1 套48000 m／h氧气生产能力的空分装置；建设与煤气化装置配套的一氧化碳耐硫变换及低温甲醇洗气体净化等装置和公用工程配套单元。水、电、汽及其他公用工程依托原有的公用工程系统。主要产品方案：合成氨396.0kt／a，尿素585.4 kt／a；外供液氨59.4 kt／a，外供氢气13.8 kt／a。

3.2 煤气化装置主要设计技术参数

煤种规格（质量含量）：水分（AR）6％、灰分（MF）19.6％、低位热值（MF）25.08 MJ ／kg，元素分析（MAF）C 71.0％、H 2.97％、O 4.8％、N 0.92％、S 0.42％、C1 0.01％，灰熔点大于1500 ℃。

产量、主要消耗指标及工艺参数：设计满负荷下有效气（CO＋H2）产量为142000 m3／h，煤消耗为91 t／h、氧气消耗为46493 m／h；出界区粗合成气摩尔组成：H2O 15.6％、H2 20.1％、CO 55.8％、CO2 2.7％、H2S 0.1％、N2 5.1％，温度160 ℃，压力3.70 MPa。

3.3 工程建设历程

2000 年5 月项目启动；2003年9月15 日《项目可研报告》获得了国家发改委的最终批复；2004 年1 月15 日初步设计通过了审查批复；2004年3月15日工程桩基开工；2006年8月29 日煤气化装置中交，经过分段试车及多轮整改，于11 月14 日转入投煤实物联动试车阶段，11 月18 日2：46 气化炉点火投煤成功；11 月29 日16：00 全面建成投产。

4 煤气化装置运行情况

4.1 运转率

总运转率不高，但呈上升趋势，见表1。2007 年4 月以前，每月约有2／3 的时间装置处于停车整改完善阶段，月平均运转率仅达32.54％，最长连续运转周期也仅为312.4h；在基本解决了煤烧嘴隔焰罩泄漏故障后，4 月装置运行情况有了明显好转，连续运转周期首次达到41d，月运转率超过90％；6 月初开始再创45d 的连续运行纪录，装置累计运转率不断提高；8月7日至10月11 日连续运行突破65d，截止至2007年9月30日累计运转率达到61.18％。

4.2 开停车情况

煤气化装置自投产以来共经历了13 次非计划开停车，其中装置试车初期开停6 次。