殼牌煤氣化

殼牌煤氣化過程是在高溫、加壓條件下進行的，煤粉、氧氣及少量蒸汽在加壓條件下並流進入氣化爐內，在極為短暫的時間內完成升溫、揮發分脫除、裂解、燃燒及轉化等一系列物理和化學過程。

基本介紹

• 中文名：殼牌煤氣化
• 類型：一系列物理和化學過程
• 工藝原理：燃燒反應、氣化反應階段形成煤氣
• 設備國產化：氣化爐外殼材料等

技術簡介

工藝原理

由於氣化爐內溫度很高，在有氧條件下，碳、揮發分及部分反應產物（H2和CO等）以發生燃燒反應為主，在氧氣消耗殆盡之後發生碳的各種轉化反應，即氣化反應階段，最終形成以CO和H2為主要成分的煤氣離開氣化爐。

工藝流程

目前，殼牌煤氣化裝置從示範裝置到大型工業化裝置均採用廢鍋流程，激冷流程的殼牌煤氣化工藝很快會推向市場。

原料煤經破碎由運輸設施送至磨煤機，在磨煤機內將原料煤磨成煤粉（90%<100μm）並乾燥，煤粉經常壓煤粉倉、加壓煤粉倉及給料倉，由高壓氮氣或二氧化碳氣將煤粉送至氣化爐煤燒嘴。來自空分的高壓氧氣經預熱後與中壓過熱蒸汽混合後導入煤燒嘴。煤粉、氧氣及蒸汽在氣化爐高溫加壓條件下發生碳的氧化及各種轉化反應。氣化爐頂部約1500 ℃的高溫煤氣經除塵冷卻後的冷煤氣激冷至900 ℃左右進入合成氣冷卻器。經合成氣冷卻器回收熱量副產高壓、中壓飽和蒸汽或過熱蒸汽後的煤氣進入乾式除塵及濕法洗滌系統，處理後的煤氣中含塵量小於1 mg/m3送後續工序。

濕洗系統排出的廢水大部分經冷卻後循環使用，小部分廢水經閃蒸、沉降及汽提處理後送污水處理裝置進一步處理。閃蒸汽及汽提氣可作為燃料或送火炬燃燒後放空。

在氣化爐內氣化產生的高溫熔渣，自流進入氣化爐下部的渣池進行激冷，高溫熔渣經激冷後形成數毫米大小的玻璃體，可作為建築材料或用於路基。

技術特點

（1）煤種適應性廣

對煤種適應性強，從褐煤、次煙煤、煙煤到無煙煤、石油焦均可使用，也可將2種煤摻混使用。對煤的灰熔點適應範圍比其他氣化工藝更寬，即使是較高灰分、水分、硫含量的煤種也能使用。

（2）單系列生產能力大

目前已投入生產運行的煤氣化裝置單台氣化爐投煤量達到2000 t/d以上。

（3）碳轉化率高

由於氣化溫度高，一般在1400～1600 ℃，碳轉化率可高達99%以上。

（4）產品氣體質量好

產品氣體潔淨，煤氣中甲烷含量極少，不含重烴，CO+H2體積分數達到90%。

（5）氣化氧耗低

與水煤漿氣化工藝相比，氧耗低15%～25%，可降低配套空分裝置投資和運行費用。

（6）熱效率高

煤氣化的冷煤氣效率可以達到80%～83%，其餘～15%副產高壓或中壓蒸汽，總熱效率高達98%。

（7）運轉周期長

氣化爐採用水冷壁結構，牢固可靠，無耐火磚襯裡。正常使用維護量小，運行周期長，無需設定備用爐。煤燒嘴設計壽命為8000 h。燒嘴的使用壽命長，是氣化裝置能夠長周期穩定運行的重要保證。

（8）負荷調節方便

每台氣化爐設有4～6個燒嘴，不僅有利於粉煤的氣化，同時生產負荷的調節更為靈活，範圍也更寬。負荷調節範圍為40%～100%，每分鐘可調節5%。

（9）環境效益好

系統排出的爐渣和飛灰含碳低，可作為水泥添加劑或其他建築材料，堆放時也無污染物滲出。氣化污水量小且不含焦油、酚等，容易處理，需要時可實現零排放。

工程套用

已有19家國內企業陸續與殼牌公司簽訂了技術轉讓協定（共23台氣化爐），生產的產品包括合成氨、甲醇、氫（油品）、聚丙烯、醋酸、聚甲醛等。國內第1套採用殼牌煤氣化技術的生產裝置已於2006年5月順利投產。到目前為止，共有14家採用殼牌煤氣化技術企業的15套生產裝置陸續投入生產運行。

國外亦有5家採用 殼牌煤氣化技術，英國1套IGCC，越南2套合成氨，韓國1套IGCC。

裝置生產運行概況

第1批煤氣化項目在設計、採購、施工、試車等過程中，遇到許多意想不到的困難，氣化工藝相關的原因和外部環境的干擾造成的停車，造成Shell乾煤粉氣化裝置不能長周期穩定運行。

內部原因引起的停車事故中：

① 設備問題占60%，問題主要集中在氣化爐燒嘴隔焰罩泄漏造成堵渣、渣口和渣池堵塞、高溫高壓陶瓷過濾器元件破損、K1301入口三通腐蝕和磨蝕，堵塞K1301過濾器等方面；

② 操作問題占30%，主要集中在合成氣冷卻器十字架積灰，積灰超溫制約以及後工序影響。

但經過各方的共同努力技術問題最終都得以圓滿解決，如煤燒嘴罩損壞漏水問題，通過採取下列措施對煤燒嘴罩進行改進，積累操作經驗，較好地得到解決：

①注意煤燒嘴伸入氣化爐內的長度；

② 適當加大燒嘴罩冷卻水流量；

③ 保持煤粉輸送系統的穩定；

④ 保持煤的品質穩定（若換煤種，必須及時調整各相關工藝控制參數）；

⑤ 關注氣化調溫蒸汽的加入；

⑥適當降低氧煤比；

⑦ 通過助熔劑用量對渣的黏度進行修正。

外部原因引起的停車主要問題：

①煤的供應量不足，煤的合格率低;

②甲醇市場不景氣,2009由於經濟危機，造成化工產品市場需求下降，價格暴跌，造成甲醇企業開工率不高，有些不得不停產或低負荷運行;2009年國內進口甲醇600萬噸占市場需求40%以上，2010年上半年國內進口甲醇300萬噸。

③受空分裝置和低溫甲醇洗裝置等出現的問題影響;造成煤氣化裝置停車原因中有61.31%來自空分裝置故障或改造，3.96%來自公用工程的原因，其它原因占23.61%，而氣化裝置本身的原因僅為11.11%。

④下游配套原因，安慶、湖北下游裝置能力小，氣化負荷分別在88%和75%情況下就能滿足下游的滿負荷需求。

⑤ 外部供電供汽供水系統故障；

除下游配套原因的廠外，大部分廠的運行負荷在90%以上，最長連續運行時126天，年運行天數已達330天。

關鍵設備國產化進程

1.氣化爐外殼材料國產，主體材料採用舞陽鋼鐵公司生產的14Cr1MoR;

2.氣化爐內件材料國產,主體材料採用久立鋼管廠生產的的15CrMoG;

3.氣化爐內件國內製造，已授權東方鍋爐廠，上海鍋爐廠，海陸重工，無錫華光鍋爐廠生產。

4.煤燒嘴國內兩家供貨，上海711所，西安11所(西安航天遠征)。

5.一體化點火開工燒嘴及其插拔機構，西安11所（西安航天遠征）

6. 點火燒嘴，開工燒嘴國內1家供貨，上海711所（暫未授權公示）.

7. 恆力吊國內1家供貨，東方吊架廠（暫未授權）。

三家氣化爐內件製造廠均在德國SEG進行了培訓和學習，德國和西班牙專家將在製造廠進行現場指導。