浅谈Shell煤气化技术

第40卷第3期2011年3月工技术与开发

化工技术与开发IndustryTechnology&DevelopmentofChemical

化

Vol.40No.3

Mar.2011第40卷

浅谈Shell煤气化技术

刘

兵1，巴淑丽2

（1.郑州大学化工与能源学院，郑州，450001；2.重庆能源职业学院能源工程系，重庆，400040）摘

要：随着经济不断发展，能源在社会中的战略地位日益重要。煤气化技术受到各国高度重视。在介绍

能源结构基础上，分析了常见煤气化技术，着重阐述了Shell气化炉的工艺原理，技术特点，开发现状等，通过对Shell煤气化技术的分析，论述了Shell气化技术在我国的应用前景。

关键词：煤气化；Shell；技术特点中图分类号：TQ54

文献标识码：A

文章编号：1671-9905（2011）03-0022-04

我国是一个多煤少油的国家，煤炭资源丰富，原煤产量居世界第一位［1～2］。在我国，煤炭是发电、化肥、甲醇等能源转化工业的主要原料和燃料，煤炭的生产和消费占一次能源构成的75％［3～4］。然而人类对能源的需求快速增长，以化石燃料为代表的传统能源日趋枯竭，使得能源供应日益紧张［5］。同时，能源利用过程中排放的污染物，如粉尘、二氧化硫、氮氧化合物、碳氢化合物、有毒金属化合物、温室气体等，正在急剧破坏地球的生态平衡和人类自身的生存环境。化石燃料中煤的储量大、价格低廉、供应稳定，但直接燃煤带来的严重环境污染是一个不容忽视的问题。因此，各国政府在考虑利用储量丰富的煤炭资源时，特别重视洁净煤技术的研究与开发工作［6］。

长期以来，我国煤炭综合利用技术落后，煤炭利用率低下，主要以直接燃烧为主。据统计在排放的大气污染物中，90％的SO2、85％的CO2、70％的烟尘来自煤燃烧［7～8］。因此，为提高煤炭综合利用率，缓解因煤炭利用所引起的环境污染问题，必须加强洁净煤技术研究。煤气化技术是煤炭洁净技术转化的核心技术之一，是发展煤化学品（氨，甲醇，二甲醚等）、先进IGCC发电、多联产系统、制氢、燃料电池等过程工业的基础。

CO2和水蒸汽为气化剂，在一定温度和压力下，通

过不完全的燃烧过程，将煤中的固定碳转化成可燃性气体（有效气体成分CO、H2、CH4及副产物CO2、H2O等）的过程［9］。

目前新一代煤气化工艺对煤种适应性广，气化压力高，生产能力大，气化效率高，污染少。具有代表性的有Texaco（德士古）水煤浆气化工艺、GSP气化技术、Shell（壳牌）气化技术［10］。

Texaco水煤浆加压气化炉是两相并流型气

化炉，氧气和煤浆通过特制的工艺喷嘴混合后喷入气化炉，在炉内水煤浆和氧气发生不完全氧化还原反应产生水煤气，其反应释放的能量可维持气化炉在煤灰熔点温度以上反应以满足液态排渣的需要。

GSP连续气化炉是在高温加压条件下进行

的，属气流床反应器，几根煤粉输送管均布进入最外环隙，并在通道内盘旋，使煤粉旋转喷出。给煤管线末端与喷嘴顶端相切，在喷嘴外形成一个相当均匀的煤粉层，与气化介质混合后在气化室中进行气化，反应完后最终形成以CO、H2为主的煤气进入激冷室。

Shell煤气化在高温加压条件下进行，属气流

床反应器，煤粉、氧气及水蒸汽并流进入气化炉，在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过程。由于气化炉内温度很高，在有氧存在的条件下，以燃

1常见煤气化技术比较

煤气化就是以煤炭为原料，采用空气、氧气、

基金项目：2009年郑州大学研究生科学研究基金（编号A1101）

作者简介：刘兵（1984-），男，郑州大学化工学院博士研究生，主要从事煤的洁净技术研究；巴淑丽（1982-），女，重庆能源职业学

院，讲师，主要从事煤的洁净技术，设备节能与优化等方面的研究

收稿日期：2010-12-08

第3期刘兵等：浅谈Shell煤气化

技术23

烧反应为主；在氧气反应完后进入到气化反应阶段，最终形成以CO、H2为主的煤气离开气化炉。上述3种气化方式均为不完全氧化还原反应生成粗合成气，基本原理相同。不同之处在于

Texaco采用水煤浆气化，而GSP和Shell采用干

煤粉气化。

2Shell气化技术发展现状

1972年，Shell公司在阿姆斯特丹建立了Koninklijke研究实验室。1976年，一个日投煤量6t的小型开发装置在阿姆斯特丹运转。在1978~1983年间，约有21种煤在该装置进行了气化试验。1983年，Shell公司在美国休斯顿建设了一套日投煤量220～360t的大型示范装置［11～13］。1988年，荷兰采用Shell公司壳牌气化炉，气化装置设计能力单炉日处理2000t煤。1989年，荷兰发电局采用Shell气化技术建设250MW整体煤气化燃气-蒸汽联合循环（ICGCC）发电装置［14］。迄今为止，壳牌共在中国签订了10多份煤气化技术转

让协议。其中第一份转让协议用于在湖南省乐阳市兴建的煤气化厂，该厂是由壳牌和中石化共同投资兴建的合资企业，日投煤量为2000t，为化肥厂提供合成气用生产原料［15］。壳牌国际研究有限公司向中国最大的煤炭企业神华集团公司转让煤气化技术，该技术用于在内蒙古建立的第一座煤液化厂［16］；中国神华煤制油有限公司采用壳牌煤气化技术为其煤液化厂制取氢气。内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗兴建的液化厂是中国第一家直接用煤生产油品的工厂［17］。河南永煤集团采用

Shell气化炉用于生产甲醇。湖北双环化工集团利用我国丰富的煤炭资源，采用先进的Shell煤气化

技术，对合成氨原料线路进行改造。

作为典型的洁净煤技术，Shell煤气化得到

90％以上的（CO＋H2）粗煤气，粗煤气是合成氨，甲醇，氢气的原料。Shell煤气化合成氨、甲醇简易工艺流程图见图1、2。

图2Shell煤气化生产甲醇工艺图［18］

3Shell气化技术及其工艺流程

3．1Shell气化工艺流程

原料煤被破碎并输送到粉碎机，正常情况下是传统的磨煤机，磨煤机将煤研磨到适于高效气化的尺寸（90％小于100μm）。研磨煤的同时，使用加热的惰性气体流从系统内带走水蒸汽来进行干燥，气流卷走的粉煤通过内部筛分器在袋室内收集。适当的干燥对无故障的煤排放和输送非常重要，并且可以提高装置效率。经过研磨和干燥的煤从磨煤和干燥系统排放到煤加压和输送系统（锁斗），然后加压的煤通过相对的烧嘴输送到气化炉气化室，利用氧气在气化室内进行气化反应，如果需要缓冲蒸汽，通过相同的烧嘴喷入。送入炉内的煤粉、氧气及蒸汽在高温加压条件下发生部分氧化反应，气化炉顶部约1500℃的高温煤气与经冷却后的煤气激冷至900℃左右进入废热锅炉，经回收热量后的煤气温度降至350℃进入除尘和湿式洗涤系统，处理后含尘量小于

1mg·m-3，温度为150℃的煤气送后工序。

气化炉由内部带气化室的压力容器组成，并在2～4.5MPa的压力下运行。气化炉内壁温度由循环水通过膜式壁进行控制，以产生饱和蒸汽。膜式壁包围气化区域，气化区域有两个出口。气化区域底部的孔口用于除渣。顶部的出口允许夹带飞灰的合成气进入激冷区域，在该区域内热合成气利用“冷”（180～300℃）无灰再循环气体激冷，以避免粗合成气夹带的融化或粘性飞灰颗粒的结垢问题。

从洗涤塔排出的黑水在闪蒸槽进行减压闪蒸，闪蒸液再进汽提塔汽提，经初级处理后的灰水送至界区外的污水处理装置进一步处理。闪蒸气及汽提气送锅炉作燃料气。在气化炉燃烧段产生的高温熔渣，流入气化炉下部激冷室进行激冷形成玻璃体流入锁斗后定期 …… 此处隐藏：6065字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……