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壳牌煤气化

物理和化学过程

壳牌煤气化过程是在高温、加压条件下进行的，煤粉、氧气及少量蒸汽在加压条件下并流进入气化炉内，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。

技术简介
工艺原理
由于气化炉内温度很高，在有氧条件下，碳、挥发分及部分反应产物（H2和CO等）以发生燃烧反应为主，在氧气消耗殆尽之后发生碳的各种转化反应，即气化反应阶段，最终形成以CO和H2为主要成分的煤气离开气化炉。
工艺流程
目前，壳牌煤气化装置从示范装置到大型工业化装置均采用废锅流程，激冷流程的壳牌煤气化工艺很快会推向市场。
原料煤经破碎由运输设施送至磨煤机，在磨煤机内将原料煤磨成煤粉（90%＜100μm）并干燥，煤粉经常压煤粉仓、加压煤粉仓及给料仓，由高压氮气或二氧化碳气将煤粉送至气化炉煤烧嘴。来自空分的高压氧气经预热后与中压过热蒸汽混合后导入煤烧嘴。煤粉、氧气及蒸汽在气化炉高温加压条件下发生碳的氧化及各种转化反应。气化炉顶部约1500 ℃的高温煤气经除尘冷却后的冷煤气激冷至900 ℃左右进入合成气冷却器。经合成气冷却器回收热量副产高压、中压饱和蒸汽或过热蒸汽后的煤气进入干式除尘及湿法洗涤系统，处理后的煤气中含尘量小于1 mg/m3送后续工序。
湿洗系统排出的废水大部分经冷却后循环使用，小部分废水经闪蒸、沉降及汽提处理后送污水处理装置进一步处理。闪蒸汽及汽提气可作为燃料或送火炬燃烧后放空。
在气化炉内气化产生的高温熔渣，自流进入气化炉下部的渣池进行激冷，高温熔渣经激冷后形成数毫米大小的玻璃体，可作为建筑材料或用于路基。
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
目前已投入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。
（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。
（6）热效率高
煤气化的冷煤气效率可以达到80%～83%，其余～15%副产高压或中压蒸汽，总热效率高达98%。
（7）运转周期长
气化炉采用水冷壁结构，牢固可靠，无耐火砖衬里。正常使用维护量小，运行周期长，无需设置备用炉。煤烧嘴设计寿命为8000 h。烧嘴的使用寿命长，是气化装置能够长周期稳定运行的重要保证。
（8）负荷调节方便
每台气化炉设有4～6个烧嘴，不仅有利于粉煤的气化，同时生产负荷的调节更为灵活，范围也更宽。负荷调节范围为40%～100%，每分钟可调节5%。
（9）环境效益好
系统排出的炉渣和飞灰含碳低，可作为水泥添加剂或其他建筑材料，堆放时也无污染物渗出。气化污水量小且不含焦油、酚等，容易处理，需要时可实现零排放。
工程应用
已有19家国内企业陆续与壳牌公司签订了技术转让协议（共23台气化炉），生产的产品包括合成氨、甲醇、氢（油品）、聚丙烯、醋酸、聚甲醛等。国内第1套采用壳牌煤气化技术的生产装置已于2006年5月顺利投产。到目前为止，共有14家采用壳牌煤气化技术企业的15套生产装置陆续投入生产运行。
国外亦有5家采用 壳牌煤气化技术，英国1套IGCC，越南2套合成氨，韩国1套IGCC。
生产运行概况
第1批煤气化项目在设计、采购、施工、试车等过程中，遇到许多意想不到的困难，气化工艺相关的原因和外部环境的干扰造成的停车，造成Shell干煤粉气化装置不能长周期稳定运行。
内部原因引起的停车事故中：
① 设备问题占60%，问题主要集中在气化炉烧嘴隔焰罩泄漏造成堵渣、渣口和渣池堵塞、高温高压陶瓷过滤器元件破损、K1301入口三通腐蚀和磨蚀，堵塞K1301过滤器等方面；
② 操作问题占30%，主要集中在合成气冷却器十字架积灰，积灰超温制约以及后工序影响。
但经过各方的共同努力技术问题最终都得以圆满解决，如煤烧嘴罩损坏漏水问题，通过采取下列措施对煤烧嘴罩进行改进，积累操作经验，较好地得到解决：
①注意煤烧嘴伸入气化炉内的长度；
② 适当加大烧嘴罩冷却水流量；
③ 保持煤粉输送系统的稳定；
④ 保持煤的品质稳定（若换煤种，必须及时调整各相关工艺控制参数）；
⑤ 关注气化调温蒸汽的加入；
⑥适当降低氧煤比；
⑦ 通过助熔剂用量对渣的黏度进行修正。
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。
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，上海锅炉厂，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(西安航天远征)。
5.一体化点火开工烧嘴及其插拔机构，西安11所（西安航天远征）
6. 点火烧嘴，开工烧嘴国内1家供货，上海711所（暂未授权公示）.
7. 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。
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