殼牌煤氣化技術及其在工廠安全穩定中應用

葛志軍， 郭雯婧

(同煤廣發化學工業有限公司，山西 大同 037000)

引 言

隨著我國社會與經濟持續發展，人們越來越重視對環境的保護，所以，各行各業中清潔能源的使用比例均在不斷上升。利用煤氣化技術，能夠把煤炭資源由對環境存在較大污染的能源，而轉變成更加潔凈的氣體能源，實現綠色環保的目標，同時還能夠顯著的改善煤炭資源轉化率。上世紀50年代殼牌便開始研究煤氣化技術，在1976年建成了煤氣化實驗裝置，該技術傳入國內之后得到迅猛發展。

1 殼牌煤氣化技術簡介

1.1 殼牌煤氣化技術工藝原理

整個煤氣化流程均是處在高溫、高壓狀態之下完成的，煤粉、氧氣和極少的蒸汽采用并流方式被輸送至氣化爐之中，并且在非常短時間內完成升溫過程、裂解過程以及燃燒轉化過程等各種物理以及化學反應過程。因為汽化爐之中擁有的溫度非常高，當存在氧氣情況之下，煤炭中碳揮發分解一系列反應得到的產物，會發生燃燒反應，而當氣化爐之中的氧氣完全消耗以后，在其中便會發生碳的轉化反應，此時便會進入到氣化反應階段，最后得到的成分主要包含有CO氣體以及H2氣體，這些氣體再通過除灰裝置而輸出。

1.2 殼牌煤氣化技術工藝流程

現階段，在殼牌煤氣化技術工藝中，示范裝置以及工業化裝置所采用的流程都是廢鍋流程，未來激冷流程技術工藝也會逐漸推廣到市場之中。殼牌煤氣化技術工藝廢鍋流程示意，如圖1所示。

圖1 殼牌煤氣化技術工藝廢鍋流程示意圖

原材料在完成破碎作業之后，通過相應的運輸設備被輸送到磨煤機設備之中，并且在此完成粉磨處理，確保90%以上的煤顆粒直徑小于100 μm，對粉磨后的煤粉進行干燥處理，然后將經由常壓煤粉倉、加壓煤粉倉以及給料倉，利用高壓的N2作用，把干燥之后的煤粉輸送到汽化爐煤燒嘴位置。采用相應的設備將空氣分離，得到高壓氧氣，并且進行預熱處理，和中壓過熱的蒸汽加以混合之后輸送到煤燒嘴位置。在氣化爐裝置頂部位置處會形成溫度值為1 500 ℃左右的高溫煤氣，這些氣體經過一定的除塵處理之后進行冷卻， 在激冷處理之后煤氣溫度降至900 ℃左右，這些氣體便被輸送至合成氣冷卻器之中，并在此裝置之中完成熱量的回收工作，然后再將煤氣輸送至干式除塵設備以及濕法洗滌設備之中，當煤氣之中粉塵含量不超過1 mg/m3時，再將煤氣輸送至后續工序之中[1]。

經由濕洗設備而排出來的廢水在冷卻以后再次進行循環利用，而很少一部分會進行閃蒸處理以及沉降處理，之后再輸送到污水處理設備之中進行深度處理。氣化爐設備之中氣化形成的一些高溫熔渣，會在自重作用下流至氣化爐裝置下方部位的渣池，這些熔渣經過激冷處理之后，會轉變成為直徑約幾mm的玻璃體，能夠作為再生建筑材料或者是作為路基回填材料再次使用。

2 殼牌煤氣化技術工藝特點

2.1 原料煤適應性較廣

此種工藝對于原料煤的適應能力相對強，能夠應用褐煤、次煙煤、煙煤以及無煙煤等等，同時，還能夠同時使用兩種不同的煤作為原料，較其它一些煤氣化技術而言，該種技術對于原料煤灰熔點擁有更廣的適用范圍，有些煤炭之中含有相對高的灰分以及水分等，依然能夠被用作原料煤。

2.2 單系列擁有較大生產能力

現階段，已經投產的煤氣化設備之中，單臺設備的投煤數量高達2 000 t/d，而且單臺設備投煤數量高達3 000 t/d的煤氣化爐裝置很快即將建成。

2.3 擁有較高的碳轉化率

因為此種設備的氣化溫度值相對較高，通常情況下要超過1 400 ℃，因此碳轉化率能夠超過99%。

2.4 所得氣體產品品質較高

所得氣體產品較為潔凈，而且煤氣之中CH4含量非常低，沒有重烴物質，所得氣體之中CO氣體與H2氣體的總比例高達90%以上。

2.5 氣化過程中耗氧量少

此種工藝在氣化過程中消耗氧氣數量非常少，較采用水煤漿氣化技術時耗氧量減少20%左右，能夠有效的節約空分設備運行成本，具有較為明顯的經濟效益[2]。

2.6 擁有相對高的熱效率

經過煤氣化技術處理之后得到的煤氣熱效率非常高，通常超過80%以上，剩余的為中壓蒸氣或者是副產高壓，煤氣化總體的熱效率能夠達到98%。

2.7 運轉周期相對較長

由于氣化爐設備的結構為水冷壁結構，擁有非常優良的牢固性，在運行過程中更為可靠，在內部無需加襯耐火磚。此種設備在運行過程中無需進行較多維護工作，設備的運轉周期相對長，不用另外加設備用設備。其中，煤燒嘴的壽命設計值高達8 000 h，正是由于此部件擁有非常長的使用壽命，才能夠確保氣化爐裝置可以在非常長時間段內安全、穩定的運行。

2.8 便于調整負荷

每一個氣化爐設備均會設置有4～6個煤燒嘴，這樣能夠確保煤粉可以氣化更加完全，并且在進行負荷調整過程中會更加便利，調節的范圍也可以更大，一般情況下調節范圍能夠達到40%～100%，設備負荷的調節速率可達5%/min。

2.9 擁有良好的環境效益

由于此設備排出的飛灰之中包含的碳量相對較低，能夠將這些材料當成是水泥摻合料使用，也可以作為路基回填材料使用，而且在堆放過程中不會有污染物排出，污水之中沒有焦油成分，更加便于污水處理，甚至能夠實現零污染排放。

3 殼牌煤氣化技術在工廠安全穩定應用的注意事項

3.1 配煤工藝注意事項

應當確保煤粉處于注氮環境下的時間不能超出10 d，要將干煤粉的含水量限制在2%以內，還要對粉磨過程中煤粉的粒度進行有效控制，保證粒徑不超過5 μm的煤粉所占比例<8%，這樣才能確保煤粉擁有更為優良的輸送性能。

3.2 防渣與防積灰注意事項

要想防止出現大渣導致設備發生堵塞問題，當原料煤種類發生變化，應當對煤的灰分進行測量，石灰石添加數量應當依照黏度-溫度實驗所得數據進行確定。要重視對渣池中水密度以及黏度的測量，避免因渣漿的濃度過高，而發生堵塞問題，并且適宜的增加循環水排放數量。要確保管道以及設備擁有良好伴熱，這樣才能有效的避免出現飛灰堵塞問題[3]。

3.3 防止燒煤嘴出現損壞的注意事項

需要在適宜的范圍內增加燒煤嘴罩之中冷卻水單位時間流量，在原煤的種類發生變更時，應當對系統各個參數進行調節。

4 殼牌煤氣化技術在工廠中的具體應用

4.1 殼牌煤氣化技術在國外工廠中的具體應用

國外最早應用煤氣化技術的工程為荷蘭Demkolec電廠，該系統于1990年在Demkolec電廠中進行建設，并在1993年建設完成投入運行，在系統的整個試運行時期表現出了優良的性能，在順利運行了3年后，項目交由事業部門管理，而且長期以來其運行狀況均非常良好。在國外還有很多應用實

例，這些實例也反映出了煤氣化技術在實際運行過程中非常可靠，而且屬于非常先進的一項技術。

4.2 殼牌煤氣化技術在國內工廠中的具體應用

國內首家應用殼牌煤氣化技術的企業為湖北雙環科技公司，殼牌煤氣化系統在2006年5月開始投產運行，此系統運行也非常穩定，生產負荷達到了100%。最近一段時期內，國內很多企業均與殼牌公司達成了技術轉讓協議，越來越多的煤氣化項目投入建設。

5 結語

經過大量的實踐證明，殼牌煤氣化技術原料的利用效率更高、能耗更少，其屬于能源節約以及環境友好型技術。該項技術在國內以及國外的應用逐漸廣泛，也取得非常顯著的應用效果。未來隨著殼牌煤氣化技術不斷發展以及國內企業應用經驗進一步積累，對我國煤氣化行業發展將起到更大的推動作用。

參考文獻：

[1] 張海蘭,龐巖峰.殼牌煤氣化技術關鍵設備設計探討[J].山西化工,2017,37(3):78-80.

[2] 牛玉奇.殼牌煤氣化裝置生產管理要點總結[J].化肥設計,2016,54(3):45-48.

[3] 夏正峰,孫中華.殼牌煤氣化爐的設備特性及技術管理探討[J].化工管理,2017(2):178.