摘 要：重点介绍了壳牌煤气化技术及其应用的特殊性。
关键词：壳牌煤气化技术；特殊性；应用

1 煤气化技术概况
煤的液化技术近20年来虽有很大进展，但目前还没能形成大规模化的煤制化学品的工业生产。从煤出发制取化学品仍须经过气化过程，即将煤炭气化转化为含有H2和CO的粗原料气，然后通过转化、净化、合成等过程，加工成各种化工产品。
煤气化技术从炼焦炉、煤气发生炉和水煤气炉（以块煤或小粒煤为原料）起步，经过几十年发展，在20世纪70年代发展到第二代——洁净煤气化技术，煤炭经过洁净气化避免了直接燃烧产生的污染。洁净煤气化技术主要采用气流床反应器，以水煤浆或干煤粉为原料，进行加压气化，并实现了大规模化。洁净煤气化技术的优点是对煤种适应性广、气化压力高、气化效率高、单系列生产能力大、污染少等。具有代表性的第二代洁净煤气化技术包括GE水煤浆气化工艺、壳牌干煤粉气化工艺、西门子GSP干煤粉气化工艺、BGL煤气化工艺（属固定床工艺，采用小粒煤）。
2 壳牌煤气化技术简介
2.1工艺原理
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。由于气化炉内温度很高，在有氧存在的条件下，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，即过程进入到气化反应阶段，最终形成以CO和H2为主要成分的煤气离开气化炉。
2.2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。废锅流程的壳牌煤气化工艺简略流程见图1。

图1 壳牌煤气化工艺流程
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1mg/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。
2.3技术特点
壳牌干煤粉气化工艺于1972年开始进行基础研究，1978年投煤量150 t／d的中试装置在德国汉堡建成并投入运行。1987年投煤量250~400 t/d的工业示范装置在美国休士顿投产。在取得大量实验数据的基础上，日处理煤量为2000 t的单系列大型煤气化装置于1993年在荷兰Demkolec电厂建成，煤气化装置所产煤气用于联合循环发电，经过3年多示范运行于1998年正式交付用户使用。生产操作表明，煤气化工艺指标达到设计目标，运行稳定。壳牌干煤粉气化工艺具有如下特点。
（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2000t/d以上，单台气化炉投煤量达2800t/d的煤气化装置也正在建设中。
（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8000h。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。
3 壳牌煤气化技术应用的特殊性
由于壳牌煤气化技术是目前世界上{zxj}的煤气化技术之一，又是第1次用于生产合成气，而且是首次在中国使用，可借鉴的经验少，具有非常的复杂性、挑战性和特殊性。
（1）流程复杂。煤气化装置流程复杂，包括磨煤及干燥、煤粉加压及进料、煤气化、除渣、除灰、湿洗、初步水处理7大工序和公用系统，仅管道仪表流程图（PID）就有100余张1#图纸。流程虽然复杂，但实践证明装置的开车、停车及运行操控均比较容易。
（2）控制系统复杂。煤气化装置的控制系统比较复杂，I/O点多达3000多个，采用串级、前馈、分程、比值调节及顺序控制（15个）和逻辑控制（50多个），通过分散型控制系统（DCS）、紧急停车系统（ESD）、可编程逻辑控制（PLC）实现生产过程的集中监控和管理，无论从规模还是复杂程度方面在国内化工行业单套装置中均为少见。由于控制系统设置及组态工作xx，在已投产的壳牌煤气化项目生产运行中没有出现DCS和ESD控制的问题。
（3）设备结构复杂。煤气化关键设备气化炉、输气管和合成气冷却器在煤气化框架上呈“门字形”连成一体，3台设备共有200多个管口，设备结构和受力情况复杂，对材料要求高，内件组装对外壳接管标高及方位要求极为严格，设计、制造、组装、运输和吊装难度大。
（4）疲劳设备多。煤气化装置共有13台疲劳设备，要采用有限元应力分析法进行疲劳计算与设计，对设备制造也提出了更高的要求。
（5）引进设备和仪表较多。煤气化关键设备中需要进口的主要有气化炉、输气管、合成气冷却器的内件，飞灰过滤器的内件以及点火烧嘴、开工烧嘴、煤烧嘴、煤流量控制阀、煤三通阀、煤粉流量测量仪表、煤粉阀、煤灰渣阀、硬密封仪表球阀、锅炉给水循环泵（大流量）、恒力吊、激冷气压缩机等，但目前五环公司正进行的项目中已对其中部分设备实现国产化。
（6）布置结构复杂。煤气化框架高超过90m，为钢筋混凝土和钢结构混合结构，其中安装设备不仅数量多，且质量大，与框架的连接形式复杂。采用有限元模型从结构的动力特性、变形、强度、建筑结构、气化炉及地震对框架的影响等进行了模拟分析。结构施工和安装工作量较大。
（7）项目建设周期和投资。相对来讲，壳牌煤气化项目的建设周期较其他煤气化工艺长，投资也较高。
4 壳牌煤气化技术的工程应用
荷兰Demkolec 253 MW煤气化联合循环发电厂采用壳牌煤气化工艺技术，于1990年开始建设，于1993年建成并顺利投产，试运行3年后转给当地的公用事业部门继续运行。实践证明壳牌煤气化工艺技术是先进的、可靠的技术。
壳牌公司与湖北双环科技股份有限公司签订的国内第1套煤气化技术转让协议在2001年6月生效，6年多来已有15家国内企业陆续与壳牌公司签订了技术转让协议（共19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5家采用壳牌煤气化技术企业的生产装置陆续投入生产运行。
5 结论
（1）壳牌煤气化技术是目前国际上{zxj}的洁净煤气化技术之一，具有原料利用率高、消耗低、对资源节约、对环境友好等显著优点。
（2）壳牌煤气化技术用于生产合成气的工程实践是成功的，各项主要操作指标基本达到设计要求，装置运行比较平稳，开车、停车操作灵活方便。
（3）壳牌煤气化技术在中国的成功应用，相关各方在项目设计、采购、施工、试车、生产运行过程中积累了一定的经验，将为中国其他在建的壳牌煤气化项目起到很好的借鉴作用。
（4）壳牌煤气化技术在中国的成功应用，使我国的煤气化技术应用上了一个新台阶，壳牌煤气化技术具有良好的发展前景。