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
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。
(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。