Shell煤气化过程是目前世界上较为先进的第二代煤气化工艺之一。按化学工程特征分类,Shell煤气化属气流床气化。煤粉、氧气及少量水蒸气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,气化产物为以H2和CO 为主的合成气,CO2的含量很少。
1 Shell煤气化技术的发展
自20世纪50年代起,壳牌公司就参与了气化技术的开发。当时,该公司开发了以油为原料的壳牌气化技术(SGP),至今已有150多套装置采用该技术。在积累了油气化经验后,壳牌公司1972年开始在该公司的阿姆斯特丹研究院(KSLA)进行煤气化技术研究。1976年,煤气化工艺(SCGP)达到了一定的水平并建立了一座处理煤量为6t/d的试验厂,利用该装置一共试验了30多个不同的煤种。
1978年,在汉堡附近的哈尔堡炼油厂建设了一座处理煤量为150t/d的工厂,公司利用这座装置进行了一系列成功的试验,至1983年该装置停止运转为止,累计运行了6100h,其中包括超过1000h的连续运转,顺利完成了工艺开发和过程优化的任务。
在汉堡中试装置成功运行的基础上,1987年,壳牌公司在美国休斯顿附近的DeerPark石化中心建设了一座规模较大的工厂,这座命名为SCGP 1的示范厂进煤量为每天250t高硫煤或每天400t高湿度、高灰褐煤,共进行了15000h的操作试验。SCGP 1试验了约18种原料,包括褐煤乃至石油焦。这些试验结果充分证实壳牌煤气化技术在可靠性、原料灵活性、负荷可调性和环保方面都达到了极高水准,该示范装置的运行是成功的。
1988年,荷兰国家电力局决定由其下属的Demkolec公司在荷兰南部的BuGGenun兴建一座净输出为253MW的煤气化联合循环发电厂(IGCC)。Shell公司为装置提供专利技术及基础工程设计,其煤气化装置设计能力为单炉日处理煤2000t、气化压力为2.8MPa。该电厂于1993年底试车,1994年初开始为期3年的示范运行。在此期间,该装置成功地完成了14个煤种的试烧,并对商业化电站规模的可靠性操作、环保、负荷调节及经济方面进行了全面的评估。该装置的实践表明,碳的转化率可达99%以上,装置负荷可在40%~100%之间调整。到2001年,气化装置运转率在95%以上,从此Shell公司开始向市场推出壳牌气化工艺。
由此可见,Shell煤气化技术的进程从中试开始,到可以商业化,前后长达30年(见表1)。这说明,大型煤气化技术的开发是艰巨的。这为我国正在兴起的煤气化技术的开发提供了很好的启示。
表1 Shell技术进展表
2 Shell煤气化工艺及特点简介
2.1 Shell煤气化工艺流程
典型的Shell煤气化工艺流程见图1。
图1 Shell煤气化工艺流程简图
来自煤场的煤和石灰石通过称重给料机按一定比例混和后进入磨煤机混磨(按质量计,其中粒径<100μm的占90%),并由热风作为动力带走煤中的水分,再经过袋式过滤器过滤,干燥的煤粉进入煤粉仓中贮存。
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