煤气化是煤经过不完全燃烧转化为合成气、燃料气的技术。气化炉内,煤与水、蒸汽或CO2作用转化为合成气、燃料气。煤中所含矿物质(灰)转化成灰渣,硫转化为硫化氢,经净化脱除生成硫或进一步转化成硫酸,氮(包括氯)转化为N2、NH3(HCl),经净化脱除。清洁气体可以作为城市煤气、发电用燃料气,也可以用来生产化工产品(如合成氨、甲醇等)和清洁发动机用燃料(如氢、汽油、柴油、醚、醇燃料等)。
煤气化技术按发展的进程又分为第一代炉和第二代炉,第一代炉中,今天仍然具有较大生命力的是Lurgi固定床加压煤气化技术,Winker流化床粉煤技术,以及基于此的恩德粉煤气化技术。而以粉煤干法进料为特点的Shell、Prenflo、GSP是第二代工艺中最为优秀的代表,这类工艺具有高温、加压、纯氧气化,密相气力输送粉煤,液态排渣的特点,冷煤气效率高,煤种适应性广,碳转化率高,操作的自动化程度高,生产能力大,煤气品质好,环境污染小;具有很强的优势,估计是今后煤气化发展的主要方向。
1 SCGP工艺
1.1 Shell-Koppers气化工艺
Shell是荷兰的一家国际石油公司,上世纪50年代就开始从事气化技术的开发,当时是以重油为原料,该公司在这方面积累了丰富的经验,如今已有140多套装置散布在世界各地。70年代的时候,它与原西德Krupp-Koppers公司着手联合开发Shell-Koppers气化工艺。该工艺在K-T炉的基础上,采用密封斗法加料装置,密相气力输送,水冷壁结构,中试取得了良好的效果。后来又在此基础上分别开发了SCGP两项工艺。
1.2 Shell气化炉结构
SCGP煤气化炉主要由内筒和外筒两部分构成,气化炉内筒上部为燃烧室,下部为激冷室,煤粉及氧气、水蒸汽在燃烧室内反应,气化温度为1400~1700℃,气化压力为2.0~4.0MPa。为了避免高温气体、熔渣的腐蚀、冲刷以及开停车产生应力对材料的破坏而导致气化炉无法长周期运行,Shell气化炉内筒采用水冷壁结构,仅在向火面有一层薄的耐火材料(SiC)涂层,正常操作时依靠挂在水冷壁上的熔渣层保护金属水冷壁(以渣抗渣)。气化炉内筒与外筒之间的空隙充平衡(保护)氮气,内筒仅承受微小压差。与一般的气化炉不同,Shell气化炉采用侧壁烧嘴,由4~8个烧嘴呈对称分布,并且可根据气化炉能力进行调节,调节的范围很大。
1.3 Shell工艺流程
原煤经过粉碎,研磨,75%的粒径小于100μm,用热的惰性气体干燥至水含量小于2%,经常压煤仓和加压煤仓,通过加压的惰性气体(氮气)密相气力输送(100~5....