Shell煤氣化合成氣處理方案淺析

楊衛(wèi)祖，王敬鋒，張家秋

（河南能源化工集團(tuán)鶴壁煤電股份有限公司化工分公司，河南鶴壁458030）

1 Shell煤氣化技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 工藝原理

Shell煤氣化過(guò)程是在高溫加壓下進(jìn)行的,是目前世界上較為先進(jìn)的第三代煤氣化工藝之一。按進(jìn)料方式，Shell煤氣化屬氣流床（entrained bed）氣化，煤粉、氧氣及蒸汽在加壓條件下并流進(jìn)入氣化爐內(nèi)，在極為短暫的時(shí)間內(nèi)完成升溫、揮發(fā)分脫除、裂解、燃燒及轉(zhuǎn)化等一系列物理和化學(xué)過(guò)程。

一般認(rèn)為，由于氣化爐內(nèi)溫度很高（大約1400℃～1500℃），在有氧存在的條件下，碳、揮發(fā)分及部分反應(yīng)產(chǎn)物（H2、CO等）以發(fā)生燃燒反應(yīng)為主（C+O2=CO2）；在O2消耗殆盡之后發(fā)生碳的各種轉(zhuǎn)化反應(yīng)，即過(guò)程進(jìn)入到氣化反應(yīng)階段（2C+O2=2CO，C+H2O=H2+CO），最終形成以CO、H2為主要成分的合成氣離開(kāi)氣化爐，見(jiàn)表1。

表1 典型合成氣成分（%）

1.2 工藝流程

目前，Shell煤氣化從示范裝置到大型工業(yè)化裝置均采用廢鍋流程，見(jiàn)圖1。

以鶴壁煤化工氣化流程為例，原料煤從煤儲(chǔ)運(yùn)經(jīng)輸煤皮帶送到原煤倉(cāng)，經(jīng)稱(chēng)重皮帶與助溶劑（石灰石）按配比落入磨煤機(jī)，在磨煤機(jī)中經(jīng)研磨干燥后，在旋轉(zhuǎn)分離器分離出不合格的煤粉。繼續(xù)研磨，合格的煤粉（5μm

2 Shell 煤氣化合成氣處理

2.1 飛灰除塵（圖2）

來(lái)自氣化工段的合成氣送入高溫高壓過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾，達(dá)到除灰目的。過(guò)濾后的合成氣含塵量約為1～2mg/Nm3，送往濕洗工段進(jìn)一步凈化。通過(guò)陶瓷濾棒進(jìn)行過(guò)濾，用超高壓熱氮?dú)饨?jīng)過(guò)減壓后對(duì)陶瓷濾棒進(jìn)行反吹，以保證過(guò)濾器壓差控制在正常指標(biāo)以下，并將附著在陶瓷濾棒上的飛灰吹落至飛灰放料罐。當(dāng)飛灰放料罐內(nèi)飛灰含量達(dá)到高料位或順控等待時(shí)間走完，隔離閥關(guān)閉，飛灰放料罐中的氮?dú)饧昂铣蓺饨?jīng)過(guò)飛灰放料過(guò)濾器后兩段減壓排放至火炬燃燒。飛灰放料過(guò)濾器靠高壓熱氮?dú)鈦?lái)反吹，以維持飛灰放料過(guò)濾器的壓差在正常范圍之內(nèi)，直至排放至常壓，泄壓完成后飛灰放料罐與飛灰氣提冷卻罐連通，飛灰落入飛灰氣提冷卻罐中。當(dāng)飛灰放料罐出現(xiàn)低料位時(shí)，關(guān)閉兩罐之間先前打開(kāi)的聯(lián)通閥。用高壓熱氮?dú)鈱?duì)飛灰放料罐充壓至與過(guò)濾器壓力達(dá)到平衡。重新打開(kāi)飛灰放料罐與過(guò)濾器的隔離閥，繼續(xù)收集由過(guò)濾器落下的飛灰，在飛灰放料罐充壓泄壓過(guò)程中，過(guò)濾器落下的飛灰落入飛灰收集罐中。飛灰氣提冷卻罐中的飛灰用低壓氮?dú)鈱?duì)罐中的飛灰進(jìn)行氣提冷卻，飛灰中的有害氣體經(jīng)氣提后排放至火炬燃燒，并將飛灰冷卻至250℃以下。為防止火炬系統(tǒng)尾氣倒入，在火炬與飛灰氣提冷卻罐之間設(shè)置了壓差變送器。氣提合格后的飛灰落入飛灰儲(chǔ)罐后，排至槽車(chē)，送出界區(qū)。

優(yōu)點(diǎn)：采用陶瓷過(guò)濾棒過(guò)濾飛灰，可以達(dá)到很好的去灰效果，飛灰在后面的氣提冷卻段可以充分除去飛灰中含有的酸性氣體。除去酸性氣體后的飛灰可以作為制作水泥的原料（飛灰含酸性氣體時(shí)不與水泥融合）。

缺點(diǎn)：投資成本大。例如，就我們鶴壁煤化工甲醇廠來(lái)說(shuō)，24組陶瓷過(guò)濾棒，1組48根，每根1萬(wàn)元，全部由德國(guó)波爾公司進(jìn)口，僅這一項(xiàng)就需要1152萬(wàn)元。

2.2 氣體凈化（圖3）

氣體凈化單元是除去粗合成氣中的少量飛灰等固體，加堿除去HCl、HF等酸性氣體。

來(lái)自除塵單元的粗合成氣與來(lái)自C1601底部的洗滌水（經(jīng)過(guò)泵P1601A/B加壓后，在J1602中充分混合后送入洗滌塔中部），氣/水混合物在此初步分離，氣體沿填料層上升，與從塔頂下來(lái)的洗滌水在填料層中充分接觸，以除去粗合成氣中的HCl、HF和微量的固體顆粒。被水飽和的粗合成氣凈化后分為三股：一股送至熱風(fēng)爐；一股送去界區(qū)外；一股作為循環(huán)氣用于氣化爐激冷。

洗滌塔底出來(lái)的循環(huán)洗滌水經(jīng)循環(huán)水泵加壓后分為三部分：一部分送入洗滌塔頂部；一部分進(jìn)入文丘里洗滌器；另一部分則送往廢水氣提及澄清單元，以防止腐蝕性成分、鹽和固體懸浮物在系統(tǒng)中累積。

為提高粗合成氣中酸性成分的脫除效率，將適量的堿液加到文丘里洗滌器前，與粗合成氣充分混合。循環(huán)回路的pH值控制在7～8之間。

經(jīng)過(guò)以上兩步處理，合成氣可以達(dá)到表2標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

航天爐和五環(huán)爐同樣都是采用煤粉加壓氣化，但是和Shell不同的是沒(méi)有后面的冷卻段和合成氣處理工段。航天爐與五環(huán)爐生成合成氣后，合成氣帶著飛灰直接進(jìn)入洗滌塔中與水混合。航天爐和五環(huán)爐由于沒(méi)有后面的冷卻段，從洗滌塔中出來(lái)的合成氣溫度都在300℃左右，所以要帶走大量水，洗滌水中由于大量的飛灰，容易引起管道堵塞，設(shè)備結(jié)垢。由于飛灰沒(méi)有氣提，導(dǎo)致廢水中氨氮含量很高，COD大概在1000mg/L左右。

Shell化爐合成氣從爐膛里出來(lái)后經(jīng)過(guò)后面換熱器

表2 濕洗系統(tǒng)出口的合成氣組份