SHELL煤气化操作手册

壳牌煤气化装置

操作手册

目录

1.概述

2.安全

2.1概述

2.2异常情况

2.3通过设计或施工使异常事故发生率最小的措施

2.4确保安全生产的程序措施

2.5通过设计/施工和操作/检查以缓和异常事故并将危险性降至最低的措施

2.6不同工段最合适的形式

2.7进料和产品的安全、环境形式

3.气化原理

3.1总论

3.2壳牌煤气化工艺(SCGP)

3.3煤的起源和煤的成分对煤气化工艺SCGP的影响

4.正常操作

4.1简介

4.2操作条件的控制

4.3取样和分析

5.完整的开车(联动试车)

5.1预开车准备

5.2加热到“热备用”

5.3气化系统开车的准备工作

5.4气化系统:开车到正常操作

6.整体停车

6.1停车准备

6.2停车至“热备用状态”

6.3气化装置或相关系统的完全停车

7.紧急情况/异常工况

7.1紧急情况

7.2异常工况

8.煤给料系统

8.1序言

8.2正常操作

8.3正常开车

8.4正常停车

8.5事故处理

8.6调试及初始操作

8.7替代设计

9.气化/合成气的冷却

9.1介绍

9.2正常操作

9.2.1控制室动作

9.3正常开车

9.4正常停车

9.5排除故障

9.6试车和初始操作

9.7替代设计

10.渣系统

10.1概述

10.2正常操作

10.3正常的开车

10.4正常的停车

10.5事故处理

10.6调试和初始操作

10.7替代设计

11.灰系统

11.1概述

11.2正常操作

11.3正常开车

11.4正常停车

11.5事故处理

11.6调试和初始操作

11.7替代设计

12.湿洗系统

12.1概述

12.2正常操作

12.3正常开车

12.4正常停车

12.5事故处理

12.6试车和原始操作

12.7替代设计

13.初级水处理系统

13.1简介

13.2正常操作

13.3正常开车

13.4正常停车

13.5事故处理

13.6开始和后续的操作

13.7替代设计

14.其他部分

14.1公用工程

14.2与上游和下游装置的联系

1.概述

壳牌煤气化工艺操作手册已发展到允许壳牌煤气化工艺的所有者（操作者）去依据这个

文件进一步深化，制订他们的培训文件，也就是他们自己的操作手册。这些细节、工厂规定、

文件等在调试、开车、初始操作期间将被细化。

对整体的开/停车和紧急情况的描述，是以在煤操作时，SCGP的最普遍的工艺/控制为基

础。在对单个工段的描述里，提及了替代工艺/控制和焦煤（或其它的灰含量较低的原料）气

化产生的结果。

操作手册包含的内容：

•安全措施

•气化原理

•正常操作

•整体开/停车

•紧急情况

•单个工段的开/停车/事故处理

•分析程序

单个工段叙述的是：

•煤的加压和进料

•气化

•渣系统

•灰系统

•湿洗系统

•酸性灰浆汽提/澄清系统（初步水处理系统）

未叙述的是输煤和磨煤部分、下游的合成气处理和合成气用户部分以及“提供服务的公用系

统”（包括空分）。然而，根据SCGP,针对这些单元和整体方面的要求/限制及气化工艺的起

源将被讨论.

目录

2.安全............................................................................7

2.1概述........................................................................7

2.2异常情况...................................................................7

2.3通过设计和施工使异常事故发生率最小的措施.................................8

2.4确保安全生产的程序措施....................................................9

2.5通过设计/施工和操作/检查使异常事故缓和和危险性降至最低的措施.............9

2.5.7设备的超压............................................................9

2.5.2粉尘爆炸.............................................................10

2.5.3“液体”物质起火和其它...............................................10

2.5.4有..........................................................毒气体的释放.12

2.5.5不........................................................确定的气团爆炸.12

2.6不同工段最合适的形式..................................................13

2.6.1磨煤和干燥...........................................................13

2.62煤..........................................................的加压和进料.14

2.6.3气化和合成气的冷却..................................................14

2.6.4渣处理系统..........................................................15

2.6.5干法除尘系统........................................................15

2.6.6湿法洗涤系统........................................................15

2.6.7酸性灰浆气提、澄清、过滤...........................................15

2.6.8公用工程............................................................16

2.7进料和产品的安全、环境形式...............................................16

2.安全

2.1概述

在这节中一般的安全形式，如设计原则概括在2.3,程序措施在2.4,减少危险性的措施

在2.5,每个工段的重点在2.6,材料的安全使用在2.7。

2.2异常情况

下列的情况被认为是异常情况，伴随着发生事故的潜在性。

•管线/设备的过压

•粉尘爆炸

•火灾

•有毒气体的释放

•不确定气团的爆炸

2.3通过设计和施工使异常事故发生率最小的措施

整个装置设计的基础是防止不安全情况的扩展，如火灾，气体或粉尘的爆炸和有毒气体

的释放。在此，将使用能被国际接受的这类装置的设计和施工的工程标准。

这里采用了以下一些通用的原则：

1）被用作热交换的预热和冷却的蒸汽和水系统的压力比合成气、酸气、氧气系统的压力

高。

2）不相关的系统的切断通过双切断阀，并在阀之间有排污（到安全位置）。

3）切断相关的高低压系统是通过：

i）双切断阀（并在下游装释放阀）

ii）单切断阀和限流孔板（限制最大流量，同时在低压系统安装机械释放系统）

iii）单切断阀和控制阀（限制最大流量，因此在低压系统允许机械释放系统的设计）

4）机械释放系统安装在需要的地方，同时，在有助燃剂气体引入和设备装上消音器的情

况下，释放至火矩（按照要求）。在另外一些情况释放至安全位置（与工作面，平台

等有充分的距离）。

5）当能量系统出现故障时，阀能复位到安全位置。

6）当氮气供应出现故障时（压力低时，自动启动），高压氮气系统（不包括液态贮备氮

系统）有充分的备用能力用于吹扫合成气和酸气充满系统（排放气到火炬，直到残留

的气体中CO、％的含量在爆炸极限下）。

7）氮气系统压力比它所连接系统的压力始终要高。

8）粉煤和热灰将被处理处在惰性条件下（氧含量比要求的引起闷烧或导致粉尘爆炸的浓

度低，在大多数情况下将是足够低）。

9）推荐在室内安装粉尘收集系统（真空清洁）。

10）工艺装置区的分级按照当地和国际标准以及组成成分的不同分级，此外，推荐采用

标准化的仪表，以减少维修期间在分级区装没有分级的仪表的危险。

11）适当地隔热所有在正常操作和维护时可能接触到的内部含有高温物质的管线和设

备。

12）合理安装所有设备以防止静电的形成（特别是和相关的焦油/灰系统的固体处理设施。）

13）推荐在设备和关键的地方安装H2s和CO监测器，以监控意外的气体泄漏，以便操作

者能够在控制室从操作面板上进行紧急停车和卸压到火炬（如果认为需要）

14）使用类似的设施，防止物质爆炸。

15）在设备和操作通道及维护地点保持较为合适的安全距离。

16）安装必要的仪表和先进的DCS（分散控制系统）以保证对相应的单个成分或系统能够

执行合适的操作、开车和停车。如果使用了单个的仪表信号或是“3选2”逻辑信号,

安全系统将会从控制系统里被分开。

17）相应的防火系统（连续的、监控、循环回路——手柄泵，消防栓、在必要地方的冲

洗阀等）应该配备。

2.4确保安全生产的程序措施

为保证安全操作应采取/完成以下的动作：

1）准备详细和清晰的操作和维修程序

2）准备明确应急措施（包括内部和外部系统交流、指令、职责和防火程序等）

3）深入培训各个工艺部分的操作人员。

4）成立厂区的第一时间援助组织

5）成立防火班（进行初期的火火工作），并训练所有的操作人员在灭火时的优先处理原

则。

6）周期性的培训所有成员在紧急情况下的应急措施。

7）在专家的指导下进行开车。

8）由外界有关部门周期性地进行安全检查。

2.5通过设计/施工和操作/检查使异常事故缓和和危险性降至

最低的措施

2.5.1设备的超压

这始终不能完全排除

防止超压的第一原则是合理的设计。

防止超压的第二原则是安装压力报警装置和压力停车开关（如果没有采取别的行动）

防止超压的最后一条原则是安装机械减压系统（在相关的容器/管线和供应系统）

由于太高的温度操作设备和设备的腐蚀（局部）也会造成问题

可以通过温度报警装置和最终的停车开关来防止操作温度过高。

在可能的地方，操作期间或在计划检查/维修期间，周期性地对设备进行检查并记录结果

以便复查和进行使用寿命预计等等，以便获得因（局部）腐蚀而造成的设备损坏的最小的变化

（注:这通常不会造成整个设备的损坏）。

2.5.2粉尘爆炸

有可能发生类粉尘爆炸的地方是煤和飞灰的贮存地。

除了合理的设计（包括减压设施安装在贮存仓）还应采取以下的措施/推荐以减少危险的发

生：

1）在氮气环境下处理粉煤和“热”的（高于60℃）的飞灰。

2）分散那些不在筒仓的煤和飞灰以避免形成“灰尘”

3）“严格管理”粉煤和飞灰处理的所在地（推荐安装中央真空清洁系统，合适的接地保护）

如果依照以上几条执行，灰尘爆炸将不会发生。

2.5.3“液体”物质起火和其它

总述

依照美国石油组织（APD指导思想，应用在系统中唯一能造成监测火源的因素是在气化

炉开车时使用的柴油。

其它可燃烧/支持的因素有：

•合成气/氢

•煤

•燃料气

如果设计不合理或清洁原因（最初的,或维修之后）或系统的机械故障氧可以造成起火，在所

在的管线/设备甚至在液态的氧“容器”中发生爆炸，更甚的是它支持任何的燃烧。正确的维修

程序确保防止这种情况的发生。另外,设备因故障而造成的更高危险应有“防火墙”进行保护。

防火墙仅仅适用于由氧造成的起火将会在数秒内发生（闪燃），并很快对周围造成损坏的

情况。

火警和报警系统

火警的报警系统应被安装，其中包括控制和显示面板及一系列用电缆网络相连的报警盒。

在控制和显示面板上，当有火警信号来时，应有视觉和听觉的的显示；且面板应装在控

制室内。

同时，对于血板的监控，也应要装有提供在各种不正常工况的各种报警如:信号线的中断,

绝缘电阻低，输入电压低等。

回路检查设施也要求安装，且应以交流电为主电力并提供5小时的后备电源。

火警盒应是手动形式，当保护玻璃被打破后，按下报警按钮后就会自动进行;且根据现场的

分级，火警盒必须防冻和/或防爆。

火警盒应在现场设备关键的部位。在那些地方应装有自动监控装置/灭火系统（如煤的输送

带），且它们的动作应有记录。

汽油（“柴油”）

主要的汽油贮罐应在厂界区以外，在工艺设备区小的汽油贮罐可以安装（开工烧咀的燃料

油）。这种贮罐的设计应符合当地和国际的标准，且它的敏感部位应进行防火保护。汽油可以通

过管线或槽车输送到小贮罐。

合成气/氢气/燃料气

合成气中含有大约60%CO和大约25-30%H2。如果发生泄漏且有火源就会发生着火（在气

化炉/合成气冷却器部位，温度高于500C可以发生自燃）。可通过将气体放走灭火（如:停车卸

压）这将用20-30分钟。合成气，氢气和燃料气（在原理上所有的气体着火）不是通过扑灭的方

式而是通过放掉气源的方式进行灭火。因为这将会造成高浓度可燃性气体的聚积,且气体有毒,

这会造成更加危险的实质。

煤

煤的着火可发生在无筒仓贮存的煤贮存区（界区之外）。它可以通过监测煤的温度（煤表面

大约50-75cm以下）并及时地分散和重新堆积来防止。一旦着火,可通过标准的先进技术灭火。

闷烧着的煤不允许运送到磨煤和干燥单元中的煤贮仓。

2.5.4有毒气体的释放

在维修停车后,防止有毒气体释放的主要手段是对设备合理的泄漏测试,这些应包含在相

关的维修/试车指南中。

不管怎样，泄漏都不可能完全避免。为了得到早期的气体泄漏报警,在整个有毒气体有可

能泄漏的区域应装有气体监测系统，在建筑内部应设有空气通风进口作为“安全区”（如控制

室）。检测对象是CO（范围0-250ppmv报警值是25ppmv）;H2s（范围0-50ppmv,报警值是lOppmv）,

和氧有可能聚集或缺乏的地方（范围14-25%V,报警值19-23%V）,监测器的目的只是为了报警，

它们将激活中央控制室的报警,和现场报警相关监测器的所在地。操作人员将决定下一步决定

如何动作。此系统应和火警报警系统进行完美的组合，以便同样的管理功能也可应用来这个系

统里。

个人在有可能发生有毒气体泄漏的地方进行工作/参观,就应配备有个人的气体检测器和

气体防护面具，以便他们能够安全逃离到安全区域。

最坏的设想是容器的损坏，这种结果会造成整个地点和周围的影响（设计之前要进行估

计）o只要是控制室的新鲜空气入口（或别的建筑物中被设为安全区）的气体监测器，监测到有

任何的CO或昧,进口将被马上关掉,且空气打内部循环（如果监测器失灵，由人工启动），以保

护（操作）人身安全,并对整个装置安全停车。

2.5.5不确定的气团的爆炸

不确定的气团的爆炸会造成很大冲击，它不可能由监测器查到，因为CO和H2s的监测器

所给出的泄漏信息（ppmv）远低于相关气体的爆炸极限（愀）。然而这还是不能完全避免，最

坏的情况是一个气化系统单元的泄漏。更加现实的情况是，从仪表管线上的一个小损坏上不

能被检测到的泄漏。应该估计到可能发生的潜在可能。建筑物和有人厂区房子应当尽可能地

依靠别的设施，建在能够进行躲避，以避免来自生产区最高的危险地方。

强烈推荐进行详细的设计后安装co和FLS监测器。安装这些装置时应遵循以下几条总的

原则：

a）靠近“放空”，在内有高温高压气体的设备的隔离的大法兰处。

b）靠近那些在异常时比其它设备更具有泄漏危险的设备。

c）在较大的空气压缩机进口、建筑通风/空调等

d）能够覆盖大面积的地方。

根据以上原则，以下地点建议安装（仅指标准的a）-c））

a）靠近每个气化炉的烧咀，

b）靠近激冷器压缩机

c）靠近高温高压过滤器，

d）靠近渣/灰浆脱水槽和澄清器。

e）靠近气化炉/合成气冷却器的大法兰

f）在分析室内

g）靠近低压冷却水池的放空处

h）在空分空气进口

i）控制室，各种办公室、如空调系统的进口。

2.6不同工段最合适的形式

2.6.1磨煤和干燥

磨煤和干燥在惰性条件下进行,氧浓度会有连续的监控,如果超过允许最大值就会自动执

行停车和惰性系统的程序。

应该安装减压阀以防止由于意外氮气或是因主要管线的堵塞造成的超压,这很少发生。

在停车期间，除非系统已冷却到60c以下，系统应保持在惰性状态；为监控闷烧，CO仍

要进行监测。

在检修期间应采取措施以防止粉尘的吸入

2.6.2煤的加压和进料

煤的加压和进料是在完全的惰性化F进行的。低压系统的保护是通过安装机械的减压系

统,高压在它的最高给料压力下设计（氮气）。

在维修期间应当保证系统冷却在60℃以下（伴热）并尽可能防止灰尘的吸入，以及氧的不

足（氮）。

煤的溢出应当迅速地通过“真空清洁”进行清除。

2.6.3气化和合成气的冷却

合成气系统的压力设定是根据供氧管线上的安全阀压力设定的。这就保证了因合成气冷

却器的堵塞或干灰对HPHT过滤器的堵塞的情况下气化炉的自动停车。减压阀的安装可以处理

在当停车时吹扫氮气的自动进入造成超过反应器设计压力的情况。为避免上述情况发生,安装

了超压停车系统（3选2信号），它通常会在干法除尘上游主要的合成气释放阀起动之前跳车气

化系统的运行。

所有气化炉进料系统装有逆流（压差）保护，以防止逆流。蒸汽和氮气操作压力等于或高于

氧气安全起跳的压力。气化炉/合成气冷却器的汽水系统有比气化炉的设计压力更高的操作压

力，并在汽包上装有两个安全阀,在过热器总管上装有单安全阀。

在正常停车和跳车时,气化部分将由操作者进行调节卸压,排放到火炬（或通过酸性气体

处理系统,以减少S02的排放）。在紧急停车期间（由操作者启动,如气体泄漏）不象以上说的那

样处理。在这种情形下，气化到湿洗部分将和下游装置隔离。并进行紧急的跳车卸压。其它的

操作单元也应进行卸压以确保不发生异常情况。（如:气体通过火炬逆流进入设备）

在内部检查和设备检修之前,根据需要,要求对耐火材料进行脱除活性（氧化），或脱除惰

性等。

2.6.4渣处理系统

渣处理系统的设计压力等于气化压力加上水的静压头。用双阀防止逆流,如果需要在低压

系统安装释放阀,渣池的液位过高和过低会导致气化炉跳车，同时隔断渣锁斗。低液位会造成

合成气窜入渣处理系统；高液位会造成水进入气化系统,造成设备损坏。

尽管在设计中尽量避免溶解到污水中的合成气在处理渣的过程中挥发出来，但这还是不

能完全避免。因此在少量的合成气（通过嗅觉）可以挥发出来的地方安装了放空系统。

2.6.5干法除尘系统

主要的合成气减压阀被安装在干法除尘系统的上游，因而可使得下游设备的设计压力会

低一些。另外大部分的容器被安装释放阀保护，以防止其它的物流进入所造成的超压（主要是

氮气）。在放空时含有合成气组分的气体被放到火炬，其它的气体直接排放到大气。

在处理飞灰时应保持在干惰性环境下80c左右，以避免形成“水泥”。

维修应当在恰当的降温和采取恰当的措施防止粉止吸入时进行，同时注意氮气的出现。

2.6.6湿法洗涤系统

没有特别的预防措施，以前也未提及,除了取水样时会释放少量的合成气成分。

2.6.7酸性灰浆汽提、澄清、过滤

释放气体中含有中度到高浓度的合成气微量成分，如H2S、NH3、和HCN,在取样和泄漏时

必须小心。

所有进料自高压系统来的设备都装有放空去火炬的减压阀。以防止超压。

2.6.8公用工程

所有的化学药品,如酸,烧碱,锅炉给水的药剂,应该参照MSD中的使用说明，另外推荐在处

理和贮存化学品的地方安装（低危险/少量化学试剂）眼睛冲洗设施,最好是有淋浴冲洗装置。

当装这些装置时要保证一旦发生意外,这些设施中的水温是适合的。

除了重申一下氮气有可能造成的危险外，在别的公用工程中没有的特殊情况。

2.7进料和产品的安全、环境形式

在表2.7.1至2.7.3和在图2.7.1中主要有关组分的参数对环境和安全影响已给出。

表2.7.1SCGP各成分的参数

IUPAC组的名称硫氧化碳系氨酸二氧化碳一氧化碳

CAS代号-74-90-8124-38-9630-08-0

VN代号2204105110131016

化学分子式

COSHCNCO2CO

分子量60.127.04428

相态气气/液气气

可嗅到时的浓度ppm-1(1)——

熔点℃-138.8-13-79(2)-205

沸点℃-50.226--191

闪点℃<-50-18-<-191

自燃温度℃-535-<-191

25℃时蒸气压力（bar）-0.8357.6-

爆炸极限（在空气中%V）12-28.554-48.6-12-75

低热值LHV(MJ/g)910023000-10200

毒性（最大允许浓度ppm）n.d.10500025

注释1)2)3)

注：1）2）3）

1）杏仁味，加热时聚合。

2）升华温度点。

3）通过阻碍氧和血液的结合造成窒息。高浓度造成立即死亡（见表7.2.2）

表2.7.1SCGP各成分的参数（续）

IUPAC组的名称氧气氮气氢气硫化氢

CAS代号7782-44-77727-37-91333-74-07783-06-4

VN代号1072106610491053

化学分子式OH2s

2N2H2

分子量32282.034.1

相态气体气体气体气体

可嗅到时的浓度ppm---0.01-20

3)4)

熔点匕-218-210-259-86

沸点℃-183-196-253-60

闪点。C---<-60

自燃温度℃--585260

25℃时蒸气压力（bar）---17.7

爆炸极限（在空气中%V）--4-764-46

低热值LHV(MJ/g)--12100015300

毒性（最大允许浓度ppm）n.dn.dn.d10

注：1)2)3)4)5)6)

1）有伤害性,进行处理时要穿防护服/和呼吸器

2）在高浓度时会造成窒息（＞85%）

3）易燃,易爆。低浓度爆炸对周围伤害有限。

4）闻起来象“臭鸡蛋”

5）高浓度下味道消失。

6）高于500Ppm极度危险出现失去意识,紧接着死亡。见表2.7.3和2.7.1

表2.7.1SCGP各成分的参数（续）

IUPAC组的名称二氧化硫盐酸烧碱(30%)聚合物

消泡剂

锅炉补水用化学药品

CAS代号7446-09-051310-73-2-

VN代号1079--

化学分子式SO2NaOH

(3)

分子量6440⑶

相态气体液体

可嗅到时的浓度ppm>3-5--

熔点匕-768-

沸点七-10120-

闪点℃---

自燃温度℃---

25℃时蒸气压力（bar）3.3

爆炸极限（在空气中断）

低热值LHV(MJ/g)

毒性（最大允许浓度ppm）2

注：1）2）3）4）

注：

1）接触时间（最大允许TGG）4ppm:15分钟,见表2.7.4

2）使用和贮存溶液的质量百分比15%

3）使用和贮存溶液的质量百分比20%

4）通过选择产品/供货商获得所提供的MSD。

表2.7.2一氧化碳的毒性

影响估计浓度

ppmv

最大允许浓度25

轻微头痛50

头痛且头晕100

头痛严重且头晕250

呕吐胃痛、绞痛有时痉挛500

昏迷1000

死亡10000

目录

3.气化原理.......................................22

3.1总论.........................................22

3.1.1概述........................................22

3.1.2主要反应方程式..............................24

3.1.3环境方面....................................25

3.2壳牌煤气化工艺(SCGP)..........................27

3.2.1概述........................................27

3.2.2工艺步骤....................................29

3.3煤的起源和煤的成分对煤气化工艺SCGP的影响......42

331煤的起源.....................................42

3.3.2与煤气化工艺相关联的煤的特性..............43

3.3.3煤/煤灰特性对操作和设计的影响.............46

3.气化原理

3.1总论

3.1.1概述

气化是一种将碳氢原料转变为CO和%为主要气体成分

的工艺。其它气体成分如CH4>CO2、H2s>苯酚、烟和微量

的氨、HC1、HCN以及在特殊工艺下基于原料和工况产生的

甲酸盐。气化产出的气体既可作为发电用的燃料，又可作为化

工原料。对气化工艺的选择，以及气化介质（。2或空气），取决

于气化进料的类型和产品的要求。

壳牌专利/操作两大气化技术

1.壳牌气化工艺(SGP)

壳牌气化工艺(SGP)原料范围从天然气到重油。此工艺合

成出来的气体广泛用于H2、Oh、甲醇的制造，或作为发电用

的燃料。

自1956年来，壳牌气化工艺(SGP)技术被广泛应用，现

已经有150套气化炉。

壳牌气化工艺(SGP)采用有耐火衬里的单个烧咀和一个

特别设计的气管式废热锅炉(合成气冷却器SGOo

2.壳牌煤气化工艺(SCGP)

壳牌煤气化工艺(SCGP)原料范围从焦油和无烟煤到褐

煤。间接煤液化(气化伴随着合成气接触反应的变换)是发展

此工艺的最初原因。现在，此工艺主要应用于发电和化工原料

生产。

1972年，开始壳牌煤气化工艺(SCGP)的开发。1976年阿

姆斯特丹壳牌实验室委托一个工厂——GASCO化工厂烧煤

6t/d；1978〜1983年在德国汉堡壳牌总厂，一个烧煤150t/d的

工厂投产；1986〜1991年在美国壳牌DeerPark总厂，一个烧

煤250-400st/d的示范厂投产。1994年以来，此工艺应用在商

用上，在荷兰德克里克布根伦IGCC工厂，消耗商用煤2000t/do

壳牌煤气化工艺(SCGP)应用了一个多烧咀的水冷膜式壁

气化炉和一个经特别设计的合成气冷却器(废热锅炉)结构，

允许气化炉在更高温度下操作，并且承担在合成气冷却器中承

载固体的负荷，比其他SHELL煤气化工艺(SGP)气化炉/

合成气冷却器(SGC)要大。

在气化领域，主要竞争对手是Texaco,全球工业公司

(Destect和BGL的气化技术)，Rheinbraun和Lurgi0作为壳

牌煤气化工艺(SCGP)操作手册，本文将不描述这些工艺后的

各种概念及他们的优与劣，但是通过壳牌煤气化工艺(SCGP)

技术来集中描述合成气的生产。

3.1.2主要反应方程式

简而言之，壳牌煤气化工艺(SCGP)中煤(焦)气化可以

用总反应来描述：

CH+1/202=>CO+1/2H2

在这里：CH是煤的简化分子式。

然而，为了真正理解气化工艺，就应该知道更多基本的气

化反应方程式。为了简单，在此反应中，煤将当作是纯碳，并

且，通过转换，负热反应将预示热量产生。因为以下气化反应

将有区别：

C+1/2O2=>CO(1)-HOMJ/kmolC

c+H2O=>co+H2(2)+131MJ/kmolC

C+2H2=>CH4(3)-75MJ/kmolC

这些反应说明实际上三种方法可以将碳氢燃料气化，即：

通过部分氧化反应(1),吸热产蒸汽反应(2)和加氢氧化反

应(3)o

实际上部分氧化反应必须分成两步：

C+02=>co2-393MJ/kmolC

C+CO2<=>2CO+173MJ/kmolC

分步表明进行气化反应的能量在其内部产生。而且，还表

明它的第二个反应应该认为是平衡的。

在壳牌煤气化工艺(SCGP)中，有2个以上的主要反应，

第一个主要反应是必需的，第二个主要反应是几乎不相关的，

两者主要反应都是平衡的：

CO变换反应：

CO+H20<=>C02+H2-41MJ/kmolCO

蒸汽甲烷转化反应：

CH4+H20<=>CO+3H2+211MJ/kmolCO

要理解在正常操作中壳牌煤气化工艺(SCGP)的控制原理

和必要的非正常调整(第四章中要描述)，这些反应方程式是

必需的知识。

3.1.3环境方面

从发电方面来看，采用气化，特别是采用煤气化工艺

(SCGP),唯一的原因是它的环保性能；商业上它不能和煤粉锅

炉竞争。如果这个工艺用于化学原料的生产，包括液体烧类的

生产，首先必须证明气化在商业上是值得的；其次选用煤气化

工艺(SCGP)将有利于环保。

效率

当采用煤气化工艺(SCGP),煤中平均80%的能量将存在于

合成气中，大约15%将被传送给高压蒸汽(40T40巴)，大约

5%将失去。因此，煤气化工艺将是最有效率的气化工艺之一。

由于自然的损失(渣、灰等中的热量)，更进一步的改进看起来

很难实现。

在整体气化联合循环装置中采用煤气化工艺（SCGP）,整个

电站大约43%效率现已实现，并且随着未来气体透平机领域的

发展，效率将会更高。效率将会等于或高于现有的煤粉锅炉。

气体的挥发（用于发电）

S02

由于少量物质（H2S、COS）中存在硫，所以标准高效（＞99%）

的清除和再生技术用于生产商品硫（或硫酸，如果要）是可以

的。这与烟道气洗涤技术（效率：＜95%;产品：石膏或高定额成

本化肥）相似。

NOx

当采用透平机稀释（来自空分的污氮/蒸汽）合成气燃烧，

会产生很少量的NOx,当使用天然气在透平机中燃烧时含量会

更低。煤粉锅炉的挥发高10个点。

灰尘

由于合成气集中清洗，灰尘经透平机烟道挥发会被忽略。

有些灰尘的挥发物将从固体搬运系统产生。这些又比从煤粉锅

炉挥发的烟道气低得多。

废水

从煤气化工艺（SCGP）来的废水可循环和处理。应用标准技

术：

•澄清（清除固体）

•蒸发/冷凝（除去所有未处理固体；需再循环）

•生物处理（氮氧化物及硫的混合物；需最大限度处理）

最理想的水处理方案总是依据特殊的环境和许可条件来

定。

固体废物

从工厂来的固体废物，以渣和飞灰的形式存在，占进煤量

的6—35%。两种废物都能当作产品，因为它们能通过过滤测

试（气化温度导致煤灰熔融，在里面加入微量元素形成玻璃）

作为修路材料和其它的工业应用。

依靠特殊的工程，产生的飞灰可能也有其它的应用，因为

它含碳量低颗粒小，所以它有更高的价值。

少量化学废料、未冷凝在渣里或灰里的重金属（未处理固

体，如果选择水循环）将在废水处理厂产生。

3.2壳牌煤气化工艺（SCGP）

3.2.1概述

壳牌煤气化工艺（SCGP）的基本概念：

•熔渣式膜式壁气化炉

•加压气化

•悬流气化

•加氧气化

•多个相对的烧咀

•干法输送粉煤

熔渣式膜式壁气化炉

选择熔渣膜式壁气化炉以便允许在高温（反应器周围砌有

难熔的砖，具有合理的难熔寿命，温度限制到大约1500C）下

正常操作：

1）高碳转化效率（＞99%）,停留时间短，

2）将所有的煤灰惰性化（通过将它转化为玻璃）。而且，熔

融的灰/渣在冷却的气化炉炉壁上固化；

3）提供另外的隔热，从而减少热损失（生产蒸汽），

4）在跳车时起缓冲作用（在温度偏移时，粘附在膜式壁上

的渣将会固化/熔解）。

加压、悬流气化

选择悬流气化是因为它将导致气化炉结构紧凑（停留时间

<10秒）。加压操作将更加减少气化炉和下游所有的设备（在实

际气流基础上的尺寸）的尺寸。基于处理大量的固体的设备，

尺寸将当然是不受影响。

用氧气而不用空气作气化媒介

对于化工原料应用上，在必需排放氮气这种惰性气体的地

方，这是显而易见的。然而，为了发电应用，它也很有吸引力,

虽然它将减少所有生产的高压合成气和气体净化的设备尺寸。

而且，虽然平衡用的氮气不必加热和降温，但是气化效率是稍

微高一些。

多个相对的烧咀

选择多个烧咀将达到：

1）相对的“小烧咀”确保了一个良好的煤的混合和吹送，

从而确保高的碳转化率（“易于”放大），

2）气化炉大减量（例如：四个烧咀中两个烧咀操作的设计

是切实可行的，从而按单个烧咀的2倍比率调节）。

干法输送粉煤

选择一个干法输送系统是因为这将导致最大的气化效率。

而且，它使气化工艺本身不依赖于煤的特性，比如煤的湿度、

颗粒大小、Hardgrove指数、结块性能等。

这个系统的一个不利之处是相对比较复杂的煤加压和输

送设备，同时作为化工原料生产，大量的氮气(接近8%)会带

入合成气中。

3.2.2工艺步骤

图3.2.1是一个方块图，它指出了煤气化工艺(SCGP)的各

个工艺步骤和各个工艺步骤中主要的进出物流。将这些步骤描

述如下：

•磨煤和干燥

•煤的加压和进料

•气化和合成气冷却

•渣的除去和处理

•飞灰的除去和处理

・湿洗

•废水的汽提和澄清

考虑到另外的工艺步骤不是“相关的煤气化工艺(SCGP)

核心技术”，将不作详细讨论。

磨煤和干燥(CMD)

在标准磨煤设备里，磨煤和干燥能被实现，煤在一个传统

的典型的磨辐下面磨，同时用加热的循环气流从系统中带走水

蒸汽，粉煤经过一个内部典型的旋转分级器吹送到布袋收尘

室。主要的气体经过惰性气体发生器循环。在惰性气体发生器

里，通过燃烧处理的合成气加热气体后送到磨煤机，多余的气

体在压力控制下放空。

磨煤和干燥的进料物流有:

1）原煤（如需提前粉碎，取决于磨煤机）

2）助熔剂（如需要，取决于煤的型号）

3）循环飞灰（如需要/吸收）

4）燃料气（处理的合成气，燃料气，液化气或汽油）

5）空气（作燃烧、密封气，且若需要控制露点）

6）氮气（吹扫和惰性化气体）

磨煤和干燥的产出物流有：

1）干的粉煤（PC）

典型是：

含湿量1〜2%wt

<10%的粉煤>0.09mm

<10%的粉煤vO.OO5mm

2）磨煤和干燥的烟气（一个惰性气体发生器的混合燃烧

气）、注入的空气、含水的蒸汽和氮气吹扫气。

注：在这本手册中，将不作任何深度的讨论。因为，

实际磨煤机操作是取决于磨煤机供货商，而且磨

煤机供货商必须提供操作和维修指导。

煤的加压和进料

图322给出了一个大多数系统一般都采用的简图。这个

系统通常是“成双的”，每个系统供给两个烧咀。在第8章将

对这个理念、原因和结果作详细描述。

所有理念是基于：

•从一个具有1小时贮存能力的高压容器以恒定量向烧咀

送粉煤，

•通过一个锁斗系统加满高压给料容器，

•在低压贮存容器中，最少要有2小时的粉煤贮存能力。

图322将所描述的这个系统的操作如下：

•通过2条煤烧咀供应管线将粉煤不断地从V-1205A中回

收。为确保一个稳定的煤流量，容器出口充气的。根据

压力来控制氮气的充压和泄压。

•一旦V-l205A中粉煤的料位下降到低于给定料位，将通

过打开V-1204A底部阀门，从V-l204A（提供这个容器

是准备传递煤）中加煤到V-1205Ao选择这个料位开关

点，以便V-1205A能够从V-1204A收到另外一批煤。

•一旦V-l204A是空的，将通过关闭底阀和高压平衡阀来

隔离这个容器。通过减压阀逐步降低V-1204A的压力到

与S-l201A相等，最后通过打开低压平衡阀，使V-l204A

压力降到和低压煤贮仓V-1201A压力平衡。

•一旦V-1204A和V-l201A（提供这个容器是准备输送煤）

压力平衡，通过打开V-l201A的底部阀门，从V-l201A

再次加满煤到V-1204Ao

•一旦V-l204A满，通过关闭这个容器的上阀（入口）和低

压平衡阀平隔离它。

•一旦这个隔离完成，通过到底部通气器和到容器顶部的

高压氮气供应管线对V-1204A再充压。一旦压力接近

V-l205A的压力时，在高压氮气压力平衡阀都打开后，

V-1204A的压力与V-1205A的压力平衡。

•V-1201A不断地从磨煤和干燥工段输送粉煤。

在以上描述的基础上，各种进料物流如下：

1）从磨煤和干燥系统输送的粉煤

2）高压和低压氮气

产出物流如下：

1）一个粉煤“悬浮物”（送2个烧咀）

2）氮气排出气（固体含量vlOmg/Nn?）。这个排放气可部分

当作低压氮气(如果非常需要)。

气化与合成气冷却

图3.2.3描述气化炉/合成气冷却器的合成气侧；图3.2.4

是典型的烧咀系统，图3.2.5和3.2.6是描述气化炉与合成气冷

却器(煤气化工艺气化炉/合成气冷却器构成一个整体联合循

环装置)的高压、超高压和低压蒸汽系统。这里将不讨论开工

烧咀(A-1302)与点火烧咀(A-1303)系统。

气化炉/合成气冷却器的合成气侧

气化炉是由一个内有气化室(E-1320)的压力容器

(V-1301)组成，气化室的操作压力在25〜40barg。环绕着气

化区的气化炉内壁(膜式壁)是采用温度控制，它通过管子中循

环水换热产生中压蒸汽(40〜65barg)。在气化区有2个出口。在

气化炉底部的出口——渣口，它是用来排渣的。在气化炉顶部,

允许带飞灰的热气进入激冷区，在激冷区，用大约250c的无

灰循环气来激冷热气，以避免熔融的灰和粘性的飞渣颗粒带入

粗合成气造成淤塞问题。

粗合成气从激冷区经激冷管和输气管(V-13O3的E-1301

和E-1302),以及气体返混室(保护压力容器的所有的膜式壁里

的水循环以产生中压或高压蒸汽；40〜140barg)输送到合成气

冷却器(V-1302/E-1302,经过E-1306)o

合成气冷却器是由集中整齐排列的膜式壁构成，通过膜式

壁，当水或蒸汽在冷却合成气时被循环加热。不同的部分排列

不同，高压和中压过热器管束(E-1306A/B)、高压蒸发器管束

(E-1303)和中压省煤器管束(E-1304)将合成气冷却至250℃,

这些管束都装备了振打装置，以确保换热良好。

膜式壁和与合成气相对的压力容器面的压力平衡是靠位

于“无堵”位置的压力平衡孔来保证的。吹扫(在开车时用氮

气)“冷的”一面，以保证一个绝对的气流流到“热的”一面。

激冷区和合成气冷却器的入口安装了“吹扫系统”来限制

固体飞渣的形成，使固体飞渣的量可以接受。

到这个系统的进料物流是：

1）通过烧咀产出的产品

2）激冷气

3）反吹氮气

产出物流是：

1）大约250c的粗合成气（如果系统没装省煤器粗合成气

温度为350℃）

2）熔渣（加一些没有转化的煤）

煤烧咀

煤烧咀（A-1301A/B/C/D）进料物流是煤悬浮物（煤在氮气

中）和一股气流（对大多数煤来说是氧气和水蒸汽）。

氧气被预热（E-1309;主要是避免蒸汽冷凝，如果加入蒸汽

到氧气中）并经过一个三重切断阀和二重排放系统（安全措施

详见第9章）被平均分配到各个烧咀（通常是4个，最多可能到

8个）。氧气总量（容纳的）取决于合成气的产气率（详见第四章

正常操作）。

根据氧气来比率控制微过热蒸汽的加入，一般各煤种的这

个比率是固定的。通过混合器X-1321A与氧气混合。详细描

述见：第四章正常操作。实际上所有内部产生的规范中，过热

蒸汽被用作原料。这种蒸汽经过过滤器（S-13O3A）过滤，以保

证没有大于10um的铁锈颗粒进入不锈钢“氧气清洁”管线。

煤悬浮物的加入也是根据氧气来比率控制的。但是，在这

种情况下，比率是不固定的，取决于合成气成分，特别是

COK或CHQ的浓度（详见第四章正常操作）。煤悬浮物的流速是

根据相关的悬浮物的流速、速度和间接密度来控制的。在正常

操作中，流速和速度受到控制，同时允许密度变化。(典型的

悬浮物密度是350〜400kg/m,在减量时，将导致很低的悬浮

物速度(大约低于7m/s),速度维持在一个最低速度，悬浮物密

度开始下将。通过一个调节阀来控制流量，通过加不同量的氮

气到煤悬浮物中(详见第四章正常操作)来控制速度。在开车

时，首先是煤进入循环，以保证在一个烧咀开始工作的几秒钟

后，煤/氧比正确。

煤烧咀的枪管和前端保持在大约200〜220c的温度下操

作，以避免露点腐蚀和/或高温硫化腐蚀问题。这些问题由高

于气化压力下操作的烧咀循环水系统(V-1307、P-1304A/B.

S-1302A/B和E-1308)完成。

气化炉水/汽系统

气化炉膜式壁(E-1320)通过中压锅炉水的强制循环

(P-1302A/B/C)来冷却。管子中产生的蒸汽在汽包中分离并被

送到合成气冷却器里的中压过热器(E-1306)。在一个三点控制

(汽包液位、蒸汽产量和锅炉给水量)的基础上，通过省煤器来

补水。从外界来的开工中压蒸汽注入汽包(与系统一起循环)。

需预热到大约200C,以避免一旦煤引入时发生露点腐蚀。在这

段时间形成的冷凝液经一个紧急排放系统排出(液位控制)。

合成气冷却器水/汽系统

合成气冷却器水/汽系统由三部分组成：中压和高压过热

器(E-1306A/B)的水/汽系统、高压蒸发器(E-1303)的水/汽系统

和中压省煤器(E-1304)的水/汽系统。

高压过热器(E-1306B)预热所有制造的高压蒸汽；控制入

口而不是出口温度。中压过热器(E-1306A)也是一样，但是为

了确保这个系统在所有可能的情况下准确的操作，加入2个控

制(通常无动作)。如果生产的中压蒸汽过量，这些饱和蒸汽的

一部分将送入过热器，以确保不超压(防止汽包上的放空阀

跳）。如果生产的中压蒸汽过少，注入高压蒸汽到中压蒸汽汽

包，以确保过热器出口温度不超温。

高压蒸发器系统（E-1303、P-1301A/B和V-1305）和气化炉

的中压蒸发器系统相似。

省煤器（E-1304）系统特殊是因为：

1）它是一个中压系统（材料选择/经济）；

2）如果一个高压系统用在合成气冷却器里，合成气中可以

利用的热量比将被预热的锅炉给水吸收的热量多。

3）操作温度最低必须高于200C,以避免露点腐蚀。

这已导致循环系统（P-1310A/B）给气化炉的中压系统提供

锅炉给水，并且经一个鼓式锅炉（E-1310）释放剩余的热量到低

压锅炉给水生产低压饱和蒸汽。

到气化炉/合成气冷却器水汽系统的进料物流是:

1）高压锅炉给水

2）中压锅炉给水

3）低压锅炉给水

4）锅炉给水化学药品（氨水、磷酸盐）

产出物流是：

1）高压过热蒸汽

2）中压过热蒸汽

3）低压饱和蒸汽

4）高压、中压和低压汽包排放

对没有应用煤气化工艺整体气化联合循环的系统，高压蒸

汽一般不生产，因此，降低了设备费用。在这种情况下，不需

要低压蒸汽锅炉，因为省煤器的能力将总比水预热潜能低。

因为这些应用，有时也不安装省煤器。在这种情况下，生

成气冷却器出口温度不会降到350c以下。这会影响下游系

统。

渣的除去和处理

煤中大多数的矿物质以熔渣的形式离开气化区，因为高的

气化温度保证了熔渣自由地沿着膜式壁经渣口流入气化炉底

部装满水的地方。当熔渣一接触水池的水，它便固化成稠密的

玻璃状的粒状物，经锁斗系统(再次洗涤)将渣从系统中除去。

通常，渣脱水后输送到界外用于公路建设。包含非常细的渣和

未转化的煤颗粒的洗涤水被送到SS