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[摘 要]壳牌的石化燃料气化技术可以追溯到20世纪50年代，当时开发了以渣油为原料的壳牌气化工艺（SGP），随后于20世纪70年代初期，在渣油气化的基础上，又开发了壳牌粉煤气化技术（SCGP）。壳牌煤气化技术进入中国已近10年，随着其工艺技术的完善、运转经验的积累和操作水平的提高，目前大多数装置已能实现长周期稳定运行。本文主要对壳牌煤气化炉的设备特性及技术管理进行了简要的分析。
[关键词]壳牌；煤气化炉；设备特性；技术管理
中图分类号：TH432 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
1 各种煤气化技术的特点及应用
1.1 固定床气化
1.1.1 鲁奇固定床气化工艺
鲁奇固定床气化工艺经过几代炉型改进，工艺成熟可靠。鲁奇炉一般采用5～50mm的块煤进料，要求煤的机械强度高、灰熔点高、粘结性小，适应煤种包括褐煤、次烟煤、贫煤和无烟煤。床层在气化炉中自下而上分为灰层、燃烧层、还原层、干馏层和干燥层。现在工业上应用的MK4炉型超过100台，气化炉设计压力达到4.0MPa，单炉产气量4.5万Nm3/h，气化炉碳转化率达到99%，热效率大于90%。近年来，鲁奇公司根据以往的气化炉运行经验，设计出了MK+气化炉，设计压力达到6.0MPa，单炉产气量进一步提高，但是尚未工业化应用。
1.1.2 BGL煤气化工艺
英国煤气公司于20世纪80年代在鲁奇炉的基础上开发了BGL气化炉。该气化技术为液态排渣，气化温度1400～1600℃，操作压力3.0MPa，单炉设计粗煤气量7.5万Nm3/h，冷煤气效率89%以上，碳转化率99%。煤种适应性强，包括褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤和石油焦，灰熔点较高时需加入助溶剂。BGL熔渣气化炉与鲁奇气化炉结构相似，不同之处在于炉底排渣系统，气化废水鲁奇工艺大大减少。但是，BGL气化工艺排渣系统复杂，对气化炉耐火材料要求高，投资成本高。
1.1.3 赛鼎碎煤加压气化工艺
赛鼎工程有限公司与鲁奇公司的合作积累了丰富的煤气化技术设计建设经验，在此基础上，独立开发了具有自主知识产权的碎煤加压气化技术，成功应用于天脊集团的合成氨装置。
1.2 流化床气化
1.2.1 恩德炉工艺
恩德炉粉煤流化床气化技术是朝鲜恩德联合企业在温克勒粉煤流化床气化爐的基础上，经长期的生产实践，逐步改进和完善的一种煤气化工艺。该工艺煤种适用广泛，原料价格相对低廉，操作简单。但是因为常压气化，气化效率和碳转化率低，逐渐被淘汰。
1.2.2 U-GAS技术
U-GAS气化工艺由美国煤气工艺研究所（IGT）开发，属于单段流化床煤气化工艺，采用灰团聚方式操作。该技术设计简单，运行安全可靠，能气化所有煤种的煤。气化压力0.25～1.0MPa，单炉投煤量最高1200t/d。由于气化压力低，处理量不高，随着现代煤化工的发展，逐渐被淘汰。
1.3 气流床煤气化工艺
1.3.1 德士古水煤浆气化工艺
德士古水煤浆加压气化技术是美国德士古公司于20世纪80年代开发的煤气化技术，现属于GE公司。根据合成气热量回收方式的不同，分为激冷流程和废锅流程。该工艺对煤种有一定的要求，煤中灰分不宜超过15%。气化压力范围宽，2.8～8.7MPa，气化温度1350～1400℃，碳转化率高达99%。工艺技术成熟可靠，环境影响小，气化过程不产生焦油、酚氨等污染物，废水易处理。缺点是对煤的成浆性要求高，灰含量要求低，灰熔点要求低，对设备等级要求高，一次投资高。
1.3.2 壳牌粉煤气化工艺
壳牌煤气化技术在国内应用广泛，其主要特点是采用密封料斗加料和粉煤密相输送，气化炉内部采用水冷壁结构。壳牌粉煤气化技术同样分为废锅流程和激冷流程，其中废锅流程在国内应用最多。该气化技术的特点是煤种适应性广，从褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤到石油焦均可气化；单系列生产能力大，单炉最大投煤量可达3000t/d；气化温度1400～1600℃，压力4.0MPa，碳转化率99%；与水煤浆气化工艺相比，氧耗低；热效率高，稳定运行周期长，环境效益好，气化废水易处理。缺点是较其他气化工艺，一次投资高。
1.3.3 GSP粉煤气化工艺
GSP煤气化技术是世界上最早实现工业化应用的气流床干煤粉加压气化技术。该技术最早由原民主德国燃料研究所开发，后归西门子公司拥有。目前，全球应用的GSP气化炉超过20台。神华宁煤煤制烯烃项目使用5套GSP炉，单炉投煤量2000t/a。GSP气化技术操作压力为2.5～4.0MPa，气化温度1350～1600℃，气化效率高，原料煤及氧气消耗低，碳转化率高达99%；气化炉采用水冷壁结构，对原料煤的灰熔点限制较少；采用激冷工艺流程，设备结构简单，装置投资少。
2 壳牌煤气化炉设备特性
2.1 高温高压和保护作用
煤气化炉的生产过程要保证基本的使用质量，壳牌气化炉采用水冷壁结构，无耐火砖衬里，能够承受高温高压的使用，维护量较少，体现了良好的工艺技术。同时，在使用过程中，壳牌煤气化炉固化的熔渣层能够对煤氣化炉的内壁起到很好的保护作用，防止被侵蚀。
2.2 设计结构技巧
壳牌煤气化炉的设计要素较多，对设计材料的要求也有一定的标准。壳牌煤气化炉是先进的煤气化设备，由内件和外壳组成，外壳只承受高压，不承受高温。气化炉内件由燃烧室、下部渣收集室、顶部激冷室组成；气化炉采用4个烧嘴对称布置。采用废热锅炉回收高温合成气显热，合成气冷却器内部有多组水管式换热器。气化炉内件要承受高温高压和粉尘的冲刷，为避免换热器上的粉尘积累和结垢，安装有气动振打除灰器。同时，壳牌煤气化炉在生产过程中采用特殊的安装方式，能够使煤气化炉的生产更加标准。
3 壳牌煤气化炉技术的创新发展
3.1 将壳牌煤气化炉技术设备国产化
壳牌煤气化炉技术的引进已经逐渐适合中国生产工作的研究，但总体来看依然有待研究的相关技术需要进一步的创新。例如，将壳牌煤气化炉技术向国产化方向发展，提升国产技术要求，生产相适应的产品设备，同时降低生产技术的投资应用。1、提高激冷比。激冷比较低时，合成气中的飞灰仍然带有一定的粘性，粘附在合成气冷却器的表面，导致换热效果降低，出口温度升高。确保在高负荷时有足够的激冷比在1.2以上。2、飞灰过滤器滤芯国产化。由于陶瓷滤芯自身固有的缺陷，造成高温高压飞灰过滤器的运行不确定性，且存在猝然失效的风险。将陶瓷过滤元件更换为Fe3Al过滤元件。Fe3Al金属间化合物等具有优良的抗氧化和耐硫腐蚀能力，它们在600～800℃条件下工6000h以上，仍保持完好。3、煤粉锁斗到粉煤给料仓控制阀的球阀更换为盘阀。盘阀是通过滑动圆盘来实现开关的一种快开快关阀门。
3.2 提升壳牌煤气化炉技术工艺手段
对相关技术的发展进行更好的完善及创新。以往将氮气引入力气输送技术中，虽然起到了一定的技术效果，但是结果会损失大量的有效气体。所以新时期壳牌煤气化炉技术气力输送中可以采用二氧化碳的加入，二氧化碳代替氮气来进行气力输送，可以有效的完成力气输送作业，在一定程度上促进节能减排工作的推进，同时增加产量和能效。
4 结语
壳牌煤气化技术是目前国际上最先进的洁净煤气化技术之一，具有煤种适应性广、单系列能力大、气化温度高、运转周期长、环境效益好等显著特点。从目前国内壳牌煤气化装置设计、设备制造、工艺流程和试车投产的情况来看，壳牌煤气化技术对煤的高效利用和清洁利用到了业内人士的充分肯定，有助于煤制合成氨、甲醇、煤制油及燃煤发电行业实现清洁生产。
参考文献
[1] 杨和彦.壳牌煤气化煤质指标体系的建立[D].安徽理工大学，2012.
[2] 张宗飞，杜国庆.壳牌煤气化装置的运行现状与展望（续）[J].化肥设计，2013，01：1-4.
[关键词]壳牌；煤气化炉；设备特性；技术管理
中图分类号：TH432 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
1 各种煤气化技术的特点及应用
1.1 固定床气化
1.1.1 鲁奇固定床气化工艺
鲁奇固定床气化工艺经过几代炉型改进，工艺成熟可靠。鲁奇炉一般采用5～50mm的块煤进料，要求煤的机械强度高、灰熔点高、粘结性小，适应煤种包括褐煤、次烟煤、贫煤和无烟煤。床层在气化炉中自下而上分为灰层、燃烧层、还原层、干馏层和干燥层。现在工业上应用的MK4炉型超过100台，气化炉设计压力达到4.0MPa，单炉产气量4.5万Nm3/h，气化炉碳转化率达到99%，热效率大于90%。近年来，鲁奇公司根据以往的气化炉运行经验，设计出了MK+气化炉，设计压力达到6.0MPa，单炉产气量进一步提高，但是尚未工业化应用。
1.1.2 BGL煤气化工艺
英国煤气公司于20世纪80年代在鲁奇炉的基础上开发了BGL气化炉。该气化技术为液态排渣，气化温度1400～1600℃，操作压力3.0MPa，单炉设计粗煤气量7.5万Nm3/h，冷煤气效率89%以上，碳转化率99%。煤种适应性强，包括褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤和石油焦，灰熔点较高时需加入助溶剂。BGL熔渣气化炉与鲁奇气化炉结构相似，不同之处在于炉底排渣系统，气化废水鲁奇工艺大大减少。但是，BGL气化工艺排渣系统复杂，对气化炉耐火材料要求高，投资成本高。
1.1.3 赛鼎碎煤加压气化工艺
赛鼎工程有限公司与鲁奇公司的合作积累了丰富的煤气化技术设计建设经验，在此基础上，独立开发了具有自主知识产权的碎煤加压气化技术，成功应用于天脊集团的合成氨装置。
1.2 流化床气化
1.2.1 恩德炉工艺
恩德炉粉煤流化床气化技术是朝鲜恩德联合企业在温克勒粉煤流化床气化爐的基础上，经长期的生产实践，逐步改进和完善的一种煤气化工艺。该工艺煤种适用广泛，原料价格相对低廉，操作简单。但是因为常压气化，气化效率和碳转化率低，逐渐被淘汰。
1.2.2 U-GAS技术
U-GAS气化工艺由美国煤气工艺研究所（IGT）开发，属于单段流化床煤气化工艺，采用灰团聚方式操作。该技术设计简单，运行安全可靠，能气化所有煤种的煤。气化压力0.25～1.0MPa，单炉投煤量最高1200t/d。由于气化压力低，处理量不高，随着现代煤化工的发展，逐渐被淘汰。
1.3 气流床煤气化工艺
1.3.1 德士古水煤浆气化工艺
德士古水煤浆加压气化技术是美国德士古公司于20世纪80年代开发的煤气化技术，现属于GE公司。根据合成气热量回收方式的不同，分为激冷流程和废锅流程。该工艺对煤种有一定的要求，煤中灰分不宜超过15%。气化压力范围宽，2.8～8.7MPa，气化温度1350～1400℃，碳转化率高达99%。工艺技术成熟可靠，环境影响小，气化过程不产生焦油、酚氨等污染物，废水易处理。缺点是对煤的成浆性要求高，灰含量要求低，灰熔点要求低，对设备等级要求高，一次投资高。
1.3.2 壳牌粉煤气化工艺
壳牌煤气化技术在国内应用广泛，其主要特点是采用密封料斗加料和粉煤密相输送，气化炉内部采用水冷壁结构。壳牌粉煤气化技术同样分为废锅流程和激冷流程，其中废锅流程在国内应用最多。该气化技术的特点是煤种适应性广，从褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤到石油焦均可气化；单系列生产能力大，单炉最大投煤量可达3000t/d；气化温度1400～1600℃，压力4.0MPa，碳转化率99%；与水煤浆气化工艺相比，氧耗低；热效率高，稳定运行周期长，环境效益好，气化废水易处理。缺点是较其他气化工艺，一次投资高。
1.3.3 GSP粉煤气化工艺
GSP煤气化技术是世界上最早实现工业化应用的气流床干煤粉加压气化技术。该技术最早由原民主德国燃料研究所开发，后归西门子公司拥有。目前，全球应用的GSP气化炉超过20台。神华宁煤煤制烯烃项目使用5套GSP炉，单炉投煤量2000t/a。GSP气化技术操作压力为2.5～4.0MPa，气化温度1350～1600℃，气化效率高，原料煤及氧气消耗低，碳转化率高达99%；气化炉采用水冷壁结构，对原料煤的灰熔点限制较少；采用激冷工艺流程，设备结构简单，装置投资少。
2 壳牌煤气化炉设备特性
2.1 高温高压和保护作用
煤气化炉的生产过程要保证基本的使用质量，壳牌气化炉采用水冷壁结构，无耐火砖衬里，能够承受高温高压的使用，维护量较少，体现了良好的工艺技术。同时，在使用过程中，壳牌煤气化炉固化的熔渣层能够对煤氣化炉的内壁起到很好的保护作用，防止被侵蚀。
2.2 设计结构技巧
壳牌煤气化炉的设计要素较多，对设计材料的要求也有一定的标准。壳牌煤气化炉是先进的煤气化设备，由内件和外壳组成，外壳只承受高压，不承受高温。气化炉内件由燃烧室、下部渣收集室、顶部激冷室组成；气化炉采用4个烧嘴对称布置。采用废热锅炉回收高温合成气显热，合成气冷却器内部有多组水管式换热器。气化炉内件要承受高温高压和粉尘的冲刷，为避免换热器上的粉尘积累和结垢，安装有气动振打除灰器。同时，壳牌煤气化炉在生产过程中采用特殊的安装方式，能够使煤气化炉的生产更加标准。
3 壳牌煤气化炉技术的创新发展
3.1 将壳牌煤气化炉技术设备国产化
壳牌煤气化炉技术的引进已经逐渐适合中国生产工作的研究，但总体来看依然有待研究的相关技术需要进一步的创新。例如，将壳牌煤气化炉技术向国产化方向发展，提升国产技术要求，生产相适应的产品设备，同时降低生产技术的投资应用。1、提高激冷比。激冷比较低时，合成气中的飞灰仍然带有一定的粘性，粘附在合成气冷却器的表面，导致换热效果降低，出口温度升高。确保在高负荷时有足够的激冷比在1.2以上。2、飞灰过滤器滤芯国产化。由于陶瓷滤芯自身固有的缺陷，造成高温高压飞灰过滤器的运行不确定性，且存在猝然失效的风险。将陶瓷过滤元件更换为Fe3Al过滤元件。Fe3Al金属间化合物等具有优良的抗氧化和耐硫腐蚀能力，它们在600～800℃条件下工6000h以上，仍保持完好。3、煤粉锁斗到粉煤给料仓控制阀的球阀更换为盘阀。盘阀是通过滑动圆盘来实现开关的一种快开快关阀门。
3.2 提升壳牌煤气化炉技术工艺手段
对相关技术的发展进行更好的完善及创新。以往将氮气引入力气输送技术中，虽然起到了一定的技术效果，但是结果会损失大量的有效气体。所以新时期壳牌煤气化炉技术气力输送中可以采用二氧化碳的加入，二氧化碳代替氮气来进行气力输送，可以有效的完成力气输送作业，在一定程度上促进节能减排工作的推进，同时增加产量和能效。
4 结语
壳牌煤气化技术是目前国际上最先进的洁净煤气化技术之一，具有煤种适应性广、单系列能力大、气化温度高、运转周期长、环境效益好等显著特点。从目前国内壳牌煤气化装置设计、设备制造、工艺流程和试车投产的情况来看，壳牌煤气化技术对煤的高效利用和清洁利用到了业内人士的充分肯定，有助于煤制合成氨、甲醇、煤制油及燃煤发电行业实现清洁生产。
参考文献
[1] 杨和彦.壳牌煤气化煤质指标体系的建立[D].安徽理工大学，2012.
[2] 张宗飞，杜国庆.壳牌煤气化装置的运行现状与展望（续）[J].化肥设计，2013，01：1-4.