【正文】 和均相氣氣反應(yīng)。 shell氣化過程中的化學(xué)反應(yīng)使用不同的氣化劑可以制取不同種類的煤氣，主要反應(yīng)都相同。（7）環(huán)循風(fēng)機(jī)要保證循環(huán)氣從磨機(jī)中以一定的速度將煤粉送到的袋式收集器內(nèi)，提供熱風(fēng)的內(nèi)循環(huán)動(dòng)力 [13]。（5）粉煤袋式收集器采用低壓長(zhǎng)袋噴吹脈沖方式，通過粉煤袋式收集器使循環(huán)氣中固體顆粒含量低于10mg/m3.（6）熱風(fēng)爐裝置給整個(gè)循環(huán)氣系統(tǒng)提供熱量，通過控制循環(huán)氣的溫度在 105110℃之間，保證碾磨干燥后的粉煤水分含量小于 2%。由于碾磨部件的旋轉(zhuǎn)，磨成的煤粉被拋至風(fēng)環(huán)處(裝有均流導(dǎo)向葉片的環(huán)形熱風(fēng)通道稱為風(fēng)環(huán))。高溫冷卻段產(chǎn)生 13 MPa 的高壓蒸汽，它與余熱鍋爐里的高壓蒸汽一起過熱成主蒸汽 [13]。（3）煤氣冷卻器粗熱煤氣在煤氣冷卻器中被進(jìn)一步冷卻到 250 ℃左右。Shell氣化爐的壓力殼內(nèi)布置垂直管膜式水冷壁，產(chǎn)生 MPa 的中壓蒸汽 [13]?！　〈置簹怆S氣流上升到氣化爐出口，經(jīng)過一個(gè)過渡段，用除塵后的低溫粗煤氣(150 ℃左右 )使高溫?zé)崦簹饧崩涞?900 ℃，然后進(jìn)入對(duì)流式煤氣冷卻器。再用高壓N2 氣，以較高的固氣比將煤粉送至 4 個(gè)氣化爐噴嘴，煤粉在噴嘴里與氧氣 (95%純度)混合并與蒸汽一起進(jìn)入氣化爐反應(yīng) [13]。對(duì)煙煤，煤粉細(xì)度 R90 一般為 20%～30%，磨煤機(jī)是在常壓下運(yùn)行，制成粉后用 N2 氣送入煤粉倉中。與水煤漿不同，整個(gè)系統(tǒng)必須采取防爆措施。8圖 shell 煤氣工藝流程圖 shell氣化工藝的主要設(shè)備（1）煤粉制備和送料系統(tǒng)煤粉制備和送料系統(tǒng)：Shell 煤氣化工藝采用干煤粉進(jìn)料系統(tǒng)。溫度為 1 400℃的出口氣體與冷激氣混合后，降至 900℃。Shell 煤氣化工簡(jiǎn)述：原料煤輸送至磨煤機(jī)，磨煤機(jī)把原料煤粉碎至合適有效的氣化尺寸( 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 90 %的顆粒小于 100μm)，煤粉碎的同時(shí)用惰性氣體干燥，把蒸發(fā)后的水蒸氣帶走，經(jīng)內(nèi)部分離器分級(jí)后,合格的煤粉被收集在沉降池里，氣化所需要的氧氣由空氣裝置提供，空分裝置來的氮?dú)饨?jīng)壓縮后為輸煤系統(tǒng)提供低壓氮?dú)夂透邏旱獨(dú)狻? （8）排渣： 煤氣化爐高溫排出的熔渣經(jīng)激冷后成玻璃狀顆粒， 性質(zhì)穩(wěn)定， 對(duì)環(huán)境幾乎沒有影響。荷蘭 Demkolec 電廠使用燒嘴已經(jīng) 4 年。 （7）燒嘴： 煤氣化爐燒嘴及控制系統(tǒng)安全可靠。無耐火磚襯里， 維護(hù)量較少。 （5）氧耗量低：shell 煤氣化氧耗量比水煤漿氣化工藝低 15%~25% ，因而配套的空分裝置投資相對(duì)降低。 （3）熱效率高：shell 煤氣化冷煤氣效率約 83%，其余 15%熱能被回收為中壓或高壓蒸汽，總的熱效率約為 98%左右。 （2）單系列能力強(qiáng)：shell 煤氣化已投入運(yùn)行的單臺(tái)爐氣化壓力： 下 ， 日處理煤量達(dá) :2022t/d 。72 shell 煤氣化 shell煤氣化的原因選擇 shell 煤氣化的原因如下： （1）原料煤種適應(yīng)性廣：煙煤、 褐煤和石油焦均可氣化。本論文研究的主要內(nèi)容是 50 萬噸/年煤氣化工藝設(shè)計(jì)。合成氣可以用來制造純氫，生產(chǎn)合成氨、甲醇、含氧化合物，以及尿素及合成氫燃料等衍生物。如合成氣中含有原煤中約 80%的能量，另外15%的有效能量以蒸汽的形式獲得。shell 氣化技術(shù)采用干燥方式，用氮?dú)鈱⒚悍鬯偷綒饣癄t，最后生成合成氣，即一氧化碳和氫的混合物?！　?9)氣化爐的變負(fù)荷率每分鐘大于 5%，IGCC 的變負(fù)荷率每分鐘接近 3%[12]。據(jù)介紹，Shell 氣化爐的最低負(fù)荷可達(dá)到 25%，即一個(gè)噴嘴運(yùn)行。此外，干法進(jìn)料系統(tǒng)的粉塵排放遠(yuǎn)大于水煤漿進(jìn)料系統(tǒng)。進(jìn)料系統(tǒng)的防爆和防泄漏問題十分關(guān)鍵。(5)采用干灰再循環(huán)，提高了碳的轉(zhuǎn)化率(可達(dá)到 99%)。(4)由于采用干法進(jìn)料，氣化過程的氧耗比水煤漿進(jìn)料少，煤氣中的 CO2 含量也遠(yuǎn)小于水煤漿進(jìn)料的煤氣。水煤漿進(jìn)料氣化工藝對(duì)高溫凈化的需求更迫切。組成的 IGCC 效率也較低(41% LHV) [12]。由于可燃?xì)獬煞州^高，其冷煤氣效率較高(約 80%～83%)，組成的IGCC 電站發(fā)電效率也較高(43% LHV)。對(duì)助熔劑及加入量的選擇，要結(jié)合煤灰組成進(jìn)行 [811]。如果煤灰熔點(diǎn)溫度過高，勢(shì)必要求提高氣化溫度，影響氣化爐的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，也不利于排渣。Shell 煤氣化屬熔渣、氣流床氣化 ,為確?；曳秩刍饣癄t排渣順暢，氣化操作溫度要高于 T 100℃～150 ℃。因此要根據(jù)煤種和爐型選擇不同的粒加以氣化 [811]。5粒度越大，傳熱越慢，煤粒內(nèi)外溫差越大，煤內(nèi)焦油蒸氣的擴(kuò)散和停留時(shí)間增加，焦油的熱分解加劇。通常，不同的煤種在不同氣化爐里進(jìn)行時(shí)，對(duì)其粒度的要求不一樣。（5）粒度對(duì)氣化的影響煤的粒度在氣化過程中占有非常重要的地位。煤中硫在氣化環(huán)境中形成 H2 S 和 COS,隨合成氣進(jìn)入后系統(tǒng) ,如果硫含量過高，會(huì)給后工序的煤氣凈化及脫硫帶來負(fù)擔(dān)，并直接影響煤氣凈化系統(tǒng)設(shè)備的材料選擇、投資成本及運(yùn)行成本。但由于 Shell 煤氣化采用高溫氣化，氣體在爐內(nèi)的停留時(shí)間比較短，所以氣固之間的擴(kuò)散反應(yīng)是控制碳轉(zhuǎn)化的重要因素，因而對(duì)煤粉粒度要求較高，而對(duì)揮發(fā)分及反應(yīng)活性要求不是很嚴(yán)格。煤的揮發(fā)分對(duì) Shell 煤氣化工藝的影響揮發(fā)分是煤加熱后揮發(fā)出的有機(jī)質(zhì)及其分解產(chǎn)物，能大致代表煤的變質(zhì)程度。（3）揮發(fā)分對(duì)氣化的影響煤樣在隔絕空氣的條件下加熱至一定溫度并恒溫一定時(shí)間，煤中受熱分解析出的有機(jī)質(zhì)即為揮發(fā)分。所以,當(dāng)飛灰含量低于 8%時(shí)，建議執(zhí)行飛灰強(qiáng)制循環(huán)作業(yè)。盡管 Shell 煤氣化工藝對(duì)煤灰含量要求不是很嚴(yán)格 (煤灰含量可高達(dá) 30%以上 )，中原大化集團(tuán)有限責(zé)任公司根據(jù)預(yù)選煤的情況，其設(shè)備設(shè)計(jì)按無水基煤灰含量 25. 5% (收到基 23. 5%)的煤進(jìn)行設(shè)計(jì)。Shell 煤氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，利用煤氣化反應(yīng)初期熔融飛壁上形成固體渣層使膜式壁與爐膛隔離，以減少熱量損失，同時(shí)在故障期間熱負(fù)荷變化大時(shí)首先造成固體渣層被熔化或者加厚，從而保護(hù)爐壁免受損壞。且煤中灰分含量越高，原煤運(yùn)輸成本越大，氣化煤耗氧耗越高，氣化爐和灰渣處理系統(tǒng)負(fù)荷越重，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響氣化爐的正常運(yùn)行。煤灰的化學(xué)組成主要由 SiOAl 2 OFe 2 OCaO、MgO、TiO Na 2O、K 2 O等酸性和堿性的化學(xué)組分組成，一般酸性組分高于堿性組分， (Fe2 O3 + CaO +MgO + 4K2 O +Na2 O) / (SiO2 +Al2 O3 + TiO2 )的比值稱為堿酸比。原生礦物質(zhì)是指原始成煤植物含有的礦物質(zhì)，一般不超過 1%～2%；次生礦物質(zhì)是指在成煤過程中進(jìn)入煤層的礦物質(zhì)，約在 10%以下。因此，原料煤的水分含量，尤其是外在水分含量，直接影響煤的運(yùn)輸成本和制粉能耗。就氣化爐而言，在特殊情況下，煤粉水含量允許稍高于該值，但不能偏離太多，否則會(huì)影響粉煤流化，極可能出現(xiàn)煤粉粘連而造成輸送困難。結(jié)晶水是指煤中礦物質(zhì)所含的結(jié)晶水或化合水，通常要在 200 ℃以上才能析出，在工業(yè)分析中不予考慮 [8]。外在水分是指附著于煤的顆粒表面的水膜或大的毛細(xì)孔 (直徑 10 5cm)中的水分，其蒸汽壓與純水的蒸汽壓相同，在常溫下就很容易失去。工藝流程框圖：3圖 shell 煤氣工藝流程框圖煤質(zhì)對(duì) Shell 氣化的影響因素主要有：水分、灰分、揮發(fā)分、硫分、煤粒度、灰熔點(diǎn)和結(jié)渣 [8]。經(jīng)過 3 年示范運(yùn)行已于 1998 年正式交付用戶。1993 年在荷蘭的丹姆克勒電廠建成投煤量 2022t/d 的大型煤氣化裝置。1978 年第一套中試裝置在德國漢堡建成并投入運(yùn)行。shell 氣化工藝流程的進(jìn)展：shell 煤氣化是 shell 公司開發(fā)的具有獨(dú)特技術(shù)的第二代煤氣化工藝。 Shell煤氣化工藝目前國內(nèi)外比較公認(rèn)的、先進(jìn)的氣化工藝即 shell 氣化工藝。氣流床氣化的缺點(diǎn)：需要先進(jìn)的控制技術(shù)和設(shè)備；原料需干燥、粉碎，動(dòng)力消耗較大，在氣流輸送煤時(shí)對(duì)管道磨損較大；操作溫度高，煤氣帶出熱量多，如不回收，熱效率要受到影響；主要產(chǎn)品中一氧化碳含量高，不經(jīng)甲烷化，不能當(dāng)城市煤氣使用 [7]。（3）氣流床氣化工藝比較：國外氣流床氣化工藝有：德士古氣化工藝(Texaco)、Destect 氣化工藝、 KT 氣化工藝、Prenflo 氣化工藝、Shell 加壓氣流床氣化工藝、GSP氣化工藝；國內(nèi)氣流床氣化工藝有：K—T 氣化爐、德士古氣化爐(Texaco)、Shell 加壓氣化爐 [6]。流化床的優(yōu)點(diǎn)：床層內(nèi)溫度均勻，便于調(diào)控；原料煤粒度適應(yīng)范圍廣；加料除灰方便；能正確地調(diào)整流化速度和準(zhǔn)確加料；煤和氣化劑接觸較好，氣化效率高 [7]。固定床的缺點(diǎn)：對(duì)煤種有一定要求，煤的黏結(jié)性不能太強(qiáng)，要求使用塊煤；副產(chǎn)焦油、酚難于水，造成污染；單爐產(chǎn)氣量低于其它爐型 [12]。針對(duì) UGI 爐工藝的缺點(diǎn)（如煤種限制、環(huán)保、氣化強(qiáng)度和效率） ，我國從 60 年代初至今曾研發(fā)過多種氣化工藝，而實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的只有碎煤加壓氣化（Lurgi） 、水煤漿氣化（Texaco）和灰熔聚流化床氣化，即將工業(yè)化的有干粉加壓氣化（Shell） [5]。煤氣化技術(shù)的發(fā)展對(duì)中國的煤礦工業(yè)發(fā)展前景可觀，因此在煤資源相對(duì)豐富的我國，開發(fā)更先進(jìn)的煤氣化技術(shù)意義更加重大。目前國內(nèi)的煤氣化技術(shù)有些已達(dá)到世界領(lǐng)先水來，比如：水煤漿氣化技術(shù)、采用殼牌干粉煤氣化技術(shù)生產(chǎn)合成氨、魯奇爐等。國外現(xiàn)在近常用的氣化放法主要有：IGCC 電廠中采用Texaco、Shell、Prenflo 、 Destec、KRW 等氣化技術(shù)，荷蘭 Buggenum 電廠的 253MW發(fā)電來自于一臺(tái)日處理煤 2500t 左右的 Shell 氣化爐，電廠發(fā)電效率 43%[2]。氣化用煤從最初的只能利用不黏煤，到現(xiàn)在幾乎可以氣化從褐煤、 不黏和黏結(jié)的煤到無煙煤所有的煤種。氣化技術(shù)的目的是為了提高各類氣化爐的生產(chǎn)能力，同時(shí)連續(xù)和高效地生產(chǎn)不同組成的煤氣，包括城市民用和工業(yè)用燃料氣、發(fā)電燃料氣、化工燃料氣，并要避免污染環(huán)境 [1]。 煤氣化過程原理煤氣化過程是個(gè)熱化學(xué)過程。煤的氣化主要生成一氧化碳、氫氣及甲烷，灰分形成廢渣排出。最后設(shè)計(jì)出 shell 氣化爐的基本尺寸；并對(duì)反應(yīng)過程進(jìn)行了物料衡算、熱量衡算。中國是資源和能源相對(duì)匾乏的國家，少氣，缺油，但煤炭資源相對(duì)豐富，發(fā)展煤制氣，以煤代替石油，是國家能源安全的需要，也是化學(xué)工業(yè)高速發(fā)展的需求。學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)