壳牌煤气化技术关键设备设计探讨

范慧宁

(同煤广发化学工业有限公司，山西 大同 037000)

壳牌煤气化技术关键设备设计探讨

范慧宁

(同煤广发化学工业有限公司，山西 大同 037000)

主要探讨了壳牌煤气化技术的关键设备设计情况。以及该技术的工艺性能指标与相应流程，介绍了气化关键设备外壳设计和内件设计情况。

壳牌煤气化技术；设备；设计

20世纪70年代，壳牌煤气化技术出现在科研项目列表中。基于渣油气化的研究，德国在1978年开始对壳牌炼油厂投入了大量资金，建设了第一套装置，该装置的日投煤量达150 t[1]。1993年，荷兰电厂在其基础上作出了改进，构建了一套大型煤气化装置，日投煤量达到了2 000 t，煤电转化率在43%以上。截止2014年，该装置可以气化多种原材料，逐渐走向成熟[2]。

1 壳牌煤气化技术的工艺性能指标与相应流程

1.1 工艺性能指标

如表1所示，为煤气化技术工艺的主要性能指标统计表。

从表1中可以看出，壳牌煤气化技术的适应性比较强，支持多种类型煤处理，实现了预期目标。目前，该项技术基本上可以气化世界上所有种类的煤，即便是煤中含灰比例达到了35%，也可以将其气化。不仅如此，本技术可以同时处理2种混合煤。由于煤的灰熔点具有较宽的适应范围，因此通常情况下，将SCGP的气化温度设置在1 400 ℃～1 600 ℃，且H2与CO混合气的体积分数在90%以上[3]。

表1 煤气化技术工艺的主要性能指标统计表

1.2 相应工艺流程

第113页如图1所示为壳牌煤气化技术关键设备的工艺流程图。

该工艺选取备煤工段的煤粉压粉煤、粉煤锁斗、粉煤仓给料仓，利用高压N2将粉煤传输至气化炉喷嘴，经过预热处理以后将氧气导入此喷嘴中。对气化炉进行高温加压处理，蒸汽、氧气、粉煤将在此条件下发生氧化反应。在气化炉顶部，其温度在1 500 ℃左右。通过对煤气进行除尘冷却，当温度降低至900 ℃时，利用输气管将冷却后的合成气体传输至合成气冷却器中。热量被回收以后，合成气将自动转入湿法洗涤、干法除尘系统当中。经过洗涤处理以后，合成气的含量将有很大程度的降低，不超过1 mg/m3，最后从界区输送出去。另外，还可以利用合成冷却器加工处理生成的中压蒸汽与气化炉

图1 壳牌煤气技术关键设备的工艺流程图

冷壁副产的蒸汽相互转换，从而为工序的正常运行提供保障。

2 关键设备设计探讨

壳牌气化的关键设备主要由3种器件构成，即，气化炉、输气管、合成冷却器。

2.1 气化关键设备外壳设计

该设备外壳主要由3部分构成，分别是合成气冷却器、输气管/拱顶、气化炉。表2所示为外壳的具体尺寸。

表2 外壳的具体尺寸

我国五环化学工程企业开发了一套高压力气化关键设备，该设备的外壳可支持压力为4.6 MPa，工作的最高温度为343 ℃。由于该设备的接管较多、体积较大、直径较长，采用刚性连接方式，与其他设备相比，该设备内部结构更复杂一些，且偏心荷载比较大，因此，该公司在材料选取、结构设计、应力大小、防腐方面进行了充分考虑，并采取了相应措施。表3所示为该设备的材料选取与相应作用统计情况。

由表3可知，1) 该设备选取SA387Gr11 Cl.2作为主要研究材料，该材料具有良好的抗氢腐蚀功效；2) 对于与湿气氛接触的容器，选取SA387Gr11 Cl.2+N08225材料制成复合板；3) 采用SA387Gr11 Cl.2+304L制作复合板，将其放置在高温合成气直接接触的合成气冷却器处；4) 采用40mm耐热材料，放置在压力容器壳体处，从而避免一些无法预见的局部高温现象产生；5) 如果无办法对衬里进行保护，则接管内壁很有可能遭受腐蚀，防腐层被打破。

表3 设备的材料选取与相应作用统计情况

2.2 气化关键设备内件设计

关键设备内件的设计主要由3部分构成，分别是合成冷却器内件、输气管、气化炉。其中，气化炉的内件压力为7.1 MPa，对应的最高温度为327 ℃，其内部形成一个气化空间，在该空间内部完成气化反应；在收集炉渣的空间中，所有气化反应产生的炉渣将经过淬冷处理，最终排放至炉外部；在激冷空间内，高温作用下形成的合成气将在短时间内冷激，其温度逐渐下降，直至温度达到900 ℃左右时输出该气体。利用输气管内件，将经过激冷处理的合成气传输至合成气冷却器。而冷却器采用水产汽方式收回热能，其出口温度控制在380 ℃左右。为了更好地控制气体冷却过程与煤粉气化过程，该公司采用气化炉水冷壁构成一个渣保护层。除此之外，还结合了膜式水冷壁结构，对该保护层进行完善。第114页表4所示为煤气化技术关键设备内件尺寸统计表。

表4 煤气化技术关键设备内件尺寸统计表

延长设备内件使用寿命可以连续工作25a，材料选取情况如下：

1) 选取13CrMo44作为内件主体材料，主要用于冲刷合成气与抗氢腐蚀；

2) 选取型号为N08825的高镍合金，放置到渣池，从而达到抗冷凝腐蚀作用；

3) 选取长度在14 mm～20 mm的耐热陶瓷衬里材料放到输气管中，起到抗冲刷作用，同时还具有降低温度功效；

4) 选取堆焊镍基材料放置在气体冲刷比较严重的部位，从而起到抗冲刷与抗腐蚀功效。

3 结语

通过材料的选取与尺寸设计，在一定程度上提高了关键设备的可靠性。壳牌煤气化技术关键设备在内件合理防护设置的基础上，对容器外壳也采取了防护设置，通过相互合理配置，体现了该项技术的真正价值。此外，对我国五环工程企业引进的壳牌煤气化技术设计的关键设备进行了探究，从材料选取与内件尺寸角度改进设计方案，预计会有更加广泛的应用。

[1] 王正兴,周瑞平,陈如星,等.大型绞吸式挖泥船疏浚设备轴系设计关键技术研究[J]. 船舶工程,2015，37(8):34-38.

[2] 葛汉林,姜芳,吴明.油气管道带压不停输折叠式封堵技术及设备的研究设计[J].机械设计与制造,2014(4):209-211.

[3] 刘文勇,田宝发,曹万林,等.复杂体型钢结构抗震设计关键技术研究[J].自然灾害学报, 2017,26(1):118-122.

Discussion on key equipment design of Shell coal gasification technology

FAN Huining

(Datong Guangfa Chemical Industry Co., Ltd., Datong Shanxi 037000, China)

The design of key equipment of Shell coal gasification technology is mainly discussed, as well as the technical performance index and corresponding process of the technology. The design of the enclosure parts and internal parts of the key gasification equipments are introduced.

Shell coal gasification technology; equipment; design

2017-03-10

范慧宁，男，1988年出生，2011年毕业于太原理工大学，本科，助理工程师。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.04.39

TQ545

A

1004-7050(2017)04-0112-03

化机与设备