Shell煤气变换高水气比改低水气比工艺总结

论文部分 2009年全国氮肥与甲醇技术交流及业务洽谈年会·上海东景化工科技有限公司低水/气耐硫变换新工艺在Shell粉煤气化装置上的工业应用纵秋云、张国杰、古黎明摘要：介绍了低水/气耐硫变换新工艺，并简单总结了该工艺在Shell粉煤气化制氨和制甲醇装置上的应用情况，结果表明：选用QDB-04催化剂，通过控制反应的水/气和床层入口温度等手段，来控制反应深度和床层热点温度的办法是可行的。

第一段反应水/气的最高值不超过0.3，床层的最高温度不超过400℃，各段出口CO指标分配合理，无甲烷化副反应的发生。

在合成氨装置运行近2年，结果表明不仅装置操作平稳且节能效果显著，是一种节能型高浓度CO工艺气生产甲醇或合成氨的工艺流程。

1 前言进入21世纪以来，由于受石油资源日趋紧张的影响，我国煤化工转入了一个快速发展阶段，煤气化制氨、制甲醇、煤合成汽油等工程项目已全面启动，出现了新工艺的引进与传统工艺的改造同时并举的局面。

在众多的新工艺中，荷兰Shell 公司开发的SCGP粉煤气化（简称Shell粉煤气化）工艺，由于具有、原煤和氧气消耗低、环境污染小和运行费用低等对煤质要求低、合成气中有效组分含量高（CO+H2 89%）特点，很受我国化工企业的青睐。

因此，在不到十年的时间里，就先后引进了17套采用Shell粉煤气化工艺的大型煤化工装置。

与传统工艺或早期引进的其他工艺相比，尽管Shell粉煤气化工艺有它独特的优点，但由于制得的原料气中的CO 含量高达60%以上，这不仅加重了耐硫变换系统的CO变换负荷，且还有可能引起高放热的甲烷化副反应的发生，使催化剂床层超温。

因此，变换工序如何分段、一段炉反应深度控制和抑制甲烷化副反应等问题，就成为Shell粉煤气化新工艺能否成功地用于合成氨或甲醇生产的关键点。

为了避免变换工段发生甲烷化副反应，在17套采用Shell粉煤气化装置中，有16套装置采用高水/气变换工艺。

高水/气变换工艺的特点是先使部分或全部气体通过第一反应器，在第一反应器的入口添加了大量的蒸汽，通常使水/气达到1.1以上，使其进行深度变换，然后再与未反应的气体混合，达到一定的CO浓度后继续进行后续变换。

引言Ｓｈｅｌｌ粉煤加压气化工艺（简称Ｓｈｅｌｌ煤气化工艺）是荷兰壳牌公司于１９７２年着手开发、１９９３年实现工业化的一种新型煤气化技术，该技术具有对煤质要求低、工艺气中有效组分（ＣＯ＋Ｈ２＞８９％）含量高、原煤和氧气消耗低、环境污染小等特点，在不到十年的时间里，我国就相继引进了２０套这种粉煤气化工艺，将该技术用于合成氨、甲醇工程。

在我国着手引进Ｓｈｅｌｌ煤气化工艺之前，该技术只是在联合发电装置上有工业化应用的业绩，将该技术应用于氨、甲醇和氢的生产过程中，面临很多困难，首先对变换工艺流程的设计提出了新的难题，因为传统和早先引进的气化工艺制得的原料气中ＣＯ体积分数最高不超过４８％，而粉煤气化制的工艺气中的ＣＯ体积分数高达６５％以上，这不仅加重了耐硫变换系统的ＣＯ变换负荷，而且还有可能引起高放热的甲烷化副反应，使催化剂床层“飞温”。

因此，如何在不发生甲烷化副反应的前提下进行ＣＯ的变换反应，成为该气化工艺能否成功地用于合成氨或甲醇生产的关键。

为了解决这一难题，我国的科研或设计部门开发了与之配套的２种耐硫变换工艺，即：高水／气比变换工艺和低水／气比变换工艺。

目前这２种工艺都已经有工业运行业绩，为我国选用粉煤气化制气的煤化工装置的开车积累了宝贵的经验。

笔者根据近年来对Ｓｈｅｌｌ粉煤气化－高浓度ＣＯ耐硫变换工艺的研究和为厂家开车服务的经历，坦言该工艺目前还存在的一些问题，并介绍了Ｓｈｅｌｌ粉煤气化－低水／气比耐硫变换新工艺的特点和工业运行业绩，期望为业界同行提供参考。

1高水/气比耐硫变换工艺和低水/气比耐硫变换工艺简介在我国引进的Ｓｈｅｌｌ粉煤气化制氨或制甲醇的装置中，主要采用高水／气比和低水／气比两种变换工艺。

水／气比既是完成变换反应的基本保证，也是衡量变换工艺优劣的一个重要经济指标。

水／气比低，变换反应深度达不到要求；同时，过低的水／气比还可能引发高放热的甲烷化副反应发生。

水／气比过高，将会增加催化剂床层阻力、并使ＣＯ停留时间缩短，导致ＣＯ变换率下降，同时也会加重余热回收设备的负荷；另外，当原料煤中的硫化物含量较低时，高水／气比还可能会导致催化剂因发生反硫化反应而失活。

低水汽比变换装置技改总结摘要：针对变换装置在安装及试运行过程中可能出现的问题，从安全、节能、环保方面进行研究分析，对其进行部分优化改造，以期达到安、稳、长、满、优的生产。

关键词：甲醇变换研究优化生产鹤煤化工分公司气化装置采用SHELL粉煤加压气化技术，空分采用法国液化空气公司的生产工艺的技术。

甲醇装置采用低水气比耐硫变换、德国鲁奇低温甲醇洗、丹麦托普索低压甲醇合成、WSA硫回收、天大北洋五塔甲醇精馏、PRISEN膜氢回收等工艺技术，整套装置具有工艺先进，配置完善等特点，关键设备和材料采用进口。

甲醇装置目前处于试生产阶段。

在施工前期，结合实际并吸收同行业兄弟单位的经验，针对低水汽比变换装置设计上提出了几点优化建议，并进行实施，通过2013年的试生产验证了建议的必要性，并为以后的安全稳定长周期运行打下了良好的基础。

一、工艺流程及说明变换装置是煤气化的下游装置，其目的和作用是把粗煤气中过高的CO变换成CO2，同时副产H2，以调整粗煤气中CO和H2的含量，满足甲醇合成装置对氢碳比的要求。

来自煤气化装置的粗煤气经过三台变换炉变换后，变换气去低温甲醇洗装置。

装置运行期间，需要外界提供循环冷却水、锅炉给水、中压蒸汽、低压蒸汽、高压蒸汽、脱盐水、低压氮气、中压氮气、仪表空气、工厂空气。

生产过程中产生的变换冷凝液汇合冷却后送至污水处理系统。

从煤气化装置来的粗煤气（166℃、3.8MPa、241.349kNm3/h、），首先进入原料气分离器04S001，分离出夹带的水分，然后进入原料气过滤器04S002除去固体机械杂质。

从原料气过滤器04S002出来的粗煤气被分成三股：一股（约41.7%，100.642kNm3/h）进煤气预热器04E001管程与壳程的来自第一变换炉的变换气换热到200℃，再经蒸汽混合器04S003进入一变炉04R001进行变换。

出第一变换炉的变换气（温度约392.1℃）进入煤气换热器04E001的壳程，与管程煤气换热后（温度约359.5℃），与来自04S002的另一股粗煤气（约32.5%，78.4384kNm3/h，作为一段高温变换气的冷激气）相混合，进入1#淬冷过滤器04S004被锅炉给水淬冷到200℃，然后进入第二变换炉04R002进行变换反应。

shell煤气化各岗位工艺流程U-1100磨煤及干燥工艺流程煤流程：原煤和石灰石用皮带从电厂送至本工段的V1101碎煤仓和石灰石仓V1102，再通过称重给料机X1101和X1106计量后送至微负压的磨煤机A1101进行碾磨，并被热风炉F1101送过来的189℃的热风所干燥。

在磨机上部的旋转分离器S1102的作用下，温度为105℃、粒度为10—90微米的煤粉和热气一起从磨机顶部出来，被送至粉煤袋式过滤器S1103（大布袋），在此，煤粉被收集下来，分别经旋转给料机X1105和螺旋输送机X1102、X1104送至粉煤贮仓V1201。

热风流程：热气从大布袋S1103上部出来，经循环风机K1102输送至热风炉F1101，用合成气（原始开车时用柴油）将其从105℃加热至189℃，送往磨煤机A1101，然后和煤粉一起进入大布袋，如此循环。

为避免整个热气循环回路中水分的聚集，根据水分分析数据自动从11FV0110处加入污氮降低其露点，如果回路压力上升，部分热气自动从11PV0109A处放空。

如果系统O2含量超标，污氮就会从11FV0105或11FV0106处加入。

U-1200煤加压进料系统工艺流程粉煤从粉煤贮仓V1201通过重力作用进入煤粉锁斗V1204，煤粉锁斗V1204充满后，将其与所有的低压设备隔离，用高压氮气将其压力升至与煤进料罐V1205平衡，再打开煤锁斗与煤进料罐之间平衡管线的连通阀，一旦煤进料罐V1205达到低料位，打开锁斗排料阀12XV0131/0231/0132/0232卸料。

卸料完毕后将锁斗与煤进料罐隔离，将压力分三次卸至接近常压，然后打开锁斗上部的进料阀12XV0133/0233/0123/0223，接受粉仓的煤粉，锁斗充装完毕后，再次充压，等待下一次的卸料信号。

煤进料罐内温度为80℃、压力为4.2MPa的煤粉在煤循环/给料程序13KS0011/12/13/14的控制下，经过计量和调节后分别进入烧咀。

SHELL煤气化工艺与TEXACO水煤浆气化工艺的比较SHELL煤气化工艺与TEXACO水煤浆气化工艺，是当前先迚而又成熟的两种煤气化技术，已成功地在工业规模上应用多年。

现将两种气化工艺对比分析如下：（1）原料的适应性SHELL煤气化是洁净的煤气化工艺，可以使用褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤等煤种以及石油焦为原料，也可使用两种煤掺合的混煤。

幵成功地将高灰分（5.7～24.5%，最高35%）、高水分（4.5～30.7%）和高硫分的劣质煤种迚行气化。

对于原料煤和燃料煤价差较大地区有可能使其两者合一，既简化贮运系统可又降低生产成本。

对SHELL 煤粉气化工艺，煤种选择已经不是气化技术的制约因素，而是经济因素。

可见该工艺在煤种选择上极具灵活性。

在TEXACO水煤浆气化工艺中也能使用很多煤种：如烟煤、次烟煤、石油焦和煤液化残渣，因而对原料适应性同样是很广的。

但是在煤种选择上需考虑以下两点：1应选用含水低，尤其是内水含量低的煤种，以满足制取高浓度水煤浆的需要；2选用灰融点低和灰粘度适宜的煤种。

灰融点FT（T3）最好低于1300℃，以利于控制合适的气化温度，延长炉内耐火砖的使用寿命，达到降低消耗减轻成本的目的。

（2）入炉煤的准备原料用煤通常是粉、粒混杂不均，需筛选和研磨破碎使其达到一定粒度，以满足输送和气化操作要求。

在SHELL煤气化工艺中，将煤研磨至气化合适粒度的同时，用惰性气体的热风迚行干燥。

出磨机时煤粉的粒度90%wt<100μ，对本项目煤种，煤粉含水量控制在5%（wt）左右，以满足气相输送干粉迚料的要求。

在TEXACO水煤浆气化工艺中，通常采用一段湿磨工艺，小于10毫米粉煤与水、添加剂同时加至磨煤机，过筛后制得高浓度水煤浆。

制浆要求煤粉的“粗”“细”颗粒要有合理比例：一般通过420μ煤粉占90～95%，通过44μ占25～35%较为适宜。

研磨操作中加入稳定剂后，可使煤浆浓度提高1～2%，使煤浆浓度达到60～67%工业应用的水平。

第1期　2010年1月中　氮　肥M 2Sized N itr ogenous Fertilizer Pr ogress No 11Jan .2010Shell 煤气变换高水气比改低水气比工艺总结王美丽,訾文礼,王志军(河南开祥化工有限公司,河南义马　472300)[摘　要]Shell 炉制得的粗煤气CO 含量高,变换采用高水气比工艺虽然无甲烷化副反应,但蒸汽消耗高。

河南开祥化工有限公司的应用实践证明:选用低水气比耐硫变换工艺可以获得很好的效果。

[关键词]Shell 炉;变换;催化剂;水气比[中图分类号]T Q 113126+413　[文献标识码]B [文章编号]1004-9932(2010)01-0014-04[收稿日期]2009207202[作者简介]王美丽(1979—),女,河南商丘人,工程师。

CO Shi ft Process with Low Steam to Carbon Rati o i n stead ofHi gh Rati o for Shell GasWANG M eili,ZIW enli,WANG Zhijun(Henan Kaixiang Chem ical Industry Co 1,L td,Yi m a 472300,China )Abstract:There is a high CO content in gas generated by Shell gasifier .The CO shift p r ocess with high stea m t o carbon rati o have no methanati on reacti on taking p lace,but stea m consump ti on is high .The app licati on in Henan Kaixiang Che m ical I ndustry Co 1,L td shows that l ow stea m t o carbon rati o shift p r ocess with sulfur t olerance catalyst is more suitable f or Shell gas .Key W ords:Shell gasifier;shift;catalyst;stea m t o carbon rati o0　引　言我公司是一家以煤为原料生产甲醇的化工企业,甲醇装置采用410MPa Shell 粉煤气化制气、317MPa 耐硫变换、低温甲醇洗脱硫脱碳、鲁奇加压合成工艺,甲醇生产规模为760t/d 。

Shell煤气化工艺的评述和改进意见作者：唐宏青Shell煤气化过程是目前世界上较为先进的第二代煤气化工艺之一。

按化学工程特征分类，Shell煤气化属气流床气化。

煤粉、氧气及少量水蒸气在加压条件下并流进入气化炉内，在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过程，气化产物为以H2和CO 为主的合成气，CO2的含量很少。

1 Shell煤气化技术的发展自20世纪50年代起，壳牌公司就参与了气化技术的开发。

当时，该公司开发了以油为原料的壳牌气化技术(SGP)，至今已有150多套装置采用该技术。

在积累了油气化经验后，壳牌公司1972年开始在该公司的阿姆斯特丹研究院(KSLA)进行煤气化技术研究。

1976年，煤气化工艺(SCGP)达到了一定的水平并建立了一座处理煤量为6t/d的试验厂，利用该装置一共试验了30多个不同的煤种。

1978年，在汉堡附近的哈尔堡炼油厂建设了一座处理煤量为150t/d的工厂，公司利用这座装置进行了一系列成功的试验，至1983年该装置停止运转为止，累计运行了6100h，其中包括超过1000h的连续运转，顺利完成了工艺开发和过程优化的任务。

在汉堡中试装置成功运行的基础上，1987年，壳牌公司在美国休斯顿附近的DeerPark石化中心建设了一座规模较大的工厂，这座命名为SCGP 1的示范厂进煤量为每天250t高硫煤或每天400t高湿度、高灰褐煤，共进行了15000h的操作试验。

SCGP 1试验了约18种原料，包括褐煤乃至石油焦。

这些试验结果充分证实壳牌煤气化技术在可靠性、原料灵活性、负荷可调性和环保方面都达到了极高水准，该示范装置的运行是成功的。

1988年，荷兰国家电力局决定由其下属的Demkolec公司在荷兰南部的BuGGenun兴建一座净输出为253MW的煤气化联合循环发电厂(ＩGCC)。

Shell公司为装置提供专利技术及基础工程设计，其煤气化装置设计能力为单炉日处理煤2000t、气化压力为2.8MPa。

２０２１，３１（１）滕晓琴　不同煤气化工艺下变换流程的设计　櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴毷毷毷毷设　计技　术不同煤气化工艺下变换流程的设计滕晓琴 惠生工程（中国）有限公司　上海　２０１２０３摘要　对于不同的煤气化工艺，会得到不同水气比的水煤气，比如Ｓｈｅｌｌ气化炉与ＧＥ气化炉，所产水气比有较大的差别，一般Ｓｈｅｌｌ气化炉所产水煤气的水气比较低，ＧＥ气化炉水煤气水气比较高。

针对不同的水气比，变换流程都有所不同，同时水气比对反应深度及催化剂的选择都有不同的影响。

关键词　ＣＯ变换　催化剂　高水气比　低水气比滕晓琴：工程师。

２０１１年毕业于大连理工大学化学工艺专业。

现从事化工设计工作。

联系电话：１３４７２６５３９８９，Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｆｔ０４１４＠１６３ ｃｏｍ。

１　变换的基本原理ＣＯ变换就是水煤气在催化剂的作用下，经过化学反应将一部分的ＣＯ变换成Ｈ２的过程。

主要反应公式如下［４］：ＣＯ＋Ｈ２幑幐ＯＣＯ２＋Ｈ２（１）ＣＯＳ＋Ｈ２幑幐ＯＣＯ２＋Ｈ２Ｓ（２）ＣＯ变换提高了合成气中的氢碳比，同时还将 一部分有机硫转化成了无机硫，有利于后续工段的硫脱除。

２　ＧＥ炉水煤气变换流程设计２ １　两台变换炉的设计方案（方案一）在ＧＥ气化炉技术中，一般出口水煤气的水气比较高，大约为１ ４。

以一工程设计为例，从气化工段来的水煤气的水气比为１ ３６，水煤气组成见表１。

表１　ＧＥ水煤浆气化气体组成组分ＣＯＨ２ＣＯ２Ｎ２＋ＡｒＨ２ＳＣＯＳＣＨ４ＮＨ３Ｈ２Ｏ％（ｍｏｌ）１８ ５２１４９ ９４０ １８０ １３００ ０４０ ０１５７ １８ 该设计包括四种工况：①工况１—生产ＣＯ工况；②工况２—生产丁辛醇工况；③工况３—生产甲醇工况；④工况４—生产氢气工况。

由于下游产品的需求不同，ＣＯ变换的深度也会有所改变，因此，如果想要在同一工艺流程图中体现出这四种工况，需要对全流程进行合理设计。

比如工况１，由于规定产品为ＣＯ，就要求变换后保持尽量多的ＣＯ产品，所以ＣＯ变换工段应该尽量不能发生公式（１）的反应，ＣＯ变换只需要实现热回收而不需要实现成分的改变。

低水汽比变换在煤化工中的应用摘要：某企业煤制甲醇装置气化工段采用shell牌粉煤气化技术。

变换段直接采用目前实用的低水蒸气比变换技术，生产运行中采用分段控制调节，不仅能有效避免长期受水蒸气变换技术影响的床温轻飞行问题，而且每年还能节约大量蒸汽消耗资金，节能效果明显。

关键词：变换温度；水汽比；蒸汽；消耗前言当前高水汽比装置运行中存在的主要问题如下:第一变换炉催化剂故障，运行温度高，操作困难；蒸汽消耗量高；该装置存在重大安全风险。

为了降低能耗，实现安全、稳定、长期、完整、优质的装置生产，工程技术人员决定在对改造装置运行规律进行长期探索研究后，修改优化原改造工艺。

经与设计部门讨论，得出结论认为低水汽比变换技术是可行的。

随着时代的进步，加工设备的设计和开发也在朝着节能和减少消费的方向发展。

加工装置的气体水比用蒸汽控制气体加工反应深度的技术低，具有蒸汽消耗低、催化剂活化温度低、运行成本低等优点，在节能减排方面具有很大优势。

1低水汽比变换工艺流程概述加工单位是煤气化的下游单位。

其目的和效果是延长CO2原料气体中的过量CO，同时生产H2，以调节原料气体中的CO和H2浓度，满足下游甲醇合成设施的碳比要求。

煤气化装置产生的粗煤气首先进入粗煤气分离器分离带的水中，然后进入粗煤气过滤器去除固体机械杂质。

粗煤气滤清器产生的粗煤气分为三组:进入气体预热器的管和来自第一加工炉出口的加工气体壳电路加热200℃，然后通过蒸汽混合器进入第一加工炉进行加工。

第一变换炉的变换气体(温度不超过430℃)进入气体热交换器壳，在与管内的传热气体发生热变化后，与原料气体过滤器中的另一种原料气体(作为高温变换气体的冷激气体)混合，进入第一应急冷却滤清器，经锅炉用水紧急冷却200℃，然后进入第二转化炉进行转化反应。

第二转化炉中的气体与第三生气过滤器中的生气相混合，然后进入紧急冷却过滤器2#处，通过锅炉水紧急冷却气体至200℃，再进入第三转化炉04R003进行转化反应。

变换装置低水汽比改造总结戴乐亭【摘要】介绍了变换装置的工艺流程及低水汽比改造方案.【期刊名称】《河南化工》【年(卷),期】2010(027)015【总页数】3页(P53-55)【关键词】变换;低水汽比;改造【作者】戴乐亭【作者单位】河南煤业化工集团,永煤公司龙宇煤化工有限公司,河南,永城,476600【正文语种】中文【中图分类】TQ051.6目前采用Shell煤气化技术企业的变换装置工艺流程设计都采用高水汽比的激冷或废锅流程，其中大多采用3～4个变换炉进行变换；第一变换炉设计以化工反应的动力学为设计依据，而以后几个变换炉以化工反应的热力学为设计依据。

由于变换反应是放热反应，高CO的煤气变换放出的热量很多，就需要降低变换炉入口温度提高入口气体的水汽比来防止变换炉反应床层超温。

这样，在变换装置运行的过程中需要消耗大量的中压蒸汽。

随着时代的进步，变换装置的设计研发也向着节能降耗的方向发展，变换装置低水汽比流程采用加入蒸汽量来控制煤气变换反应深度，耗用蒸汽量少，催化剂起活温度低，运行成本少，在国内和国际上属于领先水平，在节能减排方面都有着巨大的优势。

目前在国内采用低水汽比流程的厂家有河南开祥、广西柳州和中原大化，通过运行已经初步取得成功。

变换的原理是气体中的CO和水蒸气在一定温度和压力条件下，在变换催化剂的作用下发生变换反应生成H2和CO2。

本变换装置采用的催化剂是宽温耐硫变换催化剂，采用的工艺是宽温耐硫部分变换工艺，这是根据粗煤气中CO浓度高、含有硫化物和下游装置对原料气中CO浓度的要求来选取的。

而高浓度的CO在耐硫变换催化剂、高温、低水汽比情况下会发生甲烷化副反应，一氧化碳变换技术不仅要防止甲烷化副反应的发生，而且要有利于节能。

从煤气化装置来的粗煤气[（168℃、3.8MPa（a）、183.9O4kNm3/h）]，首先进入原料气分离器S－151O1，分离出夹带的水分，然后进入原料气过滤器S－151O2除去固体机械杂质。