浅析KBR的煤制合成氨新工艺.doc

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1、nKBR的煤制合成氨新工艺25/25摘要KBR传愉床气化炉(也称之为TRIG)是一种先进的煤气化技术，可提供洁净、无颗拉的合成气。TRIG是一种紧凑的加压循环流化床反应器，无内部或移动部件。其运行和机械设计源自KBR的流化催化裂化(FCC)技术，该技术已有60多年的成功商业运营经验。描述了煤制合成氛的KBR新工艺，其中TRIG作为KBR合成氛装里流程中的一部分，向一个典型的1500t/d的合成氨回路提供氮气。论述了基于TRIG特性的工艺整合和优化要素，以实现稳定高效的煤制合成氛工厂设计。关键词:KBR传输床,气化炉,煤气化,新工艺0前言25/25煤气化是指在高温、高压、蒸汽

2、以及有限的氧气存在的情况下，将煤炭分解气化的过程。通过限制氧气的量，可幸免煤的完全燃烧，使煤炭分解成更有价值的合成气(要紧成分是一氧化碳和氢气)。在合成氨生产工艺中，煤要尽量多地转化为氢气;煤气化产生的粗合成气与蒸汽发生催化变换反应，将其中的一氧化碳转化为二氧化碳，同时产生更多的氢气用于氨合成。煤气化的实际化学原理相当复杂，目前其差不多依据是煤炭的非催化部分氧化反应，通常在高温耐火衬里容器内进行。在煤气化过程中会产生多种副产品，煤中的硫大多转化为硫化氢和氧硫化碳，氮转化为氨和氰化氢。煤的燃烧程度取决于输送至气化炉的氧气量。气化炉一般在绝热状态下工作，放热反应产生的热必须与吸

3、热反应消耗的热以及原料升温至反应温度所需热量保持平衡。反应温度通常通过向气化炉内添加水或蒸汽来进行操纵。1KBR传输床气化炉25/25KBR传输床气化炉(也称之为TRIG'')是一种先进的循环流化床反应器，没有内部或移动部件，可在空气和氧气两种模式下工作。TRIG的机械设计和操作是基于KBR的流化催化裂化(FCC)技术，已有60多年的成功商业运行经验。与传统的循环流化床相比，TRIG的固体循环速率和气体流速要快专门多，提升管密度要大专门多，因此具有较高的生产能力和碳转化率、混合均匀、传热和传质速率较快等特点。20世纪90年代中期，KBR在美国阿拉巴马州威尔逊维尔投运了工程规

4、模为50t/d的示范装置，已成功气化多种煤(包括烟煤、次烟煤和褐煤)。TRIG的独特优势是其能在空气和氧气两种模式下工作:空气模式适用于IGCC发电;氧气模式提供合成气，用于多种化学品和燃料的生产。目前正在设计美国密西西比州的600MWIGCC电厂，采纳褐煤气化，设计2台TRIG在空气工况下并行工作，单炉日处理煤量3750t。25/25TRIG分为造渣式和无渣式2种。造渣式TRIG采纳高温气化，高温下煤灰产生的熔渣沿着气化炉内壁向下流人单独的炉腔，用循环水急冷和固化，固体废料定期清除和处理。无渣式TRIG在中温下工作，因此适用于煤灰和水含量较高的低阶煤;TRIG的中温操作可

5、减少耗氧率，从而降低空分装置(ASU)的相关成本和用电量;另外，对低阶煤，TRIG可提供高碳转化率，同时确保可不能产生焦油。与其它商业气化炉相比，TRIG具有多方面的优点。25/25如图I所示，KBR传输床气化炉(TRIG)由混合区、提升管、旋风分离器、返料机构、立管和J管组成。蒸汽和氧气(或空气)分不通过2根管线进料，并在混合区与立管返回的循环固体混合。在混合区内，循环固体中未转化的碳被进一步燃烧，产生的热量用于气化反应。新奇煤由混合区上方进料，幸免在混合区内与氧提早燃烧。煤气化反应要紧在新奇煤进料注人点上方的提升管内进行，产生的合成气与固体共同沿提升管上升，通过I个横向

6、弯头或弯管进人第I级旋风分离器，通过重力和(或)离心力清除混合物内大部分的颗粒。气体和剩余固体随后进人第2级旋风分离器，可清除大部分固体颗粒。合成气由第2级旋风分离器顶部排出装置，进人余热回收锅炉。旋风分离器收集的固体通过返料机构、立管和J管循环进人气化炉的混合区。为了幸免煤灰积聚，TRIG提供了粗煤灰连续排放系统。与传统流化床气化炉不同，TRIG采纳类似于FCC装置的高循环比，其循环倍率(固体循环流量/投煤量)达到50一100。这使整个气化炉近乎在恒温下操作，同时具有极大的热容量，由此气化反应可均匀而充分地进行，因此TRIG操作也特不稳定。图IKBR传输床气化炉(TRIG

7、)结构简图25/252KBR煤制合成氨工艺在KBR煤制合成氨工艺中，专有的TRIG技术被整合到传统的KBR合成氨回路。KBR煤制合成氨的工艺流程如图2所示。图2KBR煤制合成氨工艺流程框图当生产合成氨时，气化炉采纳纯氧作气化剂，以降低下游处理装置的负荷。以合成氨装置生产能力1500t/d为例，其合成圈与KBR几年前设计的150025/25t/d以天然气为原料的合成氨装置相同，该装置位于中国海南省并于2003年投产。同时，1500t/d的生产能力也与密西西比IGCC发电厂项目所用的TRIG的规模相同。TRIG适用于多