KBR的煤制合成氨新工艺(NH3)prd.docx
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1、KBR的的煤制合合成氨新新工艺 摘要KKBR传传愉床气气化炉(也称之之为TRRIG)是一种种先进的的煤气化化技术,可可提供干干净、无无颗拉的的合成气气。TRRIG是是一种紧紧凑的加加压循环环流化床床反应器器,无内内部或移移动部件件。其运运行和机机械设计计源自KKBR的的流化催催化裂化化(FCCC)技技术,该该技术已已有600多年的的成功商商业运营营经验。描描述了煤煤制合成成氛的KKBR新新工艺,其其中TRRIG作作为KBBR合成成氛装里里流程中中的一部部分,向向一个典典型的115000t/d的的合成氨氨回路提提供氮气气。论述述了基于于TRIIG特性性的工艺艺整合和和优化要要素,以以实现稳稳定高
2、效效的煤制制合成氛氛工厂设设计。关键词:KBRR传输床床,气化炉炉,煤气化化,新工艺艺0前言 煤气化化是指在在高温、高高压、蒸蒸汽以及及有限的的氧气存存在的情情况下,将将煤炭分分解气化化的过程程。通过过限制氧氧气的量量,可避避免煤的的完全燃燃烧,使使煤炭分分解成更更有价值值的合成成气(主主要成分分是一氧氧化碳和和氢气)。在合合成氨生生产工艺艺中,煤煤要尽量量多地转转化为氢氢气;煤煤气化产产生的粗粗合成气气与蒸汽汽发生催催化变换换反应,将将其中的的一氧化化碳转化化为二氧氧化碳,同同时产生生更多的的氢气用用于氨合合成。 煤气化化的实际际化学原原理相当当复杂,目目前其基基本依据据是煤炭炭的非催催化部
3、分分氧化反反应,通通常在高高温耐火火衬里容容器内进进行。在在煤气化化过程中中会产生生多种副副产品,煤煤中的硫硫大多转转化为硫硫化氢和和氧硫化化碳,氮氮转化为为氨和氰氰化氢。煤煤的燃烧烧程度取取决于输输送至气气化炉的的氧气量量。气化化炉一般般在绝热热状态下下工作,放放热反应应产生的的热必须须与吸热热反应消消耗的热热以及原原料升温温至反应应温度所所需热量量保持平平衡。反反应温度度通常通通过向气气化炉内内添加水水或蒸汽汽来进行行控制。1 KBBR传输输床气化化炉 KBRR传输床床气化炉炉(也称称之为TTRIGG)是一种种先进的的循环流流化床反反应器,没没有内部部或移动动部件,可可在空气气和氧气气两种
4、模模式下工工作。TTRIGG的机械械设计和和操作是是基于KKBR的的流化催催化裂化化(FCCC)技技术,已已有600多年的的成功商商业运行行经验。与与传统的的循环流流化床相相比,TTRIGG的固体体循环速速率和气气体流速速要快很很多,提提升管密密度要大大很多,因因此具有有较高的的生产能能力和碳碳转化率率、混合合均匀、传传热和传传质速率率较快等等特点。 20世世纪900年代中中期,KKBR在在美国阿阿拉巴马马州威尔尔逊维尔尔投运了了工程规规模为550 tt/d的的示范装装置,已已成功气气化多种种煤(包包括烟煤煤、次烟烟煤和褐褐煤)。TTRIGG的独特特优势是是其能在在空气和和氧气两两种模式式下工
5、作作:空气气模式适适用于IIGCCC发电;氧气模模式提供供合成气气,用于于多种化化学品和和燃料的的生产。目目前正在在设计美美国密西西西比州州的6000 MMW IIGCCC电厂,采采用褐煤煤气化,设设计2台台TRIIG在空空气工况况下并行行工作,单单炉日处处理煤量量3 7750 t。 TRIIG分为为造渣式式和无渣渣式2种种。造渣渣式TRRIG采采用高温温气化,高高温下煤煤灰产生生的熔渣渣沿着气气化炉内内壁向下下流人单单独的炉炉腔,用用循环水水急冷和和固化,固固体废料料定期清清除和处处理。无无渣式TTRIGG在中温温下工作作,因此此适用于于煤灰和和水含量量较高的的低阶煤煤;TRRIG的的中温操
6、操作可减减少耗氧氧率,从从而降低低空分装装置(AASU)的相关关成本和和用电量量;另外外,对低低阶煤,TTRIGG可提供供高碳转转化率,同同时确保保不会产产生焦油油。 与其它它商业气气化炉相相比,TTRIGG具有多多方面的的优点。 如图II所示,KKBR传传输床气气化炉(TRIIG)由由混合区区、提升升管、旋旋风分离离器、返返料机构构、立管管和J管管组成。蒸蒸汽和氧氧气(或或空气)分别通通过2根根管线进进料,并并在混合合区与立立管返回回的循环环固体混混合。在在混合区区内,循循环固体体中未转转化的碳碳被进一一步燃烧烧,产生生的热量量用于气气化反应应。新鲜鲜煤由混混合区上上方进料料,避免免在混合合
7、区内与与氧提前前燃烧。煤煤气化反反应主要要在新鲜鲜煤进料料注人点点上方的的提升管管内进行行,产生生的合成成气与固固体共同同沿提升升管上升升,通过过I个横横向弯头头或弯管管进人第第I级旋旋风分离离器,通通过重力力和(或或)离心心力清除除混合物物内大部部分的颗颗粒。气气体和剩剩余固体体随后进进人第22级旋风风分离器器,可清清除大部部分固体体颗粒。合合成气由由第2级级旋风分分离器顶顶部排出出装置,进进人余热热回收锅锅炉。旋旋风分离离器收集集的固体体通过返返料机构构、立管管和J管管循环进进人气化化炉的混混合区。为为了避免免煤灰积积聚,TTRIGG提供了了粗煤灰灰连续排排放系统统。 与传统统流化床床气化
8、炉炉不同,TTRIGG采用类类似于FFCC装装置的高高循环比比,其循循环倍率率(固体体循环流流量/投投煤量)达到550一1100。这这使整个个气化炉炉近乎在在恒温下下操作,并并且具有有极大的的热容量量,由此此气化反反应可均均匀而充充分地进进行,因因此TRRIG操操作也非非常稳定定。图I KKBR传传输床气气化炉(TRIIG)结结构简图图2 KBBR煤制制合成氨氨工艺 在KBBR煤制制合成氨氨工艺中中,专有有的TRRIG技技术被整整合到传传统的KKBR合合成氨回回路。KKBR煤煤制合成成氨的工工艺流程程如图22所示。图2 KKBR煤煤制合成成氨工艺艺流程框框图当生产合合成氨时时,气化化炉采用用纯
9、氧作作气化剂剂,以降降低下游游处理装装置的负负荷。 以合成成氨装置置生产能能力1 5000 t/d为例例,其合合成圈与与KBRR几年前前设计的的1 5500 t/dd以天然然气为原原料的合合成氨装装置相同同,该装装置位于于中国海海南省并并于20003年年投产。同同时,115000 t/d的生生产能力力也与密密西西比比IGCCC发电电厂项目目所用的的TRIIG的规规模相同同。 TRIIG适用用于多种种原料煤煤,尤其其是低阶阶煤。假假定TRRIG使使用美国国波德河河盆地(PRBB)煤(是美国国最常见见的采矿矿煤,属属次烟煤煤),与与其它烟烟煤或无无烟煤相相比,PPRB煤煤是低阶阶煤,其其热值和和硫
10、含量量都比较较低。PPRB煤煤(人厂厂)低热热值(LLHV)约为119 0000 kJ/kg, PPRB煤煤(人厂厂)的典典型成分分分析见见表1。表1 PPRB煤煤(入厂厂)的典典型成分分分析成分质量分数数/%C510774O11.552H3.411N0.711S0.266CL0.011F0.011水分27.221灰分5.1332.1合合成气制制取2.1.1预处处理和进进料 原料煤煤破碎至至所需粒粒度后,进进料至煤煤炭干燥燥机。由由于TRRIG比比其它气气化炉接接收的煤煤炭颗粒粒大,因因此破碎碎煤的能能耗较低低。煤粉粉经干燥燥后进人人气化炉炉煤储箱箱,以循循环合成成气作为为传输流流体,通通过锁
11、斗斗进人加加压TRRIG装装置。煤煤粉的进进料点要要稍高于于气化炉炉混合区区,便于于进人气气化炉后后形成流流化态。用用PRBB煤为原原料时,按按干燥无无灰基(MAFF )计计算,吨吨氨煤耗耗约为11.455t。2.1.2空分分装置 KBRR的煤制制合成氨氨工艺采采用氧气气作为氧氧化剂。氧氧气由空空分装置置(ASSU)提提供,气气化选用用的氧气气纯度约约为体积积分数998%。该该氧气纯纯度可以以有效地地平衡空空分装置置与下游游加工设设备的负负荷和成成本,同同时兼顾顾整个工工厂的生生产能力力。氧气气内的主主要杂质质是氢气气和氮气气,在约约41000 kkPa和和室温下下进人气气化炉。空空分装置置同
12、时向向下游合合成氨系系统提供供24000 kkPa、室室温的纯纯氮气(体积分分数999.9999%)。由由于TRRIG耗耗氧量低低,空分分装置的的负荷和和用电量量也较其其它气化化炉低。对对15000 tt/d的的合成氨氨装置,需需氧量约约为18800 t/dd,用氮氮量约为为13000 tt/d,空空分装置置耗电量量为355一400 MWW.2.1.3煤气气化 半干煤煤粉、氧氧气和蒸蒸汽进人人TRIIG的混混合区附附近,并并在混合合区内与与循环固固体接触触。煤气气化反应应发生在在高速气气流通过过的流化化床内。通通过控制制氧气的的流量,可可以有效效地控制制煤在气气化炉内内的燃烧烧。蒸汽汽作为反反
13、应物和和调节剂剂,将反反应温度度控制在在9800左右。生生成的合合成气随随同剩余余的未气气化固体体沿着提提升管进进人分离离器,合合成气内内较大的的固体颗颗粒在第第1旋风风分离器器内脱除除,剩余余的较小小固体颗颗粒经第第2旋风风分离器器分离脱脱除后返返回立管管,并与与先前脱脱除的大大颗粒混混合,循循环返回回气化炉炉混合区区。在立立管底部部连续排排出少量量粗煤灰灰,以避避免气化化炉内积积聚固体体。基本不含含固体颗颗粒的合合成气由由第2旋旋风分离离器顶部部离开气气化炉进进人合成成气主冷冷却器,其其温度约约为9880,压力力为35585 kPaa。下游游流程的的少许冷冷却合成成气返回回气化炉炉,用于于
14、输送煤煤粉并用用作气化化炉内的的流化气气。离开开气化炉炉的合成成气的成成分取决决于所用用煤种。用用氧气作作气化剂剂时,PPRB煤煤出口合合成气的的典型成成分见表表20表2 TTRIGG用PRRB煤和和氧气生生产合成成气的典典型成分分成分体积分数数(干基基)CO/%45.00-500.0H2/%30.00-355.0CO2/%13.00一188.0CH4/%1.0一一5.00NH3/%0.1一一1.00N2/%0.1一一0.55Ar/%0.1-0.55H2S/ x110-66500一一10000HCN/ x110-6650一3300COS/ x110-6610一1100HF/ x100-610一
15、550HCI/ x110-6610一5502.1.4余热热回收出TRIIG的合合成气温温度约9980%,与传传统的二二段炉出出口温度度相当。气气体通过过专门设设计的高高压蒸汽汽余热锅锅炉和高高压蒸汽汽过热器器,高等等级的热热量被过过热高压压蒸汽回回收。根根据整个个工厂的的蒸汽系系统使用用情况,余余热锅炉炉和高压压蒸汽过过热器之之间的负负荷分配配可进行行优化。最最终合成成气被冷冷却至约约3700。2.1.5颗粒粒物控制制 余热回回收后,合合成气流流经I个个KBRR专有颗颗粒物控控制装置置(PCCD ),用于于脱除合合成气内内剩余的的颗粒物物(如细细煤灰)。脱除除细颗粒粒物是气气化炉系系统的重重要
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