摘要 KBR提升管氣化爐（也稱之為TRIGTM）是一種先進(jìn)的煤氣化技術(shù)，可提供干凈、無顆粒的合成氣。TRIG是一種緊湊的加壓循環(huán)流化床反應(yīng)器，無內(nèi)部或移動部件。其運(yùn)行和機(jī)械設(shè)計(jì)源自KBR的流化催化裂化（FCC）技術(shù)，該技術(shù)已有60多年的成功商業(yè)運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)。本文描述煤制合成氨的KBR新工藝，其中TRIG作為KBR合成氨裝置流程中的一部分，向一個(gè)典型的1500噸/天的合成氨回路提供氫氣。本文進(jìn)一步論述了基于TRIG特性的工藝整合和優(yōu)化要素，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效的煤制合成氨工廠設(shè)計(jì)。
概述
隨著石油和天然氣價(jià)格不斷上漲，人們?nèi)找骊P(guān)注煤氣化等技術(shù)，用于將低價(jià)的碳?xì)浠衔镌限D(zhuǎn)化為高價(jià)終端產(chǎn)品。在石油和天然氣廣泛用作能源前，煤炭用于生產(chǎn)煤氣，管道輸送給城鎮(zhèn)用戶用于照明、供熱和烹調(diào)。即使現(xiàn)在，南非仍然使用煤氣化技術(shù)以滿足其大部分石化原料的需求。在中國，很多合成氨廠也采用煤氣化獲得合成氣。 氨是化肥生產(chǎn)中使用最廣泛的中間物，通常用蒸汽催化轉(zhuǎn)化天然氣法生產(chǎn)。天然氣是含氫量最高的化石燃料之一。因此，從效率角度而言，天然氣是合成氨的一種理想原料。但隨著天然氣價(jià)格不斷上漲，煤氣化已經(jīng)成為一種經(jīng)濟(jì)可行的替代方法。 本文將介紹一種將煤轉(zhuǎn)化為氨的新KBR工藝。
煤氣化
煤和其它化石燃料一樣，是主要由碳?xì)浣M成的混合物，但也含有相當(dāng)量的氧、氮、硫和其它礦物質(zhì)。煤氣化是指在高溫高壓、蒸汽以及有限的氧氣存在的情況下，將煤炭分解氣化的過程。通過限制氧氣的量，可避免煤的完全燃燒。相反，煤炭會分解成更有價(jià)值的合成氣，主要成分是一氧化碳和氫氣。在合成氨工藝中，煤要盡量多地轉(zhuǎn)化為氫氣。煤氣化產(chǎn)生的粗合成氣通過蒸汽發(fā)生催化變換反應(yīng)，將一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳，并同時(shí)產(chǎn)生更多氫氣用于合成氨。 煤氣化的實(shí)際化學(xué)原理相當(dāng)復(fù)雜。目前其基本依據(jù)是煤炭的非催化部分氧化反應(yīng)，通常在高溫耐火襯里容器內(nèi)發(fā)生。以下是煤氣化過程中基本反應(yīng)的簡單表達(dá)。 放熱反應(yīng)：
煤氣化過程中還有其它副反應(yīng)，產(chǎn)生多種副產(chǎn)品。煤中的硫大多轉(zhuǎn)化為硫化氫和硫化羰，氮轉(zhuǎn)化為氨和氰化氫。煤的燃燒程度取決于輸送至氣化爐的氧氣量。氣化爐一般在絕熱狀態(tài)下工作，放熱反應(yīng)產(chǎn)生的熱必須與吸熱反應(yīng)消耗的熱以及原料升溫至反應(yīng)溫度所需熱量保持平衡。反應(yīng)溫度通常通過向氣化爐內(nèi)添加水或蒸汽來控制。
KBR提升管氣化爐
KBR 提升管氣化爐（也稱之為TRIGTM） 是一種先進(jìn)的循環(huán)流化床反應(yīng)器，沒有內(nèi)部或移動部件。設(shè)計(jì)在空氣和氧氣兩種模式下都可工作。TRIG的機(jī)械設(shè)計(jì)和操作是基于KBR的流化催化裂化（FCC）技術(shù)，已有60多年的成功商業(yè)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。 TRIG與傳統(tǒng)的的循環(huán)流化床相比，其固體循環(huán)速率和氣體速度要快很多，提升管密度要高很多。因此具有較高的生產(chǎn)能力和碳轉(zhuǎn)化率、混合均勻、傳熱和傳質(zhì)速率較高。
二十世紀(jì)九十年代中期，KBR在美國阿拉巴馬州威爾遜維爾投入運(yùn)行了工程規(guī)模為50噸/天的示范裝置（參閱圖1）。已成功使用多種煤，包括煙煤、次煙煤和褐煤進(jìn)行運(yùn)行。 TRIG的獨(dú)特優(yōu)勢是其能在空氣和氧氣兩種狀態(tài)下工作�？諝饽Ｊ竭m用于IGCC發(fā)電用途，氧氣模式提供合成氣，用于多種化學(xué)品和燃料的生產(chǎn)。目前正在設(shè)計(jì)美國密西西比州的一個(gè)600 MWe的IGCC電廠，用于向該州發(fā)電。該項(xiàng)目基于褐煤氣化，用兩....
