KBR循环流化床气化技术

无
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TRIG气化技术的应用情况
用户 东莞
南方公司
南方公司/美 国能源部
国家 中国 美国 美国
投煤量 吨/天 2000
3750×2
50
当量制氢能力 NM3/hr
70,000
投产年 份
2011
140,000 × 2
2013
2,000
1995
20
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» 低原料成本 – 中低阶煤, 高灰、高水 » 低能量消耗 » 低水耗，环保－没有黑水 » 高质量的洁净合成气 » 低投资和维护费用 » 高可靠性和在线率
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排灰系统
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» 反应活性高有利于气化
– 形成期年轻 – 褐煤、长焰煤、不黏煤、弱黏煤 – 粒径要求 ~ 400 μm 相对于气流床
的100 μm
» 含水量要求宽松
– <18％，可以直接进炉
» TRIG 对硫含量没有要求 » TRIG 对灰份含量没有要求 » 高灰熔点有利于TRIG的操作
源自文库Air
O2
Air
O2
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典型的TRIG合成气组成
组分 CO H2 CO2 CH4 NH3 N2 Ar H2 S HCN COS HF HCl
基于: PRB煤和氧气气化
Mol% (干基) 45.0 - 50.0 30.0 - 35.0 13.0 - 18.0 1.0 - 5.0 0.1 - 1.0 0.1 - 0.5 0.1 - 0.5
– 流态化是气固反应的最佳选择 – 至今为止运用最为成熟和广泛的循环流化床技
术，在几乎全球的每一个炼油厂内运行 – 易于工程放大，具有丰富的大规模工业化经验 – KBR于1942年开发了全球第一家FCC装置，是
该技术经验最丰富的专利商
» 简单设备结构
– 无高温煤烧嘴 – 无内部件、移动件和膨胀节
» 设备材质
情况下保证固体不进入下游单元
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» 传统排灰系统
– 直接水冷，产生黑水，设备腐蚀 – 锁斗减压，间歇操作、较大的磨损
» KBR专有设计的排灰系统
– 非接触式间接冷却 – 预热锅炉给水 – 消除灰和水份的接触，不产生黑水 – 连续排灰、冷却、减压系统 – 无移动件 – 迄今为止100％可靠
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» 低原料成本
– 中低阶煤，难处理的煤 – 高灰煤 – 高水份煤
» 低能耗和操作成本
– 中高温操作，气化过程消耗氧气少 – 工艺蒸汽消耗量较小 – 固态排灰，无融渣耗热 – 热量回收为高品位动力蒸汽，最大化能量利用效率 – 飞灰干法过滤，能耗非常低 – 煤灰预热锅炉给水
» TRIGTM煤气化技术
– 专门处理褐煤、次烟煤等中低阶煤的煤气化技术 – 加压干粉煤（第二代气化技术） – 2009年2月正式开始允许转让
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开发背景
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TRIGTM – 方框流程图
空气
HP N2 LP N2
空分单元
氧气
循环气压缩机
循环合成气
废热回收
Source: International Energy Outlook 2004, World Energy Outlook, 2007
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低阶煤 48% 高阶煤 52%
低阶煤 46% 高阶煤 54%
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» 清洁煤处理技术示范工程
– 90年代美国能源部（DOE）资助 – KBR公司和美国南方公司合作开发 – KBR负责开发主体煤气化装置 – 1995年示范装置建成并投产
KBR的先进煤气化技术 – 输运床气化炉 (TRIGTM)
2010年 8月 KBR中国技术中心 010-84862640
吴建昱
» 开发背景 » 技术特点和性能表现 » TRIGTM的优势 » 应用情况 » 总结
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内容提纲
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煤的类型/等级
低阶煤
高阶煤
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TRIG 煤种选择
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Carbon Conversion, %
100
Powder River Basin 次烟煤
98
96
94
92
90
88
86
84
82
80
Air
O2
TRIG 示范装置测试结果
Falkirk Lignite 褐煤
Freedom Lignite 褐煤
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TRIG 的优势
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» 低维护成本
– 无烧嘴和易损件，降低设备耗材
– 高寿命耐火材料，>10年
» 设备高度可靠
– 温和的操作条件
无需备炉
– 简单并经过验证的设备结构
– 混合均匀，热容大，操作强度大
– 对煤种变化不敏感
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含灰气体
管套
固体
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颗粒控制系统(PCD)－设备特点
» 传统飞灰处理方式
– 水洗，产生黑水 – 陶瓷过滤器，容易破碎
» KBR PCD过滤器
– 热金属滤芯，材质更加坚固 – 烛台式组合，分布均匀，压降更小 – 高效过滤飞灰，出口合成气固体含量
< 0.1 ppmw – 增强型的安全保护机制，在滤芯破损
为何使用 TRIG ?
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谢谢…
Questions?
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– 碳钢外壳 – 耐火耐磨两层衬里
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碳钢外壳 绝热材料 耐磨材料 没有内件
气化炉内部结构
气体通道 (980°C)
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废热锅炉－工艺特点
» 设备结构
– 立式火管 – 包含饱和蒸汽发生器、过热器、两段省煤器
» 既可以空气气化，也可以氧气气化 » 专有的密相输送系统
– 较低的粒径要求，D50: 0.3~0.4mm左右 – 较低的水含量要求， <18%
» 固态排灰 » 洁净的合成气，无焦油，酚类
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KBR 输运床气化炉 (TRIG™)－设备特点
» 从流化催化裂化（FCC）技术派生
煤
备煤
系统
投煤系统
MP蒸汽 BFW HP蒸汽
TRIG™ 气化炉
废热锅炉
颗粒物 控制系统
变换单元
合成气
粗灰 移除系统
粗灰 移除系统
粗灰
细灰
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KBR 输运床气化炉 (TRIG™)－工艺特点
» 高循环比流化床
– T: 900~1000C P: 34~40 bar – 高循环比，50～100循环倍率 – 混合均匀，近乎恒温操作
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TRIG 的优势
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气化炉类型 气流床 固定床/移动床 KBR TRIG™
TRIG 性能优点对比
能耗
在线率
操作成本
生产能力
焦油、酚
高
中
高
中
无
低
高
中
低
高
低
高
低
高
4 较大优势
2 较小优势
0 没有优势
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» 入口温度: ~980 C，出口温度~370 C » 最大化回收热量
– 产生过热高压蒸汽 – 良好的动力蒸汽
» 连续稳定运转
– 合成气不含焦油 – 干燥、固态煤灰，无粘结性
粗合成气
过热高 压蒸汽
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BFW 合成气至PCD
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颗粒控制系统 (PCD)
褐煤 C = 25 to 35% HHV = 9,000 to
19,000 kJ/kg
次烟煤 C = 35 to 45% HHV = 19,000 to
30,000 kJ/kg
烟煤 C = 45 to 86% HHV = 25,000 to
35,000 kJ/kg
无烟煤 C = 86 to 98% HHV > 35,000
kJ/kg
年龄, 含碳量, 热值 含水量，挥发份
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全球煤炭分布
低阶煤 54% 高阶煤 46%
低阶煤 65% 高阶煤 35%
低阶煤 99% 高阶煤 1%
低阶煤 8% 高阶煤 92%
低阶煤 27% 高阶煤 73%
低阶煤 58% 高阶煤 42%
低阶煤 0% 高阶煤 100%
500-1000 ppmv 50-300 ppmv 10-100 ppmv 10-50 ppmv 10-50 ppmv
» 合成气中水份含量 – 氧气气化: 15～17%
» H2 / CO – 氧气气化: 0.7
» 无颗粒 (< 0.1 ppmw固体) » 温度: 350oC (PCD 出口) » 压力: 3.5 MPaa (PCD 出口)
TRIG 的优势
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» 低投资成本
– 耗氧量低，降低昂贵的空分单元投资 – 设备结构简单，有效降低制造成本 – 水份和粒径要求宽松，降低备煤系统的投资 – 单炉处理能力大，设计投煤量可达4000吨/天
» 低环保成本
– 较低的耗水量 – 合成气洁净，无焦油、酚 – 干法过滤、间接式煤灰冷却；不产生任何黑水 – 最小化废物处理的成本