煤化工裝置放空氣綜合回收利用技術分析

毛運秋，李占元，趙東峰，宋克勇，翟樹軍

(1.安陽化學工業集團有限責任公司，河南 安陽 455133；2.鶴壁煤電股份有限公司化工分公司，河南 鶴壁 458000)

1 引言

煤炭是中國的主要化石能源，也是許多重要化工產品的主要原料，隨著社會經濟持續高速發展，近年來中國能源、化工產品的需求也出現較高的增長速度，煤化工在中國能源、化工領域中已占有重要地位。近幾年以殼牌氣化爐作為煤化工裝置生產化工產品應運而生，由于氣化爐在內部結構、部件材質及設計方面存在一些缺陷，相繼出現了氣化爐負荷低、爐膛耐熱襯里壽命短；合成氣冷卻器入口積灰、堵渣嚴重；飛灰過濾器濾棒運行不穩定，易斷裂 漏灰等；點火燒嘴、開工燒嘴點火時間長，點火成功率低；吹灰器設計存在缺陷、積灰嚴重等問題。由于開始操作技術掌握不到位導致裝置運行周期短，工況難以控制，往往造成前期開停車檢修頻繁。而在進行化工生產過程所產生的放空氣體有：點火燒嘴處液化氣放空，氣化爐安全閥放空，飛灰鎖斗過濾器放空，飛灰鎖斗過濾器放空，飛灰氣提塔過濾器放空，飛灰過濾器出口安全閥放空，飛灰鎖斗過濾器安全閥放空，飛灰過濾器安全閥放空，循環氣壓縮機放空，渣收集器渣鎖斗放空，洗滌塔放空，分析儀放空，合成氣總管放空，磨煤與干燥系統單元放空，導淋收集槽出口放空，回流罐安全閥出口放空，回流罐出口放空，氣液分離器安全閥出口放空，，變換單元開車時為控制爐溫及停車時放空，凈化單元硫含量高放空，合成單元大量放空，壓縮工段為調節壓縮機振值部分新鮮氣及合成氣放空，硫回收尾氣放空、馳放氣放空等大量可燃氣體通過火炬燃燒，特別是由于生產運行不正常，頻繁開停車，導致有大量經氣化爐產生的有效氣體未去進行生產產品卻直接通過火炬燃燒而對天放空。

2 主要放空氣體成分

以殼牌氣化爐為代表，各種主要放空氣體成分如下：

從從表1、表2、表3、表4大量放空氣體成分可以看出：含有較高的熱值，通過火炬燃燒而對天放空，既會造成極大的浪費，同時放空氣體中存在超標的氮硫氧化物未經任何處理直接放入大氣中，將對空氣環境造成嚴重污染。問題擺在我們面前，如何解決。我們成立課題通過深入探索，集中回收這部分放空“廢氣”加入富氧空氣進行充分燃燒生產所需蒸汽，同時將“廢氣”燃燒后的煙氣通過脫硝、脫硫、濕式電除塵器實現煙氣超低排放。

表1 氮氣工況下開車不合格放空氣體成分

表2 突發停車二氧化碳工況下放空氣體成分

表3 馳放氣放空氣體成分

表4 硫回收尾氣放空氣體成分

3 放空氣體集中回收利用工藝流程

生產工藝流程簡圖如圖1所示。

圖1 生產工藝流程簡圖

水汽流程簡圖如圖2所示。

圖2 水汽流程簡圖

來自各工段放空氣體集中回收后進入可燃氣體混合緩沖器，與來自第二空氣預熱器的富氧空氣，從上部進入燃燒爐進行燃燒。(為了系統安全考慮中間安裝止逆閥及SIS系統)燃燒爐內產生的高溫煙氣經過蒸汽過熱器、脫硝裝置，余熱鍋爐產生的過熱蒸汽，并入蒸汽管網母管。煙氣經第二空氣預熱器、軟水加熱器、第一空氣預熱器進行換熱后，溫度降至160℃左右，然后經過引風機、煙水換熱器、脫硫裝置，在脫硫系統后通過濕式電除塵器進行精細除塵，，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別在10、35、50毫克/立方米以下(在基準氧含量6%條件下)。實現煙氣超低排放，煙囪出口拖尾長度在任何天氣情況下不超過150m。(脫硫裝置入口煙氣參數為設計值的條件下，脫硫裝置安全連續運行，性能保證值如下：SO2脫除率及脫硫裝置出口SO2濃度≤35 mg/Nm3(標態，干基，6% O2。脫硫裝置出口總塵(含可溶塵)排放：≤5 mg/Nm3(標態、干基、6% O2)。NH3逃逸濃度≤3mg/Nm3(標態，干基，6% O2)。除霧器出口煙氣攜帶霧滴(≤20μm)含量應低于30mg/Nm3(標態、6% O2)。)

4 煙氣吸收脫硝工藝原理

集中回收放空氣體經過與富氧空氣充分燃燒后產生的煙氣含有較高的氮氧化物，如果直接放入大氣中，長期以來將會對大氣造成嚴重污染，所以產生的煙氣在省煤器與空氣預熱器之間引出進行脫硝處理，通過噴淋液氨在催化劑(主要成分為五氧化二釩)的作用下于380～400℃充分反應

反應式如下：6NO+4NH3=5N2+6H2O，6NO2+8NH3=7N2+12H2O，在高溫及催化劑作用下將氮氧化物轉化為氮氣和水?？梢酝ㄟ^放空排入大氣中

5 煙氣吸收氨法脫硫工藝原理

氨法脫硫即用氨水通過噴淋與煙氣充分接觸，吸收煙氣中的二氧化硫，最終生成亞硫酸銨，反應式如下：

SO2+NH3+H2O=NH4HSO3

(1)

SO2+2NH3+H2O=(NH4)2SO3

(2)

SO2+(NH4)2SO3+H2O=2NH4HSO3

(3)

NH3+NH4HSO3=(NH4)2SO3

(4)

上述反應中，在送入氨量較少時，則發生(1)式反應；在送入氨量較多時，則發生(2)式反應；而式(3)表示的才是氨法中真正的吸收反應；因吸收過程中所生成的酸式鹽NH4HSO3對SO2不具有吸收能力，吸收液中NH4HSO3數量增多時對SO2吸收能力下降，操作中需向吸收液中補充氨，使部分NH4HSO3轉變為(NH4)2SO3，這就發生(4)式反應，以保持吸收液的吸收能力。

亞硫酸銨進一步氧化生成硫酸銨：在煙氣吸收過程中形成的(NH4)2SO3，需氧化為(NH4)2SO4才是期望的副產品。反應在專門設計的氧化器中進行，反應式如下：

2(NH4)2SO3+O2=2(NH4)2SO4

經吸收、氧化得到的(NH4)2SO4為稀溶液，經蒸發其水分，再經后續處理，得到符合標準要求的副產品硫酸銨。

6 水汽流程

來自動力的除氧軟水分兩條路線：一路經氣動調節閥進入噴淋式減溫器，用來調節過熱蒸汽溫度；另一路經調節閥進入軟水加熱器，經高溫煙氣換熱后進入上汽包，再由上汽包經過對流管束進入下汽包。對流管束內的水被煙道內的高溫煙氣加熱并汽化，汽水混合物又經過對流管束回到上汽包進行循環。從汽包內汽水混合物中分離出來的飽和蒸汽進入Ⅰ級過熱器，被煙道內的高溫煙氣加熱，再經減溫調節溫度后，進入Ⅱ級過熱器，經過加熱后進入過熱器出口集箱，經過主汽閥外送用于發電或供后續系統使用。

7 集中回收放空氣體可產生的經濟效益

7.1 每年富產蒸汽量核算

以殼牌氣化爐年產60萬噸甲醇為代表，回收放空氣體利用現有動力系統工藝改造降低煤耗進行核算。每小時收集放空氣體15000Nm3，因收集放空氣體中成分復雜熱值相對較低，根據測算以2800Nm3折合1噸普通燃煤(約4500大卡發熱量)，生產1噸蒸汽約需130kg燃煤，每年按300天時間正常運行。

那么每年可產蒸汽15000/2800/0.13×24×300=296703(噸)

7.2 每年回收放空氣體經濟效益核算

回收放空氣體生產蒸汽增加費用核算如表5所示，蒸汽按120元/t計算，則回收放空氣體生產蒸汽年增經濟效益：296703×(120-20.2)/10000=2961.10(萬元)。

表5 回收放空氣體生產蒸汽增加費用核算

8 總結

煤化工裝置可以利用現有裝置，改變工藝生產路線，通過集中回收原來被火炬直接燃燒對天放空的“廢氣”生產所需蒸汽，用于發電或供后續系統使用，每年可拾回上千萬的經濟收入；同時將“廢氣”燃燒后的煙氣通過脫硝、脫硫、濕式除塵實現煙氣超低排放，增強了企業在市場的競爭力，為企業變廢為寶開創一部新篇章。