RTO蓄熱氧化裝置在煤化工項目中的應用

張福亭，金占壽，師元華，郭 寧

(伊犁新天煤化工有限責任公司 新疆伊寧 835000)

天然氣作為潔凈能源被廣泛應用于化工、城市燃氣、城市供熱、鍋爐發電、汽車燃料等領域，并伴隨著我國經濟發展，需求量逐年增加。伊犁新天煤化工有限責任公司年產2×109m3天然氣項目，以煤為原料，通過加壓氣化、CO變換、低溫甲醇洗、甲烷化等工藝生產的天然氣，并入中石油西氣東輸管網。因生產工藝流程的特殊性，在天然氣生產過程中產生的CO2產品氣、CO2尾氣以及生化廢氣，不僅污染環境，而且會造成廢氣中可燃氣體的浪費。為了保護環境，同時達到節能降耗的目的，伊犁新天煤化工有限責任公司新增RTO蓄熱氧化裝置，對生產過程中產生的廢氣做進一步處理。

1 廢氣的來源

1.1 低溫甲醇洗的CO2產品氣

低溫甲醇洗是以甲醇為吸收劑的物理吸收方法，經高壓吸收、中壓閃蒸、低壓解析、CO2汽提、熱再生及甲醇水分離，對粗煤氣中的H2、N2、CO、CH4、CO2、COS、H2S、H2O等進行分離，從而得到凈化度很高的凈煤氣，送至甲烷化裝置。因CO2氣體在甲醇中的溶解度隨壓力降低而減小、隨溫度的升高而降低，所以吸收CO2的甲醇經中壓閃蒸后，進一步減壓和升溫，在此過程中產生的氣體稱為CO2產品氣。

1.2 低溫甲醇洗的CO2尾氣

CO2尾氣主要產生于H2S濃縮塔。來自CO2解析塔的甲醇中含有大量的CO2，其進入H2S濃縮塔后，因H2S濃縮塔底部通入大量的N2，從而降低了CO2氣體在H2S濃縮塔中的分壓，使大部分的CO2氣體在H2S濃縮塔中解析出來，同時達到回收系統冷量的目的，將H2S濃縮塔解析出來的氣體稱為CO2尾氣。CO2產品氣與CO2尾氣在低溫甲醇洗裝置中混合后(混合后的氣體以下稱混合氣)送至RTO蓄熱氧化裝置，混合后的氣體組成及含量見表1。

表1 混合氣的組成及含量

1.3 生化廢氣

將來自酚回收裝置的稀酚水、全公司的生活污水、低溫甲醇洗裝置的廢水、甲烷化裝置的廢水等送至污水處理裝置，經酸化水解池、兩級生化池、混凝氣浮池、臭氧接觸池、曝氣生物濾池、兩級吸附過濾處理后送入回用水裝置。其中兩級生化是利用好氧細菌和厭氧細菌將污水中的化學需氧量(COD)和氨氮等污染物轉化成CO2和水，從而除去污水中大部分的有機污染物，在此過程中產生的廢氣稱為生化廢氣，其組成及含量見表2。

表2 生化廢氣的組成及含量

2 RTO蓄熱氧化裝置

2.1 主要作用

(1)能源的回收利用

表1、表2中列出的在低溫甲醇洗裝置中產生的CO2產品氣、CO2尾氣，以及污水處理裝置兩級生化過程產生的廢氣中，含有大量的烴類、CH3OH、H2S、H2、CO，直接放空容易造成能源浪費、環境污染，不利于系統的節能降耗和環境保護。為了回收這部分氣體中的能量，減少廢氣對環境的污染，將CO2產品氣、CO2尾氣以及生化廢氣送入蓄熱式氧化爐內進行燃燒，廢氣在蓄熱式氧化爐內發生下列氧化反應：

4CmHn+(4m+n)O2→4mCO2+2nH2O

2H2S+3O2→2H2O+2SO2

2H2+O2→2H2O

2COS+3O2→2SO2+2CO2

2CO+O2→2CO2

2CH3OH+3O2→4H2O+2CO2

出蓄熱式氧化爐的高溫煙氣經后續換熱裝置與鍋爐水換熱，得到壓力為1.5 MPa、溫度為240 ℃的過熱蒸汽，達到回收能量的目的。

(2)控制廢氣排放指標

根據國家標準《石油化學工業污染物排放標準》(GB 31571—2015)對大氣污染物的排放要求，排放氣中甲醇的質量濃度不大于50 mg/m3(標態)、非甲烷總烴質量濃度不大于120 mg/m3(標態)、二氧化硫排放限值為100 mg/m3(標態)。為了使低溫甲醇洗裝置排放的CO2產品氣和CO2尾氣滿足GB 31571—2015中的相關要求，需要通過RTO蓄熱氧化裝置對低溫甲醇洗裝置產生的CO2產品氣和CO2尾氣做進一步處理，以實現達標排放。

2.2 工作原理

RTO蓄熱氧化裝置的工作原理是氧化產生的高溫氣體流經特制的陶瓷蓄熱體，使陶瓷體升溫而“蓄熱”并用于預熱后續進入的廢氣，當廢氣溫度達到880 ℃以上時，廢氣中的烴類、CH3OH、H2、CO、H2S被氧化成CO2、H2O和H2S，達到凈化廢氣的目的。

2.3 主要設備

RTO蓄熱氧化裝置主要包括蓄熱式氧化爐、煙道蒸發器、過熱器、省煤器、汽包等，其中蓄熱式氧化爐作為氧化分解廢氣的主要場所是裝置的核心設備。蓄熱式氧化爐共6臺，并聯運行，每臺爐分為上下2層，上層為單個燃燒室，下層為3個蓄熱室，單爐長15.620 m、寬5.442 m、高2.405 m。單爐最大處理廢氣量120 000 m3/h(標態)，操作壓力0～9 kPa，燃燒室操作溫度為880～960 ℃，蓄熱室操作溫度為250～400 ℃。

2.4 簡易流程

(1)蓄熱氧化系統流程

來自低溫甲醇洗裝置的CO2產品氣與CO2尾氣混合后，依次與稀釋風機提供的空氣和生化廢氣進行混合稀釋，然后送入蓄熱式氧化爐進行高溫氧化分解。分解后的氣體分為兩路，其中一路高溫煙氣依次經煙道蒸發器、過熱器、省煤器進行熱量回收；另一路則進入蓄熱式氧化爐蓄熱室與混合廢氣(CO2產品氣、CO2尾氣、稀釋空氣、生化廢氣混合后的氣體)進行換熱，換熱后的低溫煙氣與出省煤器的煙氣混合，經煙囪排放至大氣。

(2)余熱鍋爐系統流程

來自管網的脫鹽水進入除氧器，在熱力的作用下除去脫鹽水中的O2，然后經鍋爐給水泵送至省煤器進行加熱。加熱后的鍋爐水進入汽包，在汽包內與飽和蒸汽、飽和水混合。混合后的鍋爐水通過汽包底部的下降管進入煙道蒸發器，與來自蓄熱式氧化爐的高溫煙氣換熱形成飽和蒸汽，并通過上升管回到汽包。汽包內的飽和蒸汽從頂部出來進入過熱器，與出煙道蒸發器的煙氣繼續換熱轉變成過熱蒸汽，再經減溫減壓器減壓降溫后并入1.5 MPa蒸汽管網。

2.5 主要開車步驟

(1)開車前的確認和準備。

(2)余熱鍋爐系統建立液位。

(3)根據系統負荷確定蓄熱式氧化爐的開啟數量。

(4)蓄熱式氧化爐點火升溫。

(5)引稀釋風進入蓄熱式氧化爐。

(6)引低溫甲醇洗裝置的混合氣進入蓄熱式氧化爐。

(7)副產1.5 MPa蒸汽并網。

2.6 主要操作注意事項

(1)來自低溫甲醇洗裝置的混合氣流量增大時，可根據蓄熱式氧化爐爐溫以及負荷情況及時啟動備用的蓄熱式氧化爐。

(2)根據爐溫的變化情況及時調整高溫旁通閥開度，維持爐溫為880～960 ℃。

(3)系統減負荷時，根據蓄熱式氧化爐爐溫變化情況，減少入爐稀釋風的量。

(4)根據系統負荷的減小，適當減少蓄熱式氧化爐的運行數量。

(5)根據系統負荷的減小調整高溫旁通閥開度，如果高溫旁通閥全關的情況下爐溫仍然較低，可通過增加蓄熱式氧化爐燒嘴的燃料氣量來維持爐溫穩定。

3 運行效果分析

RTO蓄熱氧化裝置與煤化工項目配套使用，處理低溫甲醇洗裝置的CO2產品氣、CO2尾氣以及污水處理裝置的生化廢氣，工藝流程簡單、易操作、彈性大、能耗低、處理效率高，正常工況下非甲烷總烴去除率達97.8%以上；設置混合氣壓力高、低溫甲醇洗裝置CO2尾氣爆炸下限(LEL)超標和CO2產品氣LEL超標停爐聯鎖，保證了裝置的安全穩定運行。從RTO蓄熱氧化裝置原始開車運行至今，能夠實現長周期穩定運行，廢氣處理效果較好，處理后的煙氣完全滿足GB 31571—2015的排放要求，在達標排放的同時回收熱量，副產1.5 MPa過熱蒸汽，實現了節能降耗。RTO蓄熱氧化裝置主要運行參數見表3，處理后的煙氣排放數據見表4。

表3 RTO蓄熱氧化裝置主要運行參數

4 結語

新增RTO蓄熱氧化裝置作為煤化工項目中低溫甲醇洗裝置的配套設備，主要用于處理生產過程中產生的廢氣。從目前運行效果來看，經RTO蓄熱氧化裝置處理后的CO2產品氣、CO2尾氣、生化廢氣能夠實現達標排放，同時副產1.5 MPa的過熱蒸汽，可以更好地利用廢棄能源，達到了節能、減排、環保、增效的目的。