汽提蒸汽入鲁奇炉工艺过程危险性解析

李君菲(内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司，内蒙古 赤峰 025350)

1 气提蒸汽进入鲁奇炉的危险性概述

煤化气技术是目前世界范围内对煤炭利用最为高效，并且清洁、经济的技术之一，它是以煤炭为原料的能源及化工制气技术，当前这一技术正在向高压化、大型化发展。众所周知，煤炭经过气化之后，可以转化成为清洁并且高效的新型能源，既可以提高对能源的利用率，也可以实现对环境的友好作用。鲁奇炉是德国鲁奇工程公司生产的一种大型煤化气设备，最早出现于上世纪40年代，其原理是通过碎煤加压的方式，特点是生产的适应性较为广泛，对煤炭种类不做挑剔，目前被大多数国家和地区所接受。

本文中那个所采用的MARK-Ⅳ型鲁奇炉正是其中的一个型号，原来为西北产区的褐煤，将褐煤原料粉碎之后，添入气化炉顶部的储煤斗，经过旋转阀、煤箱上阀、下阀添加到炉内，与气化剂（水蒸气、氧气）反应形成粗煤气。

经过反应生成的粗煤气还需要进一步的加工，通过冷却、分离、冷凝等步骤，再经由甲醇清洗。气提装置所提供的整齐温度一般为240摄氏度，压力3.3MPa，送入气化炉入炉蒸汽管，按照一定的比例和原有的热蒸汽混合（包括纯氧气），经过中心管道、风帽、灰渣层等进入反应层。

在这一过程中，气提法的应用，是为了让蒸汽与废液接触，吸收废液中的有害物质，从而达到分离降低污染的目的。然而，气提蒸汽中会含有大量的氨气、硫化氢、酚以及油，在与氧气混合之后会产生一定的危险性。

2 气提蒸汽进入鲁奇炉的爆炸可能性分析

鲁奇炉产生爆炸性危险的来源，是由于气蒸汽中可能含有可燃成分，要避免这一问题的发生，首先要对爆炸极限进行计算，即不同比例的气提蒸汽与氧气混合时，是否会发生危险性的理论分析。

作者从以下两个角度进行研究：

2.1 气提蒸汽是否存在爆炸可能性；

2.2 发生爆炸危险所需要的浓度条件；

首先，对（1）情况进行理论分析。当100%比例的水蒸汽与氧气进行混合的时候，由于中压蒸汽和夹套回收蒸汽的惰化，混合室内的可燃成分含量是最好的，毫无疑问，在这种情况下，鲁奇炉反应层发生爆炸的可能性最大。通过比例公式计算，100%比例气提蒸汽与氧气混合，混合室内的气体主要为二氧化碳、硫化氢、氨气、酚、油和水。其中可燃的成分主要是硫化氢和氨气。而硫化氢和水的反应通常会减弱可燃性能，因此主要考虑的部分为氨气。

氨气（NH3）与水混合，NH3在氧气中的爆炸极限（浓度）为15%-79%，惰性气体体积分数为94%；爆炸极限的计算公式为：混合气中的可燃烧成分极限，乘以惰性气体所占的百分比与混合气体中毒性气体所占的百分比。由此可以计算出，混合气体的爆炸下限为77%，上限为99%。

由此可见，气提蒸汽进入鲁奇炉内存在高爆炸性。

其次，对（2）情况进行分析。发生爆炸危险所需要的浓度条件，也就是最低的浓度下限。100%比例的气提蒸汽在正常的工作状态下，流量约为10854m3/h，当氧气的流量为850m3/h是最危险的状态，因此可以通过气化炉中的燃烧成分阻断，以避免发生爆炸性危险。由于混合室内的蒸汽和氧气混合后，蒸汽分解率约为35%-45%，在这里可以按照最小量55%计算；当气化炉中的氨气为7.85%时，其他可燃性物质的浓度远低于爆炸极限。同时，氨气在没有完全燃烧的情况下就被带入还原层，其他可燃性气体也会快速被未分解的水蒸汽阻断，不会发生爆炸的危险。

此外，气提蒸汽与氧气混合的状态下，当气提蒸汽的体积分数为88%+，高于爆炸下限的77%，低于爆炸上限98%，依然处于爆炸极限范围之内。因此，在设计工作状况时，仅有气提蒸汽与夹套回收蒸汽混合依然存在危险。根据工艺流程，只要将气提蒸汽提前与中压过热蒸汽进行混合，就不会存在爆炸的危险性。

3 结语

通过以上的分析不难看出，气提蒸汽进入鲁奇炉的工艺中确实存在爆炸性的危险，（100%比例的气提蒸汽和氧气混合为顶点值），因此必须在鲁奇炉内加入中压过热蒸汽，或者通过夹套回收蒸汽才能降低爆炸的风险。在设计工况下，前两种解决方案并不能完全消除危险，需要将气提蒸汽提前与中压过热蒸汽进行混合。

同时，进入气化炉的蒸汽和氧气混合物质里面，氨气（NH3）是最具有爆炸危险的成分，因此要控制它的含量低于允许浓度，其他的成分均按照比例，降低在这一程度之下。

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