煤化工装置放空气综合回收利用技术分析

毛运秋，李占元，赵东峰，宋克勇，翟树军

(1.安阳化学工业集团有限责任公司，河南 安阳 455133；2.鹤壁煤电股份有限公司化工分公司，河南 鹤壁 458000)

1 引言

煤炭是中国的主要化石能源，也是许多重要化工产品的主要原料，随着社会经济持续高速发展，近年来中国能源、化工产品的需求也出现较高的增长速度，煤化工在中国能源、化工领域中已占有重要地位。近几年以壳牌气化炉作为煤化工装置生产化工产品应运而生，由于气化炉在内部结构、部件材质及设计方面存在一些缺陷，相继出现了气化炉负荷低、炉膛耐热衬里寿命短；合成气冷却器入口积灰、堵渣严重；飞灰过滤器滤棒运行不稳定，易断裂 漏灰等；点火烧嘴、开工烧嘴点火时间长，点火成功率低；吹灰器设计存在缺陷、积灰严重等问题。由于开始操作技术掌握不到位导致装置运行周期短，工况难以控制，往往造成前期开停车检修频繁。而在进行化工生产过程所产生的放空气体有：点火烧嘴处液化气放空，气化炉安全阀放空，飞灰锁斗过滤器放空，飞灰锁斗过滤器放空，飞灰气提塔过滤器放空，飞灰过滤器出口安全阀放空，飞灰锁斗过滤器安全阀放空，飞灰过滤器安全阀放空，循环气压缩机放空，渣收集器渣锁斗放空，洗涤塔放空，分析仪放空，合成气总管放空，磨煤与干燥系统单元放空，导淋收集槽出口放空，回流罐安全阀出口放空，回流罐出口放空，气液分离器安全阀出口放空，，变换单元开车时为控制炉温及停车时放空，净化单元硫含量高放空，合成单元大量放空，压缩工段为调节压缩机振值部分新鲜气及合成气放空，硫回收尾气放空、驰放气放空等大量可燃气体通过火炬燃烧，特别是由于生产运行不正常，频繁开停车，导致有大量经气化炉产生的有效气体未去进行生产产品却直接通过火炬燃烧而对天放空。

2 主要放空气体成分

以壳牌气化炉为代表，各种主要放空气体成分如下：

从从表1、表2、表3、表4大量放空气体成分可以看出：含有较高的热值，通过火炬燃烧而对天放空，既会造成极大的浪费，同时放空气体中存在超标的氮硫氧化物未经任何处理直接放入大气中，将对空气环境造成严重污染。问题摆在我们面前，如何解决。我们成立课题通过深入探索，集中回收这部分放空“废气”加入富氧空气进行充分燃烧生产所需蒸汽，同时将“废气”燃烧后的烟气通过脱硝、脱硫、湿式电除尘器实现烟气超低排放。

表1 氮气工况下开车不合格放空气体成分

表2 突发停车二氧化碳工况下放空气体成分

表3 驰放气放空气体成分

表4 硫回收尾气放空气体成分

3 放空气体集中回收利用工艺流程

生产工艺流程简图如图1所示。

图1 生产工艺流程简图

水汽流程简图如图2所示。

图2 水汽流程简图

来自各工段放空气体集中回收后进入可燃气体混合缓冲器，与来自第二空气预热器的富氧空气，从上部进入燃烧炉进行燃烧。(为了系统安全考虑中间安装止逆阀及SIS系统)燃烧炉内产生的高温烟气经过蒸汽过热器、脱硝装置，余热锅炉产生的过热蒸汽，并入蒸汽管网母管。烟气经第二空气预热器、软水加热器、第一空气预热器进行换热后，温度降至160℃左右，然后经过引风机、烟水换热器、脱硫装置，在脱硫系统后通过湿式电除尘器进行精细除尘，，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别在10、35、50毫克/立方米以下(在基准氧含量6%条件下)。实现烟气超低排放，烟囱出口拖尾长度在任何天气情况下不超过150m。(脱硫装置入口烟气参数为设计值的条件下，脱硫装置安全连续运行，性能保证值如下：SO2脱除率及脱硫装置出口SO2浓度≤35 mg/Nm3(标态，干基，6% O2。脱硫装置出口总尘(含可溶尘)排放：≤5 mg/Nm3(标态、干基、6% O2)。NH3逃逸浓度≤3mg/Nm3(标态，干基，6% O2)。除雾器出口烟气携带雾滴(≤20μm)含量应低于30mg/Nm3(标态、6% O2)。)

4 烟气吸收脱硝工艺原理

集中回收放空气体经过与富氧空气充分燃烧后产生的烟气含有较高的氮氧化物，如果直接放入大气中，长期以来将会对大气造成严重污染，所以产生的烟气在省煤器与空气预热器之间引出进行脱硝处理，通过喷淋液氨在催化剂(主要成分为五氧化二钒)的作用下于380～400℃充分反应

反应式如下：6NO+4NH3=5N2+6H2O，6NO2+8NH3=7N2+12H2O，在高温及催化剂作用下将氮氧化物转化为氮气和水。可以通过放空排入大气中

5 烟气吸收氨法脱硫工艺原理

氨法脱硫即用氨水通过喷淋与烟气充分接触，吸收烟气中的二氧化硫，最终生成亚硫酸铵，反应式如下：

SO2+NH3+H2O=NH4HSO3

(1)

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

(2)

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

(3)

NH3+NH4HSO3=(NH4)2SO3

(4)

上述反应中，在送入氨量较少时，则发生(1)式反应；在送入氨量较多时，则发生(2)式反应；而式(3)表示的才是氨法中真正的吸收反应；因吸收过程中所生成的酸式盐NH4HSO3对SO2不具有吸收能力，吸收液中NH4HSO3数量增多时对SO2吸收能力下降，操作中需向吸收液中补充氨，使部分NH4HSO3转变为(NH4)2SO3，这就发生(4)式反应，以保持吸收液的吸收能力。

亚硫酸铵进一步氧化生成硫酸铵：在烟气吸收过程中形成的(NH4)2SO3，需氧化为(NH4)2SO4才是期望的副产品。反应在专门设计的氧化器中进行，反应式如下：

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

经吸收、氧化得到的(NH4)2SO4为稀溶液，经蒸发其水分，再经后续处理，得到符合标准要求的副产品硫酸铵。

6 水汽流程

来自动力的除氧软水分两条路线：一路经气动调节阀进入喷淋式减温器，用来调节过热蒸汽温度；另一路经调节阀进入软水加热器，经高温烟气换热后进入上汽包，再由上汽包经过对流管束进入下汽包。对流管束内的水被烟道内的高温烟气加热并汽化，汽水混合物又经过对流管束回到上汽包进行循环。从汽包内汽水混合物中分离出来的饱和蒸汽进入Ⅰ级过热器，被烟道内的高温烟气加热，再经减温调节温度后，进入Ⅱ级过热器，经过加热后进入过热器出口集箱，经过主汽阀外送用于发电或供后续系统使用。

7 集中回收放空气体可产生的经济效益

7.1 每年富产蒸汽量核算

以壳牌气化炉年产60万吨甲醇为代表，回收放空气体利用现有动力系统工艺改造降低煤耗进行核算。每小时收集放空气体15000Nm3，因收集放空气体中成分复杂热值相对较低，根据测算以2800Nm3折合1吨普通燃煤(约4500大卡发热量)，生产1吨蒸汽约需130kg燃煤，每年按300天时间正常运行。

那么每年可产蒸汽15000/2800/0.13×24×300=296703(吨)

7.2 每年回收放空气体经济效益核算

回收放空气体生产蒸汽增加费用核算如表5所示，蒸汽按120元/t计算，则回收放空气体生产蒸汽年增经济效益：296703×(120-20.2)/10000=2961.10(万元)。

表5 回收放空气体生产蒸汽增加费用核算

8 总结

煤化工装置可以利用现有装置，改变工艺生产路线，通过集中回收原来被火炬直接燃烧对天放空的“废气”生产所需蒸汽，用于发电或供后续系统使用，每年可拾回上千万的经济收入；同时将“废气”燃烧后的烟气通过脱硝、脱硫、湿式除尘实现烟气超低排放，增强了企业在市场的竞争力，为企业变废为宝开创一部新篇章。