焦?fàn)t氣馳放氣作為合成氨部分燃料氣初探

李蘭蘭向繼明

(四川省化工設(shè)計院，四川成都，610015)                                                                  

簡要：介紹了焦?fàn)t氣馳放氣作為天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制合成氨工藝中部分燃料氣，并就燃燒后煙氣量及對輻射傳熱的影響進(jìn)行初步探討。

關(guān)鍵詞：焦?fàn)t氣  馳放氣  天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化  燃料氣合成氨  

      我國是世界上最大的焦炭生產(chǎn)國，如果按生產(chǎn)1t焦炭可產(chǎn)生430Nm³左右焦?fàn)t煤氣，焦?fàn)t煤氣一半用于回爐助燃，另一半需使用專門的裝置進(jìn)行回收，否則就只有燃燒排放。近年來，國家對焦化行業(yè)實施“準(zhǔn)人”整頓，焦?fàn)t氣必須回收利用^[1]，隨著西氣東輸工程的實施，天然氣在很短時間內(nèi)得到普及，天然氣的普及造成了天然氣的短缺。

    焦?fàn)t氣是煉焦過程中產(chǎn)出焦炭和焦油產(chǎn)品的同時所得到的可燃?xì)怏w，是煉焦過程的副產(chǎn)品，其成分隨煤種及煤干餾工況而異，主要成分是氫和甲烷?，F(xiàn)焦?fàn)t氣經(jīng)初步回收處理后約排放6000Nm³/h馳放氣，其中還含有大量的氫氣，可送人合成氨企業(yè)作為燃料氣。

1燃料氣系統(tǒng)簡述

    天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制合成氨工藝，轉(zhuǎn)化系統(tǒng)采用兩段轉(zhuǎn)化，一段轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需的熱量由頂部燒嘴燃燒燃料氣提供。

      燃料氣系統(tǒng)燃料氣由燃料天然氣和合成系統(tǒng)馳放氣經(jīng)馳放氣回收裝置處理后返回的燃料氣兩部分組成。燃料天然氣經(jīng)一級調(diào)壓后分為三路，第一路一部分送一段轉(zhuǎn)化爐對流段燃料氣預(yù)熱盤管，另一部分送開工鍋爐。經(jīng)預(yù)熱后的燃料天然氣經(jīng)二級減壓后與馳放氣回收后的燃料氣匯合，作為一段轉(zhuǎn)化爐煙道燒嘴和頂部燒嘴的燃料;第二路氣體不經(jīng)過預(yù)熱，由壓力控制后經(jīng)一分離罐到合成系統(tǒng)開工加熱爐作為燃料;第三路氣體不經(jīng)過預(yù)熱送輔助鍋爐燒嘴。燃料氣系統(tǒng)簡圖如圖1。

2焦?fàn)t氣馳放氣加入討論

2.1焦?fàn)t氣馳放氣組成及低熱值

      焦?fàn)t煤氣經(jīng)初步回收處理后馳放氣組分見表1。

      可燃?xì)怏w低熱值見表2^[2]。   

      由表1及表2可知，焦?fàn)t氣馳放氣低熱值(LHV)為2361.029kca1/Nm³。

2. 2原設(shè)計燃料氣情況

      合成氨原燃料氣由燃料天然氣及馳放氣回收后燃料氣組成，燃料天然氣組分見表3，馳放氣回收后燃料氣組分見表4。

      按表3組分計算，燃料天然氣低熱值(LHV)為8330.811kca1/Nm³。 

      按表4組分計算，馳放氣回收后燃料氣低熱值(LHV)為3127.849kcal/Nm³。

2. 3加入焦?fàn)t氣馳放氣后燃燒情況對比

      焦?fàn)t煤氣馳放氣加入燃料系統(tǒng)，可頂替部分燃料天然氣，其燃燒情況^[3]與原設(shè)計對比見表5。

 由表5可知，焦?fàn)t氣馳放氣加人燃料系統(tǒng)后，可頂替出燃料天然氣1701Nm³/h。

    焦?fàn)t氣馳放氣加人燃料系統(tǒng)后燃料氣低熱值為6172.06kca1/Nm³，頂部燒嘴采用VPZ-16型氣體燒嘴，按照燒嘴的“發(fā)熱量-壓力”曲線，燒嘴的發(fā)熱值能達(dá)到原設(shè)計的要求。

    燃燒空氣由送風(fēng)機(jī)提供，從表5可知，焦?fàn)t氣馳放氣加人燃料系統(tǒng)后燃燒空氣量與原設(shè)計相比有所減少，送風(fēng)機(jī)動力消耗亦有所減少。

    燃燒產(chǎn)生的煙氣最終經(jīng)引風(fēng)機(jī)排人大氣，從表5可知，焦?fàn)t氣馳放氣加人燃料系統(tǒng)后總煙氣量與原設(shè)計相比有所減少，因此阻力降沒有增加，引風(fēng)機(jī)動力消耗亦沒有增加。

    由于輻射段為輻射傳熱，氣體輻射率(火焰黑度)是由三原子氣體CO₂和H₂O兩種氣體的濃度、爐子大小、氣體溫度等因素決定，氣體中CO₂ +H₂O的分壓與過?？諝庀禂?shù)有關(guān)。與原設(shè)計相比，爐子大小沒有改變，氣體溫度亦大致相等，煙氣的組分與原設(shè)計相比變化較小，過?？諝庀禂?shù)均為1.15，因此焦?fàn)t氣馳放氣加人燃料系統(tǒng)后對傳熱亦無影響。

3存在的問題

    焦?fàn)t氣的組成隨煤的成分和焦?fàn)t的操作條件變化會有所不同。焦?fàn)t氣中除含有CH₄ , H₂,CO,N₂ ,O₂外，還含有大量的H₂S, C₂S, HCN, NH₃ ,噻吩、萘、苯和焦油等成份，一般焦化廠的流程設(shè)置，只對H₂S,NH₄、苯和焦油有一定控制，對其他雜質(zhì)不進(jìn)行控制^[4]，這是造成焦?fàn)t氣工業(yè)應(yīng)用困難的主要原因。

    焦?fàn)t氣馳放氣中仍含有0.5%的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)在進(jìn)人燃燒系統(tǒng)前還需進(jìn)一步處理，以免蒸、焦油等易凝、易結(jié)晶的物質(zhì)堵塞管道以及其他雜質(zhì)對設(shè)備和管道的腐蝕。

4結(jié)論

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