煤化工裝置尾氣的綜合應(yīng)用

崔留印

(河南龍宇煤化工有限公司, 河南永城 476600)

為杜絕生產(chǎn)系統(tǒng)原料氣浪費(fèi)，確保所有氣源能夠被充分使用，某大型煤化工裝置結(jié)合多支放空尾氣氣體組分及生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)際情況，針對現(xiàn)有運(yùn)行模式進(jìn)行攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)2萬m3/h尾氣有效回收利用。

1 化工尾氣的定義

化工尾氣是指化工生產(chǎn)中由各化工裝置排出的有毒、有害、可燃?xì)怏w，其中含有多類污染物。不同行業(yè)產(chǎn)生的化工尾氣成分差別很大，物理和化學(xué)性質(zhì)復(fù)雜，毒性也不盡相同。氯堿行業(yè)產(chǎn)生的尾氣主要含有氯氣、氯化氫、氯乙烯、汞、乙炔等成分；氮肥行業(yè)產(chǎn)生的尾氣主要含有氮氧化物、尿素粉塵、一氧化碳、氨氣、二氧化硫、甲烷等成分；甲醇、乙二醇行業(yè)產(chǎn)生的尾氣主要含有一氧化碳、氫氣、甲烷、硫化氫、二氧化硫等成分[1]。

2 尾氣組分及回收現(xiàn)狀

某大型煤化工裝置尾氣主要來源于氫回收裝置弛放氣、深冷分離裝置放空氣、醋酸裝置高壓和低壓吸收塔放空氣、變壓吸附(PSA)裝置解吸氣等。表1為各類尾氣氣體組分[2-3]。

表1 各類尾氣氣體組分表 %

各裝置尾氣的回收通過兩個(gè)途徑進(jìn)行處理：一是配入燃料氣管網(wǎng)，供氣化裝置磨煤及加熱爐使用；二是放空至火炬系統(tǒng)。磨煤及加熱爐總用量在10 000 m3/h左右，較高熱值的尾氣直接放空火炬系統(tǒng)，存在無法完全燃燒的隱患，資源浪費(fèi)的同時(shí)，還引發(fā)環(huán)境污染。

3 尾氣回收系統(tǒng)改造

該化工廠從工藝技術(shù)、設(shè)備安全等角度，對尾氣回收進(jìn)行分步驟、分工期改造。

首先，針對無法完全回收PSA裝置解吸氣問題，結(jié)合乙二醇生產(chǎn)裝置的運(yùn)行特點(diǎn)及新建乙二醇裝置存在更多解吸氣無法回收的現(xiàn)狀，增設(shè)尾氣壓縮機(jī)組，與之前的尾氣壓縮機(jī)合并，完全回收4套PSA裝置的解吸氣，并入甲醇合成系統(tǒng)生產(chǎn)甲醇。新增設(shè)的尾氣壓縮機(jī)回收解吸氣體積流量為12 000 m3/h，其有效組分達(dá)到98%，相當(dāng)于生產(chǎn)5 t/h甲醇。

其次，針對醋酸裝置4 000 m3/h的高壓、低壓吸收塔放空氣中碘含量較高的問題(易造成管線腐蝕)，優(yōu)化醋酸系統(tǒng)工況，使放空氣中的碘含量達(dá)到回收要求；將該股放空氣并入弛放氣管網(wǎng)，減小氫回收裝置負(fù)荷，回收更多的弛放氣，可多生產(chǎn)1 t/h甲醇。再次，深冷分離裝置放空氣中的有效氣體積分?jǐn)?shù)不足50%，并入弛放氣管網(wǎng)后熱值波動(dòng)較大。將該股放空氣通過燒嘴并入燃煤鍋爐摻燒，能節(jié)省1 t/h的燃料煤消耗。

最后，變換工藝?yán)淠航?jīng)氨汽提塔汽提后，氣體并入火炬管網(wǎng)，因組分中氨氮含量較高，碳銨結(jié)晶后易堵塞管網(wǎng)，埋下安全隱患?，F(xiàn)鋪設(shè)管道，將氣體并入燃煤鍋爐摻燒[4]，減少環(huán)境污染。尾氣回收系統(tǒng)見圖1。

圖1 尾氣回收系統(tǒng)

4 改造風(fēng)險(xiǎn)評估及措施

因尾氣中含有大量可燃?xì)怏w，在并氣、摻燒過程中存在易燃易爆以及人員窒息、中毒等諸多風(fēng)險(xiǎn)。改造時(shí)，重點(diǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析及措施落實(shí)。

4.1 深冷分離裝置尾氣并入鍋爐摻燒

4.1.1 風(fēng)險(xiǎn)分析

(1) 深冷分離裝置因操作不當(dāng)，導(dǎo)致燃料氣組分發(fā)生變化，解吸氣中可燃成分增大，鍋爐床溫驟然升高，鍋爐正壓或超負(fù)荷。

(2) 因鍋爐突然停爐、人為關(guān)閉摻燒尾氣調(diào)節(jié)閥等原因，造成尾氣摻燒系統(tǒng)聯(lián)鎖切氣，導(dǎo)致燃料氣無法送入鍋爐，深冷分離裝置中冷箱超壓。

(3) 因誤操作導(dǎo)致鍋爐尾氣摻燒母管調(diào)節(jié)閥突然全開，尾氣管線壓力驟降，深冷分離裝置中冷箱工況波動(dòng)。

4.1.2 控制措施

(1) 尾氣摻燒聯(lián)鎖邏輯

摻燒母管進(jìn)氣閥允許開啟條件為：無自動(dòng)化控制系統(tǒng)(DCS)來鍋爐跳閘指令；爐膛溫度大于800 ℃；摻燒母管排空閥關(guān)到位；一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行信號為“開”，且一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓大于3 kPa；二次風(fēng)機(jī)運(yùn)行信號為“開”，且二次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓大于3 kPa；各燒嘴的1#進(jìn)氣閥、2#進(jìn)氣閥的調(diào)試狀態(tài)均處于“關(guān)”。

摻燒停止的聯(lián)鎖觸發(fā)條件為：操作員正常停止；DCS發(fā)出主燃料跳閘信號；爐膛溫度小于800 ℃；一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行信號為“關(guān)”；二次風(fēng)機(jī)運(yùn)行信號為“關(guān)”；一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓小于3 kPa；一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓小于3 kPa；爐膛負(fù)壓大于100 Pa，負(fù)壓信號2取2，延時(shí)10 s。以上任意條件均可觸發(fā)燃燒器停止信號。

(2) 現(xiàn)場主要設(shè)備及作用

尾氣燃燒器主要由尾氣氣槍、穩(wěn)焰裝置等組成，為雙層結(jié)構(gòu)，主要對進(jìn)入爐膛內(nèi)的尾氣起助燃作用，同時(shí)還可以冷卻燒嘴。

燃燒器噴口前端裝有穩(wěn)燃器，以形成局部旋流穩(wěn)定火焰，大部分空氣(二次風(fēng))處于平行流動(dòng)。燃?xì)鈴哪腹芩腿胫鳉鈽寚姵觯c周圍空氣混合，實(shí)現(xiàn)充分燃燒。尾氣氣槍軟管采用不銹鋼金屬材質(zhì)。

尾氣支管路上(即燒嘴前)設(shè)有兩道氣動(dòng)快關(guān)閥(進(jìn)氣閥)，關(guān)閉時(shí)間小于2 s，確?？焖佟踩厍袛辔矚?。

尾氣可能會出現(xiàn)壓力波動(dòng)，故在尾氣管道上設(shè)置穩(wěn)壓閥和調(diào)壓閥。控制穩(wěn)壓閥出口壓力為60 kPa，調(diào)節(jié)閥出口壓力為30 kPa，保證尾氣燃燒穩(wěn)定和安全。

尾氣母管路上設(shè)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)進(jìn)入尾氣燃燒器的氣量及管道的壓力，調(diào)節(jié)閥由DCS調(diào)節(jié)控制。

尾氣燃燒器入口均設(shè)有阻火器，防止燃燒器回火，確保安全。

尾氣摻燒系統(tǒng)設(shè)置2臺就地控制柜，用于控制就地閥門，信號通過硬接線與DCS進(jìn)行通訊，并可以在DCS上操作就地設(shè)備。

DCS設(shè)爐膛熄火保護(hù)。當(dāng)火焰檢測有火，則允許投入尾氣燃燒器；當(dāng)火焰檢測無火，則快速切斷尾氣燃燒器。

設(shè)置可燃?xì)怏w泄漏檢測儀?，F(xiàn)場設(shè)備若發(fā)生尾氣泄漏，檢測儀報(bào)警。

尾氣母管路及支管路上均設(shè)有放空閥，停用時(shí)排空管路中的殘留氣體，保證運(yùn)行安全。

4.2 氨汽提塔尾氣并入鍋爐摻燒

4.2.1 風(fēng)險(xiǎn)分析

由于氨汽提塔塔內(nèi)介質(zhì)具有易燃易爆性、窒息性、毒性等特點(diǎn)，如未按方案要求進(jìn)行置換，存在著火、爆炸風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，尾氣系統(tǒng)超壓泄漏存在人員中毒和窒息的風(fēng)險(xiǎn)。

4.2.2 控制措施

崗位下發(fā)置換方案，人員按要求進(jìn)行操作。

分析裝置置換氣，當(dāng)有效氣(CO+H2)體積分?jǐn)?shù)小于0.5%、NH3體積分?jǐn)?shù)小于0.5%時(shí)，為合格。

每年對遠(yuǎn)傳壓力信號、可燃?xì)怏w測量報(bào)警儀進(jìn)行校驗(yàn)維護(hù)1次?？刂葡到y(tǒng)壓力高時(shí)，打開放空閥泄壓，確保穩(wěn)定操作。

每年調(diào)?，F(xiàn)場可燃?xì)怏w檢測儀，確保正常使用。設(shè)備人員每年對安全閥進(jìn)行調(diào)校，確保其正常使用。

5 尾氣回收改造運(yùn)行效果

尾氣回收改造投用后，從直觀上看，火炬再也未出現(xiàn)碳銨結(jié)晶堵塞的情況，火炬放空不再出現(xiàn)“一根火柱上青天”的景象。

從經(jīng)營效果看，改造后可多生產(chǎn)6 t/h甲醇，按照當(dāng)時(shí)甲醇價(jià)格為2 400元/t計(jì)算，每年(8 000 h)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益1.15億元；每小時(shí)節(jié)省1 t燃料煤，按照當(dāng)前燃料煤價(jià)格為650元/t計(jì)算，每年(8 000 h)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益0.05億元。若刨去尾氣壓縮機(jī)組蒸汽及電耗等成本，可產(chǎn)生0.8億元/a的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)語

煤化工裝置因其點(diǎn)多、線長、面廣的特點(diǎn)，各工藝介質(zhì)的回收利用、節(jié)能改造都是企業(yè)經(jīng)營效益的增長點(diǎn)，也是對社會、環(huán)境、人類發(fā)展負(fù)責(zé)。