RTO蓄熱氧化裝置在煤化工項(xiàng)目中的應(yīng)用

張福亭，金占?jí)郏瑤熢A，郭 寧

(伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司 新疆伊寧 835000)

天然氣作為潔凈能源被廣泛應(yīng)用于化工、城市燃?xì)?、城市供熱、鍋爐發(fā)電、汽車燃料等領(lǐng)域，并伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，需求量逐年增加。伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司年產(chǎn)2×109m3天然氣項(xiàng)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(chǎn)的天然氣，并入中石油西氣東輸管網(wǎng)。因生產(chǎn)工藝流程的特殊性，在天然氣生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的CO2產(chǎn)品氣、CO2尾氣以及生化廢氣，不僅污染環(huán)境，而且會(huì)造成廢氣中可燃?xì)怏w的浪費(fèi)。為了保護(hù)環(huán)境，同時(shí)達(dá)到節(jié)能降耗的目的，伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司新增RTO蓄熱氧化裝置，對(duì)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣做進(jìn)一步處理。

1 廢氣的來源

1.1 低溫甲醇洗的CO2產(chǎn)品氣

低溫甲醇洗是以甲醇為吸收劑的物理吸收方法，經(jīng)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(duì)粗煤氣中的H2、N2、CO、CH4、CO2、COS、H2S、H2O等進(jìn)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(jīng)中壓閃蒸后，進(jìn)一步減壓和升溫，在此過程中產(chǎn)生的氣體稱為CO2產(chǎn)品氣。

1.2 低溫甲醇洗的CO2尾氣

CO2尾氣主要產(chǎn)生于H2S濃縮塔。來自CO2解析塔的甲醇中含有大量的CO2，其進(jìn)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(shí)達(dá)到回收系統(tǒng)冷量的目的，將H2S濃縮塔解析出來的氣體稱為CO2尾氣。CO2產(chǎn)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(jīng)酸化水解池、兩級(jí)生化池、混凝氣浮池、臭氧接觸池、曝氣生物濾池、兩級(jí)吸附過濾處理后送入回用水裝置。其中兩級(jí)生化是利用好氧細(xì)菌和厭氧細(xì)菌將污水中的化學(xué)需氧量(COD)和氨氮等污染物轉(zhuǎn)化成CO2和水，從而除去污水中大部分的有機(jī)污染物，在此過程中產(chǎn)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(chǎn)生的CO2產(chǎn)品氣、CO2尾氣，以及污水處理裝置兩級(jí)生化過程產(chǎn)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(fèi)、環(huán)境污染，不利于系統(tǒng)的節(jié)能降耗和環(huán)境保護(hù)。為了回收這部分氣體中的能量，減少?gòu)U氣對(duì)環(huán)境的污染，將CO2產(chǎn)品氣、CO2尾氣以及生化廢氣送入蓄熱式氧化爐內(nèi)進(jìn)行燃燒，廢氣在蓄熱式氧化爐內(nèi)發(fā)生下列氧化反應(yīng)：

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?zé)煔饨?jīng)后續(xù)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(dá)到回收能量的目的。

(2)控制廢氣排放指標(biāo)

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 31571—2015)對(duì)大氣污染物的排放要求，排放氣中甲醇的質(zhì)量濃度不大于50 mg/m3(標(biāo)態(tài))、非甲烷總烴質(zhì)量濃度不大于120 mg/m3(標(biāo)態(tài))、二氧化硫排放限值為100 mg/m3(標(biāo)態(tài))。為了使低溫甲醇洗裝置排放的CO2產(chǎn)品氣和CO2尾氣滿足GB 31571—2015中的相關(guān)要求，需要通過RTO蓄熱氧化裝置對(duì)低溫甲醇洗裝置產(chǎn)生的CO2產(chǎn)品氣和CO2尾氣做進(jìn)一步處理，以實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

2.2 工作原理

RTO蓄熱氧化裝置的工作原理是氧化產(chǎn)生的高溫氣體流經(jīng)特制的陶瓷蓄熱體，使陶瓷體升溫而“蓄熱”并用于預(yù)熱后續(xù)進(jìn)入的廢氣，當(dāng)廢氣溫度達(dá)到880 ℃以上時(shí)，廢氣中的烴類、CH3OH、H2、CO、H2S被氧化成CO2、H2O和H2S，達(dá)到凈化廢氣的目的。

2.3 主要設(shè)備

RTO蓄熱氧化裝置主要包括蓄熱式氧化爐、煙道蒸發(fā)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(chǎng)所是裝置的核心設(shè)備。蓄熱式氧化爐共6臺(tái)，并聯(lián)運(yùn)行，每臺(tái)爐分為上下2層，上層為單個(gè)燃燒室，下層為3個(gè)蓄熱室，單爐長(zhǎng)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(biāo)態(tài))，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(jiǎn)易流程

(1)蓄熱氧化系統(tǒng)流程

來自低溫甲醇洗裝置的CO2產(chǎn)品氣與CO2尾氣混合后，依次與稀釋風(fēng)機(jī)提供的空氣和生化廢氣進(jìn)行混合稀釋，然后送入蓄熱式氧化爐進(jìn)行高溫氧化分解。分解后的氣體分為兩路，其中一路高溫?zé)煔庖来谓?jīng)煙道蒸發(fā)器、過熱器、省煤器進(jìn)行熱量回收；另一路則進(jìn)入蓄熱式氧化爐蓄熱室與混合廢氣(CO2產(chǎn)品氣、CO2尾氣、稀釋空氣、生化廢氣混合后的氣體)進(jìn)行換熱，換熱后的低溫?zé)煔馀c出省煤器的煙氣混合，經(jīng)煙囪排放至大氣。

(2)余熱鍋爐系統(tǒng)流程

來自管網(wǎng)的脫鹽水進(jìn)入除氧器，在熱力的作用下除去脫鹽水中的O2，然后經(jīng)鍋爐給水泵送至省煤器進(jìn)行加熱。加熱后的鍋爐水進(jìn)入汽包，在汽包內(nèi)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(jìn)入煙道蒸發(fā)器，與來自蓄熱式氧化爐的高溫?zé)煔鈸Q熱形成飽和蒸汽，并通過上升管回到汽包。汽包內(nèi)的飽和蒸汽從頂部出來進(jìn)入過熱器，與出煙道蒸發(fā)器的煙氣繼續(xù)換熱轉(zhuǎn)變成過熱蒸汽，再經(jīng)減溫減壓器減壓降溫后并入1.5 MPa蒸汽管網(wǎng)。

2.5 主要開車步驟

(1)開車前的確認(rèn)和準(zhǔn)備。

(2)余熱鍋爐系統(tǒng)建立液位。

(3)根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷確定蓄熱式氧化爐的開啟數(shù)量。

(4)蓄熱式氧化爐點(diǎn)火升溫。

(5)引稀釋風(fēng)進(jìn)入蓄熱式氧化爐。

(6)引低溫甲醇洗裝置的混合氣進(jìn)入蓄熱式氧化爐。

(7)副產(chǎn)1.5 MPa蒸汽并網(wǎng)。

2.6 主要操作注意事項(xiàng)

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

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

(3)系統(tǒng)減負(fù)荷時(shí)，根據(jù)蓄熱式氧化爐爐溫變化情況，減少入爐稀釋風(fēng)的量。

(4)根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷的減小，適當(dāng)減少蓄熱式氧化爐的運(yùn)行數(shù)量。

(5)根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷的減小調(diào)整高溫旁通閥開度，如果高溫旁通閥全關(guān)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(wěn)定。

3 運(yùn)行效果分析

RTO蓄熱氧化裝置與煤化工項(xiàng)目配套使用，處理低溫甲醇洗裝置的CO2產(chǎn)品氣、CO2尾氣以及污水處理裝置的生化廢氣，工藝流程簡(jiǎn)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(dá)97.8%以上；設(shè)置混合氣壓力高、低溫甲醇洗裝置CO2尾氣爆炸下限(LEL)超標(biāo)和CO2產(chǎn)品氣LEL超標(biāo)停爐聯(lián)鎖，保證了裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。從RTO蓄熱氧化裝置原始開車運(yùn)行至今，能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)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(dá)標(biāo)排放的同時(shí)回收熱量，副產(chǎn)1.5 MPa過熱蒸汽，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗。RTO蓄熱氧化裝置主要運(yùn)行參數(shù)見表3，處理后的煙氣排放數(shù)據(jù)見表4。

表3 RTO蓄熱氧化裝置主要運(yùn)行參數(shù)

4 結(jié)語

新增RTO蓄熱氧化裝置作為煤化工項(xiàng)目中低溫甲醇洗裝置的配套設(shè)備，主要用于處理生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣。從目前運(yùn)行效果來看，經(jīng)RTO蓄熱氧化裝置處理后的CO2產(chǎn)品氣、CO2尾氣、生化廢氣能夠?qū)崿F(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，同時(shí)副產(chǎn)1.5 MPa的過熱蒸汽，可以更好地利用廢棄能源，達(dá)到了節(jié)能、減排、環(huán)保、增效的目的。