焦爐氣馳放氣作為合成氨部分燃料氣初探

李蘭蘭向繼明

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

簡要：介紹了焦爐氣馳放氣作為天然氣蒸汽轉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行初步探討。

關鍵詞：焦爐氣  馳放氣  天然氣蒸汽轉化  燃料氣合成氨  

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

    焦爐氣是煉焦過程中產出焦炭和焦油產品的同時所得到的可燃氣體，是煉焦過程的副產品，其成分隨煤種及煤干餾工況而異，主要成分是氫和甲烷?，F焦爐氣經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

    天然氣蒸汽轉化制合成氨工藝，轉化系統(tǒng)采用兩段轉化，一段轉化反應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。燃料天然氣經一級調壓后分為三路，第一路一部分送一段轉化爐對流段燃料氣預熱盤管，另一部分送開工鍋爐。經預熱后的燃料天然氣經二級減壓后與馳放氣回收后的燃料氣匯合，作為一段轉化爐煙道燒嘴和頂部燒嘴的燃料;第二路氣體不經過預熱，由壓力控制后經一分離罐到合成系統(tǒng)開工加熱爐作為燃料;第三路氣體不經過預熱送輔助鍋爐燒嘴。燃料氣系統(tǒng)簡圖如圖1。

2焦爐氣馳放氣加入討論

2.1焦爐氣馳放氣組成及低熱值

      焦爐煤氣經初步回收處理后馳放氣組分見表1。

      可燃氣體低熱值見表2^[2]。   

      由表1及表2可知，焦爐氣馳放氣低熱值(LHV)為2361.029kca1/Nm³。

2. 2原設計燃料氣情況

      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加入焦爐氣馳放氣后燃燒情況對比

      焦爐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]與原設計對比見表5。

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

    焦爐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)熱值能達到原設計的要求。

    燃燒空氣由送風機提供，從表5可知，焦爐氣馳放氣加人燃料系統(tǒng)后燃燒空氣量與原設計相比有所減少，送風機動力消耗亦有所減少。

    燃燒產生的煙氣最終經引風機排人大氣，從表5可知，焦爐氣馳放氣加人燃料系統(tǒng)后總煙氣量與原設計相比有所減少，因此阻力降沒有增加，引風機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?？諝庀禂涤嘘P。與原設計相比，爐子大小沒有改變，氣體溫度亦大致相等，煙氣的組分與原設計相比變化較小，過?？諝庀禂稻鶠?.15，因此焦爐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

    焦爐氣的組成隨煤的成分和焦爐的操作條件變化會有所不同。焦爐氣中除含有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置，只對H₂S,NH₄、苯和焦油有一定控制，對其他雜質不進行控制^[4]，這是造成焦爐氣工業(yè)應用困難的主要原因。

    焦爐氣馳放氣中仍含有0.5%的雜質，這些雜質在進人燃燒系統(tǒng)前還需進一步處理，以免蒸、焦油等易凝、易結晶的物質堵塞管道以及其他雜質對設備和管道的腐蝕。

4結論

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