石炭化学産業におけるVOC廃ガス処理
石炭化学産業におけるVOC（揮発性有機化合物）排ガス処理に効果的な、先進的なRTO（再生熱酸化装置）システムをご紹介します。当社のソリューションは、排出量の削減、環境規制への適合、そして運用効率の向上を実現します。RTO技術が、お客様のビジネスの持続可能な成長にどのように貢献するかをご覧ください。
石炭ガス化とは
石炭ガス化は現代の石炭化学産業の中核技術です。
石炭ガス化：ガス化炉内で、各種石炭（コークス）と酸素を運ぶガス化剤（H2O、O2、CO2）との不完全反応を指します。高温・一定圧力下で、最終的にH2、CH4、CO、CO2、N2、微量のH2S、COSなどを含む粗石炭ガスを生成します。
石炭ガス化プロセスの分類：
- 原料：微粉炭、破砕炭、石炭水スラリー
- ガス化床：流動床、流動層、固定床。
- 固定床は塊炭（15～50mm）を原料として作られています。
- 流動床は粉砕された石炭（10mm以下）を原料として作られています。
- 気流床は粉砕された石炭（0.1mm以下）を原料として作られています。
異なるガス化プロセスによって生成される原油ガス成分の調査表
低温メタノール洗浄とは
低温メタノール洗浄プロセス：低温メタノールを吸収溶媒として使用し、低温での酸性ガスに対するメタノールの高い溶解度を利用して、供給ガスから酸性ガス（主に CO2 と H2S）を除去します。
低温メタノール洗浄法は、1950年代初頭にリンデ社とルルギ社が共同で開発した、原料ガスから酸性ガスを除去する方法です。1954年には、南アフリカの石炭加圧ガス化産業におけるガス精製に初めて採用されました。
- 低温メタノール洗浄プロセスパッケージプロバイダーには、Linde、Lurgi、大連理工大学などがあります。
- ガス化プロセスにはさまざまなものがあり、固定床、流動床、流動層の 3 つのカテゴリに分類できます。
- 低排出ガスが残留熱回収価値を有するかどうかの判断は、主に排気ガス中のCH4含有量を考慮します。
- CH4の濃度はガス化プロセスに依存し、固定床ガス化プロセスにはルルギ炉、BGL炉などがあります。
廃ガスの特性
低温メタノール洗浄排ガスの特性：
- 排気ガスは基本的に水蒸気で飽和している
- 不活性成分CO2およびN2の含有量が高い
- 排気ガスには基本的に酸素が含まれていない
酸素補給空気量の決定
排気ガスには酸素がほとんど含まれていないため、排気ガスを完全に酸化するために必要な酸素量を満たすために、排気ガスに空気を補充する必要があります。
補助空気量を決定する原理：
1) 安全上の考慮事項：爆発危険性分析
蓄熱燃焼法による産業有機性廃ガス処理技術仕様によると、RTO装置に流入する有機物濃度は爆発下限界の25%未満である必要があります。ル・シャトリエの式を用いて複雑な可燃性ガス混合物の爆発下限界を計算し、排気ガス中の可燃性成分の濃度と25% LELの大きさを比較することで、排気ガス中の可燃性成分の濃度の安全性を判断します。
2) 浄化率の考慮：「3T1O」
- LMは混合ガスの爆発下限値である。%
- Liは成分i,%の爆発下限値である。
- Viは、特定の可燃性成分の可燃性成分に対する体積分率である。%
通常、不活性ガスの影響を考慮せずに設計され、排気ガスの爆発下限界を計算し、排気ガス濃度と25% LELの関係に基づいて空気希釈率を決定します。この計算により本質安全は確保できますが、排気ガス量は比較的大きくなります。
低温メタノール洗浄排ガスN2には多量の不活性ガスCO2が存在するため、少量の可燃性成分、
n 種類の可燃性ガスと p 種類の不活性ガスの混合物の計算方法によれば、可燃性ガスと不活性ガスの低品位混合排気ガスは非可燃性かつ非爆発性であると判定できます。
したがって、低温メタノール洗浄からの排気ガスには爆発の上限も下限もありません。
低温メタノール洗浄廃ガスへの空気補充量は、完全酸化後の排ガスの酸素含有量が3%より大きいことを基準に決定できます。
空気中の混合排気ガスの燃焼性の計算プロセス
混合排気ガスは、物質バランスに基づいて酸素補給するように設計されており、排気ガス中の酸素含有量は約5%である。
酸素補給後の排気ガス中の可燃性成分の濃度と排気ガスの爆発下限界（不活性ガスを除く）の比較
処理総空気量
1) 排気ガス量が少ない
2) 酸素補給空気量
① 物質収支
②熱バランス
典型的なエンジニアリング事例
状況分析
新業能源化工の年間52万5千トンのメタノール製造設備は、粉砕石炭加圧ガス化技術を採用しています。低温メタノール洗浄排ガスには、主成分であるCO2とN2に加え、メタン、非メタン系総炭化水素、CO、メタノールなどが含まれています。これらの排ガスは現在、ボイラーの煙突から排出されています。環境保護の要求に基づき、VOC除去処理が義務付けられています。また、ポリオキシメチレン製造設備でも、3種類の排ガス処理が必要です。
処理ルート
排ガス中の可燃性成分の特性に基づき、当社の技術者は「RTO浄化+中圧蒸気廃熱ボイラーによる熱回収」という処理技術ルートを採用することを決定しました。当社独自の「ル・シャター＆不活性ガス補正理論安全空気分配アルゴリズム」に基づき、27万風量ロータリーバルブRTOを選択し、焼却後の排ガス中の酸素含有量を5%とすることを決定しました。同時に、5.1MPa/46T蒸気ボイラーと120メートル末端煙突設計を選択し、工場環境への排気ガスの影響を軽減しました。
主装置は、単一の27万風量ロータリーバルブRTO、正方形レイアウトを採用し、3つのロータリー空気分配バルブと36の蓄熱室を備えています。
- 包括的な治療：
270,000空気量回転式RTOを装備し、酸素補給のためにポリオキシメチレンテールガスを空気と混合
廃熱利用：46t/h、5.1MPa飽和蒸気 - 環境保護基準：
非メタン系炭化水素の総排出量が50mg/m³未満、年間の炭素排出量が約86万トン削減される。 - 回収期間: 3年
安全性分析
- 複雑な制御/チェーンブリーフィング
- HAZOP分析
- SIL評価
イノベーション1 - 不活性条件下での爆発下限値のブレークスルー
航空配給前125,000
| 混合物の可燃性部分の爆発限界の計算 | |
| リチャード・シャテリ式: Lf=100/（V1/L1+V2/L2+……+Vn/Ln） | |
| 混合ガス爆発限界Lf、% | 4.26 |
| 25%LEL | 1.065 |
| 可燃性成分の総濃度 | 2.777 |
従来の空気分配：可燃成分の濃度が1.065未満に低下し、空気分配が2.6倍必要となり、総空気量は33万に達します。
不活性ガスが爆発下限に与える影響を考慮する
酸素供給のみを考慮すると、空気供給は100,000、総空気量は220,000となる。
1. 空気中、900℃での爆発下限値は25%LELです。
2. 背景は不活性で、室温では不燃性、非爆発性ですが、高温では?
イノベーション2 - 大容量の空気量を持つ正方形RTO構造の設計と応用
| パフォーマンスパラメータ | ロータリーバルブRTO | リフトバルブRTO |
| 空気量 | 300,000 Nm³/時 | 300,000 Nm³/時 |
| 方向弁構造 | ロータリーバルブ | リフトバルブ |
| 逆止弁の数 | 3 | 27 |
| 逆止弁開閉ショックの頻度 | 衝撃のない連続運転 | 年間648万回 |
| 蓄熱床の数 | 36 | 9 |
| チャンバーあたりの空気量 | 20000 Nm³/時 | 75000 Nm³/時 |
| 単一蓄熱室の断面積 | 3㎡ | 14㎡ |
| 単室蓄熱セラミックの充填重量 | 3300kg | 15600kg |
| バーナー数（個） | 3 | 5 |
| 占有面積（長さ×幅） | 26m×8m | 48m×5m |
√ 主な環境保護技術指標
| パラメータ名 | データ |
| 低メタン排気ガス/10,000 m³/h | 10.8-12.5 |
| 酸素補給空気/10,000 m³/h | 10.5-11.5 |
| 低温排ガス酸素含有量% | 5 |
| 炉温度℃ | 960-990 |
| 排出窒素酸化物 mg/m³ | 4.5-10 |
| 排出非メタン総炭化水素 mg/m³ | 40-60 |
√ 主要経済指標
| パラメータ名 | データ |
| 設置された配電電力 | 1200KW/時 |
| 電気代 | 年間480万元 |
| 廃熱ボイラー蒸気出力 | 45トン/時 |
| 蒸気パラメータ | 4.9MPa、420℃ |
| スチーム価格 | 120元/トン |
| 直接的な経済的利益 | 4,320万元/年 |
| 原炭消費量の削減 | 年間5万トン |
| 炭素排出量の削減 | 年間86万トン |
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