석탄화학 산업의 VOCs 폐가스 처리

석탄가스화란 무엇인가

석탄가스화 공정 분류:

• 원료 : 분쇄탄, 쇄탄, 석탄수 슬러리;
• 가스화층: 유동층, 유동화층, 고정층;
• 고정층은 덩어리 석탄(15-50mm)을 원료로 하여 만든다.
• 유동화층은 분쇄된 석탄(10mm 이하)을 원료로 하여 만든다.
• 에어플로우 베드는 분쇄된 석탄(0.1mm 이하)을 원료로 하여 제작됩니다. 

다양한 가스화 공정에서 생산되는 원유가스 성분 조사표

저온 메탄올 세척이란 무엇입니까?

저온 메탄올 세척 공정: 흡수 용매로 차가운 메탄올을 사용하고, 낮은 온도에서 산성 가스에 대한 메탄올의 높은 용해도를 활용하여 공급 가스에서 주로 CO2와 H2S인 산성 가스를 제거합니다.
저온 메탄올 세척은 1950년대 초 린데와 루르기가 원료 가스에서 산성 가스를 제거하기 위해 공동 개발한 방법입니다. 1954년 남아프리카 공화국의 석탄 가압 가스화 산업에서 가스 정제에 처음 사용되었습니다.

• 저온 메탄올 세척 공정 패키지 공급업체로는 Linde, Lurgi, Dalian University of Technology 등이 있습니다.
• 가스화 공정에는 여러 가지가 있으며, 고정층, 유동층, 유동화층의 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
• 저배출 가스에 잔류열 회수 가치가 있는지 여부를 결정할 때는 주로 배기 가스의 CH4 함량을 고려합니다.
• CH4의 농도는 가스화 공정에 따라 달라지며, 고정층 가스화 공정에는 Lurgi로, BGL로 등이 있습니다.

폐가스 특성

산소 보충 공기량 결정

• LM은 혼합가스의 폭발하한계, %이다.
• Li는 성분 i, %의 폭발 하한입니다.
• Vi는 가연성 성분에 대한 특정 가연성 성분의 부피 분율입니다.%

일반적으로 불활성 가스의 영향을 고려하지 않고 설계되며, 배기가스 폭발 하한계가 계산되고, 배기가스 농도와 25% LEL의 관계를 기반으로 공기 희석비가 결정됩니다. 이러한 계산은 본질적인 안전을 보장할 수 있지만, 배기가스량이 상대적으로 크다는 단점이 있습니다.

저온메탄올 세척배기가스 N2에는 다량의 불활성가스 CO2가 존재하므로, 소량의 가연성성분이 포함되어 있습니다.
n개의 가연성 가스와 p개의 불활성 가스를 포함하는 혼합물에 대한 계산 방법에 따르면, 가연성 가스와 불활성 가스의 저급 혼합 배기가스는 불연성이며 폭발성이 없음을 알 수 있다.

따라서 저온 메탄올 세척에서 발생하는 배기가스에는 상한이나 하한 폭발 한계가 없습니다.
저온 메탄올 세척 폐가스에 대한 공기 보충량은 완전 산화 후 배기가스 중 산소 함량이 3%보다 높은 경우를 기준으로 결정할 수 있습니다.

공기 중 혼합배기가스의 연소성 계산 과정 

① 물질수지

 ② 열수지

일반적인 엔지니어링 사례

상황 분석

신예 에너지 케미컬(Xinye Energy Chemical)의 연간 52만 5천 톤 규모의 메탄올 생산 시설은 파쇄석탄 가압 가스화 기술을 사용합니다. 저온 메탄올 세척 배기가스에는 주성분인 CO₂와 N₂ 외에도 메탄, 비메탄 총탄화수소, CO, 메탄올 등이 포함되어 있습니다. 이 배기가스는 현재 보일러 굴뚝을 통해 배출되고 있습니다. 환경 보호 요건에 따라 VOC 제거 처리가 필요합니다. 또한, 폴리옥시메틸렌 생산 시설에는 처리가 필요한 세 가지 배기가스가 있습니다.

공정 경로

배기가스 중 가연성 성분의 특성을 바탕으로 당사 엔지니어는 "RTO 정화+열 회수를 위한 중압 증기 폐열 보일러"의 처리 기술 경로를 채택하기로 결정했습니다. 당사만의 독특한 "르 샤테르&불활성 가스 보정 이론 안전 공기 분배 알고리즘"에 따라, 소각 후 배기가스 중 산소 함량이 5%인 270000 공기량 회전 밸브 RTO를 선택했습니다. 동시에 공장 환경에 대한 배기 가스 배출의 영향을 줄이기 위해 120m 끝 굴뚝 설계를 갖춘 5.1MPa/46T 증기 보일러를 선택했습니다.

주요 장치는 3개의 회전 공기 분배 밸브와 36개의 열 저장 챔버를 갖춘 정사각형 레이아웃의 단일 270,000 공기량 회전 밸브 RTO를 채택합니다.

• 종합 치료:
  270,000 공기량 회전 RTO 장착, 산소 보충을 위해 공기와 혼합된 폴리옥시메틸렌 테일 가스
  폐열 이용률: 46t/h, 5.1MPa 포화증기
  
• 환경 보호 기준:
  비메탄 총 탄화수소 배출량 <50mg/m³, 연간 탄소 배출량 약 86만톤 감소
  
• 투자 회수 기간: 3년

안전 분석

1. 복잡한 제어/체인 브리핑
2. HAZOP 분석
3. SIL 등급

혁신 1 - 불활성 조건에서 폭발 한계의 혁신

불활성 가스가 폭발 하한에 미치는 영향을 고려하세요.

산소 공급량만 고려하면 공기 공급량은 100,000이고 총 공기량은 220,000입니다.

1. 공기 배경, 900℃에서의 폭발 하한은 25%LEL입니다.
2. 불활성 배경, 실온에서는 인화성 및 폭발성이 없지만 고온에서는 그렇지 않은가?

혁신 2 - 대용량 공기량을 갖는 사각형 RTO 구조의 설계 및 적용

√ 주요 경제지표