Очистка отходящих газов от летучих органических соединений в угольной химической промышленности

Что такое газификация угля

Классификация процессов газификации угля:

• Сырье: угольная пыль, дробленый уголь, водоугольная суспензия;
• Газификационный слой: псевдоожиженный слой, кипящий слой, неподвижный слой;
• В качестве сырья используется кускового угля (15-50 мм);
• В качестве сырья для псевдоожиженного слоя используется измельченный уголь (менее 10 мм);
• В качестве сырья для воздушного потока используется пылевидный уголь (менее 0,1 мм); 

Обзорная таблица компонентов сырого газа, полученных различными процессами газификации

Что такое низкотемпературная промывка метанолом?

Процесс промывки метанолом при низкой температуре: использование холодного метанола в качестве абсорбирующего растворителя с использованием высокой растворимости метанола в кислых газах при низких температурах для удаления кислых газов из исходного газа, в основном CO2 и H2S.
Низкотемпературная промывка метанолом — метод, совместно разработанный компаниями Linde и Lurgi в начале 1950-х годов для удаления кислых газов из сырьевых газов. В 1954 году он был впервые использован для очистки газа в процессе газификации угля под давлением в Южной Африке.

• Поставщиками комплектов оборудования для низкотемпературной промывки метанолом являются Linde, Lurgi, Даляньский технологический университет и т. д.;
• Существуют различные процессы газификации, которые можно разделить на три категории: с неподвижным слоем, с псевдоожиженным слоем и с псевдоожиженным слоем;
• При определении того, имеет ли газ с низким уровнем выбросов значение рекуперации остаточного тепла, в первую очередь учитывается содержание CH4 в выхлопном газе;
• Концентрация CH4 зависит от процесса газификации, а процессы газификации с неподвижным слоем включают печь Lurgi, печь BGL и т. д.;

Свойства отходящих газов

Определение объема воздуха для подачи кислорода

• LM — нижний предел взрываемости газовой смеси, %
• Li – нижний предел взрываемости компонента i,%
• Vi — объемная доля определенного горючего компонента в горючем компоненте,%

Обычно при проектировании без учёта влияния инертных газов нижний предел взрываемости отработавших газов рассчитывается, а коэффициент разбавления воздухом определяется на основе соотношения между концентрацией отработавших газов и НПВ 25%. Такой расчёт может обеспечить искробезопасность, но объём отработавших газов относительно велик.

В связи с наличием большого количества инертного газа CO2 в отходящих газах низкотемпературной промывки метанола N2, небольшое количество горючих компонентов,
По методике расчета для смеси, содержащей n горючих газов и p инертных газов, можно определить, что низкосортный смешанный отработавший газ горючих и инертных газов негорюч и невзрывоопасен.

Таким образом, отходящие газы от низкотемпературной промывки метанолом не имеют верхнего и нижнего пределов взрываемости.
Количество воздуха, подпитывающего отходящие газы низкотемпературной промывки метанола, можно определить, исходя из содержания кислорода в дымовых газах после полного окисления, превышающего 3%.

Расчет процесса горючести смеси отработавших газов в воздухе 

① Материальный баланс

 ② Тепловой баланс

Типичные инженерные случаи

Анализ ситуации

На установке по производству метанола мощностью 525 000 тонн в год компании Xinye Energy Chemical используется технология газификации измельченного угля под давлением. Помимо основных компонентов – CO₂ и N₂, отходящие газы низкотемпературной промывки метанола содержат также метан, неметановые углеводороды, CO₂, метанол и т.д. Эти отходящие газы в настоящее время выбрасываются через дымовую трубу котла. В соответствии с требованиями по охране окружающей среды, требуется очистка от летучих органических соединений (ЛОС). Кроме того, на установке полиоксиметилена также выделяются три вида отходящих газов, требующих очистки.

Маршрут процесса

На основе характеристик горючих компонентов в отходящих газах наши инженеры решили принять технологический маршрут очистки «Очистка RTO + паровой утилизатор среднего давления для рекуперации тепла»; В соответствии с уникальным «Алгоритмом безопасного распределения воздуха с коррекцией по теории инертного газа Le Chater&Inert Gas Correction Theory» нашей компании, мы решили выбрать поворотный клапан RTO объемом 270000 воздуха, с содержанием кислорода 5% в отходящих газах после сжигания; Одновременно выбрали паровой котел 5,1 МПа/46T с конструкцией дымовой трубы длиной 120 метров, чтобы снизить воздействие выбросов отработавших газов на окружающую среду завода;

Основное устройство оснащено одним поворотным клапаном RTO с объемом воздуха 270 000, квадратной компоновки, оснащенным 3 поворотными воздухораспределительными клапанами и 36 камерами хранения тепла.

• Комплексное лечение:
  Оснащен роторным РТО объемом 270 000 воздуха, полиоксиметиленовый остаточный газ смешивается с воздухом для подачи кислорода
  Использование отходящего тепла: 46 т/ч, 5,1 МПа насыщенного пара
  
• Стандарты охраны окружающей среды:
  общие выбросы неметановых углеводородов <50 мг/м³, годовое сокращение выбросов углерода около 860 000 тонн;
  
• Срок окупаемости: 3 года

Анализ безопасности

1. Комплексный контроль/инструктаж по цепочке
2. Анализ HAZOP
3. Рейтинг SIL

Инновация 1 — Прорыв в снижении предела взрываемости в инертных условиях

Рассмотрим влияние инертного газа на нижний предел взрываемости.

Если учитывать только запас кислорода, запас воздуха составит 100 000, а общий объем воздуха — 220 000.

1. Фон воздуха, нижний предел взрываемости при 900 ℃ составляет 25%LEL;
2. Инертный фон, негорючий и невзрывоопасный при комнатной температуре, но при высокой температуре?

Инновация 2 — Разработка и применение квадратной конструкции РТО с большим объемом воздуха

√ Основные экономические показатели