Čistenie odpadových plynov z prchavých organických zlúčenín v uhoľno-chemickom priemysle

Čo je splyňovanie uhlia

Klasifikácia procesov splyňovania uhlia:

• Suroviny: práškové uhlie, drvené uhlie, uhoľná vodná suspenzia;
• Splyňovacie lôžko: fluidné lôžko, fluidná vrstva, pevná vrstva;
• Pevné lôžko je vyrobené z kusového uhlia (15-50 mm) ako suroviny;
• Fluidné lôžko je vyrobené z drveného uhlia (menej ako 10 mm) ako suroviny;
• Vzduchové lôžko je vyrobené z práškového uhlia (menej ako 0,1 mm) ako suroviny; 

Prehľadová tabuľka zložiek surového plynu vyrobených rôznymi procesmi splyňovania

Čo je to nízkoteplotné metanolové pranie

Proces premývania metanolom pri nízkej teplote: použitie studeného metanolu ako absorpčného rozpúšťadla s využitím vysokej rozpustnosti metanolu v kyslých plynoch pri nízkych teplotách na odstránenie kyslých plynov, najmä CO2 a H2S, zo vstupného plynu.
Nízkoteplotné pranie metanolom je metóda, ktorú spoločne vyvinuli spoločnosti Linde a Lurgi začiatkom 50. rokov 20. storočia na odstránenie kyslých plynov zo surovín. V roku 1954 bola prvýkrát použitá na čistenie plynu v priemysle tlakového splyňovania uhlia v Južnej Afrike.

• Medzi poskytovateľov balíkov na nízkoteplotné pranie metanolom patria Linde, Lurgi, Dalian University of Technology atď.;
• Existujú rôzne procesy splyňovania, ktoré možno rozdeliť do troch kategórií: s pevným lôžkom, fluidným lôžkom a fluidným lôžkom;
• Pri určovaní, či má nízkoemisný plyn hodnotu spätného získavania zvyškového tepla, sa zohľadňuje najmä obsah CH4 vo výfukových plynoch;
• Koncentrácia CH4 závisí od procesu splyňovania a medzi procesy splyňovania s pevným lôžkom patrí Lurgiho pec, pec BGL atď.;

Vlastnosti odpadových plynov

Stanovenie objemu vzduchu dopĺňaného kyslíkom

• LM je dolná medza výbušnosti zmesi plynov, %
• Li je dolná medza výbušnosti zložky i,%
• Vi je objemový podiel určitej horľavej zložky k horľavej zložke,%

Zvyčajne sa navrhujú bez zohľadnenia vplyvu inertných plynov, dolná medza výbušnosti výfukových plynov sa vypočíta a pomer riedenia vzduchu sa určí na základe vzťahu medzi koncentráciou výfukových plynov a limitom výbušnosti 25% LEL. Tento výpočet môže zaručiť vnútornú bezpečnosť, ale objem výfukových plynov je relatívne veľký.

Vzhľadom na prítomnosť veľkého množstva inertného plynu CO2 vo výfukovom plyne N2 z nízkoteplotného prania metanolom, malého množstva horľavých zložiek,
Podľa výpočtovej metódy pre zmes obsahujúcu n horľavých plynov a p inertných plynov možno určiť, že nízkokvalitný zmiešaný výfukový plyn horľavých a inertných plynov je nehorľavý a nevýbušný.

Preto výfukový plyn z nízkoteplotného prania metanolom nemá hornú ani dolnú medzu výbušnosti.
Množstvo dopĺňaného vzduchu pre odpadový plyn z nízkoteplotného prania metanolom možno určiť na základe obsahu kyslíka v spalinách po úplnej oxidácii, ktorý je vyšší ako 3%.

Proces výpočtu horľavosti zmesi výfukových plynov vo vzduchu 

① Materiálová bilancia

 ② Tepelná bilancia

Typické inžinierske prípady

Analýza situácie

Metanolová jednotka spoločnosti Xinye Energy Chemical s kapacitou 525 000 ton/rok využíva technológiu tlakového splyňovania drveného uhlia. Okrem hlavných zložiek CO2 a N2 obsahuje nízkoteplotný odpadový plyn z preplachovania metanolom aj metán, celkové nemetánové uhľovodíky, CO, metanol atď. Tento odpadový plyn sa v súčasnosti vypúšťa cez komín kotla. Podľa požiadaviek ochrany životného prostredia je potrebné odstrániť prchavé organické zlúčenia (VOC). Okrem toho polyoxymetylénová jednotka obsahuje aj tri odpadové plyny, ktoré je potrebné čistiť.

Procesná trasa

Na základe charakteristík horľavých zložiek vo výfukových plynoch sa naši inžinieri rozhodli pre technologickú cestu úpravy „čistenie RTO + strednotlakový parný kotol na odpadové teplo na spätné získavanie tepla“. Podľa jedinečného „Le Chater & Inert Gas Correction Theory Safety Air Distribution Algorithm“ našej spoločnosti sme sa rozhodli zvoliť RTO s rotačným ventilom s objemom vzduchu 270 000 a obsahom kyslíka 5% vo výfukových plynoch po spálení. Súčasne sme zvolili parný kotol s tlakom 5,1 MPa/46T a konštrukciou 120 metrového koncového komína, aby sa znížil vplyv výfukových emisií na životné prostredie v továrni.

Hlavné zariadenie využíva jeden rotačný ventil RTO s objemom vzduchu 270 000 kJ, štvorcové usporiadanie, vybavený 3 rotačnými ventilmi na rozdeľovanie vzduchu a 36 komorami na akumuláciu tepla.

• Komplexná liečba:
  Vybavený rotačným RTO s objemom vzduchu 270 000, polyoxymetylénový koncový plyn zmiešaný so vzduchom ako doplnok kyslíka
  Využitie odpadového tepla: 46 t/h, nasýtená para 5,1 MPa
  
• Normy ochrany životného prostredia:
  celkové emisie nemetánových uhľovodíkov <50 mg/m³, ročné zníženie emisií uhlíka približne o 860 000 ton;
  
• Doba návratnosti: 3 roky

Analýza bezpečnosti

1. Brífing komplexného riadenia/reťazca
2. Analýza HAZOP
3. Hodnotenie SIL

Inovácia 1 – Prielom v dolnej medzi výbušnosti za inertných podmienok

Zvážte vplyv inertného plynu na dolnú medzu výbušnosti

Ak vezmeme do úvahy iba prívod kyslíka, prívod vzduchu je 100 000 a celkový objem vzduchu je 220 000.

1. Vzdušné pozadie, dolná medza výbušnosti pri 900 ℃ je 25%LEL;
2. Inertné pozadie, nehorľavé a nevýbušné pri izbovej teplote, ale pri vysokej teplote?

Inovácia 2 – Návrh a aplikácia štvorcovej štruktúry RTO s veľkým objemom vzduchu

√ Hlavné ekonomické ukazovatele