煤化工VOCs廢氣治理

什麼是煤氣化

煤氣化製程的分類：

• 原料：煤粉、碎煤、水煤漿；
• 氣化床：流體化床、流體化床、固定床；
• 固定床以塊煤（15-50mm）為原料；
• 流體化床採用碎煤（小於10mm）作為原料；
• 氣流床採用粒度小於0.1mm的煤粉為原料製成； 

不同氣化製程生產粗氣組分概況表

什麼是低溫甲醇洗

低溫甲醇洗製程：以冷甲醇作為吸收溶劑，利用甲醇在低溫下對酸性氣體溶解度大的特點，並去除原料氣中的酸性氣體，主要為CO2和H2S。
低溫甲醇洗是1950年代初林德和魯奇公司共同開發的脫除原料氣中酸性氣體的方法，1954年在南非煤加壓氣化工業中首次用於氣體淨化。

• 低溫甲醇洗製程包供應商包括林德、魯奇、大連理工大學等；
• 氣化製程多種多樣，可分為固定床、流體化床、沸騰床三類；
• 低排放氣體是否具有餘熱回收價值的判定主要考慮廢氣中CH4含量；
• CH4濃度取決於氣化工藝，固定床氣化製程包括魯奇爐、BGL爐等；

廢氣性質

補氧空氣量的測定

• LM為混合氣體爆炸下限，%
• Li為組分i的爆炸下限，%
• Vi為某一可燃組分佔可燃組分體積分數，%

通常設計時不考慮惰性氣體的影響，計算廢氣的爆炸下限，並根據廢氣濃度與25% LEL的關係來決定空氣稀釋比。這種計算可以確保本質安全，但廢氣量相對較大。

由於低溫甲醇洗廢氣N2含有大量惰性氣體CO2，少量可燃成分，
根據含有n種可燃氣體和p種惰性氣體的混合氣體的計算方法，可以判定低品位可燃氣體與惰性氣體混合廢氣不易燃、不易爆。

因此低溫甲醇洗廢氣沒有爆炸上限和下限。
低溫甲醇洗廢氣補風量可依完全氧化後煙氣含氧量大於3%來確定。

混合廢氣在空氣中的燃燒性計算過程 

① 物料衡算

 ② 熱平衡

典型工程案例

情勢分析

新業能源化工52.5萬噸/年甲醇裝置採用碎煤加壓氣化技術，低溫甲醇洗廢氣除主要成分CO2及N2外，還含有甲烷、非甲烷總烴、CO、甲醇等。該廢氣目前透過鍋爐煙囪排放，根據環保要求，需進行VOCs脫除處理。此外，聚甲醛裝置也有三種廢氣需要處理。

工藝路線

根據廢氣中可燃成分的特點，我司工程師決定採用“RTO淨化+中壓蒸汽餘熱鍋爐熱量回收”的處理技術路線；根據我司獨有的“勒查特&惰性氣體修正理論安全配風算法”，選擇27萬風量的旋轉閥RTO，焚燒後廢氣含氧量為5%；同時選擇5.1MPa/46T蒸汽鍋爐，配合120公尺末端煙囪設計，減少廢氣排放對廠區環境的影響；

主裝置採用單台27萬風量旋轉閥RTO，方形佈置，配備3個旋轉式布風閥，36個蓄熱室

• 綜合治療：
  配備27萬風量旋轉式RTO，聚甲醛廢氣與空氣混合補氧
  餘熱利用：46t/h、5.1MPa飽和蒸汽
  
• 環保標準：
  非甲烷總烴排放量<50mg/m³，年減排碳排放量約86萬噸；
  
• 投資回收期： 3年

安全性分析

1. 複雜控制/鏈簡報
2. HAZOP分析
3. SIL 評級

創新1——惰性條件下爆炸下限的突破

考慮惰性氣體對爆炸下限的影響

僅考慮供氧，供氣量10萬，總風量22萬

1.空氣背景，900℃爆炸下限為25%LEL；
2.惰性背景，常溫下不燃不爆，但高溫下呢？

創新二－大風量方形RTO結構設計及應用

√ 主要經濟指標