焦炉气驰放气作为合成氨部分燃料气初探

李兰兰向继明

(四川省化工设计院，四川成都，610015)                                                                  

简要：介绍了焦炉气驰放气作为天然气蒸汽转化制合成氨工艺中部分燃料气，并就燃烧后烟气量及对辐射传热的影响进行初步探讨。

关键词：焦炉气  驰放气  天然气蒸汽转化  燃料气合成氨  

      我国是世界上最大的焦炭生产国，如果按生产1t焦炭可产生430Nm³左右焦炉煤气，焦炉煤气一半用于回炉助燃，另一半需使用专门的装置进行回收，否则就只有燃烧排放。近年来，国家对焦化行业实施“准人”整顿，焦炉气必须回收利用^[1]，随着西气东输工程的实施，天然气在很短时间内得到普及，天然气的普及造成了天然气的短缺。

    焦炉气是炼焦过程中产出焦炭和焦油产品的同时所得到的可燃气体，是炼焦过程的副产品，其成分随煤种及煤干馏工况而异，主要成分是氢和甲烷。现焦炉气经初步回收处理后约排放6000Nm³/h驰放气，其中还含有大量的氢气，可送人合成氨企业作为燃料气。

1燃料气系统简述

    天然气蒸汽转化制合成氨工艺，转化系统采用两段转化，一段转化反应所需的热量由顶部烧嘴燃烧燃料气提供。

      燃料气系统燃料气由燃料天然气和合成系统驰放气经驰放气回收装置处理后返回的燃料气两部分组成。燃料天然气经一级调压后分为三路，第一路一部分送一段转化炉对流段燃料气预热盘管，另一部分送开工锅炉。经预热后的燃料天然气经二级减压后与驰放气回收后的燃料气汇合，作为一段转化炉烟道烧嘴和顶部烧嘴的燃料;第二路气体不经过预热，由压力控制后经一分离罐到合成系统开工加热炉作为燃料;第三路气体不经过预热送辅助锅炉烧嘴。燃料气系统简图如图1。

2焦炉气驰放气加入讨论

2.1焦炉气驰放气组成及低热值

      焦炉煤气经初步回收处理后驰放气组分见表1。

      可燃气体低热值见表2^[2]。   

      由表1及表2可知，焦炉气驰放气低热值(LHV)为2361.029kca1/Nm³。

2. 2原设计燃料气情况

      合成氨原燃料气由燃料天然气及驰放气回收后燃料气组成，燃料天然气组分见表3，驰放气回收后燃料气组分见表4。

      按表3组分计算，燃料天然气低热值(LHV)为8330.811kca1/Nm³。 

      按表4组分计算，驰放气回收后燃料气低热值(LHV)为3127.849kcal/Nm³。

2. 3加入焦炉气驰放气后燃烧情况对比

      焦炉煤气驰放气加入燃料系统，可顶替部分燃料天然气，其燃烧情况^[3]与原设计对比见表5。

 由表5可知，焦炉气驰放气加人燃料系统后，可顶替出燃料天然气1701Nm³/h。

    焦炉气驰放气加人燃料系统后燃料气低热值为6172.06kca1/Nm³，顶部烧嘴采用VPZ-16型气体烧嘴，按照烧嘴的“发热量-压力”曲线，烧嘴的发热值能达到原设计的要求。

    燃烧空气由送风机提供，从表5可知，焦炉气驰放气加人燃料系统后燃烧空气量与原设计相比有所减少，送风机动力消耗亦有所减少。

    燃烧产生的烟气最终经引风机排人大气，从表5可知，焦炉气驰放气加人燃料系统后总烟气量与原设计相比有所减少，因此阻力降没有增加，引风机动力消耗亦没有增加。

    由于辐射段为辐射传热，气体辐射率(火焰黑度)是由三原子气体CO₂和H₂O两种气体的浓度、炉子大小、气体温度等因素决定，气体中CO₂ +H₂O的分压与过剩空气系数有关。与原设计相比，炉子大小没有改变，气体温度亦大致相等，烟气的组分与原设计相比变化较小，过剩空气系数均为1.15，因此焦炉气驰放气加人燃料系统后对传热亦无影响。

3存在的问题

    焦炉气的组成随煤的成分和焦炉的操作条件变化会有所不同。焦炉气中除含有CH₄ , H₂,CO,N₂ ,O₂外，还含有大量的H₂S, C₂S, HCN, NH₃ ,噻吩、萘、苯和焦油等成份，一般焦化厂的流程设置，只对H₂S,NH₄、苯和焦油有一定控制，对其他杂质不进行控制^[4]，这是造成焦炉气工业应用困难的主要原因。

    焦炉气驰放气中仍含有0.5%的杂质，这些杂质在进人燃烧系统前还需进一步处理，以免蒸、焦油等易凝、易结晶的物质堵塞管道以及其他杂质对设备和管道的腐蚀。

4结论

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