煤制油項目火炬氣分類及壓降措施

煤制油項目火炬氣分類及壓降措施

由于中國資源豐富，石油和天然氣資源相對匱乏，國家非常重視相對豐富的煤炭資源的液化和勘探，這是解決中國石油資源短缺的重要補充手段之一。煤制油項目主要生產(chǎn)工藝裝置包括煤氣化裝置、一氧化碳變換裝置、合成氣凈化裝置、油品合成、油品加工裝置和甲醇裝置。這些工藝裝置在開停車、正常運行或者停電、停水、火災(zāi)等事故時會排放出大量成分比較復(fù)雜的易燃、易爆以及具有毒性和腐蝕性的氣體?；鹁嫦到y(tǒng)作為煤制油重要的安全、環(huán)保配套設(shè)施,負責(zé)燃燒各裝置不同工況下放空的火炬氣。這使得合理的火炬總圖布置,處理工藝流程和火炬的管道布置就顯得尤為重要。1火炬氣排放量煤制油項目為大型煤化工項目,全廠火炬氣特點如下:(1)各裝置火炬氣排放量大。煤制油裝置規(guī)模大,系列數(shù)多。(2)各裝置排放的火炬氣成分復(fù)雜,既有主要成分CO、CO(3)全廠各裝置之間存在上下游關(guān)系,事故狀態(tài)下各裝置火炬氣排放量不能簡單疊加。2火炬氣的分類處理煤制油項目產(chǎn)生的火炬氣成分復(fù)雜,為了火炬系統(tǒng)的安全、可靠并且經(jīng)濟,采取的措施是將火炬氣分類處理,從而保證其既能夠充分燃燒,滿足環(huán)保要求,又能夠順利排放,不會因相互影響發(fā)生憋壓而導(dǎo)致安全事故,且具有較好的經(jīng)濟性。2.1火和氣體的分類煤制油項目排放的火炬氣根據(jù)其主要組成分為以CO+H2.1.1co-h以CO和H2.1.2噴射蒸汽,減少析碳C處理此類火炬氣時,需要在火炬頭增加蒸汽消煙裝置。當(dāng)高熱值火炬氣燃燒時,火炬頭處的蒸汽噴射裝置向火焰中心區(qū)域噴射蒸汽,一方面卷入更多的空氣,使火炬氣和更多的氧氣進行接觸,燃燒更充分,減少析碳。另一方面,高溫下的水蒸氣和析出的炭黑發(fā)生水煤氣反應(yīng),從而消除產(chǎn)生的黑煙,滿足環(huán)保要求。在無法提供蒸汽的場合,也可以在地面設(shè)置鼓風(fēng)機,通過垂直管道強制將空氣送至火炬頭,為燃燒提供足夠的空氣,從而達到抑制黑煙的目的。2.1.3H硫化氫的熱值為5581kcal/Nm2.1.4NH氨氣的熱值大約為3862kcal/Nm2.2火炬總管壓力煤制油項目不僅排放的火炬氣成分較為復(fù)雜,而且火炬氣正常排放時的壓力也有很大差別。當(dāng)火炬氣正常操作壓力有較大差別時,可設(shè)置高、低壓兩套不同壓力的火炬總管。高壓火炬總管因其背壓較高,火炬氣沿程允許有較大的壓降,可以有效縮小火炬總管管徑,節(jié)省材料,減少投資。低壓火炬系統(tǒng)背壓較低,火炬氣沿程壓力降小,便于安全閥選型。2.3火炬系統(tǒng)分類綜上所述,考慮火炬氣熱值成分不同和排放系統(tǒng)的壓力不同,現(xiàn)將煤制油項目火炬系統(tǒng)分為以下5大類:2.3.1高操作壓力、低熱值合成氣排放高壓低熱值火炬系統(tǒng)主要用來處理來自煤氣化裝置、一氧化碳變換裝置,合成氣凈化裝置、油品合成裝置、油品加工裝置、尾氣處理裝置和甲醇合成裝置、丙烯制冷單元等的高操作壓力、低熱值合成氣排放。2.3.2內(nèi)部氨火氣系統(tǒng)含氨火炬系統(tǒng)主要用來處理裝置區(qū)在停電狀況下,酸水汽提裝置和煤氣化裝置區(qū)含有NH2.3.3酸性氣的排放酸性火炬氣處理系統(tǒng)主要用來處理來自煤氣化裝置、合成氣凈化裝置、硫回收裝置的酸性氣排放。酸性火炬氣的排放,往往伴隨著大量二氧化碳的排放,這會降低酸性火炬氣的熱值。為了達到酸性火炬氣的充分燃燒,火炬系統(tǒng)同樣需要配備燃料氣伴燒燃燒器的蓄熱式火炬頭。2.3.4高壓高熱值燃燒系統(tǒng)高壓高熱值火炬系統(tǒng)主要用來處理油品合成裝置和油品加工裝置高操作壓力、高熱值的重組分烴類排放氣的處理。2.3.5火炬系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)低壓高熱值火炬系統(tǒng)主要用來處理來自油品合成裝置、油品加工裝置、尾氣處理裝置和甲醇合成裝置的低操作壓力凈化合成氣和高熱值的重組分烴類和甲醇的排放?；鹁鏆獾臒嶂递^高,防止黑煙的產(chǎn)生,此火炬系統(tǒng)需要配備蒸汽消煙裝置?；鹁鏆庥苫鹁婵偣芟群蠼?jīng)過分液罐、水封罐后進入到火炬頭燃燒。由于氨氣會大量易溶于水,所以含氨火炬氣系統(tǒng)不宜設(shè)置水封罐,只設(shè)置分液罐。對于低溫火炬氣和酸性火炬氣,在封閉式火炬系統(tǒng)中,不使用水封罐,避免了密封水結(jié)冰阻塞火炬管道和酸性氣遇水后腐蝕問題的發(fā)生。所以,酸性火炬氣系統(tǒng)只設(shè)置分液罐,不設(shè)置水封罐。某煤制油項目火炬系統(tǒng)示意圖見圖1。3火炬系統(tǒng)的配置3.1火炬高度設(shè)計原則(1)高架火炬高度的選擇要根據(jù)必要的熱防輻射間距。(2)高架火炬與各裝置的防火間距為60~90m,允許的熱輻射強度要小于等于3.2kW/m(3)火炬裝置應(yīng)避免設(shè)置在低洼地帶,防止不利于排放物的擴散。(4)在保證人身與生產(chǎn)安全的前提下,火炬裝置宜靠近主要排放裝置。合理布置總圖減少火炬氣管線長度,減小火炬氣管廊和管線的投資費用,同時對需要伴熱的火炬管線,減少蒸汽運行的費用。(5)火炬高度除要滿足熱輻射強度外,還要滿足環(huán)境保護排放的標(biāo)準(zhǔn)和防空標(biāo)志等規(guī)范要求。(6)火炬設(shè)施的分液罐、水封罐、泵等布置區(qū)域熱輻射強度允許小于等于9.2kW/m3.2火炬系統(tǒng)規(guī)劃應(yīng)是分段分煤制油項目占地面積較大,火炬管線的總管會很長,經(jīng)過長距離的火炬管線,在火炬總管內(nèi)會產(chǎn)生凝液,這就要求各裝置產(chǎn)生的火炬氣在出裝置時,在各裝置內(nèi)設(shè)置火炬氣分液罐,防止大量火炬凝液進入火炬總管而影響火炬氣的排放。煤制油項目不僅廠區(qū)面積大,而且裝置比較多,氣化、凈化裝置還有很多系列,這就導(dǎo)致火炬氣收集總管比較分散。為了滿足火炬系統(tǒng)總圖布置第4條,火炬裝置宜靠近主要排放裝置的原則,現(xiàn)將煤制油項目火炬系統(tǒng)分為上游火炬系統(tǒng)和下游火炬系統(tǒng)。上游火炬系統(tǒng)由高壓低熱值火炬氣系統(tǒng)、含氨火炬氣系統(tǒng)、酸性火炬氣系統(tǒng)組成,主要是用來處理煤氣化裝置、一氧化碳變換裝置、凈化裝置產(chǎn)生的火炬氣。上游火炬設(shè)施設(shè)備布置見圖2。下游火炬系統(tǒng)由高壓高熱值火炬氣系統(tǒng)、低壓高熱值火炬氣系統(tǒng)組成,主要是用來處理油品合成和油品加氫裂化產(chǎn)生的火炬氣。下游火炬設(shè)施設(shè)備布置圖見圖3。3.3火炬系統(tǒng)總管的設(shè)計(1)全廠所有的火炬支管及總管按0.2%的坡度設(shè)計,確?；鹁婀芫W(wǎng)中無“袋形”,所有的支管應(yīng)坡向總管,而總管應(yīng)按坡向分液罐敷設(shè),確保在火炬管線內(nèi)不形成柱塞流影響火炬氣排放。(2)為減少壓力降和反作用力,火炬支管線順流向從上方與火炬系統(tǒng)總管成45°連接。(3)火炬氣管網(wǎng)的冷熱補償一般盡可能利用管道自然補償予以解決,當(dāng)自然補償滿足不了要求時,要選用合適的補償器。管道軸向的補償采用直管壓力平衡型膨脹節(jié),管道橫向的位移采用復(fù)式拉桿型膨脹節(jié)。(4)為了保證工廠各種工況下,火炬系統(tǒng)能夠正常運行,在各裝置火炬氣進入火炬管網(wǎng)主管前設(shè)置切斷閥,并且在靠近裝置側(cè)管道設(shè)置盲板。(5)火炬氣管道彎頭盡量選用彎曲半徑大的彎頭,在設(shè)計中彎曲半徑大于或是等于管道直徑的2~3倍,以減少局部阻力損失。(6)對大量含有水蒸汽的富氫低熱值火炬氣進行保溫、伴熱設(shè)計,防止管道內(nèi)凝液水擊現(xiàn)象的產(chǎn)生。(7)為了保證火炬氣管網(wǎng)的安全運行,火炬氣總管的上游最遠端設(shè)有固定的吹掃設(shè)施。并且所有的火炬設(shè)施都應(yīng)該設(shè)置吹掃用軟管接口