焦炭烧损控制措施与二氧化碳的炭熔反应 冶金焦化 2022年7月25日 浏览:1920 评论:1 收藏:1 技术邻 > 化工工程 > 化学工艺 ,石油化工 干熄焦烧损问题在行业内是普遍关注的问题,多年来很多技术人员及专家也做了大量试验和研究,力求找出降低焦炭烧损的经济途径,目前主要措施有以下几点。 (1)控制适当的气料比。 在保证排焦温度满足工艺要求的前提下,尽量降低气料比。开工初期,考虑运焦线上大部分皮带为普通皮带,且对皮带的耐热性能没有把握,将正常生产时的排焦温度控制在 120℃以下。此后根据实际运行情况,在保证皮带接口强度的前提下,将正常生产时排焦温度的控制值提高到140--160℃,从而降低了气料比,减少了焦炭烧损。 (2)控制循环气体中的可燃成分。 理论上循环气体中的可燃成分控制越低越好,但这样必须加大空气导入量。尽管目前干熄焦系统采取了氢气在线自动分析,来尽量实现空气导入量的精确控制,但系统中存在残余氧是难以避免的。而减少空气导入量,保持合理的可燃成分含量,降低系统氧含量对控制烧损率是有益的。为此在实际生产中将 3%作为 H2 含量的控制上限,CO 含量控制 5%一 6%。 (3)确保气体循环系统的密封性 干熄炉出口至循环风机入口的负压段密封性欠佳,空气就会被吸入,使循环系统内的 O2 含量以及水汽含量上升。在实际生产中,为便于调节和保证系统的安全运行,加强对负压段气密性检查力度,确保不在锅炉至循环风机入口处吸入空气,以防止空气直接鼓入干熄炉烧损焦炭。环形风道的内环墙墙体密封性也十分重要。若出现裂缝,尤其是在 180°和 0°方向附近同时出现裂缝,导入的空气会沿着裂缝穿过预存段焦炭层,与红焦反应燃烧,造成焦炭烧损。(4)加强设备维护检查。 加强对锅炉表面发生穿孔、水封串漏、水蒸气进入循环气体管道等情况的监控,避免水汽进入气体循环系统。中控作业人员在操作时严格监视循环系统内 H2 含量,对 H2 含量突然上升原因及时准确的分析,并对气体循环系统内进水事故及时处理。 (5)避免预存室压力负压太大装焦时炉内气体正压会引起放爆,而负压时空气大量吸入干熄炉内,因此必须保持循环系统压力的稳定性。 干熄炉预存段压力理论控制值为 0Pa,但在实际生产中难以控制。通常将预存室压力值控制在微正压(0—50Pa),既可提高锅炉入口循环气体温度,降低干熄焦系统的热损失,又提高了循环气体可燃成分,降低焦炭烧损,保证安全生产。 (6)加强工艺控制,保持排焦温度的稳定 首先是做好与炼焦工序的生产协调,尽可能保证生产稳定,均匀装焦,减少赶炉;其次是安排好炼焦、运焦系统的检修计划,提前调节干熄炉料位,避免排焦温度短时间内急剧升高。(7)控制焦炭成熟度控制 相对较低的焦炭成熟度,充分利用干熄炉预存室的焖炉效果,在保证焦炭质量的前提下,降低炼焦工序能耗是可行的,但由于挥发分的析出,却会对干熄焦系统带来一定影响。焦炭烧损率的增加就是影响之一,为此有必要在降低炼焦工序能耗和减少焦炭烧损率之间寻找平衡点。干熄焦系统设计装焦温度为 950~1050℃,考虑测温的偏差等因素,焦饼中心温度应控制在 1000℃以上。 通过上述治理措施,会部分减少焦炭的烧损,但是要达到控制焦炭烧损,还是不能解决主要问题。我们认为,在系统设备运行、操作以及工艺指标控制等正常的情况下,焦炭烧损的反应主要还是与二氧化碳的炭熔反应,即 C + CO2 = 2CO。 在气体循环过程中,由于焦炭挥发分的不断析出和空气导入量增加,造成循环气体中 CO 及CO2 含量逐渐升高,CO 经过燃烧也转化为 CO2,由于二氧化碳相对来讲是惰性气体,故造成循环系统中二氧化碳的逐渐升高。 C02 与焦炭在高温下也会发生反应,下表列出了不同温度下 C02 反应的吉布斯自由能。C02 反应的吉布斯自由能在 730℃时为-6.6kJ/mol,即在此温度下就可以与焦炭自发进行反应。在干熄焦的生产运行过程中,循环气体从干熄炉底部进入,与自上而下的炽热焦炭进行逆流接触和换热,在此过程中当温度达到 730℃以上时,C02 就会与炽热的 C 反应生成 CO,造成焦炭质量的烧损,随着温度的升高,反应会逐渐剧烈。而正常生产时,干熄焦循环气体中 C02 体积百分比很大,因此该反应是影响干熄焦炭烧损的重要因素。 根据以上分析,为从根本上减少焦炭的烧损,必须降低循环气体中二氧化碳的含量,控制烧损在可控范围内,是必须采取的重要措施。降低循环气体中二氧化碳的含量可以采取多种手段,譬如变压吸附法、本菲尔法、有机胺吸收法等。经过分析对比,考虑投资、运行成本、操作等各方面因素,我们建议采用有机胺吸收法比较经济合理。 (1)基本工艺流程及参数 按照干熄焦循环气量 150000m3/h,系统新增 980m3/h 二氧化碳(前述)、设计 1200m3/h 计算,最终控制系统二氧化碳含量不大于 4% ,则需要抽出 40000m3/h 循环气进行脱碳。工艺流程见图 1。 设计参数: 1)干熄焦循环气参数 干熄焦循环气量:150000Nm3/h 温度:180~200℃ 生成 CO2 量:980Nm3/h 在设计中 CO2 的生产量取 1200Nm3/h,采用胺法脱碳,暂定循环气中 CO2 控制为 4%,抽出40000Nm3/h 循环气脱碳,CO2 由 4%脱除到 1%。 2)循环氮气 处理量:≧40000Nm3/h CO2 含量:4% 温度:~250℃ 3)脱碳氮气 CO2 含量:≦1% 4)消耗蒸汽:≦4.6 吨/小时 饱和蒸汽规格:≧0.3Mpa 循环水:≦240 吨/小时 电:180Kwh/小时 有机胺损耗(100%)≦1.8kg/h (2)焦炭烧损计算 新增措施运行后,系统二氧化碳含量控制 4%,反应二氧化碳量:150000×4%×10%=600 (m3/h) 则炭损反应:(600/22.4) ×12=321.43(Kg/h)=0.32t/h 折焦炭 0.36t/h,即 8.64 吨/天,烧损率 0.35%。 每天烧损价值:14688 元。 (3)处理措施运行成本 蒸汽:4.6 吨/小时×24h×120 元/吨=13248 元 循环水:240 吨/小时×0.2 元/吨×24h=1152 元 耗电:180Kwh/小时×24h×0.75 元/ Kwh=3240 元 有机胺损耗(100%):1.8kg/h×24h×20 元/kg=864 元 其他费用(工资、维修等):2000 元合计:20504 元 (4)效益对比根据以上计算,新上处理措施后,每天运行费用 20504 元,焦炭烧损为 14688 元。对比未上处理措施前每天烧损 63240 元,每天节约 28048 元,全年节约 1023.75 万元。 干熄焦系统运行较为复杂,引起焦炭烧损的原因和反应机理也在不断研究证实中,有些因素本处理方案没有考虑,譬如由于水蒸气的存在引起焦炭的烧损;由于过量的空气导致的焦炭的直接烧损等。这也是实际焦炭烧损比计算结果还要偏大的原因。 本文仅是提供一种降低干熄焦工艺焦炭烧损的办法或措施,并经理论和计算说明,仅供参考。 免责声明 所载内容来源于互联网、微信公众号等公开渠道,转载的稿件版权归原作者和机构所有,如有侵权,请联系我们删除。我们对文中观点持中立态度,仅供参考、交流。